Simulations of athermal phonon propagation in a cryogenic semiconducting bolometer
Simulations of athermal phonon propagation in a cryogenic semiconducting bolometer
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低温半导体测辐射热计中的无热声子传播模拟
DOI：
10.1117/12.2561969
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Maffei Bruno
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Stever Samantha;Couchot Francois;Maffei Bruno
本文提出了复合半导体测辐射热计“博洛184”金刚石吸收体中非热声子传播的三种蒙特卡罗模型。先前的测量表明，该测辐射热计对α粒子撞击的响应强烈依赖于粒子入射的位置，并且响应函数的形状由无热声子的传播和热化决定。此时非热声子传播的具体机制尚未确定，因此我们开发了三种模型，通过尝试重现实验数据中看到的统计特征来探测这种行为。前两个模型假设声子热化长度由平均自由程λ决定，其中第一个模型假设声子在盘的边界处热化（λ较小），第二个模型假设它们反射（λ大于盘的尺寸）。第三种模型允许无热光子沿着它们的几何视线（类似于射线光学）传播，逐渐损失能量。我们发现，反射模型和几何模型再现实验数据中看到的功能，而模型假设声子热化在光盘边界产生不切实际的结果。在几何模型中，能量吸收的方向性没有显著的依赖性，并且在这种薄晶体金刚石的图式中，反射吸收定律和几何定律都产生一致的结果。
We present three Monte Carlo models for the propagation of athermal phonons in the diamond absorber of a composite semiconducting bolometer ‘Bolo 184'. Previous measurements of the response of this bolometer to impacts by α particles show a strong dependence on the location of particle incidence, and the shape of the response function is determined by the propagation and thermalisation of athermal phonons. The specific mechanisms of athermal phonon propagation at this time were undetermined, and hence we have developed three models for probing this behaviour by attempting to reproduce the statistical features seen in the experimental data. The first two models assume a phonon thermalisation length determined by a mean free path λ, where the first model assumes that phonons thermalise at the borders of the disc (with a small λ) and the second assumes that they reflect (with a λ larger than the size of the disc). The third model allows athermal photons to propagate along their geometrical line of sight (similar to ray optics), gradually losing energy. We find that both the reflective model and the geometrical model reproduce the features seen in experimental data, whilst the model assuming phonon thermalisation at the disc border produces unrealistic results. There is no significant dependence on directionality of energy absorption in the geometrical model, and in the schema of this thin crystalline diamond, a reflective absorber law and a geometrical law both produce consistent results.
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通讯作者：
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