KIP-Veröffentlichungen

Charakterisierung eines Metallischen Magnetischen Kalorimeters zur Hochauflösenden Röntgenspektroskopie

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein magnetisches metallisches Kalorimeter (MMC) zur hochauflösenden Röntgenspektroskopie charakterisiert. MMC Detektoren bestehen aus einem Absorber für Röntgenquanten, der thermisch gut mit einem paramagnetischen Temperatursensor verbunden ist. Die Absorption eines Röntgenquants im Absorber führt zu einer Temperaturänderung des paramagnetischen Sensors. Die damit einhergehende Magnetisierungsänderung wird uber ein rauscharmes SQUID-Magnetometer ausgelesen. Der diskutierte Detektor wurde für eine zukünftige Anwendung an der EBIT am MPI für Kernphysik in Heidelberg entwickelt.

Ziel der Arbeit war es, die thermodynamischen Eigenschaften des gesputterten Au:Er Sensormaterials zu bestimmen und diese mit den Eigenschaften von Vollmaterial zu vergleichen. Der untersuchte Detektor bestand aus einem quadratischen, 1,3µm dicken Au:Er Temperatursensor, der auf eine mäanderförmige Detektionsschleife aus supraleitendem Niob gesputtert war. Die temperaturabhängige Magnetisierung des gesputterten Films wurde gemessen und stimmt mit dem erwarteten Verhalten uberein. Die gemessene Wärmekapazität, die sich aus den Beiträge der Phononen, der Elektronen und der wechselwirkenden Erbiumspins zusammensetzt, war größer als die von Au:Er-Vollmaterial. Dieser zusätzliche Beitrag zu der spezifischen von C_additional = 0,143±0.02 mJ/Kmol ist temperatur- und magnetfeldun- abhängig. Verursacht wird diese zusätzliche Wärmekapazität möglicherweise durch eine hohe Dichte an Gitterdefekte im gesputterten Sensormaterial.

In the framework of this thesis, the characterisation of a single pixel Magnetic Metallic Calorimeter (MMC) for high resolution x-ray spectroscopy is presented. MMC detectors consist of an x-ray absorber in good thermal contact with a paramagnetic temperature sensor. The absorption of an x-ray creates a temperature change in the paramagnetic sensor. This leads to a change of magnetisation which is readout by a low-noise dc-SQUID. The MMC discussed in this work has been designed for future application in the Electron Beam Ion Trap (EBIT) at the Max-Planck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg.

The aim of this work was to measure the thermodynamic properties of the sputter-deposited sensor material, gold erbium (Au:Er) and compare them with those of bulk material. The studied device consisted of a 1.3µm thick square Au:Er temperature sensor which was sputtered onto a superconducting meander-shaped pickup coil. This device was read out using a dc-SQUID-magnetometer. The magnetisation of the sputtered Au:Er film was measured as a function of temperature and was found to agree well with the expected behaviour. However, the measured heat capacity was larger than that of bulk Au:Er, where the heat capacity is composed of the contributions of phonons, electrons and interacting erbium spins. The additional contribution to the specific heat was found to be C_additional= 0.143±0.02 mJ/Kmol. This contribution was both temperature and magnetic field independent and is believed to be a result of the large density of lattice defects present in the sputter-deposited material.