Progress in the development of TES microcalorimeter detectors suitable for neutrino mass measurement
HOLMES实验将对163 Ho的电子俘获(EC)衰变谱的终点进行精确的量热测量,以提取灵敏度低于2 eV的中微子质量信息。在其最终配置中,HOLMES将部署1000个植入163 Ho核的低温微量热计探测器。用于HOLMES的基线传感器是具有金吸收体的SiNx膜上的Mo/Cu TES(过渡边缘传感器)。考虑到大量的像素和大约300 Hz/像素的事件速率,需要大的复用因子和大的带宽。为了满足这一要求,HOLMES将利用微波多路复用的最新进展。在这篇文章中,我们提出了发展中的活动的状态,所开发的微波多路复用读出系统的性能,以及在噪声,时间和能量分辨率方面专门为HOLMES设计的探测器所获得的结果
2021-01-07 physics.ins-det
Detecting and Correcting Gain Jumps in TES Microcalorimeters
针对TES微热量计中会降低谱图质量的增益跳变问题,该研究开发了自动化检测与校正方法,提出了实时采集中重置跳变的流程、跳变定位与增益状态识别算法,以及事后校正方案,填补了相关方法空白。
2025-09-04 physics.data-an physics.ins-det
Performance of an X-ray single pixel TES microcalorimeter under DC and AC biasing
我们正在开发频域多路复用(FDM)的读出TES成像微量热计阵列的未来X射线任务,如IXO。在FDM配置中,TES是在明确定义的频率(在0.3至10 MHz之间)处偏置的AC电压,并且充当AM调制元件。在本文中,我们将提出一个全面的比较TES微量热计的性能在直流偏置和交流偏置在370千赫的频率。在这两种情况下,我们测量了电流-电压特性,复阻抗,噪声,X射线响应度和能量分辨率。在这两种情况下的行为是非常相似的,但在超导转变(R/RN < 0.5)低的检测器工作点观察到性能的偏差。在5.89keV处,直流偏压下的能量分辨为2.7eV,交流偏压下的能量分辨为3.7eV,而基线分辨分别为2.8eV和3.3eV。
2016-04-09 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Microstructure analysis of bismuth absorbers for transition-edge sensor X-ray microcalorimeters
过渡边缘传感器(TES)作为微量热计,由于其灵敏的响应和较低的工作温度,提供了高分辨率。在硬X射线范围及以上,对高量子效率的需求需要使用吸收体。铋(Bi)由于其低的热载流子密度和高的X射线阻止能力而被广泛用作TES的吸收体材料。然而,不同的光谱响应已经观察到通过蒸发沉积的Bi吸收剂与电镀。蒸发的Bi吸收剂被广泛观察到在所测量的光谱的低能量侧具有非高斯尾部。在本研究中,我们利用这两种方法制备铋吸收体,并利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射显微镜进行微观结构分析。这两种类型的材料显示出相同的晶体结构,但蒸发的Bi的晶粒尺寸比电镀的Bi的晶粒尺寸小约40倍。这种颗粒大小的差异可能是它们不同光谱响应的原因。
2017-11-06 physics.ins-det
A multiplexer for the ac/dc characterization of TES based bolometers and microcalorimeters
在SRON,我们正在开发用于未来红外和X射线空间任务的基于TES的探测器阵列的读出的频域复用(FDM)。我们描述了一个多路复用器的性能,旨在提高实验吞吐量的特性的超低噪声等效功率(NEP)TES测辐射热计和高能量分辨率的X射线微量热计阵列下的交流和直流偏置。我们讨论了使用在SRON制造的TiAu TES测辐射热计阵列获得的结果,测量的暗NEP低于$5\cdot 10^{-19}W/Hz^{1/2}$,饱和功率为几fW
2016-04-09 astro-ph.IM physics.ins-det
Optimising the multiplex factor of the frequency domain multiplexed readout of the TES-based microcalorimeter imaging array for the X-IFU instrument on the Athena Xray observatory
