KIP-Veröffentlichungen

Die vorliegende Arbeit beschreibt den Aufbau und die Charakterisierung von kreuzkorrelierten, stromsensitiven Rauschthermometern für mK-Temperaturen. Das Konzept der Rauschthermometrie basiert auf der Auslese von Johnsonrauschen, welches durch die thermische Bewegung von Ladungsträgern in metallischen Widerständen verursacht wird. Die Legierung KuSil, bestehend aus 40% Kupfer und 60% Silber, wird als Material für den Widerstand genutzt. Zwei dc-SQUIDs, die im Spannungsbiasmodus betrieben werden, lesen das Widerstandsrauschen aus, welches dann mit zwei identischen, aber unabhängigen Verstärkerketten aufgezeichnet wird. Die Methode der Kreuzkorrelation wird benutzt, um unkorrelierte Rauschbeiträge der Verstärkerketten zu filtern.

Die Arbeit zeigt, dass die vorgestellten Thermometer eine Temperaturspanne von mindestens 2,5 Größenordnungen unterhalb von 1 K abdecken können und gleichzeitig einfach in der Handhabung sind. Besondere Aufmerksamkeit wird den Unterschieden einer parallelen und seriellen Verschaltung der Einkoppelspulen der Ausleseschaltung gewidmet.

Es wird gezeigt, dass die relative Messunsicherheit der Thermometer für Messzeiten über 2 s deutlich unter 1% liegt. Bei Temperaturen unter 20 mK ist zudem die Thermalisierung der Rauschthermometer deutlich schneller als die eines RuOx-Widerstandsthermometers.

This thesis describes the design and characterization of cross-correlated, current-sensing noise thermometers for mK-temperatures. The basic concept of noise thermometry relies on the readout of Johnson noise caused by the thermal motion of charge carriers in a bulk metal resistor. As resistor material, the alloy CuSil, made of 40% copper and 60% silver, is used. Two dc-SQUIDs that are operated in voltage-bias mode detect the resistor’s noise which is then recorded via two identical but independent amplifier chains. The method of cross-correlation is used to filter out uncorrelated noise contributions from the amplifier chains.

The thesis shows that the presented thermometers are able to cover a temperature range of at least 2.5 orders of magnitude below 1 K while being easy to use. Special attention is paid to the differences between serial and parallel connection of the input coils of the readout circuit.

It will be shown that the relative uncertainty of the thermometer is below 1% for measuring times above 2 s. Additionally, at temperatures below 20 mK, the thermalization of the noise thermometer is significantly quicker than the one of a RuOx-resistance thermometer.