Soutenance thèse d'Émile Michaud

Amélioration de la modélisation par méthode de Monte-Carlo du transport des porteurs de charge dans G4CMP (GEANT4 Condensed Matter Physics) pour les détecteurs cryogéniques de matière sombre de SuperCDMS au Si et Ge 

G4CMP (GEANT4 Condensed Matter Physics) est un outil de simulation par méthode de Monte-Carlo du transport des porteurs de charge et des phonons dans des cristaux de Si et de Ge à des températures cryogéniques. Dans cette thèse, nous proposons une amélioration du modèle de transport des électrons et des trous de G4CMP. Ce dernier incluait déjà l’accélération oblique des charges par un champ électrique, l’émission de phonons acoustiques intravallées ainsi qu’un modèle simple de diffusion intervallée, de piégeage de charges, de recombinaison aux surfaces et d’ionisation d’impact. Au terme de ce travail, nous y avons ajouté les effets sur la cinématique du transport de la non-parabolicité des bandes de conduction et de valence. De plus, nous avons implémenté un modèle de diffusions intervallées basé sur des principes premiers et révisé le processus d’émissions de phonons acoustiques intravallées. Parmi ces changements, on note aussi le développement des distributions angulaires de l’émission de phonons par une charge lors de diffusions avec des phonons acoustiques intravallées, optiques intravallées et intervallées. Nous montrons que les données de la simulation, après l’amélioration du transport des porteurs de charge, sont en accord avec des données expérimentales, telles que la vitesse de dérive des électrons et des trous et la densité de charges aux surfaces. Nous observons aussi une différence de moins de 0,01 % entre l’énergie totale des phonons de Neganov-Trofimov-Luke (NTL) attendue et celle obtenue par la simulation. Dans les détecteurs de SuperCDMS, l’information mesurée ne provient pas directement des charges électriques, mais des phonons NTL qu’elles émettent lors de leur déplacement. La trajectoire des électrons et des trous, leurs diffusions et leurs interactions avec le réseau cristallin déterminent le nombre, l’énergie, la direction et le temps d’arrivée des phonons au TES (Transistor Edge Sensor), et donc la forme finale du signal. Une modélisation réaliste du transport des charges est donc indispensable pour reconstruire correctement les dépôts d’énergie dans nos détecteurs de matière sombre.