雅典娜是一个空间X射线天文台,旨在探索炽热和充满活力的宇宙。雅典娜上的科学仪器之一将是X射线集成场单元(X-IFU),这是一种低温X射线光谱仪,基于在100 mK温度下工作的过渡边缘传感器(TES)的大型低温成像阵列微热计。成像阵列由3800个像素组成,提供2.5 eV的光谱分辨率,并覆盖直径为5弧分的视场。多路复用读出的低温微量热计阵列是必不可少的,以符合冷却功率和复杂性的限制,对航天器。为此目的,正在开发用于读出基于TES的探测器的频域多路复用,不仅用于X-IFU探测器阵列,而且用于日本SPICA天文台Safari仪器的基于TES的测辐射热计阵列。本文讨论的设计考虑,适用于优化的多重因素的边界条件内设置的航天器。更具体地说,科学要求,如像素动态范围,像素速度和串扰,和航天器的要求,如功耗预算,可用带宽和电磁兼容性之间的相互作用将被讨论。
2016-11-16 astro-ph.IM physics.ins-det
Integration of maXs-type microcalorimeter detectors for high-resolution x-ray spectroscopy into the experimental environment at the CRYRING@ESR electron cooler
我们报告了将SPARC(存储粒子原子物理学研究合作组织)开发的新型磁性微量热计探测器(MMC)首次集成到达姆施塔特GSI的存储环实验环境中,即CRYRING@ESR的电子冷却器中。两个这样的探测器系统被放置在0 $^\circ$和180 $^\circ$观察口的冷却器部分,以获得高分辨率的X射线光谱源于存储的类氢铀束与冷却器电子相互作用。虽然以前的测试测量与微量热仪在加速器设施的GSI进行了完善的独立操作的模式,对于本实验中,我们实施了几个显着的修改,以充分利用这种类型的检测器的潜力,精确的X射线光谱存储的重离子。其中包括与GSI的多分支系统数据采集平台兼容的新的读出系统,准连续能量校准与加速器设施的操作周期的同步,以及首次利用maXs探测器的时间分辨率来应用光子和电荷变化离子探测的符合条件。
2022-02-01 physics.atom-ph physics.ins-det
The TES-based Cryogenic AntiCoincidence Detector (CryoAC) of ATHENA X-IFU: a large area silicon microcalorimeter for background particles detection
本文介绍ATHENA X-IFU的CryoAC单像素原型测试,通过放射源校准及与旧原型符合测量,验证低能响应并区分实验室背景中的宇宙μ子与次级粒子信号。
2024-01-19 astro-ph.IM physics.ins-det
Optimization and analysis of code-division multiplexed TES microcalorimeters
我们正在开发用于过渡边缘传感器阵列的码分复用(CDM)系统,目标是达到数百个复用因子。我们报告的X射线测量与四通道原型CDM系统,采用通量求和架构,强调数据分析问题。我们描述了一种经验方法来确定解调矩阵,最大限度地减少串扰。该CDM系统在5.9 keV下实现了2.3 eV和3.0 eV FWHM之间的能量分辨率。
2011-10-11 astro-ph.IM physics.ins-det
Fabrication of a 64-Pixel TES Microcalorimeter Array with Iron Absorbers Uniquely Designed for 14.4-keV Solar Axion Search
本研究针对14.4-keV太阳轴子探测,设计制造了带铁吸收体的64像素TES微热量计阵列,并通过分离式镀金热连接带降低磁化影响、提升热导率。
2023-04-19 astro-ph.IM physics.ins-det
Characterisation of a TES-Based X-ray Microcalorimeter in the Energy Range from 150 to 1800 eV Using an Adiabatic Demagnetisation Refrigerator
利用同步辐射在绝热退磁制冷机中对基于TES的X射线微量热计进行了表征。在电子储存环BESSY II上的PTB辐射测量实验室中的束线处测量了探测器响应和能量分辨率,范围为200至1800 eV。我们提出并讨论了能量分辨率测量的结果作为能量,光束强度和探测器工作点的函数。所测得的能量分辨率范围在1.5至2.1 eV之间的调查的能量范围内,是弱依赖于检测器的设定点。第一次分析表明,在没有相当大的性能损失的情况下,每秒约500次计数的计数率能力。
2016-04-09 cond-mat.supr-con hep-ex physics.ins-det
Performance of TES X-Ray Microcalorimeters Designed for 14.4-keV Solar Axion Search
