KIP-Veröffentlichungen

Durch die geringe spezifische Wärme von supraleitenden Materialien bei Temperaturen
weit unter der Sprungtemperatur T_c wären diese sehr geeignet für Teilchenabsorber
für hochauflösende Tieftemperatur-Mikrokalorimeter. Ein erfolgreicher Einsatz
eines Supraleiters für diesen Zweck wurde bisher jedoch durch das komplizierte Thermalisierungsverhalten
der deponierter Energie verhindert.
In dieser Arbeit wurde das Thermalisierungsverhalten von zwei unterschiedlichen
supraleitenden Materialien experimentell untersucht. Zwei Metallische magnetische
Kalorimeter wurden aufgebaut. Eines mit einem Absorber aus hochreinem Aluminium,
der andere mit einem Absorber hergestellt aus Al:Mn_{2000 ppm}. Metallische
magnetische Kalorimeter sind Tieftemperaturdetektoren, die bei Temperaturen unter
100mK betrieben werden und ein paramagnetisches Material in einem schwachen
magnetischen Feld als Temperatursensor benutzen. Eine Teilchenabsorption erwärmt
Absorber und Sensor und bewirkt eine Änderung der Magnetisierung die als magnetischer
Flussänderung von einem rauscharmen SQUID Magnetometer ausgelesen wird.
Es wurden Charakterisierungsmessungen an beiden Detektoren durchgeführt. Die
Datenanalyse des Detektors mit einem Absorber aus Al:Mn führte zu der Idee eines
neuartigen Temperatursensor für Tieftemperaturkalorimeter. Dabei wird ein teilweise
gequenchter Supraleiter in einem inhomogenen Magnetfeld genutzt. Ein Detektorprototyp
mit Hafnium als ein solcher Temperatursensor wurde entwickelt, analysiert
und in einem ersten theoretischen Modell beschrieben.

The small specific heat of superconducting materials at temperatures far below T_c
makes them very attractive as particle absorbers of high-resolution low temperature
micro-calorimeters. However, so far the successful use of superconductors for this
application has been prevented by the complex thermalisation behaviour in the down
conversion of the absorbed energy to thermal excitations.
In this work the thermalisation behaviour in two different superconductors was
investigated experimentally. Two particle detectors based on the concept of metallic
magnetic calorimeters were fabricated, one with an absorber made of high purity
aluminium, the other one with an absorber made of Al:Mn_{2000 ppm}. Metallic magnetic
calorimeters are low temperature detectors operated below 100mK using a paramagnetic
material in a small magnetic field as temperature sensor. A particle absorption
heats up absorber and sensor and causes a change of magnetisation which is read
out as magnetic flux change in a low-noise SQUID magnetometer.
The thermalisation behaviour was characterised at different operating temperatures
and magnetic fields. The observed signal shapes suggest that Mn ions slow
down the diffusion of heat in the absorber material. The very astonishing, previously
observed effect, that at very low temperatures not all of the deposited energy seems
to contribute in form of heat to the signal was also found for the detector with pure
Al absorber. Instead, the detector with Al:Mn absorber, did not share this effect.
Further, the data analysis of the detector with Al:Mn absorber lead to the idea
for a new type of sensor for low temperature calorimeters using a partially quenched
superconductor in an inhomogeneous magnetic field. A detector prototype using
hafnium as such a temperature sensor was developed, analysed and described in a
first theoretical model.