Trockener 3He/4He-Verdünnungskryostat mit integriertem supraleitendem Magnet

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563384148

Supraleitende Quantensensoren stellen eine disruptive Hochtechnologie dar, die durch die Ausnutzung quantenmechanischer Effekte eine Steigerung der Leistungsfähigkeit von Sensoren und Detektoren weit über die Grenzen ihrer klassischen Gegenspieler hinaus erlaubt. Sie ermöglichen damit die Umsetzung von Experimenten und Anwendungen, die vor wenigen Jahren noch als unmöglich zu realisieren galten. Aus diesem Grund arbeiten weltweit Forschungsgruppen mit Hochdruck an der Weiterentwicklung und Anwendung von supraleitenden Quantensensoren für Forschung, Gesellschaft und Industrie. In diesem Umfeld zielen die Forschungsaktivitäten am Institut für Mikro- und Nanoelektronische Systeme (IMS) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) auf die Entwicklung von höchstempfindlichen supraleiten-den Mikrokalorimetern sowie SQUID-basierten Einzelkanal- und Multikanal-Auslesesystemen ab, die etwa zur Untersuchung der Neutrino-Masse mit Hilfe eines zukünftigen Tritium-basierten Experiments, zur Suche nach leichter dunkler Materie mittels suprafluidem Helium oder für die höchstauflösende Röntgenspektroskopie an Synchrotron-Lichtquellen eingesetzt werden sollen. Für die Entwicklung, Charakterisierung und Anwendung der supraleitenden Quantensensoren am IMS ist ein trockener 3He/4He-Verdünndungskryostat mit integriertem supraleitendem Magnet erforderlich. Dieser soll einerseits die für die verschiedenen Detektor- und Sensortechnologien notwendigen Betriebstemperaturen zwischen 10 mK und 10 K erzeugen und andererseits die Möglichkeit bieten, die Leistungsfähigkeit der Sensoren bzw. ganzer Detektorsysteme in magnetischen Hintergrundfeldern mit Flussdichten bis zu 1 T zu evaluieren. Letzteres ist insbesondere für derartige Experimente relevant, in denen die Sensoren anwendungsbedingt in einem magnetischen Hintergrundfeld platziert werden müssen und eine magnetische Abschirmung nicht realisiert werden kann. Um infrastrukturtechnischen Randbedingungen am Institut zu entsprechen, darf die Vorkühlung sowie der Dauerbetrieb des Kryostaten nicht auf den Einsatz von flüssigem Helium oder flüssigem Stickstoff angewiesen sein. Der Verdünnungskryostat soll daher mit einem leistungsstarken Pulsröhrenkühler sowie einer internen Kühlfalle für den Gemischkreislauf ausgestattet sein. Darüber hinaus muss er für Anwendungen an Synchrotron-Lichtquellen die Möglichkeit bieten, die sog. Booster-Unit von dem restlichen Gemischkreislaufsystem abzukoppeln. Zuletzt muss er die Möglichkeit bieten, einen Seitenarm für Detektoranwendungen zu installieren oder Photonen und massive Teilchen von externen Quellen in den Kryostaten einzukoppeln.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Trockener 3He/4He-Verdünnungskryostat mit integriertem supraleitendem Magnet
• Gerätegruppe: 8550 Spezielle Kryostaten (für tiefste Temperaturen)
• Antragstellende Institution: Karlsruher Institut für Technologie
• Leiter: Professor Dr. Sebastian Kempf