本文设计并测试了带57Fe吸收体的TES X射线微量热计阵列,用于探测太阳14.4-keV轴子,首次在铁磁化条件下成功运行并验证了通过金连接带探测铁吸收体事件的设计可行性。
2023-04-17 astro-ph.IM physics.ins-det
Impact of embedded $^{163}$Ho on the performance of the transition-edge sensor microcalorimeters of the HOLMES experiment
National Institute of Standards and Technology (NIST)(美国国家标准与技术研究院);University of Colorado(科罗拉多大学);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Genova(意大利国家核物理研究所热那亚分部);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Milano Bicocca(意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部)
本研究针对HOLMES实验中嵌入$^{163}$Ho的TES微热量计,探究了钬活度对探测器性能的影响,测定了钬的比热容,明确了可耐受的活度阈值及优化方向,为中微子质量实验的探测器优化提供了关键依据。
2025-10-01 nucl-ex physics.ins-det
Multiplexed readout demonstration of a TES-based detector array in a resistance locked loop
目前正在为若干空间和地面应用开发具有数千像素的基于TES的测辐射热计和微量热计阵列。线性检测器响应和低水平的串扰有助于仪器的校准。为了改善基于TES的探测器的性能,最近提出了在光负载下固定电阻锁定环(RLL)中的TES电阻。关于这种操作模式的早期理论工作已经表明,检测器速度、线性度和动态范围应当相对于电压偏置操作而改进。本文提出了一种实验演示的复用读出在这种模式下的操作在基于TES的探测器阵列与噪声等效功率值(NEP)的$3.5\cdot 10^{-19} $ W/ $\sqrt{\mathrm{Hz}}$。在RLL的检测器的测量噪声和动态特性将与早期的建模工作进行比较。此外,未来的FDM系统的辐射热计和微量热计阵列的读出的实际实施路线将进行讨论。
2015-01-19 physics.ins-det
Eliminating the non-Gaussian spectral response of X-ray absorbers for transition-edge sensors
作为用于高能量分辨率X射线光谱学的微量热计的过渡边缘传感器(TES)通常用由具有高Z(对于X射线阻止能力)和低热容量(对于高分辨率能力)的材料制成的吸收体来制造。Bispectin是最具吸引力的选择之一。具有蒸发铋吸收剂的TES显示出具有不期望的和无法解释的低能尾部的光谱。我们已经开发出在金层上电镀铋吸收剂的TES,其不受该问题的影响,并且保留了该材料的其他积极方面。为了更好地理解这些现象,我们研究了一系列的TES与金,金/蒸发铋,金/电镀铋吸收剂,制造在同一个模具上具有相同的热耦合。我们表明,铋形态与X射线TES微量热仪的光谱响应。
2017-08-28 physics.ins-det
First application of superconducting transition-edge-sensor microcalorimeters to hadronic-atom x-ray spectroscopy
高分辨率的π原子X射线光谱是用X射线光谱仪进行的,该光谱仪基于Paul Scherrer研究所的piM 1束线上的240像素超导过渡边缘传感器(TES)微量热计阵列。在6.4keV下,观察到π碳通过4f->3d跃迁和平行4d-> 3 p跃迁发射的X射线,其半峰全宽能量分辨率为6.8eV。测量的X射线能量与计算的电磁值一致,该电磁值考虑了通过3 p能级的Seki-Masutani势评估的强相互作用效应,并且有利于K壳层中两个填充的1 s电子的电子布居。在1.45 MHz的高速强子束流条件下,进行了绝对能量标定,不确定度为0.1 eV。这是TES光谱仪首次应用于强子原子X射线光谱学,是迈向下一代高分辨率kaonic-atom X射线光谱学的重要里程碑。
2016-08-18 nucl-ex nucl-th physics.atom-ph
Performance and uniformity of a kilo-pixel array of Ti/Au transition-edge sensor microcalorimeters
