We report very-low-noise, fast-response, middle-scale multiplexing in a microwave superconducting quantum interference device multiplexer (MW-Mux) as a transition-edge sensor (TES) readout. Our MW-Mux is able to read 40 channels with 500 kHz sampling and has a low readout noise of 0.9μΦ0/Hz (where Φ0 is the magnetic flux quantum), equivalent to 9pA/Hz. By contrast, a multiplexer of less than 10 pixels with 500 kHz sampling and 2μΦ0/Hz readout noise has so far been reported in the literature. Owing to the 500 kHz sampling, our MW-Mux exhibits a fast response to detect a TES pulse with a rise time around 12μs. We demonstrated simultaneous readout of 38 pixels from an array of x-ray TES microcalorimeters. The measured full-width values at half-maximum spectral resolution ranged from 2.79 to 4.56 eV, with a median value of 3.30 eV at 5.9 keV, including a 10% contribution of readout noise, i.e., 0.9–1.7 eV.

1.
K. D.
Irwin
and
K. W.
Lehnert
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
2107
(
2004
).
2.
J. A. B.
Mates
,
G. C.
Hilton
,
K. D.
Irwin
,
L. R.
Vale
, and
K. W.
Lehnert
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
023514
(
2008
).
3.
J. A. B.
Mates
, “
The microwave SQUID multiplexer
,” Ph.D. thesis (
University of Colorado
,
2011
).
4.
J. N.
Ullom
and
D. A.
Bennett
,
Supercond. Sci. Technol.
28
,
084003
(
2015
).
5.
S.
Kempf
,
M.
Wegner
,
L.
Deeg
,
A.
Fleischmann
,
L.
Gastaldo
,
F.
Herrmann
,
D.
Richter
, and
C.
Enss
,
Supercond. Sci. Technol.
30
,
065002
(
2017
).
6.
J. A.
Chervenak
,
K. D.
Irwin
,
E. N.
Grossman
,
J. M.
Martinis
,
C. D.
Reintsema
, and
M. E.
Huber
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
4043
(
1999
).
7.
K. D.
Irwin
,
M. D.
Niemack
,
J.
Beyer
,
H. M.
Cho
,
W. B.
Doriese
,
G. C.
Hilton
,
C. D.
Reintsema
,
D. R.
Schmidt
,
J. N.
Ullom
, and
L. R.
Vale
,
Supercond. Sci. Technol.
23
,
034004
(
2010
).
8.
J.
Yoon
,
J.
Clarke
,
J. M.
Gildemeister
,
A. T.
Lee
,
M. J.
Myers
,
P. L.
Richards
, and
J. T.
Skidmore
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
371
(
2001
).
9.
J. A. B.
Mates
,
K. D.
Irwin
,
L. R.
Vale
,
G. C.
Hilton
,
J.
Gao
, and
K. W.
Lehnert
,
J. Low Temp. Phys.
167
,
707
(
2012
).
10.
S. W.
Henderson
,
Z.
Ahmed
,
J.
Austermann
,
D.
Becker
,
D. A.
Bennett
,
D.
Brown
,
S.
Chaudhuri
,
H.-M. S.
Cho
,
J. M.
D'Ewart
,
B.
Dober
,
S. M.
Duff
,
J. E.
Dusatko
,
S.
Fatigoni
,
J. C.
Frisch
,
J. D.
Gard
,
M.
Halpern
,
G. C.
Hilton
,
J.
Hubmayr
,
K. D.
Irwin
,
E. D.
Karpel
,
S. S.
Kernasovskiy
,
S. E.
Kuenstner
,
C.-L.
Kuo
,
D.
Li
,
J. A. B.
Mates
,
C. D.
Reintsema
,
S. R.
Smith
,
J.
Ullom
,
L. R.
Vale
,
D. D. V.
Winkle
,
M.
Vissers
, and
C.
Yu
,
Proc. SPIE
10708
,
170
(
2018
).
11.
A.
Cukierman
,
Z.
Ahmed
,
S.
Henderson
,
E.
Young
,
C.
Yu
,
D.
Barkats
,
D.
Brown
,
S.
Chaudhuri
,
J.
Cornelison
,
J. M.
D'Ewart
,
M.
Dierickx
,
B. J.
Dober
,
J.
Dusatko
,
S.
Fatigoni
,
J. P.
Filippini
,
J. C.
Frisch
,
G.
Haller
,
M.
Halpern
,
G. C.
Hilton
,
J.
Hubmayr
,
K. D.
Irwin
,
K. S.
Karkare
,
E.
