ACTA DE LA REUNIÓN DEL PNESP / EURECA Santander

acta de la reunión del pn-esp / eureca santander, 16 de noviembre de 2007 asistentes: x.barcons, f.bartolomé, f.briones, a.camón, l.fàbre

ACTA DE LA REUNIÓN DEL PN-ESP / EURECA
Santander, 16 de noviembre de 2007
Asistentes: X.Barcons, F.Bartolomé, F.Briones, A.Camón, L.Fàbrega,
I.Fernández, M.Parra, J.Sesé (todo el día). F.Carrera, M.T.Ceballos,
J.R.Rodón (sólo tarde)
(La reunión se divide en dos partes: la mañana se dedica a las bicapas
Mo/Au, y la tarde a XEUS y los aspectos de coordinación.)
A. Bicapas Mo/Au
Iván presenta los resultados obtenidos en el nuevo sistema: capas de
Au y capas de Mo. Comenta que finalmente no se aumentó la distancia
blanco sustrato, tal como se había sugerido en la reunión previa,
porque la tasa de depósito bajaba un factor 3. Por tanto, se mantiene
en 8 y 10cm (respectivamente para los 2 blancos). Los ritmos de
depósito se han determinado realizando un escalón (fotolitografía) y
usando un AFM para medir éste.
Capas de Mo: el blanco utilizado tiene una pureza del 99,996%, está
pegado con Ir y refrigerado. Se ha establecido además un protocolo de
crecimiento, que incluye la limpieza del cátodo y cálculo de la tasa,
para a continuación transferir la muestra a una presión de unos 1.5 10-6mb.
Se ha fijado la potencia RF a 210W y se han explorado presiones de
depósito entre 2 10-3 y 10-2 mb, que proporcionan ritmos entre 7 y 9
A/s. Las capas son extremadamente planas, con rugosidades rms de
0.37nm (igual al sustrato, y un orden de magnitud inferior a las capas
de antes) y no se ven cambios apreciables de grosor, ni variando las
condiciones de depósito. Es difícil determinar el tamaño de grano,
pero parece del orden de 40 nm.
Se ha fijado como presión óptima 4 10-3 mb porque produce un mínimo en
la tensión del cátodo, lo que en principio debería dar un mínimo del
stress acumulado, según indica Iván. Lourdes menciona el trabajo de
Hilton (NIST) y el de Chervenak (Goddard) presentado en el LTD12, que
muestran la dificultat de reproducibilidad de Tc y que obtienen un
stress compresivo para láminas fabricadas por sputtering, lo que
parece contrario a los resultados de DRX nuestros. Fernando e Iván
responden que el parámetro de red no tiene mucho que ver con el stress
de la capa, y que de hecho si el stress es compresivo se espera un
parámetro de red expandido. No se ha podido medir el stress in situ de
las láminas de Mo, pero Iván estima que debe situarse en torno a los
-300 MPa.
Aún no se han medido por DRX la serie de capas de Mo a distintos
grosores (hechas a 4 10-3 mb, y medidas en Zaragoza)
Lourdes comenta que no ve claros los efectos de un stress a escala de
la capa (mesoscópico), distinto del de la red cristalina, sobre un
superconductor tipo I como el Mo. Se menciona también que en las
bicapas previas la capa de Au determinaba en buena medida el stress
residual de la capa de Mo; además, el Au tiene un coeficiente de
dilatación térmica bastante distinto al del Mo (similar éste al del
Si), con lo que el stress a 1K puede estar condicionado de nuevo por
el Au. Se acuerda realizar algunos cálculos sobre este efecto.
Capas de Au: crecidas sobre sustratos, a 8 10-3 mb (porque es la
presión que proporciona un plasma más estable) y con Vc=-2, -1.5 y -1
kV; los ritmos de depósito son de 2.5 A/s (respecto al 1.5A/s de las
capas anteriores). Las imágenes de AFM muestran una gran distribución
de tamaños de grano, y no se ven diferencias para los distintos
voltajes usados; sin embargo, los DRX muestran que a 2kV mejora algo
la textura. El parámetro de red es cercano al de bulk.
