arXiv 1507.087872015-07-31physics.ins-detnucl-ex

具有Neganov-Luke效应的大面积硅低温光探测器

Large area Si low-temperature light detectors with Neganov-Luke effect

M. Biassoni, C. Brofferio, S. Capelli, L. Cassina, M. Clemenza, O. Cremonesi, M. Faverzani, E. Ferri, A. Giachero, L. Gironi, C. Giordano, C. Gotti, M. Maino, B… 展开作者

M. Biassoni, C. Brofferio, S. Capelli, L. Cassina, M. Clemenza, O. Cremonesi, M. Faverzani, E. Ferri, A. Giachero, L. Gironi, C. Giordano, C. Gotti, M. Maino, B. Margesin, A. Nucciotti, M. Pavan, G. Pessina, E. Previtali, A. Puiu, M. Sisti, F. Terranova

备注：: 4 pages, 2 figures

阅读 PDF ↗

arXiv 页面 ↗HTML 原文 ↗

摘要英文摘要相关论文

摘要：

下一代用于寻找罕见事件的量热实验依赖于对微量光（约20个可见光子）的检测，以区分和减少背景源并提高灵敏度。量热探测器是在低温（mK）下进行光子探测的最简单的解决方案。介绍了利用Neganov-Luke效应提高硅基光探测器性能的研究进展。该研究生产线的目标是生产具有工业级重现性和可靠性的高性能探测器。

英文摘要：

Next generation calorimetric experiments for the search of rare events rely on the detection of tiny amounts of light (of the order of 20 optical photons) to discriminate and reduce background sources and improve sensitivity. Calorimetric detectors are the simplest solution for photon detection at cryogenic (mK) temperatures. The development of silicon based light detectors with enhanced performance thanks to the use of the Neganov-Luke effect is described. The aim of this research line is the production of high performance detectors with industrial-grade reproducibility and reliability.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。

阅读原文

阅读 PDF ↗

arXiv 页面 ↗HTML 原文 ↗

本文内容

摘要英文摘要相关论文

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。

继续探索

相关论文

用具有Neganov-Luke效应增强灵敏度的Si低温探测器识别切伦科夫光

Cerenkov light identification with Si low-temperature detectors with Neganov-Luke effect-enhanced sensitivity

利用Neganov-Luke效应增强热信号的新一代低温光探测器已被用于探测TeO $_{2}$晶体中电子相互作用产生的切伦科夫光。利用这种机制，在$^{130}$ Te无中微子双β衰变Q值（2527.515 $\pm$ 0.013）keV处，α和β/γ相互作用之间的事件-事件区分已被证明。这种测量打开了在基于TeO $_{2}$的低温实验中大幅降低背景的可能性。

2016-10-25nucl-exphysics.ins-det

作为Neganov-Trofimov-Luke低温光探测器的硅PIN二极管

Silicon PIN diodes as Neganov-Trofimov-Luke cryogenic light detectors

基于热和光复合量热计的低温稀有事件搜索通常需要具有高量子效率、良好放射性纯度和高灵敏度的大面积光子探测器。通过采用Neganov-Trofimov-Luke效应（NTLE），可以通过在电场中漂移光生电子和空穴来放大在低温下操作的半导体吸收体中的粒子相互作用的声子信号。我们在这里提出的最后结果的Neganov-Trofimov-Luke效应光探测器的电场配置优化，以提高吸收器内的电荷收集。

2018-02-14physics.ins-det

采用基于Neganov-Luke效应的光探测器的Li $_2$ $^{100}$ MoO $_4$测量辐射热计中随机重合事件的拒绝

Rejection of randomly coinciding events in Li$_2$$^{100}$MoO$_4$ scintillating bolometers using light detectors based on the Neganov-Luke effect

在寻找无中微子双β衰变的低温量热实验中，核事件的随机巧合可能是主要的背景源之一，特别是在那些基于嵌入有希望的双β候选物$^{100}$ Mo的测量辐射热计的搜索中，因为这种核的双中微子双β衰变的半衰期相对较短。我们在这项工作中表明，随机符合事件的两个中微子双衰变的$^{100}$钼在丰富的锂$_2$ $^{100}$ MoO $_4$探测器可以有效地区分脉冲形状分析的光通道，如果提供了一个Neganov-Luke光探测器，它可以提高信噪比的一个大的因素，在此假设在$\sim 750$水平上，基于用这些装置获得的初步实验结果。对于大体积（$\sim 90$ cm $^3$）Li $_2$ $^{100}$ MoO $_4$检测器，所实现的堆积抑制效率导致对感兴趣区域中的背景计数率的非常低的贡献，大约为$\sim 6\times10^{-5}$计数/（keV $\cdot$ kg $\cdot$ y）。鉴于Li $_2$ $^{100}$ MoO $_4$解决方案可能用于CUPID项目中提议的热测吨级下一代实验，这种背景水平非常令人鼓舞。