均匀的大型过渡边缘传感器(TES)阵列是下一代X射线空间天文台的基础。要求这些阵列在软X射线能量范围内实现能量分辨率$ΔE$ < 3 eV半峰全宽(FWHM)。我们目前正在开发X射线微量热计阵列,用于未来的实验室和空间X射线天体物理学实验和地面光谱仪。在这篇文章中,我们报告了一个均匀的32 $\times$ 32像素阵列与140 $\times$ 30 $μ$ m $^2$ Ti/Au与Au X射线吸收剂的开发和表征。我们报告后,广泛的测量60像素,以显示我们的大型TES阵列的均匀性。平均临界温度为$T_\mathrm{c}$ = 89.5 $\pm$ 0.5 mK,整个阵列($\sim$ 1 cm)的变化小于1.5 mK。我们发现探测器的偏置点在正常态电阻的20%和40%之间的一个大的区域,其中能量分辨率始终低于3eV。特别是,结果显示了一个总的X射线光谱分辨率$ΔE_\mathrm{FWHM}$ = 2.50 $\pm$ 0.04 eV的光子能量为5.9 keV,测量在单像素模式下使用频域复用(FDM)读出系统开发的SRON/VTT在偏置频率范围从1到5 MHz。此外,我们比较了对数电阻的灵敏度相对于温度和电流(分别为$α$和$β$)和它们的相关性与检测器的噪声参数$M$,显示了均匀的行为,为阵列中的所有测量的像素。
2021-02-18 astro-ph.IM physics.ins-det
AC/DC characterization of a Ti/Au TES with Au/Bi absorber for X-ray detection
过渡边缘传感器(TES)在微量热计中用作非常灵敏的温度计,旨在检测不同的波长。特别是,对于软X射线天体物理学,科学目标需要非常高分辨率的微量热计,这可以通过与合适的吸收器耦合的TES来实现。对于许多应用,还需要大量的像素,这通常需要在读出级中进行复用。频域多路复用(FDM)是一种常见的方案,是ATHENA飞行任务的拟议基线。FDM需要在MHz频率下以AC偏置TES。最近有报道称,在交流下的性能下降相对于直流偏置。为了评估与FDM一起使用的TES的性能,因此,比较相同器件在AC和DC偏置下的性能是非常有意义的。这需要两种不同的测量设置,具有不同的表征过程。在这项工作中,我们报告的初步结果,一个单一的像素表征下进行交流和直流偏置下在不同的设施的TiAu TES。提取的动态参数和噪声性能进行了比较,在这两种情况下,作为第一阶段,这些设备的进一步AC/DC比较。
2021-02-18 physics.ins-det
Frequency Shift Algorithm: Design of a Baseband Phase Locked Loop for Frequency-Domain Multiplexing Readout of X-ray Transition-Edge Sensor Microcalorimeters
过渡边缘传感器(TES)是一种用于测量单个X射线光子能量的极其灵敏的设备。对于天文光谱测量应用,SRON开发了一个频域复用(FDM)读出系统,用于千像素阵列的这种TES。每个TES在1至5 MHz范围内的特定频率下被电压偏置。各个像素之间的隔离是通过非常窄带(高Q)光刻LC谐振器获得的。为了防止由于互调线路噪声导致的能量分辨率降低,偏置频率分布在规则网格上。对LC谐振频率的精度要求很高。由于生产公差引起的谐振频率的偏差相对于带宽是显著的,并且控制器是必要的以补偿LC串联阻抗。我们提出了两个这样的控制器:一个简单的正交比例积分(PI)控制器和一个更复杂的阻抗估计。两个控制器都在基带中工作,并试图使TES电流与偏置电压同相,有效地作为锁相环(PLL)工作。它们允许TES像素的非LC谐振操作,同时保持TES热响应和能量分辨率。广泛的实验结果-最近发表在一个配套文件-与所提出的方法,表明这些控制器允许在多路复用操作中保存单个像素的能量分辨率。
2021-07-02 astro-ph.IM cs.SY eess.SY
Lithographic integration of TES microcalorimeters with SQUID multiplexer circuits for large format spectrometers
University of Colorado, Boulder(科罗拉多大学博尔德分校);National Institute of Standards and Technology(美国国家标准与技术研究院)
本研究通过光刻集成技术将TES微测热器与SQUID多路复用电路结合,旨在提高大格式光谱仪的焦点平面填充率,解决现有方案中线键合或倒装芯片键合的局限性。
2025-10-09 cond-mat.supr-con physics.app-ph physics.ins-det
Characterization of Silicon-Membrane TES Microcalorimeters for Large-Format X-ray Spectrometers with Integrated Microwave SQUID Readout
