Cryogenic Materials Repository: A Public Resource and New Measurements for Cryogenic Research Applications
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）
该研究开发了公共GitHub低温材料库（CMR），提供亚开尔文热导率测量数据，支持各学科研究人员设计评估低温系统，服务于宇宙学、天体物理望远镜等低温研究应用。
2026-08-04 astro-ph.IM physics.ins-det
A fifty-fold improvement of thermal noise limited inertial sensitivity by operating at cryogenic temperatures
本文介绍了一种真空兼容的低温加速度计，它的灵敏度在1 mHz ~ 10 Hz范围内可达到$<0.5$ p $g$ Hz $^{-1/2}$，在10 Hz附近最大灵敏度可达10 f $g$ Hz $^{-1/2}$。该数字可以转换为2 - 100 Hz之间的位移灵敏度$<2$ fm Hz $^{-1/2}$。在1~Hz下，这将比任何运动传感器获得的最佳灵敏度高出三个数量级以上。这一改进对引力波测量、电子物理、加速器物理和引力学等领域都有重要意义。在目前的粒子加速器和未来的引力波探测器$<$ 10 K低温应用于测试质量，以减少热噪声。这个概念可以受益于已经存在的超导状态温度，并达到所有陆地地震谱的$>10^5$信噪比。该传感器可用于控制粒子加速器中的束聚焦低温电磁铁，用于未来引力波探测器的低温惯性传感和其他领域。
2019-12-13 physics.app-ph physics.ins-det
A Cryogenic Torsion Balance Using a Liquid-Cryogen Free, Ultra-Low Vibration Cryostat
我们描述了一种具有超低振动水平的无液体制冷剂的低温恒温器，其允许扭秤在低温下连续操作。该装置使用了一个商业上可获得的两级脉冲管冷却器和被动隔振。扭秤在3- 10 mHz的频率范围内，扭矩噪声水平比室温热噪声低约四倍，这受到剩余地震运动和摆锤体辐射加热的限制。除了将热噪声降低到室温极限以下之外，低温环境还可以实现新颖的扭秤实验。目前，连续测量运行的最大持续时间受到低温恒温器内光学元件上低温表面污染物累积的限制。
2022-11-09 physics.ins-det
Reduction of thermal fluctuations in a cryogenic laser interferometric gravitational wave detector
镜面的热涨落是干涉型引力波（GW）探测器的基本限制。在这里，我们首次实验证明，在17\，K和18\，K的低温激光干涉仪天文台的蓝宝石反射镜GW检测器中的反射镜的热波动的减少。在90 ~ 240 Hz的频率范围内，由于反射镜的热涨落限制了探测器的灵敏度，通过对反射镜进行冷却，提高了探测器的灵敏度.提高的灵敏度在165 Hz处达到最大值$2.2 \times 10^{-19}\,\textrm{m}/\sqrt{\textrm{Hz}}$。
2012-02-16 gr-qc physics.ins-det
A Compact Thermal Heat Switch for Cryogenic Space Applications Operating near 100 K
研制了一种适用于100 K低温空间应用的热控热开关。该开关被设计成将冷却公共焦平面阵列的两个脉冲管冷头分开。两个冷头用于冗余原因，而开关用于减少备用冷头的热损失，从而限制冷却器组件所需的输入功率、重量和尺寸。在对可能的开关技术进行初步评估后，选择了基于不同材料的热膨胀系数（CTE）的结构。提出了一种简单的设计，基于热塑性塑料，其具有已知的最高CTE之一，允许在打开状态下相对大的间隙宽度。此外，开关在正常操作期间和开关期间都不需要功率。这提高了可靠性并允许简单的机械设计。在成功构建单个交换机之后，设计并测试了第二个双交换机配置。还分析了所选热塑性塑料（超高分子量聚乙烯）在低温负荷下的长期性能。
2013-11-25 physics.ins-det physics.space-ph
Cryogenic suspension design for a kilometer-scale gravitational-wave detector
本文报道了大型低温引力波望远镜KAGRA第一阶段的反射镜悬挂设计。镜面热噪声是Advanced LIGO和Advanced Virgo等室温引力波探测器的基本噪声之一。因此，为了进一步提高它们的灵敏度，需要降低热噪声。降低热噪声的一种有效方法是冷却反射镜。冷却反射镜必须克服许多技术挑战，例如低温冷却器引起的振动、悬架中的热漂移以及由于潜在故障机制数量增加而导致的占空比降低。我们的反光镜悬架有一个黑色涂层，使辐射冷却更有效。对于传导冷却，我们开发了超高纯度铝热链，它在保持足够小的弹性常数的同时，还具有高导热性。一个独特的倾斜调整系统，称为移动质量，用于调整反射镜的俯仰方向。采用大量程光反射位移传感器对提线车后坐质量和中间后坐质量进行阻尼控制。钐钴磁体用于线圈磁体致动器，以防止室温和低温之间的磁性发生显著变化。在本文中，我们的第一个低温有效载荷的设计和它的性能在bKAGRA阶段1进行了讨论。
2021-01-25 physics.ins-det
Thermalization of a SQUID chip at cryogenic temperature: Thermal conductance measurement for GE 7031 Varnish Glue, Apiezon N Grease and Rubber Cement between 20 and 200 mK
