KIP-Veröffentlichungen

Mikrowellen-SQUID-Multiplexer werden seit einigen Jahren erfolgreich zum Auslesen metallischer magnetischer Kalorimeter eingesetzt. In jedem einzelnen Kanal eines derartigen Multiplexers wird ein Detektorsignal mithilfe eines nicht-hysteretischen rf-SQUIDs und einem supraleitenden Resonator in eine Amplituden- und Phasenänderung eines Mikrowellensignals auf einer gemeinsamen Durchgangsleitung umgewandelt. Bisher wurden hauptsächlich λ/4-Leitungsresonatoren verwendet. Sie haben jedoch den Nachteil eines hohen Platzbedarfs, die genaue Platzierung der Resonanzfrequenzen ist herausfordernd und ihr Rauschverhalten wird durch Tunnelsysteme (TLS) beeinflusst. Um dies zu verbessern, prüft die Arbeitsgruppe Mikrowellenresonatoren aus planaren, konzentrierten Elementen (LEMWRs) und konnte bereits zeigen, dass sich derartige Resonatoren grundsätzlich für den Einsatz im Multiplexer eignen. Allerdings wurden bislang noch keine systematischen Untersuchungen zum Rauschverhalten durchgeführt. Ziel dieser Arbeit waren daher Messungen des magnetischen Flussrauschens von Multiplexern beider Resonatortechnologien sowie der anschließende Vergleich. Hierfür wurde ein Multiplexer-Chip entworfen, bei dem beide Resonatortypen simultan zum Einsatz kommen, wodurch Fabrikationsvariationen bei SQUID- und Resonatormaterial minimiert und  identische Messbedingungen gegeben sind. Im Rahmen der durchgeführten Messungen zeigte sich leider, dass mit dem auf einem Netzwerkanalysator basierenden Aufbau keine hinreichend genauen Rauschmessungen möglich sind. Während für λ/4-Leitungsresonatoren dennoch eine gute Übereinstimmung mit dem  Multiplexer-Modell gezeigt werden konnte, war anhand des aktuell vorliegenden Modells für LEMWRs basierte Multiplexer noch keine ausreichend präzise Vorhersage über das erwartete Rauschverhalten möglich. Somit konnte kein abschließender Vergleich der beiden Resonatortypen erfolgen.

Microwave SQUID multiplexers have been successfully used for several years for the readout of metallic magnetic calorimeters. In each individual channel of such a multiplexer, a detector signal is converted into an amplitude and phase change of a microwave signal on a common transmission line by means of a non-hysteretic rf-SQUID and a superconducting resonator. So far, mainly coplanar waveguide resonators have been used. However, they have the disadvantage of requiring much space, the exact placement of the resonance frequencies is challenging and their noise behaviour is affected by tunneling systems. To improve this, the working group is testing lumped element resonators (LEMWRs) and has already been able to show that such resonators are basically suitable for use in the multiplexer. However, no systematic investigations on noise behaviour have been carried out so far. The aim of this work was therefore to measure the magnetic flux noise of multiplexers of both resonator technologies and to compare them. For this purpose, a multiplexer chip was designed in which both resonator types are used simultaneously, thus minimising variations in the fabrication of SQUID and resonator material and ensuring identical measurement conditions. Unfortunately, the measurements carried out showed that it is not possible to get sufficiently accurate noise measurements with the current setup based on a network analyser. While high agreement with the multiplexer model could nevertheless be shown for coplanar waveguide resonators, a sufficiently precise prediction of the expected noise behaviour was not yet possible using the currently available model for LEMWRs-based multiplexers. Thus, a conclusive comparison of the two resonator types was impossible.