Rivelatori di Induttanza Cinetica = Kinetic Inductance Detectors

I Rivelatori di Induttanza Cinetica (KID: Kinetic Inductance Detector) sono stati studiati a fondo e caratterizzati nel corso degli ultimi quindici anni. Questi risonatori superconduttori che lavorano a lunghezza d’onda millimetrica sono essenziali per le applicazioni astronomiche a terra. Basso rumore, elevato fattore di multiplexing e un semplicità di fabbricazione sono le ragioni per cui i KID hanno un ruolo centrale nell’osservazione dell’universo freddo. Oltre all’intensità del segnale astronomico, la sua polarizzazione contiene anche informazioni sull’universo lontano, ad esempio sull’esistenza di campi magnetici. In questa tesi, presento un nuovo tipo di matrice KIDs che è sensibile alle polarizzazioni sia verticale che orizzontale, permettendo l’estrazione dei parametri di Stokes. I rivelatori sono sensibili a frequenze intorno ai 150GHz (λ = 2mm), alle quali l’atmosfera è trasparente in condizioni meteorologiche normali e alle quali il telescopio IRAM 30m sta già osservando con lo strumento NIKA2. Dopo aver compreso come i fotoni sono assorbiti dai pixel, verrà discusso il principio di rilevamento dei KID. Poi verranno spiegati i passi che portano al primo disegno della matrice, così come il processo di fabbricazione e le misure di assorbimento a temperatura ambiente del esemplane progettato. Infine, discuto un progetto di multiplexing di frequenza di un nuovo array KIDs per analizzarlo a temperatura criogenica. Il confronto tra simulazioni e esperimenti è possibile ottenere una sensibilità alta in termini di assorbimento per una matrice sensibile alla doppia polarizzazione a 2 mm. Infatti, con un backshort di 155 μm, si ottiene un’efficienza di assorbimento superiore al 60% su una larghezza di banda di 50 GHz. I risultati mostrano anche che il rilevamento dei fotoni da parte dei pixel non avviene solo nella parte sensibile (l’induttore) ma anche nelle sue vicinanze. Tuttavia, l’alta polarizzazione incrociata (cross-ploarization), che raggiunge il 40% per frequenze intorno ai 150 GHz, è un fattore limitante per il rilevamento della doppia polarizzazione. Infine, il comportamento in frequenza dell’array a temperature criogeniche verrà studiato in un progetto futuro in collaborazione con l’Institut Néel.