针对 ATHENA X-IFU CryoAC 研发，本文在低于 20 mK 的稀释制冷机冷级上测量 2 mm × 2 mm SQUID 芯片经三种低温粘接材料固定后的热导率，并通过多次热循环考察退化效应。
2024-01-22 astro-ph.IM physics.ins-det
Internal review on the state of loss of vacuum research on helium cryogenic systems
在氦低温系统中，利用真空绝热来减轻向低温流体的对流热传递是常见的。虽然绝缘真空有意义地改善了低温系统的热性能，但是绝缘真空的失效导致快速热传递到低温氦，通常导致流体从排放中损失、系统的潜在过压以及对容器和设备的损坏风险。真空损失问题的本质是高度瞬态的，很难在不同的应用中统一预测，尽管近几十年来已经做出了一些努力来评估传热机制并开发有用的模型。
2023-03-19 physics.ins-det
A hybrid silicon-sapphire cryogenic Fabry-Perot cavity using hydroxide catalysis bonding
第三代引力波探测器正在研制中，将在低温下操作探测器，以减少热噪声。硅和蓝宝石在低温下具有优异的力学性能和热性能，是很有希望的试验质量块和悬浮元件的候选材料。本文介绍了蓝宝石与硅之间氢氧化物催化键合的低温热循环性能和强度测试。结果表明，尽管这两种材料的热膨胀系数相差很大，但只要控制好表面平整度和硅表面热生长的$\mathrm{SiO_2}$氧化层，键合样品仍能经受从室温到5.5 K的热循环。在冷却循环之后，对于蓝宝石和具有190 nm硅氧化厚度的硅之间的键测得3.6 $\pm 0.6$ MPa的断裂强度。利用本实验室发展起来的键合技术，我们制作了一个混合型的硅基法布里-珀罗腔。测量结果表明，该腔可以经受反复的热循环，同时保持良好的精细度。
2018-12-18 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Cryogenic Thermal Modeling of Microwave High Density Signaling
University of Wisconsin-Milwaukee（威斯康星大学密尔沃基分校）；Quantum Design, Inc.（量子设计公司）；Rigetti Computing（里盖蒂计算）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
本文研究了超导量子计算机中微波高密度信号的低温热模型，通过实验测量电缆热导率和电阻，分析了热负荷与量子比特数的关系，得出理论和实际的量子比特限制。
2025-12-12 physics.ins-det quant-ph
Thermal architecture for a cryogenic super-pressure balloon payload: design and development of the Taurus flight cryostat
本文针对2027年超压气球微波偏振计Taurus，设计了660L液氦低温恒温器，结合超流氦毛细供给与闭循环稀释制冷实现<100mK低温，并通过蒸气冷却屏蔽和玻璃纤维支撑实现超过50天、低于1000磅的轻量化长航时运行。
2024-10-23 astro-ph.IM physics.ins-det
Thermal noise and mechanical loss of SiO$_2$/Ta$_2$O$_5$ optical coatings at cryogenic temperatures
介质镜涂层的机械损耗为引力波探测器和原子钟的腔稳定光学本振器设置了基本限制。两种方法被用来确定的机械损失：振铃测量涂层品质因数和涂层热噪声的直接测量。在这里，我们报告了一个系统的研究，从室温到4 K的反射镜的热噪声在这些温度下操作的参考腔。直接测量的热噪声被用来提取相应的SiO $_2$ /Ta $_2$ O $_5$涂层的机械损耗，这与以前报道的值进行了比较。
2020-11-11 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Cryogenic payloads for the Einstein Telescope -- Baseline design with heat extraction, suspension thermal noise modelling and sensitivity analyses
本文提出Einstein Telescope低温低频干涉仪有效载荷的新基线设计，比较两种marionette排热方案并开展悬挂热噪声建模与灵敏度分析。
2023-09-20 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Realignment-free cryogenic macroscopic optical cavity coupled to an optical fiber
我们提出了一种低温设置，其中光学法布里-珀罗谐振器耦合到单模光纤，耦合效率在90%以上，在mK温度下，在冷却过程中没有重新调整。该装置在室温下进行预对准，以补偿冷却期间光学组件的热收缩和折射率变化。高耦合效率是通过保持设置旋转对称的光轴。大多数设置组件由Invar（FeNi 36）制成，可最大限度地减少热收缩。在量子光学力学实验中，高耦合效率是必不可少的。
2023-01-16 physics.ins-det physics.optics
Self-heating of cryogenic high-electron-mobility transistor amplifiers and the limits of microwave noise performance