Karpel
,
S. A.
Kernasovskiy
,
J. M.
Kovac
,
A.
Kovacs
,
S. E.
Kuenstner
,
C. L.
Kuo
,
D.
Li
,
J. A. B.
Mates
,
S.
Smith
,
T. St.
Germaine
,
J. N.
Ullom
,
L. R.
Vale
,
D. D.
Van Winkle
,
J.
Vasquez
,
J.
Willmert
,
L.
Zeng
,
P. A. R.
Ade
,
M.
Amiri
,
R.
Basu Thakur
,
C. A.
Bischoff
,
J. J.
Bock
,
H.
Boenish
,
E.
Bullock
,
V.
Buza
,
J.
Cheshire
,
J.
Connors
,
M.
Crumrine
,
L.
Duband
,
G.
Hall
,
S.
Harrison
,
S. R.
Hildebrandt
,
H.
Hui
,
J.
Kang
,
S.
Kefeli
,
K.
Lau
,
K. G.
Megerian
,
L.
Moncelsi
,
T.
Namikawa
,
H. T.
Nguyen
,
R.
O'Brient
,
S.
Palladino
,
C.
Pryke
,
B.
Racine
,
C. D.
Reintsema
,
S.
Richter
,
A.
Schillaci
,
R.
Schwarz
,
C. D.
Sheehy
,
A.
Soliman
,
B.
Steinbach
,
R. V.
Sudiwala
,
K. L.
Thompson
,
C.
Tucker
,
A. D.
Turner
,
C.
Umiltà
,
A. G.
Vieregg
,
A.
Wandui
,
A. C.
Weber
,
D. V.
Wiebe
,
W. L. K.
Wu
,
H.
Yang
,
K. W.
Yoon
, and
C.
Zhang
,
J. Low Temp. Phys.
199
,
858
(
2020
).
12.
J. A. B.
Mates
,
D. T.
Becker
,
D. A.
Bennett
,
B. J.
Dober
,
J. D.
Gard
,
J. P.
Hays-Wehle
,
J. W.
Fowler
,
G. C.
Hilton
,
C. D.
Reintsema
,
D. R.
Schmidt
,
D. S.
Swetz
,
L. R.
Vale
, and
J. N.
Ullom
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
062601
(
2017
).
13.
W.
Yoon
,
J. S.
Adams
,
S. R.
Bandler
,
D.
Becker
,
D. A.
Bennett
,
J. A.
Chervenak
,
A. M.
Datesman
,
M. E.
Eckart
,
F. M.
Finkbeiner
,
J. W.
Fowler
,
J. D.
Gard
,
G. C.
Hilton
,
R. L.
Kelley
,
C. A.
Kilbourne
,
J. A. B.
Mates
,
A. R.
Miniussi
,
S. H.
Moseley
,
O.
Noroozian
,
F. S.
Porter
,
C. D.
Reintsema
,
J. E.
Sadleir
,
K.
Sakai
,
S. J.
Smith
,
T. R.
Stevenson
,
D. S.
Swetz
,
J. N.
Ullom
,
L. R.
Vale
,
N. A.
Wakeham
,
E. J.
Wassell
, and
E. J.
Wollack
,
J. Low Temp. Phys.
193
,
258
(
2018
).
14.
B.
Alpert
,
D.
Becker
,
D.
Bennet
,
M.
Biasotti
,
M.
Borghesi
,
G.
Gallucci
,
M.
De Gerone
,
M.
Faverzani
,
E.
Ferri
,
J.
Fowler
,
J.
Gard
,
A.
Giachero
,
J.
Hays-Wehle
,
G.
Hilton
,
J.
Mates
,
A.
Nucciotti
,
A.
Orlando
,
G.
Pessina
,
A.
Puiu
,
C.
Reintsema
,
D.
Schmidt
,
D.
Swetz
,
J.
Ullom
, and
L.
Vale
,
Eur. Phys. J. C
79
,
304
(
2019
).
15.
D.
Li
,
B. K.
Alpert
,
D. T.
Becker
,
D. A.
Bennett
,
G. A.
Carini
,
H. M.
Cho
,
W. B.
Doriese
,
J. E.
Dusatko
,
J. W.
Fowler
,
J. C.
Frisch
,
J. D.
Gard
,
S.
Guillet
,
G. C.
Hilton
,
M. R.
Holmes
,
K. D.
Irwin
,
V.
Kotsubo
,
S. J.
Lee
,
J. A. B.
Mates
,
K. M.
Morgan
,
K.