2016-11-08nucl-exphysics.ins-det

利用Neganov-Luke效应探测可见光子的植入接触低温硅探测器

Cryogenic silicon detectors with implanted contacts for the detection of visible photons using the Neganov-Luke Effect

在天体粒子实验中，如直接暗物质探测、0ν \b{eta} \b{eta}（不发射中微子的双β衰变）和相干中微子核散射实验中，都需要非常低能量阈值的光探测器。利用Neganov-Luke效应，在低温下工作的半导体吸收体中的粒子相互作用的热信号可以通过在电场中漂移光生电子和空穴来放大。在当前的实验中没有使用该技术，特别是因为由于吸收体内电荷的捕获而导致信号幅度随时间减小。我们在这里提出的第一个结果的一种新型的Neganov-Luke效应探测器的电场配置，旨在提高半导体内的电荷收集。

2016-01-28astro-ph.IMphysics.ins-det

低温光探测器：Neganov-Luke放大和校准

Low-Temperature Light Detectors: Neganov-Luke Amplification and Calibration

同时测量声子和闪烁光的入射粒子在闪烁晶体，如CaWO 4是一个强大的技术，主动排斥的背景诱导的γ和β的，甚至中子在直接暗物质搜索。然而，在CaWO 4晶体中沉积的能量中，只有不到1%被检测为光。因此，需要非常灵敏的光检测器来进行有效的逐事件背景辨别。利用Neganov-Luke效应，通过在外加电场中漂移光生电子空穴对，可以显著提高基于半导体衬底的低温光探测器的阈值。我们目前的测量与低温光探测器的基础上，这种放大机制。Neganov-Luke效应使我们的光探测器的信噪比提高了约9倍，对应于约21 eV的能量阈值。我们还描述了一种使用发光二极管进行绝对能量校准的方法。

2012-09-17hep-exphysics.ins-det

用TeO $_{2}$测辐射热计进行无中微子双β衰变搜索的Neganov-Luke放大低温光探测器

Neganov-Luke amplified cryogenic light detectors for the background discrimination in neutrinoless double beta decay search with TeO$_{2}$ bolometers

我们证明，Neganov-Luke放大低温光探测器与过渡边缘传感器读出，可用于在低温实验中寻找的$^{130}\text{Te}$与TeO $_{2}$为基础的测辐射热计的无中微子双β衰变的背景抑制。电子和伽马诱导的事件可以通过检测在衰变中发射的$β$粒子产生的切伦科夫光来与$α$事件区分开。我们使用的切伦科夫光产生的事件在$^{208}\text{Tl}$的全能量峰和事件从$^{147}\text{Sm}$源，以显示在Q值的无中微子双β衰变的$^{130}\text{Te}$（$Q_{ββ} = 2.53 \,\text{MeV}$），分离的$e^{-}/γ$事件从$α$事件可以实现在事件的基础上，几乎没有减少信号的接受。

2014-11-28hep-exphysics.ins-det

更多相关论文收起更多论文

采用Neganov-Luke放大光探测器的大质量TeO $_2$测辐射热计中的背景抑制

Background suppression in massive TeO$_2$ bolometers with Neganov-Luke amplified light detectors

测辐射热探测器是研究无中微子双β衰变（0 $νββ$）的优良装置.这种衰变的观测将证明轻子数的违反，同时它必然意味着中微子具有马约拉纳性质。基于TeO $_2$的低温探测器的灵敏度受到$^{130}$ Te的0 $νββ$的感兴趣区域中的α背景的强烈限制。它已被证明，在TeO $_2$测辐射热计的粒子歧视是可能的测量粒子相互作用产生的切伦科夫光。然而，必须证明使用基于NTD的光探测器的逐事件区分。我们将讨论利用Neganov-Luke效应进行信号放大的高灵敏度光探测器的性能。该探测器与NTD热敏电阻一起工作，并与750 g TeO $_2$晶体耦合，显示出逐事件识别电子/γ和α粒子的能力。极低的检测器基线噪声RMS 19 eV证明了将基于TeO $_2$的0 $νββ$实验的灵敏度提高到前所未有的水平的可能性。