Nico pasa a mostrar las medidas de transporte, haciendo dos apuntes
previos: las muestras no tienen nombre, y la adherencia del Au es
mala. Se le responde que lo primero se corregirá, y lo segundo es
habitual en el Au.
Las capas de Au presentan RRR muy similar a las anteriores; la
resistividad aumenta ligeramente con Vc. Nico comenta que los valores
son parecidos a la literatura, y que cree que estamos frente a un
problema intrínseco al método de crecimiento. Se discute qué hacer en
este caso, considerándose 2 opciones: evaporar Au térmicamente (en la
misma cámara, o protegiendo el Mo in situ con algo de Au y transportar
a otra cámara), o bien probar sputtering de Cu.
En cuanto a las capas de Mo, son peores que las primeras capas hechas
en el sistema viejo: tienen anchuras de transición mucho mayores, RRR
demasiado pequeño y además la Tc varía de forma aleatoria con el
grosor. Lourdes comenta que al dibujar Rn en función de 1/d se aprecia
que la muestra de 35nm es claramente mala, y que la más delgada podría
tener un problema de determinación de grosor.
Se sugiere que estos resultados pueden deberse a un problema de
oxidación del Mo, que no se protegió. Esta explicación parece
improbable porque las muestras primeras tampoco se protegieron y
resultaron mejores; además, aún así no se entendería que la Tc de la
muestra más gruesa sea inferior a las otras. Iván y Fernando indican
que limpiarán el blanco de nuevo, por si se hubiera producido algún
problema de contaminación.
Fernando e Iván comentan que la variación de Tc podría explicarse con
los cambios de stress (que conllevan cambios de porosidad) de las
capas. Sin embargo, no hay medidas de la porosidad, y cabe recordar
que las variaciones de Tc y de la anchura de la transición no son
monótonas con el grosor.
Se discute el plan de trabajo inmediato, que se centra en resolver el
problema de la baja RRR de las capas de Au y en mejorar las capas de
Mo (concretamente, la anchura de la transición). El plan acordado se
muestra en el anexo.
Fernando comenta que han recibido los chips de SRON y que Pepe Anguita
ha estado pensando en cómo hacer una litografía sencilla y
reproductible, teniendo en cuenta el layout de SRON y que posiblemente
necesitemos los bordes del TES recubiertos de metal normal grueso. Su
sugerencia es evaporar a través de una máscara (Si3N4, 100m de
grosor). Lourdes, Nico y Javier expresan dudas, por los posibles
efectos de sombras en los bordes de la máscara, que producirían un
gradiente de grosor y por tanto cabría esperar un aumento de la
anchura de las transiciones. Se menciona que los grupos americanos
utilizan litografía húmeda, y que en NIST se vio que el lift-off no
iba bien, y que la anchura de la transición depende de la solución
atacante del Mo. Fernando precisa que en el IMM no se puede poder
metal en los bordes. Se acuerda que se probará este método (cuando se
empiecen a hacer bicapas de nuevo), y que se considerará la
posibilidad de poner Au en los bordes, si es necesario; que esto sí es
factible.
Lourdes comenta que Óscar va a realizar TEM de las bicapas; que su
trabajo de máster será sobre esto, codirigido por ella y Francisca
Peiró (UB); ya ha empezado a aprender a preparar muestras, utilizando
algunas viejas, y parece que la preparación no va a entrañar
dificultades especiales.
Respecto a los SQUIDs para la caracterización avanzada de los TES,
Javier comenta que ya han puesto a punto el sistema de medida de
susceptibilidad magnética a alta frecuencia (<6MHz), que requiere una
electrónica parecida, con SQUIDs de PTB. PTB ya ha mandado un chip que
se ha instalado y se han realizado las primeras medidas,
consiguiéndose un ancho de banda de 5MHz. En diciembre realizarán una
visita a PTB para discutir detalles del ruido y la función de
transferencia del SQUID (que limita el ancho de banda) y el montaje
preciso para los TES: los chips serán muy parecidos, e incluirán el
bias resistor (cuyo valor dependerá de la resistencia del TES).
Intentarán que el diseño sea lo más compatible posible con el de SRON.
