A superconducting thin film with uniform properties is the key to realize nanowire superconducting single-photon detectors (SSPDs) with high performance and high yield. To investigate the uniformity of NbN films, we introduce and characterize simple detectors consisting of short nanowires with length ranging from 100 nm to 15 μm. Our nanowires, contrary to meander SSPDs, allow probing the homogeneity of NbN at the nanoscale. Experimental results, endorsed by a microscopic model, show the strongly inhomogeneous nature of NbN films on the sub-100 nm scale.

1.
G.
Goltsman
,
O.
Okunev
,
G.
Chulkova
,
A.
Lipatov
,
A.
Semenov
,
K.
Smirnov
,
B.
Voronov
,
A.
Dzardanov
,
C.
Williams
, and
R.
Sobolewski
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
705
(
2001
).
2.
C. M.
Natarajan
,
M. G.
Tanner
, and
R. H.
Hadfield
,
Supercond. Sci. Technol.
25
,
063001
(
2012
).
3.
A.
Pearlman
,
A.
Cross
,
W.
Sysz
,
J.
Zhang
,
A.
Verevkin
,
M.
Currie
,
A.
Korneev
,
P.
Kouminov
,
K.
Smirnov
,
B.
Voronov
,
G.
Goltsman
, and
R.
Sobolewski
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
15
,
579
(
2005
).
4.
T.
Yamashita
,
S.
Miki
,
K.
Makise
,
W.
Qiu
,
H.
Terai
,
M.
Fujiwara
,
M.
Sasaki
, and
Z.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
161105
(
2011
).
5.
B.
Baek
,
A. E.
Lita
,
V.
Verma
, and
S. W.
Nam
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
251105
(
2011
).
6.
V. B.
Verma
,
F.
Marsili
,
S.
Harrington
,
A. E.
Lita
,
R. P.
Mirin
, and
S. W.
Nam
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
251114
(
2012
).
7.
F.
Marsili
,
V. B.
Verma
,
J. A.
Stern
,
S.
Harrington
,
A. E.
Lita
,
T.
Gerrits
,
I.
Vayshenker
,
B.
Baek
,
M. D.
Shaw
,
R. P.
Mirin
, and
S. W.
Nam
,
Nat. Photonics
7
,
210
(
2013
).
8.
V. B.
Verma
,
A. E.
Lita
,
M. R.
Vissers
,
F.
Marsili
,
D. P.
Pappas
,
R. P.
Mirin
, and
S. W.
Nam
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
022602
(
2014
).
9.
V. B.
Verma
,
B.
Korzh
,
F.
Bussires
,
R. D.
Horansky
,
A. E.
Lita
,
F.
Marsili
,
M. D.
Shaw
,
H.
Zbinden
,
R. P.
Mirin
, and
S. W.
Nam
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
122601
(
2014
).
10.
H.
Takesue
,
S. W.
Nam
,
Q.
Zhang
,
R. H.
Hadfield
,
T.
Honjo
,
K.
Tamaki
, and
Y.
Yamamoto
,
Nat. Photonics
1
,
343
(
2007
).
11.
D.
Stucki
,
C.
Barreiro
,
S.
Fasel
,
J.
Gautier
,
O.
Gay
,
N.
Gisin
,
R.
Thew
,
Y.
Thoma
,
P.
Trinkler
,
F.
Vannel
, and
H.
Zbinden
,
Opt. Express
17
,
13326
(
2009
).
12.
D.
Bitauld
,
F.
Marsili
,
A.
Gaggero
,
F.
Mattioli
,
R.
Leoni
,
S. Jahanmiri
Nejad
,
F.
Levy
, and
A.
Fiore
,
Nano Lett.
10
,
2977
(
2010
).
13.
C.
Zinoni
,
B.
Alloing
,
L. H.
Li
,
F.
Marsili
,
A.
Fiore
,
L.
Lunghi
,
A.
Gerardino
,
Y. B.
Vakhtomin
,
K. V.
Smirnov
, and
G. N.
Goltsman
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
031106
(
2007
).
14.
M.
Allman
,
V. B.
Verma
,
R.
Horansky
,
F.
Marsili
,
J. A.
Stern
,
M. D.
Shaw
,
A. D.
Beyer
,
R. P.
Mirin
, and
S. W.
Nam
, “
Progress towards a near IR single-photon superconducting nanowire camera for free-space imaging of light
,” in
CLEO: 2014, OSA Technical Digest (online)
(
Optical Society of America
,
2014
), paper AW3P.3.
15.
A.
Divochiy
,
F.
Marsili
,
D.
Bitauld
,
A.
Gaggero
,
R.
Leoni
,
F.
Mattioli
,
A.
Korneev
,
V.
Seleznev
,
N.
Kaurova
,
O.
Minaeva
,
G.
Goltsman
,
K. G.
Lagoudakis
,
M.
Benkhaoul
,
F.
Levy
, and
A.
Fiore
,
Nat. Photonics
2
,
302
(
2008
).
16.
Z.
Zhou
,
S.
Jahanmirinejad
,
F.
Mattioli
,
D.
