Applications of Kinetic Inductance Detectors to Astronomy and Particle Physics / Antonio D'addabbo ; sous la direction de Alessandro Monfardini et de Paolo de Bernardis

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : anglais / English

Catalogue Worldcat

Astronomie millimétrique

Matière, Théorie cinétique de la

Supraconductivité

Classification Dewey : 530

Monfardini, Alessandro (Directeur de thèse / thesis advisor)

Bernardis, Paolo de (1959-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Collot, Johann (19..-....) (Président du jury de soutenance / praeses)

Gervasi, Massimo (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Marnieros, Stefanos (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Gatti, Flavio (19..-....) (Membre du jury / opponent)

Calvo, Martino (Membre du jury / opponent)

Benoit, Alain (1948-.... ; physicien) (Membre du jury / opponent)

Université de Grenoble (2009-2014) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

Università degli studi La Sapienza (Rome) (Organisme de cotutelle / degree co-grantor)

École doctorale physique (Grenoble) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Institut Néel (Grenoble) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : Les Détecteurs a Inductance Cinétique (KID) ont récemment attiré l'attention de la communauté des détecteurs fonctionnants à très basse température (~100 mK). Haute sensibilité, une fabrication simple, une lecture à faible constante de temps et un multiplexage fréquentielle intrinsèque, ouvrent de nouvelles possibilités pour les expériences necessitant des matrices de détecteurs ultra-sensibles avec un grand nombre de pixels. En astronomie millimétrique, l'instrument New IRAM KID Array (NIKA) est aujourd'hui la meilleure démonstration des performances optiques des ces détecteurs. Cette dernière est composée de plusieurs centaines des KIDs répartis sur deux bandes spectrales. NIKA est installé de manière permanente au telescope (30 mètres) IRAM à Pico Veleta (Grenade, Espagne). Pendant les campagnes d'observation NIKA, nous avons démontré des performances comparables aux bolomètres et l'instrument est aujourd'hui ouvert à la communauté des astronomes. Ces résultats favorables ont déclenché le développement d'une géneration plus ambitieuse : NIKA2. Cette dernière fonctionnera avec pas moins de quelques ~5000 pixels. De plus, il existe une volonté d'étendre la technologie de KID pour les futures missions spatiales d'observation. Dans ce cadre, il est important d'étudier l'interaction des rayons cosmiques avec les matrices de KIDs. Nous avons réalisé une étude avancée permettant aujourd'hui d'entrevoire la physique derrière les intéractions à haute énergie dans les substrats et leur propagation sous forme de phonons jusque dans les pixels. Le travail effectué dans cette thèse est centré principalement sur le développement des instruments (les matrices des detecteurs et le software de lecture et acquisition des donnes) dédiés aux KIDs pour ces mesures.

Résumé / Abstract : Kinetic Inductance Detectors (KID) have recently drawn the attention of the low-temperature detectors community. High sensitivity, low fabrication complexity, small time constant and most notably the intrinsic capability of frequency multiplexed readout open new possibilities for experiments which need large format arrays of ultra sensitive light detectors. In millimeter Astronomy, the New IRAM KID Array (NIKA) instrument is today the most beautiful demonstration of this statement. It is a two bands hundreds-pixels KID based camera permanently installed at the focal plane of the IRAM 30-m telescope of Pico Veleta (Granada, Spain). Thanks to the NIKA observational campaign, we have de nitively demonstrated performances comparable to the state-of-art of bolometers and the instrument is today opened to the astronomers community. This encourages further array scaling and opens the path to next generation kilo-pixels ground-based cameras, like NIKA-2. Moreover, the will to extend KID technology to space mission needs the interaction with cosmic rays to be investigated. The understanding of the physics behind substrate-higher energy particles interactions led us to implement a fully independent system for the phonon-mediated particle detection with KID arrays. The work carried out through this PhD thesis concerned the development of optimized Lumped Element Kinetic Inductance Detectors (LEKID) and the implementation of dedicated readout techniques for the aforementioned activities.