KIP-Veröffentlichungen

Supraleitende Materialien wären wegen ihrer geringen spezifischen Wärme hervorragend als Absorber von kalorimetrischen Detektoren geeignet. Allerdings wurden in fast allen Experimenten mit supraleitenden Absorbern bei tiefen Temperaturen sehr lange Thermalisierungszeiten beobachtet, die häufig der langsamen Rekombination von Quasiteilchen zugeschrieben wurden und den Einsatz solcher Absorber in hochauflösenden Detektoren unmöglich machten. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde experimentell untersucht, ob das Thermalisierungsverhalten supraleitender Absorber durch ein Dotieren mit magnetischen Verunreinigungen modifiziert werden kann. Dazu wurden zwei metallische magnetische Mikrokalorimeter (MMC) mit supraleitenden Absorbern entwickelt und charakterisiert. Ein MMC ist ein energiedispersiver Tieftemperaturteilchendetektor, der als Temperatursensor eine paramagnetische Legierung in einem äußeren Magnetfeld verwendet. Die Temperaturerhöhung bei der Absorption eines Teilchens führt zu einer Änderung der Magnetisierung, die als Flussänderung von einem SQUID-Magnetometer nachgewiesen wird, und als Maß für die deponierte Energie dient. Das supraleitende Material der Teilchenabsorber wurde variiert und bestand zum einen aus hochreinem Aluminium und zum anderen aus mit Mangan dotiertem Aluminium, das sich u.a. durch eine reduzierte Energielücke auszeichnet. Zur Charakterisierung wurden die pulsförmigen Detektorantworten nach der Absorption von Röntgenquanten einer 55Fe-Quelle aufgezeichnet. Die Analyse der Signalform zeigt, dass der schnelle Signalanstieg, der bei reinen Al-Absorbern aufgrund ballistischer Phononenausbreitung existiert, bei AlMn-Absorbern fehlt. Des Weiteren wurden bei Temperaturen unter 80 mK sehr lange Signalabklingzeiten beobachtet, die durch magnetische Verunreinigungen kaum beeinflusst werden.

Superconducting materials would be very suitable as absorbers of calorimetric detectors due to their low specific heat. However, in most experiments using superconducting absorbers at low temperatures very long relaxation times were observed, which are thought to be caused by the slow recombination of quasiparticles, and make their use as absorbers in high resolution detectors impossible. Within this thesis it was investigated whether doping a superconductor by adding magnetic impurities results in faster thermal relaxation. For that purpose two metallic magnetic calorimeters (MMC) with superconducting absorbers were designed and characterized. A MMC is an energy dispersive detector based on a temperature sensor consisting of a paramagnetic alloy in an external magnetic field. The temperature increase due to an absorbed particle leads to a magnetisation change which is detected by a SQUID magnetometer. In order to characterize the detector response upon the absorption of X-rays of a 55Fe source was recorded. The superconducting absorber material was varied in the experiments, consisting of pure aluminium in one case and aluminium doped with manganese in the other. The analysis of the pulse shape revealed that the fast signal rise existing in pure Al-absorbers due to ballistic phonon propagation is absent in detectors with AlMn-absorbers. Furthermore, at temperatures below 80 mK very long signal decay times were observed, which are hardly affected by magnetic impurities.