高电子迁移率晶体管（HEMT）的微波噪声性能的基本限制对于射电天文学和量子计算的应用具有科学和实际意义。据报道，在低温温度下的自加热是噪声的限制机制，但尚未评估用于减轻噪声的低温冷却策略，例如使用液体制冷剂。在这里，我们报告微波噪声测量的封装两级HEMT放大器浸泡在正常和超流$^4$ He浴和真空从1.6 - 80 K。我们发现这些液体冷冻剂无法减轻与自加热相关的热噪声。考虑到这一发现，我们研究的影响，在HEMT的低温噪声性能的下限。我们的分析支持的一般设计原则，在尽可能低的功率最大化增益的低温HEMT。
2022-08-04 physics.ins-det
The relative interfacial thermal contraction as a possible origin of the low-energy excess in cryogenic calorimeters
Max Planck Institute for Physics（马克斯·普朗克物理研究所）；Marietta Blau Institute for Particle Physics of the Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院玛丽埃塔·布劳粒子物理研究所）；Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）
本文提出低温量热器中低能过剩（LEE）可能源于吸收体与过渡边缘传感器（TES）下SiO₂非晶层之间的相对热收缩系数失配，通过弹性模型解释该效应，并讨论双TES模块的设计以验证和缓解LEE。
2026-05-28 hep-ph physics.ins-det
The Cryogenic Anticoincidence Detector for ATHENA X-IFU: Preliminary test of AC-S9 towards the Demonstration Model
我们的团队正在开发ATHENA X射线积分场单元（X-IFU）的低温反符合探测器（CryoAC）。它是一个基于TES的4像素探测器，将放置在主TES阵列探测器下方不到1 mm处。我们现在正在生产CryoAC演示模型（DM）：一个能够探测探测器关键技术的单像素原型，即在50 mK热浴下的操作，20 keV的阈值能量以及悬浮吸收体和热浴之间热导的再现性。该探测器将在INAF/IAPS的低温装置中进行集成和测试，然后交付给SRON以集成到X-IFU焦平面组件（FPA）DM中。在本文中，我们报告的CryoAC DM开发的状态，显示与最后开发的原型，即AC-S9获得的主要结果。这是一个类似DM的样品，我们在进行最终蚀刻工艺以悬浮硅吸收体之前对其进行了初步集成和测试。结果是有希望的DM，因为尽管由于没有最终的蚀刻（高的热容量，高的热导率，部分TES表面覆盖）的限制，我们已经能够操作的检测器TB = 50 mK和检测6 keV的光子，从而具有低的能量阈值完全符合我们的要求（20 keV）。
2018-07-11 astro-ph.IM physics.ins-det
Very low resistance Al/Cu joints for use at cryogenic temperatures
我们提出了两种不同的技术，实现低电阻（$<$ 20 N $\rm Ω$）之间的铜和铝在低温温度接触。最好的方法是基于在Ar等离子体蚀刻后立即在同一设备中的电子束蒸发器中的表面的镀金，产生低至3 n的电阻$\rm Ω$，其随时间稳定。第二种方法涉及在Al/Cu接头中插入铟。对于这两种方法，我们认为关键因素是表面抛光，氧化铝表面层的总去除，和临时应用大（典型）。11 kN）压缩力。我们认为镀金触点的值是有史以来报道的几个$\rm cm^{2}$的Cu/Al接头的最低值。这项技术可以简化先进低温应用的热连接的构造，特别是用于核退磁制冷机的极低电阻热开关的构造。
2021-03-31 physics.ins-det
Cryogenic Mechanical Loss of GaAs/AlGaAs Crystalline Coatings
Syracuse University（雪城大学）；Cardiff University（卡迪夫大学）；Hobart William Smith Colleges（霍巴特威廉史密斯学院）；California Institute of Technology（加州理工学院）；University of Arizona（亚利桑那大学）
该研究针对用于引力波探测器的GaAs/AlGaAs高反射镜涂层，采用低温多模态柔性节点悬挂系统首次测量其低温机械损耗，为理解涂层热噪声的基本损耗机制提供了关键实验依据。
2026-08-25 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Cryogenic optical shadow sensors for future gravitational wave detectors
位移传感器在引力波探测器中有各种应用。LIGO核心光学系统的地震隔离链利用光学阴影传感器进行稳定。未来的升级，如LIGO Voyager，计划在低温下运行，以减少其热噪声，并将需要低温位移传感器。我们提出的阴影传感器嵌入在伯明翰光学传感器和电磁电机（BOSEMs）的模拟和实验测试的结果。我们确定该器件可以在100 K下可靠地工作。我们还表明，在低温下的BOSEM传感器的性能提高。
2022-05-18 astro-ph.IM physics.ins-det
A Cryogenic Infrared Calibration Target
