KIP-Veröffentlichungen

Diese Arbeit stellt ein neuartiges mikrostrukturiertes Suszeptibilitätsthermometer vor, das auf der paramagnetischen Legierung Au:Er basiert. Es wurde entwickelt, um die Anforderungen an Zuverlässigkeit, Geschwindigkeit und hohe Empfind- lichkeit für Anwendungen bei mK- und sub-mK-Temperaturen zu erfüllen. Vier mikrostrukturierte, supraleitende Niobspulen sind als Wheatstone-Brücke angeord- net, wobei zwei gegenüberliegende Spulen mit Au:Er gefüllt sind. Die Induktivitäten der gefüllten und ungefüllten Spulen sind so gewählt, dass sich die Brücke bei einer durch das Design definierten Temperatur im Gleichgewicht befindet. Bei dieser Temperatur arbeitet das Thermometer als individueller Fixpunkt für eine präzise Temperaturstabilisierung unabhängig von einem etwaigen Verstärkerdrift. Das Ungleichgewicht, das durch den paramagnetischen Beitrag von Au:Er bei davon verschiedener Temperatur entsteht, wird durch die Kalibrierung mit einem anderen Thermometer als Temperaturskala genutzt. In dieser Arbeit werden das Design, die Herstellung, die Funktion und die Messergebnisse dieses neuartigen Suszeptibilitätsthermometers erörtert. Es werden zwei Designs beschrieben: Ers- tens, das primäre Designziel, eine direkte Mikrofabrikation auf Kupfer, bedeckt mit Au:Er. Fortschritte und Herausforderungen bei der Herstellung auf Kupfer werden vorgestellt. Zweitens ein Prototyp, der alle Schaltungseigenschaften beibehält, aber auf einem Al2O3-Wafer gefertigt ist. Das Sensormaterial wird mit Hilfe von Federn auf die Sensorspulen gepresst. Messergebnisse mit dem Prototyp werden erörtert.

This thesis presents a novel microfabricated susceptibility thermometer based on the paramagnetic alloy Au:Er. The thermometer is designed to meet the reliability, speed, and high sensitivity requirements for applications at mK- and sub-mK- temperatures. The thermometer is based on four microfabricated superconducting planar meander-shaped niobium coils which are arranged as a Wheatstone bridge. Two opposing coils are filled with sensor material Au:Er. The inductances of the filled and unfilled coils are chosen to balance the bridge at a specific temperature, as indicated by a zero-voltage signal. At the defined temperature it serves as an individual fixed point for precise temperature stabilization independent of possible total gain drifts. The imbalance caused by the paramagnetic contribution of Au:Er at varying temperatures is utilized to establish a temperature scale by calibration with another thermometer. The design, fabrication, function, and readout of this novel susceptibility thermometer are discussed. Two designs are described: First, the primary design goal, which involves direct microfabrication on copper covered with the sensor material. The thesis outlines the progress in the fabrication on copper wafers and provides an overview of the challenges that have yet to be overcome. Second, a prototype that retains all circuit properties but is microfabricated on an Al2O3 wafer. The sensor material is pressed onto the sensor coils using springs. Results of measurements with the prototype are presented and discussed.