Nakahara
,
C. G.
Pappas
,
C. D.
Reintsema
,
D. R.
Schmidt
,
S. R.
Smith
,
D. S.
Swetz
,
J. B.
Thayer
,
C. J.
Titus
,
J. N.
Ullom
,
L. R.
Vale
,
D. D.
Van Winkle
,
A.
Wessels
, and
L.
Zhang
,
J. Low Temp. Phys.
193
,
1287
(
2018
).
16.
K. M.
Morgan
,
D. T.
Becker
,
D. A.
Bennett
,
W. B.
Doriese
,
J. D.
Gard
,
K. D.
Irwin
,
S. J.
Lee
,
D.
Li
,
J. A. B.
Mates
,
C. G.
Pappas
,
D. R.
Schmidt
,
C. J.
Titus
,
D. D.
Van Winkle
,
J. N.
Ullom
,
A.
Wessels
, and
D. S.
Swetz
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
29
,
2100605
(
2019
).
17.
D.
Fukuda
,
K.
Niwa
,
K.
Hattori
,
S.
Inoue
,
R.
Kobayashi
, and
T.
Numata
,
J. Low Temp. Phys.
193
,
1228
(
2018
).
18.
N.
Nakada
,
K.
Hattori
,
Y.
Nakashima
,
F.
Hirayama
,
R.
Yamamoto
,
H.
Yamamori
,
S.
Kohjiro
,
A.
Sato
,
H.
Takahashi
, and
D.
Fukuda
,
J. Low Temp. Phys.
199
,
206
(
2020
).
19.
F.
Hirayama
,
S.
Kohjiro
,
D.
Fukuda
,
H.
Yamamori
,
S.
Nagasawa
, and
M.
Hidaka
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
23
,
2500405
(
2013
).
20.
Y.
Nakashima
,
F.
Hirayama
,
S.
Kohjiro
,
H.
Yamamori
,
S.
Nagasawa
,
N. Y.
Yamasaki
, and
K.
Mitsuda
,
IEICE Electron. Express
14
,
20170271
(
2017
).
21.
Y.
Nakashima
,
F.
Hirayama
,
S.
Kohjiro
,
H.
Yamamori
,
S.
Nagasawa
,
A.
Sato
,
T.
Irimatsugawa
,
H.
Muramatsu
,
T.
Hayashi
,
N. Y.
Yamasaki
, and
K.
Mitsuda
,
J. Low Temp. Phys.
193
,
618
(
2018
).
22.
Y.
Nakashima
,
F.
Hirayama
,
S.
Kohjiro
,
H.
Yamamori
,
S.
Nagasawa
,
A.
Sato
,
N. Y.
Yamasaki
, and
K.
Mitsuda
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
29
,
2100705
(
2019
).
23.
K.
Nagayoshi
,
M. L.
Ridder
,
M. P.
Bruijn
,
L.
Gottardi
,
E.
Taralli
,
P.
Khosropanah
,
H.
Akamatsu
,
S.
Visser
, and
J. R.
Gao
,
J. Low Temp. Phys.
199
,
943
(
2020
).
24.
E.
Taralli
,
L.
Gottardi
,
K.
Nagayoshi
,
M.
Ridder
,
S.
Visser
,
P.
Khosropanah
,
H.
Akamatsu
,
J.
van der Kuur
,
M.
Bruijn
, and
J. R.
Gao
,
J. Low Temp. Phys.
199
,
80
(
2020
).
25.
A. E.
Szymkowiak
,
R. L.
Kelley
,
S. H.
Moseley
, and
C. K.
Stahle
,
J. Low Temp. Phys.
93
,
281
(
1993
).
26.
G.
Hölzer
,
M.
Fritsch
,
M.
Deutsch
,
J.
Härtwig
, and
E.
Förster
,
Phys. Rev. A
56
,
4554
(
1997
).
27.
S.
Kohjiro
and
F.
Hirayama
,
Supercond. Sci. Technol.
31
,
035005
(
2018
).
28.
D. A.
Bennett
,
J. A. B.
Mates
,
S. R.
Bandler
,
D. T.
Becker
,
J. W.
Fowler
,
J. D.
Gard
,
G. C.
Hilton
,
K. D.
Irwin
,
K. M.
Morgan
,
C. D.
Reintsema
,
K.
Sakai
,
D. R.
Schmidt
,
S. J.
Smith
,
D. S.
Swetz
,
J. N.
Ullom
,
L. R.
Vale
, and
A. L.
Wessels
,
J. Astron. Telesc. Instrum. Syst.
5
,
021007
(
2019
).
You do not currently have access to this content.