University of Colorado Boulder(科罗拉多大学博尔德分校);National Institute of Standards and Technology(美国国家标准与技术研究院)
本研究开发了基于硅膜的TES光谱仪,利用全硅制造平台实现高效软X射线光谱测量,以克服催化研究中的测量限制。
2026-01-14 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
A tabletop x-ray tomography instrument for nanometer-scale imaging: demonstration of the 1,000-element transition-edge sensor subarray
本研究为提升纳米级IC三维成像速度,构建了采用微波SQUID多路复用读出的1000单元TES X射线谱仪子阵列,实现818个器件同时读出,在8.0 keV Cu Kα线处能量分辨率达14 eV。
2022-12-22 physics.ins-det
A Transition-edge Sensor-based X-ray Spectrometer for the Study of Highly Charged Ions at the National Institute of Standards and Technology Electron Beam Ion Trap
我们报告的设计,调试和初步测量的过渡边缘传感器(TES)的X射线光谱仪的电子束离子阱(EBIT)在美国国家标准与技术研究所(NIST)。在过去的几十年里,NIST EBIT在不同的领域,如原子物理学,等离子体光谱学和实验室天体物理学,进行了大量的高电荷离子研究。新投入使用的NIST EBIT TES光谱仪(NETS)通过结合高X射线收集效率和分辨率,提高了EBIT的测量能力。NETS利用192个单独的TES X射线微量热计(166/192产率),与NIST EBIT以前使用的4像素中子嬗变掺杂锗微量热计光谱仪相比,收集面积提高了约30倍。NETS微量热计针对约500 eV至8,000 eV的X射线能量进行了优化,并在此范围内实现了3.7 eV至5.0 eV的能量分辨率,与之前的微量热计相比,改进更为适度(<2X)。在该能量范围之外,NETS可以以各种折衷来操作,其中最重要的是在较低能量下降低的效率以及在较高能量下限于像素的子集。作为NETS能力的初步演示,我们测量了类氦和类氢O,Ne和Ar以及类镍W的跃迁。我们详细介绍了能量校准和数据分析技术,用于转换探测器计数到X射线光谱,这一过程将是分析未来数据的基础。
2020-05-11 physics.atom-ph physics.ins-det
Development of TES-based detectors array for the X-ray Integral Field Unit (X-IFU) on the future x-ray observatory ATHENA
我们正在为未来欧洲X射线天文台雅典娜的X射线积分场单元(XIFU)开发基于过渡边缘传感器(TES)的微量热计。微量热计是基于TiAu TES耦合到250μm平方,AuBi吸收剂。我们设计并制造了在吸收体和TES之间具有不同接触几何形状以优化检测器性能并且具有不同布线拓扑结构以减轻自磁场的装置。该设计是定制的,以优化频域复用下的性能。在本文中,我们审查的主要设计特点的像素阵列,我们报告的性能的18个通道,2- 5 MHz频域复用器,将被用来表征探测器阵列。
2016-04-02 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Absolute Energy Measurements with Superconducting Transition-Edge Sensors for Muonic X-ray Spectroscopy at 44 keV
超导过渡边传感器(TES)具有能量分辨率高、收集效率高、可复用成大阵列等优点,在X射线测量中具有重要的应用价值。在这项工作中,我们开发了硬X射线TES测量μ子氩($μ$ -Ar)跃迁线的绝对能量约44 keV和20 keV。制造了具有不同热容的边车吸收器的TES,并对其能量分辨率和校准不确定度进行了表征。我们在44 keV下实现了~ 1 eV的绝对能量测量精度,在17.5 keV下实现了< 12 eV的能量分辨率。
2022-07-22 physics.ins-det
Mitigating the effects of charged particle strikes on TES arrays for exotic atom X-ray experiments
奇异原子实验将过渡边缘传感器(TES)微热计阵列置于高能带电粒子丰富的环境中。当高能带电粒子穿过TES阵列的硅衬底时,由于热串扰,大量能量被沉积并且跨TES阵列中的多个像素生成小脉冲。我们已经开发了分析技术,以评估和减少带电粒子事件对奇异原子X射线测量的影响。使用这种技术,由于堆积的X射线峰的高能量和低能量分量被消除,提高能量分辨率从6.6 eV到5.7 eV在6.9 keV。
