In den letzten zwei Jahrzehnten wurden supraleitende NanodrahtEinzelphotonen-Detektoren (SNPD) aus Typ-II-supraleitenden Filmen hergestellt. Es gibt jedoch immer noch bisher nicht beantwortete, grundlegende physikalische Fragen, wie der „Hot-Spot“-Detektionsmechanismus in SNSPDs nach der Absorption von einzelnen Photonen mikroskopisch funktioniert. Bisher wurden makroskopische Modelle für die Analyse des Detektionsmechanismus in SNSPDs angewendet. Das Finden eines mikroskopischen Modells ist aufgrund der komplexen Verflechtung der verschiedenen beteiligten Arten von Anregungen in supraleitenden Filmen für die IR-Einzelphotonen-Detektion eine herausfordernde Aufgabe. In einem mikroskopischen Modell soll die „Hot-Spot“-Bildung mit photoninduzierten und mit magnetfeldinduzierten Vortex-Antivortex-Paarbildungen in Verbindung gebracht werden. Die Studie konzentrierte sich auf die Analyse von Wechselwirkungs- und Lokalisierungseffekten auf elektronische Störungen in unstrukturiertem NbN im normalleitenden Zustand bei Temperaturen von 50 K bis zur supraleitenden Übergangstemperatur. Durch Modellierung der temperatur- und magnetfeldabhängigen MR-Daten wurden die temperaturabhängigen CoulombWechselwirkungskonstanten, SpinBahn-Streuenergie und Taldegenerationsfaktor extrahiert.

Die SNSPDs werden in aktuellen Messsystemen typischerweise sehr nahe am kritischen Strom betrieben. Das führt zu einer hohen Dunkelzählrate. Die vorliegende Magnetoleitfähigkeitsstudie an NbN-Filmen ermöglicht es, den Betriebsbereich von SNSPDs zu erweitern, indem die Betriebsparameter für bestimmte Wellenlängen durch Einstellen des kritischen Bereichs von supraleitendem NbN mit angelegtem Magnetfeld und mit angelegtem Strom während der Bildung von „Hot-Spots“ optimiert werden. Die Forschenden erwarten, dass Vortices, die durch ein externes Magnetfeld induziert werden, als zusätzliche einstellbare Einflussfaktoren für die photonisch induzierten Vortex-Antivortex-Paare und ihre jeweilige Bewegung wirken. Diese Arbeit bringt die Forschenden einen Schritt weiter, um das Magnetfeld als zusätzlichen „Einstellungsparameter“ zur Erhöhung der Empfindlichkeit von SNSPDs hauptsächlich für Einzelphotonen mit großer Wellenlänge zu nutzen.