2015-12-01physics.ins-det

利用Neganov-Trofimov-Luke效应进行稀有事件搜索中的光探测的电荷-热转换器

Charge-to-heat transducers exploiting the Neganov-Trofimov-Luke effect for light detection in rare-event searches

在这项工作中，我们提出了如何制造大面积（15平方厘米），超低阈值锗测辐射热光电探测器，以及如何操作它们来检测几个（光学）光子。这些探测器在低至几十mK的温度下工作，并利用Neganov-Trofimov-Luke（NTL）效应。它们作为电荷-热传感器工作：通过简单地改变施加到特殊金属电极上的电压偏置，热信号线性增加，制造在锗吸收体上，并由（NTD-Ge）热传感器读取。我们制造了一批五个原型，并在不同的设施中使用稀释冰箱运行它们。我们仔细研究了撞击杂散红外辐射如何影响探测器性能，通过光纤引导的LED信号以受控的方式将红外光子照射到测辐射热计中。因此，我们证明了如何辐射密封性的测试环境极大地提高了探测器的性能，允许设置电极电压偏置高达90伏，没有任何泄漏电流和信噪比增益高达12倍（对于可见光子）。因此，我们第一次可以操作大面积NTD-Ge传感器配备NTL测辐射热光电探测器能够达到10 eV以下的基线噪声（RMS）。这种探测器为基于低光产额Ge-NTD装备的测量辐射热计的稀有事件搜索实验开辟了新的领域，例如CUPID无中微子双β衰变实验。

2019-06-27physics.ins-det

在全尺寸TeO $_2$ CUORE测辐射热计中通过Neganov-Luke放大光检测实现$α$ / $γ(β)$的逐事件分离

Complete event-by-event $α$/$γ(β)$ separation in a full-size TeO$_2$ CUORE bolometer by Neganov-Luke-magnified light detection

在目前的工作中，我们描述了一个大的（$\approx 133$ cm $^3$）TeO $_2$测辐射热计获得的结果，以期寻找$^{130}$ Te的无中微子双β衰变（$0νββ$）。我们证明了一个有效的$α$粒子歧视（99.9\%）与$0νββ$信号的高接受度（约96\%），预计在$\approx 2.5$ MeV。这一前所未有的结果是可能的，这要归功于Neganov-Luke辅助的锗测辐射热计的优异性能（10 eV rms基线噪声），该测辐射热计用于检测来自TeO $_2$探测器的微小（70 eV）光信号，该信号主要由$γ$（$β$）诱导的切伦科夫辐射，但也表现出明显的闪烁成分。所获得的结果代表了对TeO $_2$的CUORE升级与粒子识别（CUPID），吨级低温$0νββ$实验提出的后续CUORE项目与粒子识别的版本的重大突破。CUORE实验最近开始用988个125厘米$^3$ TeO $_2$测辐射热计阵列寻找$^{130}$ Te的无中微子双β衰变。CUORE中$α$鉴别的缺乏使得探测器表面处的$α$衰减成为主要背景分量，在感兴趣区域中处于$\approx 0.01$计数/（keV kg y）的水平。在这里，我们首次使用CUORE尺寸的测辐射热计，并使用与CUORE相同的技术读取热和光信号，可以完全拒绝表面$α$背景。

2018-04-25hep-exphysics.ins-det

用于低质量暗物质和反应堆中微子相干散射实验的声子介导背景抑制高压探测器

Phonon-mediated High-voltage Detector with Background Rejection for Low-mass Dark Matter and Reactor Coherent Neutrino Scattering Experiments

我们报告的声子介导的硅探测器技术，提供了一个主要的声子测量在低电压区，并同时间接测量的电离信号通过Neganov-Trofimov-Luke放大在高电压区，无论是在单片晶体的第一个演示。我们目前表征的两个阶段的检测器和由此产生的背景歧视能力在低能量之间的电荷和声子传输。这种新的探测器技术有可能大大提高暗物质和相干中微子散射实验的灵敏度，超越目前在低能量下识别有限的技术的能力。

2020-06-23hep-exphysics.ins-det

SuperCDMS对轻WIMP的约束

Constraints on Light WIMPs from SuperCDMS

SuperCDMS实验使用测量电离和声子能量的低温锗探测器搜索弱相互作用大质量粒子（WIMP）。最近几次对WIMP的直接搜索报告了超出背景预期的事件，这可以解释为质量在8-20 GeV/c^2范围内的WIMP。SuperCDMS探测器出色的固有信噪比和强大的背景抑制能力使SuperCDMS成为进一步测试这些信号提示的理想实验。我们提出了两个最近的超级CDMS分析针对这个质量范围的结果：第一个使用Luke-Neganov放大的电离信号，以降低有效的能量阈值，第二个使用多变量的方法来优化背景抑制在一个更大的577千克-天的曝光。

