Le laboratoire Spectro-Imageurs pour le Spatial recherche un CDD en instrumentation pour l’astrophysique spatiale : conception et mise en œuvre d'un démonstrateur innovant de spectro-imagerie X à très basse température.

En astrophysique, la réalisation de spectro-imageurs X constitués de grandes matrices de microcalorimètres laissent espérer simultanément des capacités temporelles, d’imagerie et spectrales exceptionnelles (de l’ordre de 2 eV pour le projet ESA/ATHENA). Elle se heurte frontalement à la très forte limite de puissance offerte par les cryo-générateurs spatiaux (< 1 µW à 50 mK !).

Ainsi l’expérience X-IFU, embarquée à bord du futur observatoire spatial ATHENA (prochaine pierre angulaire du programme de l’ESA), aura un champ de vue limité à 5 arcmin par le petit nombre de pixels envisageable dans le budget thermique (< 4000), alors que le télescope offrira, lui, un champ de vue plus de 64 fois plus grand ! Cela limitera terriblement le bénéfice scientifique, d’autant plus que les objets les plus intéressants en rayons X sont les amas de galaxies et les restes de supernovæ, qui sont tous deux étendus et possèdent en spectro-imagerie des variations d’une richesse qu’aucun autre objet céleste n’avoisine.
Comment permettre à ces prochains observatoires spatiaux de disposer de ces qualités exceptionnelles, dans un si petit budget thermique ? C'est aujourd'hui le goulot d'étranglement principal à l'avènement de ces technologies !

Nous développons en réponse une approche radicalement novatrice basée -1- sur un nouveau type de détecteur, le thermomètre à transition supraconductrice haute résistivité (HR-TES), -2- équipé d’une électronique innovante, à contre-réaction active et multiplexage sans SQUID, et -3- une architecture des pixels transformée. Cette architecture exploite la nouvelle technologie multicouche que nous avons mise au point et qui permet des liaisons à la fois supraconductrices et thermiquement super-isolantes.

Les volets 1 et 2 de cette approche sont actuellement en cours de développement, et donnent déjà des résultats très prometteurs. Nous entamons donc ici le troisième volet de ce développement, visant à transformer l’architecture des pixels, en partant d’une technologie que nous avons développée initialement pour interconnecter ensemble des circuits cryogéniques fonctionnant à des températures différentes (par exemple des qubits et leur électronique : projet en cours), et que nous utiliserons cette fois-ci à l’intérieur même des pixels de la matrice. Pour cela nous voulons réaliser un démonstrateur qui permettra d’évaluer les choix techniques et de prédire le comportement et les budgets électriques et thermiques d'une grande matrice de microcalorimètres en rayons X.

L’architecture est basée sur une membrane suspendue par des poutrelles de quelques µm², très délicate à réaliser. La notre s’affranchira des fabrications les plus délicates des matrices actuelles pour les liens thermiques et le routage des signaux.

Ce démonstrateur sera le fruit d’un travail commun entre notre laboratoire à Saclay (CEA/IRFU/DAp&DEDIP), et le CNRS/IN2P3/IJCLab à Orsay, avec lequel nous collaborons déjà étroitement depuis 2009. Les détecteurs pixélisés (absorbeurs et thermomètres) seront réalisés à Orsay, la partie réseau d'interconnexion et hybridation à Grenoble sur la plateforme silicium de la PTA, et les mesures à froid ainsi que le couplage à l'électronique seront faits à Saclay. Le travail du(de la) post-doctorant(e) sera donc partagé entre nos deux laboratoires voisins (quelques km) d’Orsay et de Saclay, et celui-ci sera également amené à se rendre à la PTA (CEA Grenoble) pour des réunions régulières d’avancement.

Ce projet permettra d'aborder à la fois la conception, la réalisation, la mise en œuvre et les mesures d'un démonstrateur en vraie grandeur. Il s'appuie sur de la cryogénie, de la réalisation sur tantale et silicium, de la mise en œuvre mécanique et sur de l'électronique, soit beaucoup d’aspects différents de la physique expérimentale. A cela, s'ajoutera aussi l'analyse de données et calibration à froid des détecteurs. Le(la) post-doctorant(e) recevra de la part des équipes toute l’aide et l'encadrement scientifique et technique requis. Il aura en outre un rôle primordial de coordination et de suivi du travail des équipes.

Le meilleur profil du(de la) candidat(e) serait un(e) expérimentateur(trice) en détecteurs cryogéniques sub-K, ayant une bonne expérience de mise en œuvre électronique et mécanique de dispositifs expérimentaux. Selon ses qualifications, le travail pourra être redistribué de manière à s'adapter au mieux aux différentes compétences des équipes participant à ce projet.

Le(la) candidat(e) sera titulaire d'un doctorat en instrumentation pour la recherche en physique, en détection à ultra-basse température, ou en technologies de fabrication silicium. Une expérience en cryogénie est souhaitable.