提出了一种紧凑的低温校准靶，其具有来自$800-4,800\,{\rm cm}^{-1}$ $(12-2\,μ$ m的峰值漫反射率$R \le 0.003$。在将所考虑的频谱范围扩展到$400-10,000\,{\rm cm}^{-1}$ $(25-1\,μ$ m）时，观察到的性能在频带边缘处适度地降低到$R \le 0.02$。在所描述的实施方式中，高热导率金属衬底用金字塔形瓷砖纹理化，并且随后涂覆有薄的有损耗介电涂层，该薄的有损耗介电涂层能够实现跨目标的高吸收和热均匀性。所得到的靶组件重量轻，具有低几何轮廓，并且经受住了从室温到$\sim4\,$ K的重复热循环。基本的设计考虑，控制方程，并为实现所描述的结构的测试数据。选定的吸收材料- Acktar分形黑，Aeroglaze Z306，和Stycast 2850 FT环氧树脂加载不锈钢粉末-的光学性能的特点和介绍。
2014-03-26 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Frequency stability of cryogenic silicon cavities with semiconductor crystalline coatings
采用低温参考腔的现有技术的光学振荡器在性能上受到与反射镜涂层的机械耗散相关联的布朗热噪声的限制。最近，结晶Al $_{1-x}$ Ga $_{x}$ As/GaAs涂层已成为改善涂层热噪声的有希望的候选者。我们测量了两个全结晶的低温参考腔的频率噪声，该参考腔具有Al $_{0.92}$ Ga $_{0.08}$ As/GaAs光学涂层。我们报告先前未测量的双折射噪声与反相关的频率波动之间的偏振模式的结晶涂层，并确定变量，影响其大小。比较两个低温参考腔之间的双折射噪声揭示了一组现象学的缩放与腔内功率和模式面积。我们实现了一个询问方案，消除了这两个偏振模式的同时探测噪声。这种消除后剩余的残余噪声大于两个腔的热噪声限制，但仍低于先前测量的等效谐振器与介电涂层的不稳定性。虽然这些新的噪声机制的来源还不清楚，我们证明，晶体涂层可以提供稳定性和灵敏度的谐振器采用介电涂层的竞争力。
2022-10-26 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Cryogenic microstripline-on-Kapton microwave interconnects
为了增加焦平面外差辐射计阵列的尺寸，需要简单的宽带微波互连。我们已经测量了在297和77 K的柔性电路技术中的微带传输线阵列的损耗和串扰，发现至少20 GHz的良好性能。Kapton基片的介电常数在297 ~ 77 K之间变化很小，电损耗下降。印刷电路结构中金属的小横截面积产生与不锈钢同轴电缆类似的总热导率。在操作上，主要的性能折衷是在串扰和热导率之间。我们测试了一个图案化的接地层，以减少热通量。
2012-06-07 astro-ph.IM physics.ins-det
Observation of the Fundamental Nyquist Noise Limit in an Ultra-High $Q$-Factor Cryogenic Bulk Acoustic Wave Cavity
用直流超导量子干涉器件（SQUID）放大器在低温下观测了高$Q$体声波（BAW）谐振腔的热奈奎斯特噪声起伏。带宽为几十毫赫兹的高$Q$模式会产生信噪比高达23 dB的热波动。根据奈奎斯特噪声估计的有效温度与器件的物理温度非常一致，证实了等效电路模型的有效性以及不存在任何过量的谐振器自噪声。测量还证实，品质因数保持极高（$Q>10^8$在低阶泛音）非常弱（热）系统运动在低温下，当与相对较强的外部激励测量值相比。这一结果代表了朝着在标准量子极限下操作这种高Q声学器件迈出的一步。
2014-10-16 cond-mat.stat-mech physics.ins-det quant-ph
A Study of Cooling Time Reduction of Interferometric Cryogenic Gravitational Wave Detectors Using a High-Emissivity Coating
在干涉低温引力波探测器中，有计划冷却反射镜及其悬挂系统（有效载荷），以减少热噪声，即基本噪声源之一。由于大的有效载荷质量（总共几百公斤）和它们的热隔离，需要几个月的冷却时间。计算结果表明，高辐射率涂层（如类金刚石（DLC）涂层）可以通过增强辐射传热有效地减少冷却时间。在这里，我们已经通过实验验证了DLC涂层对减少冷却时间的影响。
2013-09-19 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Effects of Temperature Anneal Cycling on a Cryogenically Proton Irradiated CCD
在整个典型的地球轨道上，卫星不断受到辐射的轰击，特别令人关切的是被捕获的太阳质子，因为它们在整个飞行任务中逐渐损坏焦平面装置并降低其性能。为了了解损坏对CCD的影响以及它如何随其热历史而变化，使用CCD 280进行了质子辐射活动。在153 K下照射CCD，并以5 K的增量逐渐升温至188 K，在每个退火步骤之后在153 K下拍摄Fe 55 X射线、暗电流和陷阱泵浦图像。结果表明，尽管陷阱景观在整个退火过程中发生变化，但它对并行电荷转移效率的影响很小。这被认为是因为大多数陷阱不受影响，并且许多确实退火的陷阱仅从不同陷阱物种之间的连续区移动到附近的双空位陷阱“峰”，其发射时间常数足够相似以仍然影响CTI。就在飞行任务中使用CCD 280或类似装置而言，CTI不受高达188 K的热退火的影响意味着随着辐射损伤的积累而需要的任何CTI校正不必考虑焦平面的热历史。然而，在温度高于188 K时可能会发生大量退火，飞行任务在这一温度范围内运行时应注意收集准确的飞行前数据。
2021-10-18 physics.ins-det
Low-vibration cryogenic test facility for next generation of ground-based gravitational-wave observatories
本文介绍一种低温低振动测试设施，用于在123K下测量硅悬臂梁的宽带热噪声，为未来低温引力波探测器（如LIGO Voyager和爱因斯坦望远镜）的悬架设计提供指导。