2014-05-16hep-exphysics.ins-det

SuperCDMS SNOLAB低质量探测器：用于Sub-GeV暗物质搜寻的超灵敏声子量热计

SuperCDMS SNOLAB Low-Mass Detectors: Ultra-Sensitive Phonon Calorimeters for a Sub-GeV Dark Matter Search

我们提出了SuperCDMS高电压，低质量暗物质探测器的技术设计，旨在敏感的暗物质下降到300 MeV/ $c^2$的质量和解决个别电子空穴对从低能量散射事件在高纯度的Ge和Si晶体。在本文中，我们讨论了一些研究和技术改进，使我们能够设计这样一个敏感的探测器，包括声子传感器的设计和探测器模拟的进展。通过这种设计，我们期望在我们的Ge（Si）探测器中实现优于10 eV（5 eV）的声子能量分辨率，并且通过利用Luke-Neganov声子产生在高场中加速的电荷来实现低于1 eV的反冲能量分辨率。

2016-11-13astro-ph.IMphysics.ins-det

用EDELWEISS探测Sub-GeV暗物质：新结果和前景

Sub-GeV Dark Matter Searches with EDELWEISS: New results and prospects

雪绒花合作执行轻暗物质（DM）粒子搜索与锗辐射热计收集电荷和声子信号。由于Neganov-Trofimov-Luke（NTL）效应，在一个巨大的（200 g）锗探测器上获得了4.46个电子空穴对的RMS分辨率，该探测器配备了在Modane地下运行的NbSi过渡边缘传感器（TES）。这种灵敏度使得使用米格达尔效应搜索WIMP成为可能，其能量低至32 MeV/C $^{2}$，并排除低至10 $^{-29}$ cm $^2$的截面。这是首次使用这种热传感器测量低温锗，证明了这项技术的高度相关性。此外，这种TES对平衡声子的敏感性，为EDELWEISS新体验CRYOSEL铺平了道路。这是在EDELWEISS-SubGeV计划的背景下开发具有改进性能的Ge探测器的重要一步。

2022-11-08astro-ph.GAphysics.ins-det

利用红外光子对CRYOSEL探测器的声子传感器进行特性表征

Characterization of the phonon sensor of the CRYOSEL detector with IR photons

CRYOSEL项目提出利用超导单电子器件（SSED）探测声子信号，以排除锗低温探测器中无电离信号的背景，首个原型机的红外激光脉冲响应测试验证了该传感器技术的可行性。

2023-11-02astro-ph.GAphysics.ins-det

用EDELWEISS搜索低质量暗物质

Low-mass Dark Matter searches with EDELWEISS

EDELWEISS合作使用配备电荷和声子信号读出器的锗探测器搜索轻暗物质（DM）粒子。利用Neganov-Trofimov-Luke效应，在Modane地下的一个大质量（33.4 g）Ge探测器上获得了0.53电子空穴对的均方根分辨率。这种记录灵敏度使得对暗光子DM的搜索可以低至1 eV/c2，并且DM-电子相互作用低于1 MeV/c2。这表明了第一次在低阈值的搜索低温锗探测器的高度相关性，是一个重要的一步，在EDELWEISS-SubGeV计划的背景下，提高性能的锗探测器的发展。

2022-03-10physics.ins-det

具有光学透明电极的NTL增强型低温光探测器

NTL-amplified cryogenic light detectors with optically transparent electrodes

INFN, Sezione di Milano Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部）；Dipartimento di Fisica ”G.Occhialini”, Università degli Studi di Milano - Bicocca（米兰比可卡大学G.奥恰利尼物理系）；INFN, Sezione di Pavia（意大利国家核物理研究所帕维亚分部）

本文介绍了一种在毫开尔文温度下利用透明ITO电极实现NTL放大效应的硅光探测器技术，通过简化工艺提高器件的稳定性和成本效益。

2026-04-28hep-exnucl-exphysics.ins-det

用EDELWEISS实验对sub-MeV暗物质的第一个基于锗的约束

First germanium-based constraints on sub-MeV Dark Matter with the EDELWEISS experiment