Para finalizar, se compara el plan de trabajo que se escribió en la
memoria del proyecto con el desarrollo real de éste. Se observa que se
han perdido varios meses a causa de los problemas con la
reproducibilidad, y que habrá que recuperarlos de alguna forma. Se
comenta también que en la memoria se incluyó la tarea de incorporar el
absorbente al TES, y se discuten brevemente algunas posibilidades.
Nico recuerda que en SRON han observado que los absorbentes de Bi
generan gradientes térmicos que introducen ruido. Podría utilizarse Au
ó Cu, que son metales pesados, incorporando una fina barrera aislante
entre éste y el TES. Fernando lo ve factible. Lourdes comenta que
también se habló de probar el pinning magnético para mejorar el ruido,
pero que resulta que el Mo es un superconductor tipo I, con lo que no
debería haber pinning; aunque sí podría haber algunos efectos de
autocampo y bordes.
B. Coordinación de ESP-EURECA y XEUS
Xavier informa que XEUS ha sido preseleccionada por la ESA como una de
las grandes misiones a ser lanzada dentro de Cosmic Vision. Según la
propuesta enviada en junio y aprobada (está colgada en el repositorio
de EURECA), XEUS tendrá una focal de 35m y será lanzada por el Ariane
V; su órbita estará en el halo de L2. Los instrumentos que incorporará
incluirán (además del WFI y el NFI) un hard X-ray imaging (HXI), un
high time resolution spectrometer (HTRS) y un x-ray polarimeter
(XPOL). En principio, podría lanzarse en el 2018, aunque la ESA no lo
ve factible antes del 2020.
Dentro de las misiones grandes, junto con XEUS habrá una misión para
estudiar el sistema joviano o el de Saturno (LAPLACE y TANDEM, ambas
con algunas dificultades técnicas, que han hecho que la decisión sobre
cuál de las dos será la elegida se retrase hasta el año que viene). De
todas las misiones medias y grandes preseleccionadas, XEUS es la mejor
valorada (tecnología más demostrada, y sin dificultades insalvables,
al contrario que lo que parece en otras).
El calendario que marca la preselección es el siguiente: hasta el 2011
se realizarán estudios de viabilidad de las 2 misiones grandes en
definición competitiva (XEUS y la elegida entre LAPLACE y TANDEM); en
el 2011 se decidirá cuál de las dos (más LISA, que se prevé que
compita de nuevo) será la primera en lanzarse, y empezará la fase de
construcción de ésta.
El coste estimado de XEUS es de 962 M€ más los detectores (455 M€,
algunos de los cuales, como la cadena criogénica (150 M€), están
estimados de forma muy imprecisa). Japón estudia construir el detector
spacecraft (250 M€) y el HXI. China y Rusia han mostrado interés, y
parece que la NASA también.
Xavier expone la estructura de trabajo de XEUS, organizada en 3
working groups, además del grupo de coordinación de las distintas
agencias espaciales: telescopio, instrumentos (del que Lourdes ha
formado parte en principio, y puede seguir) y astrofísica (del que
forma parte Xavier). Se ha hecho uno reducido y específico para la
óptica, ya que se prevé que el cuello de botella de la misión sea
éste. Las pruebas realizadas indican que sin mejorar la tecnología de
microporos se podría alcanzar un HEW de unos 7arcsec, y se requiere
que sea inferior a 5 arcsec. Parece que los problemas pueden
solventarse con esfuerzo (trabajo y dinero) por parte de la industria.
En febrero la ESA organizará un workshop sobre XEUS, para exponer la
misión a la comunidad interesada.
A continuación, Xavier propone cuatro acciones inmediatas para
XEUS-España:
1. Organizar una reunión de todos los interesados en XEUS en España
(una treintena de personas, principalmente astrónomos, dieron apoyo a
la misión), para analizar capacidades. A esta reunión deberían asistir
el gestor del PN y delegaciones de la ESA y el CDTI; se debate sobre
la conveniencia de invitar a la industria (a la que en algún momento
hay que informar, ya que habrá contratos de la ESA). Fernando apunta
que habría que ser cuidadosos para intentar primero fomentar la
creación de spin-offs, que permitieran la creación de empresas
tecnológicas en este ámbito; si no, las grandes empresas
especializadas en contratos de la ESA consiguen éstos y subcontratan
tecnología no española. Se acuerda que Xavier contactará con el CDTI y
se fijará lo antes posible una reunión, que debe ser anterior al
workshop de la ESA.