2024-08-20 physics.ins-det
Particle swarm optimization of the sensitivity of a cryogenic gravitational wave detector
对干涉型引力波探测器的测试质量进行低温冷却是一种很有前途的降低热噪声的方法。然而，低温冷却限制了入射到测试质量的功率，这限制了形成量子噪声的自由度。低温冷却还需要短而粗的悬浮纤维来提取热量，这可能导致热噪声的恶化。因此，在设计低温引力波探测器的灵敏度时，需要仔细地调整多个参数。在这里，我们建议使用粒子群优化来优化这些检测器的参数。将其应用于KAGRA探测器的灵敏度设计中，结果表明，只需重新调整现有元件的7个参数，就可以使双中子星的螺旋范围提高10%。我们还表明，GW170817类双星的天空本地化可以进一步提高了1.6倍，平均在整个天空。我们的研究结果表明，粒子群优化是有用的设计未来的引力波探测器具有更高的维度在参数空间。
2018-12-06 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Low-noise HEMTs for Coherent Elastic Neutrino Scattering and Low-Mass Dark Matter Cryogenic Semiconductor Detectors
介绍了CNRS-C2 N实验室研制的高电子迁移率晶体管（HEMT）的噪声特性。在4K下研究了输入电容为2 pF到230 pF的各种HEMT栅几何结构。电压和电流噪声的模型已经开发与频率依赖性高达1 MHz。这些HEMT表现出低损耗、优异的噪声性能，并且可以有利地取代传统的Si-JFET用于高阻抗热传感器和半导体电离低温探测器的读出。我们的模型预测，低温锗探测器的30克，10 eV的热量和20 eVee的基线分辨率是可行的，如果读出基于HEMT的放大器。这样的分辨率允许在低阈值下核反冲和电子反冲之间的高区分。这种能力是相干弹性中微子散射和低质量暗物质实验，如跳弹和EDELWEISS的主要兴趣。
2019-12-04 physics.ins-det
Thermal analysis of Josephson junctions array in cryocooler
复杂的低温仍然是量子电压标准的传播的一个强有力的限制，而无低温操作则对约瑟夫森标准特别感兴趣。无氦制冷的主要困难与芯片热化有关。我们测试了不同的解决方案和芯片与冷却表面之间的界面材料，以改善热传导。一些结被选择作为耗散电功率的元件，而另一些结被用作片上温度传感器。芯片和铜支撑之间的铟箔被证明提供了一个良好的热界面，适用于可编程电压标准操作。然而，通过在顶部热接触芯片可以进一步增加热传导。最后，在真空热接触的一般物理约束进行了分析，在低温下的热界面的已知属性。
2017-08-30 cond-mat.supr-con physics.ins-det
A facility for thermo-mechanical characterization of fusion magnet materials during cryogenic ion irradiation
本文介绍一种结合低温瞬态光栅光谱与离子辐照的设施，用于原位监测聚变磁体材料性能，以铜为基准实验表明热扩散率显著下降而声速稳定，为材料选择提供关键数据。
2025-06-20 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
A cryogenic test-mass suspension with flexures operating in compression for third-generation gravitational-wave detectors
本文提出一种用于爱因斯坦望远镜低温测试质量的新型硅悬挂概念设计，利用硅压缩强度高的特性，采用刚性梁与短柔性铰链组合，消除反冲质量并使用光学反弹簧，以降低热噪声并改善隔振。
2025-03-24 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Single MoS2-flake as a high TCR non-cryogenic bolometer
本文提出一种由机械转移悬浮多层 MoS2 薄片构成的二维非低温测辐射热计，利用大吸收窗口和悬浮热隔离实现高 TCR 与低 NEP。
2024-06-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
Simulations of athermal phonon propagation in a cryogenic semiconducting bolometer
本文提出了三种非热声子在复合半导体测辐射热计Bolo 184金刚石吸收体中传播的Monte Carlo模型。以前的测量结果表明，该测辐射热计的响应由$α$粒子的影响强烈依赖于粒子入射的位置，和形状的响应函数是由传播和热化的非热声子。此时非热声子传播的具体机制尚未确定，因此我们开发了三种模型，通过尝试重现实验数据中看到的统计特征来探测这种行为。前两个模型假设由平均自由程$λ$确定的声子热化长度，其中第一个模型假设声子在盘的边界处热化（具有小的$λ$），第二个模型假设它们反射（具有大于盘的尺寸的$λ$）。第三种模型允许无热光子沿着它们的几何视线（类似于射线光学）传播，逐渐失去能量。我们发现，反射模型和几何模型再现实验数据中看到的功能，而模型假设声子热化在光盘边界产生不切实际的结果。在几何模型中，能量吸收的方向性没有显著的依赖性，并且在这种薄晶体金刚石的图式中，反射吸收定律和几何定律都产生一致的结果。
2021-01-09 astro-ph.IM physics.ins-det
Cryopumping and Vacuum Systems
