Conception et développement de détecteurs à inductance cinétique pour l'astronomie millimétriques et les rayons X

par Angelo Cruciani

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Alain Benoit et de Alessandro Monfardini.

Soutenue le 10-01-2012

à Grenoble en cotutelle avec l'Università degli studi La Sapienza (Rome) , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Institut Néel (équipe de recherche) .

Le président du jury était François Pajot.

Le jury était composé de Alessandro Monfardini, Paolo De bernardis, Christian Hoffmann, Enzo Branchini, Giuseppe Bono, Carlo Nipoti.

Les rapporteurs étaient Andrea Giuliani, Jerome Bellettre, Vladimir e. Kravtsov.


  • Résumé

    Le sujet principal de cette thèse est la conception et le développement d'un nouveau type de détecteur cryogénique, appelé Lumped Element Kinetic Inductance Detector, pour l'application dans l'astronomie millimétrique et la détection de photons de haute énergie. Concernant l'astrophysique, l'objectif était d'élaborer des grandes matrices de détecteurs qui montrent une sensibilité comparable aux bolomètres. J'ai travaillé sur le développement et les tests de pixels uniques, la réalisation de matrices et l'intégration dans la caméra NIKA (Néel IRAM KIDs Array), une expérience pour le télescope IRAM en Espagne. Cette activité a été couronnée par deux campagnes de démonstration au télescope avec d'excellents résultats: la caméra travaille dans deux bandes de fréquences (1,25 mm et 2 mm), chacune avec plus de 100 pixels, et présente une sensibilité d'environ 200 aW/sqrt(Hz). Un deuxième objectif de la thèse était de réaliser un concept des LEKIDs pour la détection de photons de haute énergie. Nous avons développé des nouveaux dispositifs pour étudier la détection de rayons X médiée par les phonons produits dans le substrat. Ces tests montrent un seuil de détection d'environ 60 eV ce qui est encourageant pour le future.

  • Titre traduit

    Conception and development of Kinetic Inductance Detectors for millimeter astronomy and X-rays


  • Résumé

    The main subject of this PhD thesis is the concept and development of a novel kind of cryogenics detectors, called Lumped Element Kinetic Inductance Detector for the application in millimeter astronomy and in the detection of high energy photons. Regarding astrophysics, the goal was to obtain large arrays of detectors, demonstrating a sensitivity comparable with bolometers. I worked on the development and tests of single pixel, realization of the array and integration into NIKA (Neel IRAM KIDs Array), an experiment installed at the IRAM telescope in Spain. This activity culminated with two demonstrative runs at the telescope with excellent results: the camera, working at two frequencies (1.25 mm and 2 mm) with more than 200 pixels, obtained a sensitivity of about 200 aW/sqrt(Hz). The goal of the second application was to obtain a good concept for high energy photons detection with LEKIDs. We developed new devices to study the detection of X-ray mediated via phonons produced in the substrate. Those tests demonstrated a threshold level of about 60 eV, encouraging for the future.

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