KIP-Veröffentlichungen

In der vorliegenden Arbeit wird das Design und die Entwicklung eines Stromsensor-dc-SQUIDs beschrieben, welches hinsichtlich der Auslese von Teilchendetektoren auf Basis metallischer magnetischer Kalorimeter optimiert wurde. Die Maximierung der Energieauflösung des Detektors wird durch Minimierung des intrinsischen Flussrauschens des SQUIDs und durch die Anpassung der Eingangsinduktivität des SQUIDs an die Induktivität des Detektors erreicht.
Das hier entwickelte Design verwendet eine Einkoppelspule mit zwei Windungen, um die Eingangsinduktivität an die Detektorinduktivität L_p = 6.65 nH des maXs100-Detektors anzugleichen.
Um Resonanzstrukturen in den SQUID Kennlinien zu minimieren, werden zwei neue Dämpfungstechniken eingesetzt. Einerseits werden die Zuleitungen auf dem SQUID chip durch eine galvanisch getrennte Goldschicht induktiv gedämpft, andererseits wird die Einkoppelspule als Au/Nb Zweischichtstruktur strukturiert, wobei letzteres eine verlustreiche Mikrostreifenleitung darstellt. Mit Ersterem wurde eine erfolgreiche Dämpfung erreicht, was durch wesentlich glattere Strom-Spannungs-Kennlinien demonstriert werden konnte. Die Rauschmessungen wurden für das neue SQUID mit verschiedenen Kombinationen der Dämpfungsmethoden bei einer Temperatur von 10 mK durchgeführt.
Diese ergaben bis zu √S_Φ,w = 0.22 µΦ₀ / √Hz für den frequenzunabhängigen Beitrag, während für die 1/f-Komponente ein Wert von √S_Φ,1/f = 2.0 µΦ₀ / √Hz bei 1 Hz erreicht werden konnte, was vergleichbar mit früheren rauscharmen SQUIDs aus dieser Arbeitsgruppe und mit dem Stand der Technik weltweit ist. Die erzielte Eingangsinduktivität von L_i = 6.4 nH führt zu einer verbesserten Kopplung ΔΦ_s / ΔΦ = 2.25 %, welche 15 % über der bisher mit L_i = 1.27 nH erreichten liegt. Damit stellt das neue Design ein verbessertes Stromsensor SQUID zur Auslese des maXs100 Detektors dar.

This thesis describes the design and development of a current-sensor dc-SQUID, optimized for the readout of metallic magnetic calorimeter based particle detectors. Maximizing the energy resolution of the detector is achieved by minimizing the intrinsic noise of the SQUID and by matching the input inductance of the SQUID with the inductance of the detector. The design developed here features a two-turn input coil to better match the pickup coil inductance L_p=6.65 nH of the maXs100 detector. To mitigate resonant structures in the SQUID dynamics, two new damping techniques are employed.
On the one hand, we inductively damp the feed lines on the SQUID chip with a galvanically isolated gold layer. On the other, we fabricated the input coil as a Au/Nb bilayer, forming a lossy microstrip line.  
Successful damping was achieved by the former as it resulted in substantially smoother current-voltage characteristics. The noise measurements of the new SQUID with various combinations of the damping scheme were performed at a temperature of 10 mK.
These yield results comparable to previous low-noise SQUIDs from this working group with noise contributions as low as  √S_Φ,w = 0.22 µΦ₀ / √Hz for the white noise and √S_Φ,1/f = 2.0 µΦ₀ / √Hz for the 1/f noise contribution at 1 Hz. The achieved input inductance of L_i = 6.4 nH leads to a larger coupling of ΔΦ_s / ΔΦ = 2.25 %, which exceeds the coupling achieved with L_i = 1.27 by 15 %. The new design thus represents an improved current-sensor SQUID for the maXs100 detector readout.