要理解在低温下运行的复杂和/或大型真空系统，需要对这种温度下的真空科学有具体的了解。在室温下，与表面具有低结合能的分子不被泵送。然而，在低温下，由于温度降低，它们的停留时间显著增加，这允许“低温泵送”。本讲座介绍了低温真空领域，讨论了表面脱附，粘附概率，热蒸发，吸附等温线，常见气体的蒸汽压，工业表面和粗糙度因素。这些方面的说明与大型哈登对撞机的情况下，解释其光束屏幕和cryosorber，泄漏和光束真空系统建模在低温环境中。最后，讨论了LHC和其他低温机器的低温束真空系统的操作。
2020-06-02 physics.acc-ph physics.ins-det
Traceable In Situ Microwave Power Measurement at the Cryogenic Device Plane in a Dilution Refrigerator
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；University of Palermo（巴勒莫大学）；Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM)（意大利国家计量研究所）；Università degli Studi di Pisa（比萨大学）
研究在稀释制冷机中低温设备平面上进行微波功率测量的问题，核心方法是利用定制可变温度台，结合热射频功率传输、低温S参数校正和不确定度评估，实现可溯源微波功率校准，给出了不同功率下的不确定度范围。
2026-07-15 physics.app-ph physics.ins-det quant-ph
Reliability studies of electronic components for the operation at cryogenic temperature
冷电子学是许多科学和技术领域的关键技术，包括空间探索计划和粒子物理学。下一代中微子实验是一个在低温下运行的具有大量模拟和数字电子信号处理通道的主要实验，即深地下中微子实验（DUNE）。DUNE探测器使用87 K的液态氩作为中微子的靶材料，并作为介质来跟踪探测器体积中相互作用产生的带电粒子。DUNE电子产品[1]由基于低功耗180 nm-CMOS技术定制设计的ASIC（专用集成电路）芯片组成。该技术的主要风险是电子元件将在液体氩气中浸泡多年（20-30年）而无法进入。ASIC的可靠性问题可能来自于热应力、封装和制造相关的缺陷：如果未被发现，这些可能会导致长期的可靠性和性能问题。本文的范围是探索非破坏性的评估技术，其潜在的使用在一个全面的质量控制过程中的原型，测试和调试的DUNE冷电子系统。具体来说，我们已经使用了扫描声学显微镜和X射线断层扫描来研究与室温和低温之间的热循环相关的ASIC芯片中的永久性结构变化。
2019-11-23 hep-ex physics.ins-det
An Energy-dependent Electro-thermal Response Model of CUORE Cryogenic Calorimeter
稀有事件低温地下观测站（CUORE）是在$^{130}\text{Te}$中寻找无中微子双β衰变（$0νββ$）的最灵敏的实验。CUORE使用988 TeO $_2$量热计的低温阵列，在$\sim$ 10 mK下运行，总质量为741 kg。为了进一步提高灵敏度，必须很好地理解检测器的响应。在这里，我们提出了一个非线性热模型的CUORE实验的探测器的基础上。我们已经研究了平衡和动态电热模型的探测器，通过数值拟合非线性微分方程的CUORE通道的一个子集的探测器数据，以及表征和代表的所有通道。我们证明，热电子效应和电场依赖的电阻在NTD-Ge热敏电阻单独是不足以描述我们的探测器的能量依赖的脉冲形状。我们在热敏电阻的指数温度依赖性中引入了经验二阶校正因子，这与能量依赖的脉冲形状数据产生了极好的一致性，最高可达6 MeV。我们还提出了一个噪声分析，使用拟合的热参数，并表明，固有的热噪声是可以忽略不计相比，我们的探测器所观察到的噪声。
2022-07-28 nucl-ex physics.ins-det
CUORE Data Release for ML Applications: Pulse Shape Analysis Dataset
University of South Carolina（南卡罗来纳大学）；Virginia Polytechnic Institute and State University（弗吉尼亚理工大学）；INFN – Laboratori Nazionali di Legnaro（意大利国家核物理研究所-莱尼亚罗国家实验室）；INFN – Sezione di Bologna（意大利国家核物理研究所-博洛尼部分部）；Sapienza Università di Roma（罗马大学）；INFN – Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所-罗马部分部）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；INFN – Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家核物理研究所-格兰萨索国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；INFN – Sezione di Milano Bicocca（意大利国家核物理研究所-米兰比可卡部分部）；Università degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）
该研究发布CUORE实验的公开数据集，用TeO₂低温量热计测粒子能量沉积，以热波动形式呈现。数据集含校准数据采集时的热脉冲，有分类标签等，支持低温量热计数据分析中相关任务的监督学习测试。
2026-07-07 nucl-ex physics.ins-det
