SRON heeft in de loop der jaren steeds gevoeligere Transition Edge Sensors (TES) ontwikkeld voor ruimtemissies als SPICA en Athena. Een van die TES-detectorarrays, ontwikkeld als back-up röntgen-microcalorimeters voor Athena, heeft nu een cruciale rol gespeeld bij de demonstratie van een nieuwe uitleestechniek van het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) in Japan. Deze techniek heet low-noise microwave SQUIDs multiplexed readout. De onderzoeksresultaten worden gepubliceerd in Applied Physics Letters.
Het X-IFU-instrument van de Athena-missie bevat ongeveer 3000 pixels aan röntgen-TES-detectoren, die worden uitgelezen met behulp van Time Domain Multiplexing, of als back-up Frequency Domain Multiplexing. Beide uitleestechnieken maken gebruik van conventionele SQUID-versterkers. Toekomstige ruimtemissies mikken op meer dan tienduizend TES-detectorpixels, wat de mogelijkheden van bestaande uitleestechnieken te boven gaat. De nieuwe microgolf-SQUID uitleestechniek is een veelbelovende kandidaat om veel grotere arrays uit te lezen dan waar conventionele SQUIDs toe in staat zijn. SQUID staat voor Superconducting Quantum Interference Device.
38 microcalorimeters tegelijkertijd
Het AIST-team, met onder meer Dr. Nakashima, heeft in samenwerking met JAXA en de Tokyo Metropolitan University een mijlpaal bereikt door de nieuwe uitleestechniek te demonstreren op een TES-röntgenarray van SRON. Ze lazen 38 microcalorimeters tegelijkertijd uit de array—wat multiplexing heet—en maten een spectrale resolutie van 2,79 tot 4,56 eV bij 5,9 keV met behulp van een IJzer-55-bron.
multiplexfactor
Een belangrijk kenmerk van uitleestechnieken is de multiplexfactor: het totale aantal pixels dat wordt gelezen door één ruisarme versterker. Als je een microgolffrequentiekam gebruikt op een array van detectorpixels, krijg je een hoge multiplexfactor als de pixels zijn gekoppeld aan een gemeenschappelijke transmissielijn waar de verzonden signalen worden uitgelezen met een ruisarme High Electron Mobility Transistor (HEMT) versterker. Een HEMT-versterker kan een grote bandbreedte hebben van vier gigahertz of meer, dus de multiplexfactor zal aanzienlijk hoger zijn dan bij bestaande TES-uitleestechnieken.
SRON heeft onlangs financiering ontvangen vanuit het EU-programma AHEAD II voor deze nieuwe microgolfuitleestechniek. SRON zal nauw samenwerken met het nationale metrologische instituut van Duitsland (PTB), terwijl de AIST partner blijft.
Publicatie
Y. Nakashima , F. Hirayama , S. Kohjiro , H. Yamamori , S. Nagasawa , A. Sato , S. Yamada, , R. Hayakawa , N. Y. Yamasaki , K. Mitsuda , K. Nagayoshi , H. Akamatsu , L. Gottardi , E. Taralli , M. P. Bruijn , M. L. Ridder , J. R. Gao, and J. W. A. den Herder, “Low-noise microwave SQUID multiplexed readout of 38 X-ray transition-edge sensor microcalorimeters”, published online (09-22-2020,) in Applied Physics Letters (Vol.117, Issue 12).