EDELWEISS合作项目使用在LSM地下运行的33.4 g Ge低温探测器对与电子相互作用的暗物质（DM）粒子进行了搜索。0.53电子空穴对（RMS）的电荷分辨率已实现使用Neganov-Trofimov-Luke放大器与78 V的偏压。我们设置的第一个基于Ge的限制亚MeV/c $^{2}$ DM粒子与电子相互作用，以及暗光子下降到1 eV/c $^2$。这些搜索与其他搜索有竞争力。特别是，新的限制设置在动力学混合的暗光子DM在迄今为止不受约束的参数空间区域中的6至9 eV/c $^2$质量范围。这些结果表明，高相关性的低温锗探测器的DM相互作用产生eV级的电子信号的搜索。

2022-03-10astro-ph.GAastro-ph.IMphysics.ins-det

关于BINGO革命性测辐射热计组件的新结果

New results about the revolutionary bolometer assembly of BINGO

寻找无中微子双β衰变（0 $ν$ 2 $β$）是现代物理学的主要实验挑战之一。一种实验技术是由低温探测器命名的辐射热计，这是真正有前途的这一目的。目前使用该技术的吨级实验CUORE对$^{130}$ Te 0 $ν$ 2 $β$与TeO $_2$晶体的半衰期施加了最佳限制，但其灵敏度受到其背景的限制。因此，接下来将进行下一代实验CUPID（带粒子识别的CUORE升级），研究嵌入Li $_2$ MoO $_4$晶体中的$^{100}$ Mo，以降低$γ$背景。它还将读取Li $_2$ MoO $_4$产生的闪烁光，方法是在主吸收体旁边添加另一个Ge测辐射热计作为光探测器，以排除$α$背景。由于这一点，CUPID将达到比CUORE高2个数量级的灵敏度。然而，在这不足以检测0 $ν$ 2 $β$的情况下，BINGO（Bi-同位素下一代0 $ν$ 2 $β$天文台）正在准备下一代测热实验。为了提高0 $ν$ 2 $β$发现灵敏度，目标是大幅减少感兴趣区域中的背景事件的数量，并结合使用两种先前引用的同位素：$^{130}$ Te和$^{100}$ Mo。为了实现这一目标，BINGO提议实施主动低温否决以抑制外部$γ$背景，使用Neganov-Trofimov-Luke效应来增加光探测器灵敏度，并使用革命性的探测器组件来减少总表面放射性贡献。在这篇文章中，我们将重点放在后者，并提出了最新的结果…

2023-01-17physics.ins-det

CDMSlite：在SuperCDMS实验中使用电压辅助量热电离探测寻找低质量WIMP

CDMSlite: A Search for Low-Mass WIMPs using Voltage-Assisted Calorimetric Ionization Detection in the SuperCDMS Experiment

SuperCDMS是一项旨在直接探测弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的实验，WIMPs是宇宙中无处不在的暗物质的首选候选者。在本文中，我们提出了WIMP的搜索结果使用量热技术，我们称之为CDMSlite，它依赖于电压辅助卢克-内加诺夫放大的电离能沉积的粒子相互作用。这些数据是在苏丹地下实验室用一个0.6公斤的锗探测器收集的，探测器运行了10天。一个低的能量阈值为170 eVee（电子当量），这使我们能够限制新的WIMP核子自旋无关的参数空间的WIMP质量低于6 GeV/c2。

2013-12-20astro-ph.COastro-ph.IMhep-ex

用于在寻找$0νββ$衰变的Mo基辐射热计中抑制堆积事件的增强光信号

Enhanced light signal for the suppression of pile-up events in Mo-based bolometers for the $0νββ$ decay search

本文提出利用NTL辅助光探测器增强Mo基辐射热计的信噪比，通过脉冲形状甄别算法高效抑制堆积事件，实现极低背景指数，满足CUPID等下一代无中微子双β衰变实验需求。

2023-04-03physics.ins-det

用于0νββ搜索实验的低温光子探测器与热信号放大

Cryogenic light detectors with thermal signal amplification for $0νββ$ search experiments

Institut de Physique des 2 Infinis（双无穷大物理研究所）；IRFU, CEA, Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学CEA IRFU）；National Research Center Kurchatov Institute（库尔恰托夫国家研究中心）；University of Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；INFN Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab（巴黎萨克雷大学CNRS/IN2P3 IJCLab）；Laboratorio Subterráneo de Canfranc（坎弗兰克地下实验室）；Escuela Superior de Ingeniería y Tecnología, Universidad Internacional de La Rioja（拉里奥哈国际大学高等工程与技术学院）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Physik-Institut, University of Zürich（苏黎世大学物理研究所）

本研究利用NTL技术改进低温光子探测器性能，通过信号放大和噪声控制，为CUPID实验中的0νββ衰变搜索提供有效背景抑制方案。

2025-07-21hep-exnucl-exphysics.ins-det