Low Noise Microwaves for Testing Fundamental Physics
研究了微波信号在低温谐振腔中传输时的噪声特性。实验是在11.342 GHz蓝宝石加载谐振腔冷却到6.2 K时进行的。根据实测的低温谐振腔的透射系数，计算了其噪声抑制函数。这是通过蒙特卡罗模拟完成的，其中一些细节在这封信中讨论。接下来，我们测量了入射到低温谐振器上的信号的技术波动。在用先前计算的噪声滤波“模板”处理这些数据之后，我们推断出传输信号的噪声谱。我们发现，在傅立叶频率F $\ge$ 10 kHz处，传输信号的相位和幅度波动的谱密度接近于-180 dB/Hz的热噪声极限。这种热噪声受限的微波允许对狭义相对论进行更精确的测试，并且在量子信号处理的某些阶段可能有用。
2021-02-19 physics.app-ph physics.ins-det
Cryogenic Optical Packaging Using Photonic Wire Bonds
本文提出基于光子引线键合的低温光学封装方法，可在970 mK下实现SMF-28光纤与硅光子芯片间低于2 dB的单连接损耗，且无需主动对准、耐冷热循环并兼容超高真空。
2023-07-14 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Laser stabilization to a cryogenic fiber ring resonator
激光器的频率稳定性受到最先进的频率基准中的热噪声的限制。进一步的改进需要在低温下操作。在这方面，我们研究了基于光纤的环形谐振器。我们的系统在$3.55$ K附近表现出一阶温度不敏感点，远低于晶体硅。所观察到的低灵敏度相对于振动（$<5\cdot{10^{-11}}\,\text{m}^{-1} \text{s}^{2}$），温度（$-22(1)\cdot{10^{-9}}\,\text{K}^{-2}$）和压力变化（$4.2(2)\cdot{10^{-11}}\,\text{mbar}^{-2}$），使我们的方法有希望在未来的精密实验。
2020-12-16 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Thermal architecture for the QUBIC cryogenic receiver
QU宇宙学测辐射热干涉仪（QUBIC）是一种新型的测量宇宙微波背景B模偏振各向异性的仪器。B模式信号的检测将是极具挑战性的; QUBIC设计了一种新的方法来解决这个问题，即测辐射热干涉法。接收器低温恒温器是非常大的，并使用两个脉冲管冷却器，一种新型的4 He吸附冷却器和一个双级3 He/4 He吸附冷却器将复杂的光学和探测器级冷却到40 K，4 K，1 K和350 mK。我们讨论了低温恒温器的热和机械设计，建模和热分析，以及实验室低温测试。
2018-11-06 astro-ph.IM physics.ins-det
Liquid Helium Cryogenic TEM below 1 Å
针对侧插式液氦冷却台在 TEM 中缺乏亚埃级成像稳定性的问题，本文展示了在约 20 K 样品温度下实现亚埃级原子成像且保持低漂移和稳定保持时间的成果。
2025-09-15 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Cryogenic light detectors with enhanced performance for rare events physics
我们已经开发并测试了一种将测辐射热光探测器耦合到晶体测辐射热计的新方法，该方法基于将光探测器简单地放置在晶体表面上，仅通过重力保持在适当位置。这种简单的安装导致三个重要的改进：（1）它减少了组装检测器所需的非活性材料的量，（2）它通过最小化由安装结构引起的光损失而大大增加了光收集效率，以及（3）由于与热浴的极弱的热链接，它增强了光检测器中引起的热信号。我们测试了这种新技术与16厘米$^2$锗光探测器与热敏电阻读数坐在一个大的TeO $_2$测辐射热计的表面。与以前测试的替代安装相比，光收集效率提高了50%以上。我们在光探测器上获得了20 eV RMS的基线能量分辨率，连同增加的光收集，使我们能够获得用大量TeO $_2$晶体获得的最佳$α$与$β/γ$区分。同时，我们实现了上升和衰减时间分别为0.8和1.6毫秒。这种卓越的性能满足CUPID（CUORE升级粒子识别）实验的所有要求，这是一个1吨重的CUORE后续测辐射热计。
2019-04-29 nucl-ex physics.ins-det
A Cryogenic Uniaxial Strain Cell for Elastoresistance Measurements
本文提出一种适用于4.2 K至300 K的低温单轴应变池，通过压电堆和高分辨率电容传感器实现±5%的精确应变控制，并在铁基超导体BaFe$_2$As$_2$中验证了其弹阻测量的可靠性。
2025-07-14 cond-mat.supr-con physics.ins-det
A waveguide-coupled thermally-isolated radiometric source
介绍了一种用于波导耦合毫米波和亚毫米波低温传感器的双极化源的设计和验证。热源是一个波导安装吸收圆锥形介质锥。该吸收器是热隔离与运动悬架，允许引导是热沉到最低浴温度的低温系统。这种方法使得来自金属波导壁的热发射相对于来自源的热发射是次主导的。低导热性Kevlar螺纹用于运动安装，有效地将吸收器与传感器冷级分离。因此，吸收器可以被加热到比传感器高得多的温度，而传导负载可以忽略不计。运动悬架提供了高机械重复性和热循环的可靠性。一个33-50 GHz的黑体源在整个波导波段上显示出0.999的发射率，其中与单位的主要偏差来自波导欧姆损耗。当吸收体温度为15 K时，源的热时间常数为40 s。在3.5 K和15 K之间，损耗介质MF-117的比热可以很好地近似为$C_v(T)=0.12\,T\,^{2.06}$ mJ g $^{-1}$ K $^{-1}$。