Se sugiere también la conveniencia de contactar con Salvador Ferrer,
director científico de ALBA porque puede realizar aportaciones para la
óptica de XEUS.
2. Averiguar qué están haciendo en el CEA (Saclay) sobre bolómetros,
porque circulan rumores que tienen en marcha un proyecto alternativo
que competiría con EURECA.
3. Contactar al ISDC acerca de los planes futuros para el centro de
datos, ya que el IFCA tiene interés, y este centro parece que aspira a
albergar la totalidad del centro de datos de XEUS. Paltani (ISDC) va
la próxima semana al IFCA y se intentará averiguar algo al respecto.
4. Asegurar una buena presencia española en el workshop sobre XEUS que
la ESA organizará.
Francisco presenta los avances realizados en el software de EURECA.
Menciona que en este tema hay dos partes: una de coordinación, que por
dificultades coyunturales ha estado bastante parada pero que se
retomará en breve; y una de escritura de software, en la que sí se ha
avanzado: se ha escrito un nuevo módulo, para el trigger.
Queda pendiente ponerse de acuerdo con el resto de EURECA sobre el
formato de datos e interfases, y también sobre la estructura de los
directorios.
Explica que el trigger lo que hace es identificar eventos (pulsos) y
eliminar el resto de la señal; la idea es que el hardware haga el
demultiplexado y el trigger, con lo que sólo se enviarán los pulsos,
reduciéndose así la telemetría.
Aclara que, además del demultiplexado y el trigger, están el posterior
análisis de datos (obtención de espectros, imágenes...), y la recogida
de datos de House Keeping (parámetros de funcionamiento del
instrumento) y GTI (anomalías que se produzcan en el instrumento).
Xavier pregunta si el algoritmo de identificación de pulsos es más
rápido que el tiempo real (es lo que se necesita para que resulte
útil); Francisco responde que deben verificarlo.
Para terminar, se discute si vale la pena asistir al SPIE sobre
Astronomical Instrumentation (Marsella, junio 2008), y se juzga que
no.
No se fija la próxima reunión (que, al menos para las bicapas, debería
ser en enero), a la espera de la fecha de la reunión de XEUS, por si
pueden celebrarse conjuntamente.
Anexo
PLAN DE TRABAJO INMEDIATO SOBRE BICAPAS Mo/Au
Acordado en Santander el 16 de noviembre de 2007
I) Mejora de las capas de Mo:
*
Depósito de series de capas a distintos grosores (25, 50, 75 y 100
nm):
*
Serie 1: mismas condiciones que la serie realizada, sin
proteger.
*
Serie 2: mismas condiciones que la serie realizada, protegida
con el mínimo grosor de Au necesario (~15nm).
*
Serie 3: condiciones RF que permitan una porosidad mínima,
aunque a priori puedan conllevar un aumento del stress
(reducir presión, quizá aumentar W)
*
Serie 4: sputtering DC, buscando reproducir los resultados
originales.
- Medida de Tc de las series, sin litografiar (las series 1, 3 y 4
serán sin protección).
II) Obtención de láminas M con mejor RRR:
*
2 capas de 150 nm de Au depositadas por evaporador y por e-beam.
*
Serie de capas de Cu (150nm) por sputtering DC (a -2, -1.5, -1 y
-0.5 kV).
*
Medida de la resistencia en Zaragoza.
Una vez se tengan los resultados de I) y II), se discutirá cómo
seguir.
III) Otros:
- Medida de DRX de la serie de capas de Mo de distinto grosor
(Barcelona: Zaragoza las envía).
- Medida de XRR de las láminas de Mo, para intentar determinar el
grosor por otro método.
- Averiguar si el nitruro de molibdeno es estable, superconductor,
etc: estudio de si es un buen candidato como capa de protección del
Mo.
- Trabajar en el setup de caracterización criogénica avanzada, y en el
TEM transversal.