2020-05-20 physics.ins-det
Demonstration of MHz frequency domain multiplexing readout of 37 transition edge sensors for high-resolution x-ray imaging spectrometers
我们报告的发展和演示的MHz频域复用(FDM)技术读出阵列的低温过渡边缘传感器(TES)X射线微量热计。在我们的FDM方案中,通过高$Q$ LC谐振器阵列,在低MHz范围内的不同谐振频率下对TES进行AC偏置。所有TES的电流信号在超导量子干涉装置(SQUID)处相加。我们已经证明了多路复用的读出31个像素,使用室温电子,高$Q$ LC过滤器和TES阵列在SRON开发,和SQUID阵列从VTT。我们在第二个37像素的设置上重复了这个过程。合计X射线光谱分辨率$@$ 5.9 keV为$ΔE_{\rm 31 pix ~MUX}=2.14\pm0.03$ eV和$ΔE_{\rm 37 pix ~MUX}=2.23\pm0.03$ eV。所展示的结果与其他多路复用方法相当。有可能进一步提高光谱分辨率和增加复用TES的数量,并打开TES X射线微量热计的应用。
2021-11-02 astro-ph.IM physics.ins-det
Calibration of X-Ray Source of a Powder Diffractometer and Radiation Test of Silicon Microstrip Detectors
本文介绍了一种基于快速闪烁计数器的粉末衍射仪X射线源焦面绝对通量的柔性标定装置。根据X射线管上的高电压,测得的通量在200 - 400 MHz的范围内,而通量的不确定度估计为5%。我们还将此校准应用于多通道硅微带X射线探测器的辐射硬度研究。
2020-08-26 physics.ins-det
Development of the superconducting detectors and read-out for the X-IFU instrument on board of the X-ray observatory Athena
高能天体物理学高级望远镜(雅典娜)已被欧空局选为其第二个大型飞行任务。未来的欧洲X射线观测站将研究炽热和充满活力的宇宙,预计将于2028年发射。基于超导过渡边缘传感器(TES)的微量热计是雅典娜星上X射线积分场单元(X-IFU)探测器阵列的首选技术。X-IFU是在软X射线波段(0.3 - 12 keV)工作的2-D成像积分场光谱仪。该探测器由3840个耦合到X射线吸收器的TES阵列组成,并使用基于超导量子干涉器件(SQUID)的频域复用(FDM)在MHz带宽中读出。所提出的设计要求具有高填充因子,高量子效率,相对较高的计数率能力和在5.9 keV的能量分辨率为2.5 eV的设备。本文将回顾基于TES的微量热计的基本原理和物理,并介绍FDM读出的最新技术。
2016-04-03 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Beam test calibration of the balloon-borne imaging calorimeter for the CREAM experiment
CREAM(宇宙射线能量学和质量)是一个多次飞行的气球飞行任务,旨在收集关于宇宙射线的元素组成和单个能量谱的直接数据。两个仪器套件已经建成,每年交替飞行。第二次飞行的钨/科幻成像量热计计划于2005年12月进行,在欧洲核子研究中心用电子和质子束进行了校准。描述了基于纵向簇射剖面研究的校准过程,并给出了束流测试的初步结果。
2005-07-24 physics.ins-det
Characterization of a TES-based Anti-Coincidence Detector for Future Large Field-of-View X-ray Calorimetry Missions
面向未来大视场X射线量热任务,研制并表征基于钨TES与QET并联网络的大幅面反符合探测器,实现<1 keV阈值、>96%活时间及毫米级空间分辨。
2025-02-19 astro-ph.IM physics.ins-det
Simulations for direct dark matter searches using ALPS II's TES detection system
本研究模拟 ALPS II 的 TES/SQUID 单光子探测系统,评估其借助低暗计数率、电子散射信号及本底排除与校准方法实现亚 MeV 暗物质直接搜寻和亚 eV 灵敏度的可行性。
2024-07-03 hep-ex physics.ins-det