KIP-Veröffentlichungen

Metallisch-magnetische Kalorimeter (MMCs) sind energiedispersive Einzelteilchendetektoren, die normalerweise bei Temperaturen unter 100mK betrieben werden. Eine paramagnetischer Temperatursensor wandelt die absorbierte Energie in eine magnetische Flussänderung um, diese kann mit einem Gleichstrom supraleitenden Qanteninterferenz Detektor (dc-SQUID) über einen supraleitenden Flusstransformators gemessen werden. Um parasitäre Induktivitäten innerhalb des Transformators zu reduzieren, sollten Detektor und SQUID in unmittelbarer Nähe zueinander platziert werden. Allerdings kann die Detektortemperatur durch die vom SQUID abgegebene joulesche Wärme negativ beeinflusst und dadurch die erreichbare Energieauflösung vermindert werden. Durch die Wahl eines niedrigen SQUID-Bias könnte dieser Effekt minimiert werden. Allerdings beeinflusst der SQUID-Bias auch die Energieempfindlichkeit des SQUIDs. Der Vorteil einer niedrigeren Chip-Temperatur könnte durch einen höheren Rauschbeitrag des SQUIDs aufgehoben werden. Es wurde die Wechselwirkung zwischen der jouleschen Wärme und der Energieempfindlichkeit experimentell Untersucht. Durch die Messung der Energieempfindlichkeit von dc-SQUIDs im Spannungs-Bias als Funktion der Kryostat-Temperatur zwischen 10mK und 700mK mit einer kreuz-korrelierten Messmethode wurde die minimale Temperatur der Shunt-Widerstände des SQUIDs wird für verschiedene Werte des SQUID-Bias bestimmt. Für niedrigeren SQUID-Bias nimmt auch die minimale Temperatur der Shunt-Widerstände monoton ab. Gleichzeitig zeigt die Energieempfindlichkeit eine funktionelle Abhängigkeit mit einem Minimum für einen endliche SQUID-Bias. In Kombination, weist dies darauf hin, dass eine gleichzeitige Optimierung der jouleschen Wärme und der Energiesensitivität nicht möglich ist.

Metallic magnetic calorimeters (MMCs) are energy dispersive single particle detectors usually operated at temperatures below 100mK. A paramagnetic temperature sensor converts the absorbed energy into a magnetic flux change which is measured by a direct current superconducting quantum interference device (dc-SQUID) using a superconducting flux transformer. To reduce parasitic inductances within the flux transformer, detector and SQUID should be placed in close vicinity. The SQUID Joule heating might negatively affect the detector temperature, hence degrading the achievable energy resolution. By using a low SQUID bias, this effect might be minimized. But the SQUID bias also affects the energy sensitivity of the SQUID. The benefit of having a lower chip temperature is potentially outweighed by a higher noise contribution of the SQUID. This thesis investigates the interplay between SQUID Joule heating and energy sensitivity on an experimental basis. By measuring the energy sensitivity of voltage-biased dc-SQUIDs as a function of refrigerator temperature between 10mK and 700mK using a cross-spectrum measurement technique, the minimum temperature of the shunt resistors of the SQUID is determined for several values of the SQUID bias. It was found that with lowering the SQUID bias the minimum temperature of the shunt resistors also monotonically decreases. At the same time, the energy sensitivity shows a functional dependence with a minimum for a finite SQUID bias. In combination, both results presently indicate that a simultaneous optimization of the SQUID Joule heating and energy sensitivity is not possible.