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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-18-0329

DOMAINE DE RECHERCHE
Astroparticules / Physique corpusculaire et cosmos
INTITULÉ DU SUJET Français English

Bolomètres innovants pour la physique du neutrino

RÉSUMÉ DU SUJET

Les détecteurs appropriés pour l’étude de la CENNS (diffusion élastique cohérente neutrino-noyau) et de la 0nDBD (désintégration double-bêta sans neutrino) partagent des caractéristiques communes: (i) flexibilité dans le choix du matériau, pour sélectionner les éléments et les composés correspondant aux besoins de la CENNS et de la 0nDBD; (ii) un rapport signal sur bruit élevé afin d'atteindre un seuil <100 eV pour la CENNS et une résolution d'énergie de ~ 0,1% à ~ 3 MeV pour la 0nDBD; (iii) temps de réponse rapide (<1ms) afin d'améliorer la discrimination de forme d'impulsion, cruciale pour le contrôle du fond dans 0nDBD, où il peut être exploité pour séparer les événements bêta (y compris le signal) des événements alpha (la source dominante du bruit dans des recherches bolométriques à l'échelle d’une tonne comme CUORE). Des macro-bolomètres basés sur des cristaux diélectriques équipés de capteurs innovants et exploités dans la gamme ~ 10-50 mK représentent la technologie explorée dans ce programme de thèse.

Une collaboration de longue date entre le promoteur et le laboratoire CSNSM d'Orsay permettra de développer et d'optimiser des films supraconducteurs en NbSi, aussi bien sur des substrats de silicium et de germanium que directement sur les cristaux d'intérêt. Les films seront produits par co-évaporation du niobium et du silicium sous ultravide par bombardement d’électrons, en réalisant une couche de NbxSi1-x (x = 0,14, épaisseur = 50 nm comme valeurs de référence). Les films auront une structure de méandre réalisée par gravure ionique réactive afin d'augmenter leur impédance d'état normal à des valeurs comprises entre 1 et 5 Mohm, ce qui permet l'utilisation d'une électronique conventionnelle basée sur des JFET de Si. Un processus de recuit adéquate permettra d'accorder la température de transition supraconductrice entre 15 mK et 20 mK.

Grâce à une récente collaboration établie avec LETI, le doctorant étudiera des éléments de Si dopés par implantation ionique, qui présentent une forte dépendance de la résistivité de la température dans la gamme 10-100 mK et peuvent être utilisés comme capteurs de température très sensibles. Grâce à l'expertise de LETI dans ce domaine, il sera possible de tester des dispositifs existants et de simuler des géométries innovantes, impliquant des grandes surfaces des capteurs, capables d'améliorer la conduction thermique et la capacité de collecte de phonons par rapport à l’état de la technique, entraînant une augmentation du rapport signal sur bruit et de la vitesse de réponse.

Dans la première phase du projet (environ 18 mois), l'activité du doctorant portera sur l'optimisation des deux types de capteurs de température. Dans la deuxième phase (environ 12 mois), l'étudiant fabriquera et testera les prototypes obtenus en couplant les cristaux sélectionnés pour la CENNS et la 0nDBD (et déjà disponibles grâce à d'autres projets passés et actuels comme LUMINEU, CUPID-Mo et BASKET) avec les capteurs optimisés et développés dans la première phase. Au cours des 6 derniers mois (troisième phase), les prototypes pour la 0nDBD seront testés dans des laboratoires souterrains (Modane - France - et / ou Gran Sasso - Italie -) pour avoir des indications plus précises sur leurs capacités de rejet du fond, tandis que les prototypes CENNS seront mis en œuvre lors de longues manips pour tester leur stabilité et, si possible, à la proximité d'un réacteur nucléaire (site final d'une expérience CENNS).

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'univers
Service de Physique des Particules
Groupe Edelweiss
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2018
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Claudia Nones  

CEA
DRF/IRFU/SPP/Edelweiss
Bat.141 - Pce 41A

Téléphone : +33 1 69 08 35 20

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
PHENIICS
DIRECTEUR DE THÈSE

Claudia Nones

CEA
DRF/IRFU/SPP/Edelweiss
Bat.141 - Pce 41A