We show that the distributed electronic and geometric inhomogeneity of a superconducting nanowire induces timing jitter of the resulting single-photon detector and this timing jitter could be further exacerbated by localized constrictions. Due to the distributed inhomogeneity, photons absorbed at different locations of the nanowire generate hotspots that “sense” different local properties of the nanowire during the electro-thermal evolutions and thereby produce varying time delays. The localized constrictions limit the bias current, slow down the Joule-heating process, and consequently increase the average time delays and the inhomogeneity-induced timing jitter. We combine the Monte-Carlo method and the electro-thermal simulation to illustrate the inhomogeneity-induced timing jitter.

1.
G. N.
Gol'tsman
,
O.
Okunev
,
G.
Chulkova
,
A.
Lipatov
,
A.
Semenov
,
K.
Smirnov
,
B.
Voronov
,
A.
Dzardanov
,
C.
Williams
, and
R.
Sobolewski
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
705
707
(
2001
).
2.
R. H.
Hadfield
,
J. L.
Habif
,
J.
Schlafer
,
R. E.
Schwall
, and
S. W.
Nam
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
241129
(
2006
).
3.
J. K. W.
Yang
,
A. J.
Kerman
,
E. A.
Dauler
,
V.
Anant
,
K. M.
Rosfjord
, and
K. K.
Berggren
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
17
,
581
(
2007
).
4.
A. J.
Kerman
,
E. A.
Dauler
,
J. K. W.
Yang
,
K. M.
Rosfjord
,
V.
Anant
,
K. K.
Berggren
,
G. N.
Gol'tsman
, and
B. M.
Voronov
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
101110
(
2007
).
5.
X.
Hu
,
T.
Zhong
,
J. E.
White
,
E. A.
Dauler
,
F.
Najafi
,
C. H.
Herder
,
F. N. C.
Wong
, and
K. K.
Berggren
,
Opt. Lett.
34
,
3607
(
2009
).
6.
X.
Hu
,
C. W.
Holzwarth
,
D.
Masciarelli
,
E. A.
Dauler
, and
K. K.
Berggren
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
19
,
336
(
2009
).
7.
E. A.
Dauler
,
A. J.
Kerman
,
B. S.
Robinson
,
J. K. W.
Yang
,
B.
Voronov
,
G.
Gol'tsman
,
S. A.
Hamilton
, and
K. K.
Berggren
,
J. Mod. Optics
56
,
364
373
(
2009
).
8.
A.
Gaggero
,
S. J.
Nejad
,
F.
Marsili
,
F.
Mattioli
,
R.
Leoni
,
D.
Bitauld
,
D.
Sahin
,
G. J.
Hamhuis
,
R. N.
Tzel
,
R.
Sanjines
, and
A.
Fiore
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
151108
(
2010
).
9.
T.
Zhong
,
X.
Hu
,
F. N. C.
Wong
,
K. K.
Berggren
,
T. D.
Roberts
, and
P.
Battle
,
Opt. Lett.
35
,
1392
1395
(
2010
).
10.
X.
Hu
,
E. A.
Dauler
,
R. J.
Molnar
, and
K. K.
Berggren
,
Opt. Express
19
,
17
(
2011
).
11.
M.
Guziewicz
,
W.
Slysza
,
M.
Borysiewicz
,
R.
Kruszka
,
Z.
Sidor
,
M.
Juchniewicz
,
K.
Golaszewska
,
J. Z.
Domagala
,
W.
Rzodkiewicz
,
J.
Ratajczak
,
J.
Bar
,
M.
Wegrzecki
, and
R.
Sobolewski
,
Acta Phys. Pol., A
120
,
A-76
(
2011
).
12.
W. H. P.
Pernice
,
C.
Schuck
,
O.
Minaeva
,
M.
Li
,
G. N.
Goltsman
,
A. V.
Sergienko
, and
H. X.
Tang
,
Nat. Commun.
3
,
1325
(
2011
).
13.
Q.
Zhao
,
L.
Zhang
,
T.
Jia
,
L.
Kang
,
W.
Xu
,
J.
Chen
, and
P.
Wu
,
Appl. Phys. B
104
,
673
678
(
2011
).
14.