Sahin
,
G.
Frucci
,
A.
Gaggero
,
R.
Leoni
, and
A.
Fiore
,
Opt. Express
22
,
3475
3489
(
2014
).
17.
V. B.
Verma
,
R.
Horansky
,
F.
Marsili
,
J. A.
Stern
,
M. D.
Shaw
,
A. E.
Lita
,
R. P.
Mirin
, and
S. W.
Nam
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
051115
(
2014
).
18.
M.
Shaw
,
K.
Birnbaum
,
M.
Cheng
,
M.
Srinivasan
,
K.
Quirk
,
J.
Kovalik
,
A.
Biswas
,
A. D.
Beyer
,
F.
Marsili
,
V.
Verma
,
R. P.
Mirin
,
S. W.
Nam
,
J. A.
Stern
, and
W. H.
Farr
, “
A Receiver for the lunar laser communication demonstration using the optical communications telescope laboratory
,” in
CLEO: 2014, OSA Technical Digest (online)
(
Optical Society of America
,
2014
), SM4J.2.
19.
J. J.
Renema
,
R.
Gaudio
,
Q.
Wang
,
Z.
Zhou
,
A.
Gaggero
,
F.
Mattioli
,
R.
Leoni
,
D.
Sahin
,
M. J. A. de
Dood
,
A.
Fiore
, and
M. P.
van Exter
,
Phys. Rev. Lett.
112
,
117604
(
2014
).
20.
A. J.
Kerman
,
E. A.
Dauler
,
J. K. W.
Yang
,
K. M.
Rosfjord
,
V.
Anant
,
K. K.
Berggren
,
G. N.
Goltsman
, and
B.
Voronov
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
101110
(
2007
).
21.
R. H.
Hadfield
,
P. A.
Dalgarno
,
J. A.
O'Connor
,
E.
Ramsay
,
R. J.
Warburton
,
E. J.
Gansen
,
B.
Baek
,
M. J.
Stevens
,
R. P.
Mirin
, and
S. W.
Nam
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
241108
(
2007
).
22.
A.
Gaggero
,
S. Jahanmiri
Nejad
,
F.
Marsili
,
F.
Mattioli
,
R.
Leoni
,
D.
Bitauld
,
D.
Sahin
,
G. J.
Hamhuis
,
R.
Nötzel
,
R.
Sanjines
, and
A.
Fiore
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
151108
(
2010
).
23.
J. P.
Sprengers
,
A.
Gaggero
,
D.
Sahin
,
S. Jahanmiri
Nejad
,
F.
Mattioli
,
R.
Leoni
,
J.
Beetz
,
M.
Lermer
,
M.
Kamp
,
S.
Höfling
,
R.
Sanjines
, and
A.
Fiore
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
181110
(
2011
).
24.
D.
Sahin
,
A.
Gaggero
,
Z.
Zhou
,
S. Jahanmiri
Nejad
,
F.
Mattioli
,
R.
Leoni
,
J.
Beetz
,
M.
Lermer
,
M.
Kamp
,
S.
Höfling
, and
A.
Fiore
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
111116
(
2013
).
25.
A. J.
Kerman
,
E. A.
Dauler
,
W. E.
Keicher
,
J. K. W.
Yang
,
K. K.
Berggren
,
G. N.
Goltsman
, and
B.
Voronov
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
111116
(
2006
).
26.
F.
Marsili
,
D.
Bitauld
,
A.
Gaggero
,
S.
Jahanmirinejad
,
R.
Leoni
,
F.
Mattioli
, and
A.
Fiore
,
New J. Phys.
11
,
045022
(
2009
).
27.
J.
Bardeen
,
Rev. Mod. Phys.
34
,
667
(
1962
).
28.
D.
Henrich
,
P.
Reichensperger
,
M.
Hofherr
,
J. M.
Meckbach
,
K.
Il'in
,
M.
Siegel
,
A.
Semenov
,
A.
Zotova
, and
D. Y.
Vodolazov
,
Phys. Rev. B
86
,
144504
(
2012
).
29.
A.
Semenov
,
B.
Gnther
,
U.
Bttger
,
H. W.
Hbers
,
H.
Bartolf
,
A.
Engel
,
A.
Schilling
,
K.
Ilin
,
M.
Siegel
,
R.
Schneider
,
D.
Gerthsen
, and
N. A.
Gippius
,
Phys. Rev. B
80
,
054510
(
2009
).
30.
M.
Hofherr
,
D.
Rall
,
K.
Ilin
,
M.
Siegel
,
A.
Semenov
,
H. W.
Hbers
, and
N. A.
Gippius
,
J. Appl. Phys.
108
,
014507
(
2010
).
31.
We note that there is an experimental uncertainty of 20%–30% in the QE data due to possible variation of the polarization state.
32.
I.
Horcas
,
R.
Fernandez
,
J. M.
Gomez-Rodriguez
,
J.
Colchero
,
J.
Gomez-Herrero
, and
A. M.
Baro
,
Rev. Sci. Instrum.
78
,
013705
(
2007
).
You do not currently have access to this content.