2013-03-21 astro-ph.IM physics.ins-det
A new type of carbon resistance thermometer with excellent thermal contact at millikelvin temperatures
使用一种新品牌的商用碳电阻器，我们建立了一个低温温度计，具有非常好的热接触，其热环境。由于其优越的热接触，温度计对低水平的寄生射频加热不敏感。我们使用石英音叉He-3粘度计将温度计校准到5 mK，并测量其热阻和热响应时间。
2010-09-19 cond-mat.other physics.ins-det
Passivation of Si(Li) detectors operated above cryogenic temperatures for space-based applications
这项工作评估了聚酰亚胺和聚对二甲苯-C的锂漂移硅（Si（Li））探测器的钝化的可行性。钝化的Si（Li）探测器将构成通用反粒子谱仪实验的粒子跟踪器和X射线探测器，该实验是一项气球实验，旨在探测暗物质湮灭或衰变中产生的宇宙反氘核。通过热固化聚酰亚胺实现了成功的钝化涂层，并且优化的涂层形成了对湿气和有机污染的优异屏障。钝化Si（Li）探测器在$-$ 35至$-45\,^{\circ}$ C的温度下工作时，对20 $-$ 100 keV X射线提供$\lesssim\,4$ keV能量分辨率（FWHM）。这是首次报道的硅（锂）基X射线探测器在低温以上工作的成功钝化。
2021-02-11 astro-ph.IM physics.ins-det
Thermal architecture for the SPIDER flight cryostat
我们描述了低温系统的SPIDER，球载微波偏振计，将映射8%的天空度尺度角分辨率。该系统由一个1284 L液氦低温恒温器和一个16 L毛细管填充的超流氦罐组成，它们分别提供4 K和1.5 K的基本工作温度。闭合循环氦-3吸附制冷机为多个焦平面提供亚开尔文冷却功率，这些焦平面位于单色望远镜插入物中。主氦罐悬挂在带有热绝缘玻璃纤维弯曲件的真空容器内，并通过两个蒸汽冷却屏蔽和多层绝缘的组合来屏蔽热辐射。该系统允许极低的仪器背景和超过25天的保持时间。包括冷冻剂在内的低温系统的总质量约为1000 kg。这使得传统的长时间气球飞行成为可能。我们将讨论低温系统的设计、热分析和鉴定。
2011-06-13 astro-ph.IM physics.ins-det
Vibration Analysis of KAGRA Cryostat at Cryogenic Temperature
KAGRA使用低温技术将其蓝宝石测试质量冷却至20 K，以降低热噪声。然而，低温制冷机的振动和低温恒温器的结构共振耦合到测试质量，并可能污染检测器的灵敏度。我们进行了振动分析的冷却系统在低温下，研究其对探测器灵敏度的影响。我们的测量表明，屏蔽振动低于1赫兹不受制冷机运行或结构共振，并遵循地面运动。在1-100 Hz的屏蔽的本底噪声被观察到是2-3个数量级大于地震运动，即使没有制冷机操作。低温制冷机的运行不会改变噪声基底，但在整个频谱（1-100 Hz）上观察到2.0 Hz峰值及其谐波。这些结果用于计算冷却系统振动与试验质量的耦合。我们的结论是，从冷却系统的振动不限制KAGRA设计的灵敏度。
2022-03-18 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Towards a sub-kelvin cryogenic Fabry-Perot silicon cavity
本文研制亚开尔文单晶硅法布里-珀罗腔，采用硅基底晶体镀膜反射镜和稀释制冷机以降低热噪声，并分析双折射相关噪声对超稳激光频率稳定度的影响。
2024-06-12 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Contact-less phonon detection with massive cryogenic absorbers
我们发展了一种非接触式技术，用于在亚开尔文温度下实时测量吸收体中的非热（库珀对断裂）声子。特别地，在30克高电阻率硅晶体上实现了薄膜铝超导谐振器。集总元件谐振器由沉积在另一个晶片上的射频微带馈线感应激励/读出;传感器，动态电感检测器（KID），在没有任何物理接触或布线到吸收器的情况下读出。该谐振器表现出优异的电性能，特别是在其内部品质因数方面。实现了在大质量吸收体中的α和γ的检测，具有约1.4 keV的RMS能量分辨率，这对于粒子物理应用已经是有趣的。该原型探测器的分辨率主要受到沉积能量到超导激发（准粒子）的低转换效率（约0.3%）的限制。所展示的技术可以进一步优化，并用于生产大型阵列的非热声子探测器，用于稀有事件的搜索，如：暗物质直接检测，中微子少双β衰变，或相干弹性中微子核散射。
2019-11-19 hep-ex physics.app-ph physics.ins-det
Development of Neutron Transmutation Doped Germanium (NTD-Ge) for Cryogenic Applications
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；China Institute of Atomic Energy（中国原子能科学研究院）
本研究研制了基于NTD-Ge的低温温度计，经CARR热中子辐照、6个月冷却及标准半导体工艺制备，其电阻特性符合莫特定律，验证了该温度计在低温系统的适用性与制备工艺的可靠性。
2026-10-01 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci nucl-ex