J. A.
O'Connor
,
M. G.
Tanner
,
C. M.
Natarajan
,
G. S.
Buller1
,
R. J.
Warburton
,
S.
Miki
,
Z.
Wang
,
S. W.
Nam
, and
R. H.
Hadfield
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
201116
(
2011
).
15.
R. E.
Correa
,
E. A.
Dauler
,
G.
Nair
,
S. H.
Pan
,
D.
Rosenberg
,
A. J.
Kerman
,
R. J.
Molnar
,
X.
Hu
,
F.
Marsili
,
V.
Anant
,
K. K.
Berggren
, and
M. G.
Bawendi
,
Nano Lett.
12
,
2953
(
2012
).
16.
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
).
17.
L. X.
You
,
X. Y.
Yang
,
Y. H.
He
,
W. X.
Zhang
,
D. K.
Liu
,
W. J.
Zhang
,
L.
Zhang
,
X. Y.
Liu
,
S. J.
Chen
,
Z.
Wang
, and
X. M.
Xie
,
AIP Adv.
3
,
072135
(
2013
).
18.
S.
Chen
,
D.
Liu
,
W.
Zhang
,
L.
You
,
Y.
He
,
W.
Zhang
,
X.
Yang
,
G.
Wu
,
M.
Ren
,
H.
Zeng
,
Z.
Wang
,
X.
Xie
, and
M.
Jiang
,
Appl. Opt.
52
,
3241
3245
(
2013
).
19.
L.
Zhang
,
L.
You
,
D.
Liu
,
W.
Zhang
,
L.
Zhang
,
X.
Liu
,
J.
Wu
,
Y.
He
,
C.
Lv
,
Z.
Wang
, and
X.
Xie
,
AIP Adv.
4
,
067114
(
2014
).
20.
R.
Gaudio
,
K. P. M.
op 't Hoog
,
Z.
Zhou
,
D.
Sahin
, and
A.
Fiore
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
222602
(
2014
).
21.
F. I.
Khatri
,
B. S.
Robinson
,
M. D.
Semprucci
, and
D. M.
Boroson
,
Acta Astron.
111
,
77
83
(
2015
).
22.
F.
Najafi
,
J.
Mower
,
N.
Harris
,
F.
Bellei
,
A.
Dane
,
C.
Lee
,
X.
Hu
,
P.
Kharel
,
F.
Marsili
,
S.
Assefa
,
K. K.
Berggren
, and
D.
Englund
,
Nat. Commun.
6
,
5873
(
2015
).
23.
I. E.
Zadeh
,
J. W.
Los
,
R.
Gourgues
,
V.
Steinmetz
,
S. M.
Dobrovolskiy
,
V.
Zwiller
, and
S. N.
Dorenbos
, preprint arXiv:1611.02726 (
2016
).
24.
N.
Calandri
,
Q.
Zhao
,
D.
Zhu
,
A.
Dane
, and
K. K.
Berggren
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
152601
(
2016
).
25.
W. J.
Zhang
,
L. X.
You
,
H.
Li
,
J.
Huang
,
C. L.
Lv
,
L.
Zhang
,
X. Y.
Liu
,
J. J.
Wu
,
Z.
Wang
, and
X. M.
Xie
, preprint arXiv:1609.00429 (
2016
).
26.
J.
Wu
,
L.
You
,
S.
Chen
,
H.
Li
,
Y.
He
,
C.
Lv
,
Z.
Wang
, and
X.
Xie
,
Appl. Opt.
56
,
2195
2200
(
2017
).
27.
B.
Sacepe
,
C.
Chapelier
,
T. I.
Baturina
,
V. M.
Vinokur
,
M. R.
Baklanov
, and
M.
Sanquer
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
157006
(
2008
).
28.
H. L.
Hortensius
,
E. F. C.
Driessen
, and
T. M.
Klapwijk
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
23
,
2200705
(
2013
).
29.
H.
Wu
,
C.
Gu
,
Y.
Cheng
, and
X.
Hu
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
062603
(
2017
).
30.
The value of the average superconducting gap parameter was calculated through Δ¯=1.76kBTc¯, assuming Tc¯=10.0 K for NbN films.
31.
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
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.