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Magnetfeldabhängigkeit der thermischen Eigenschaften von Multikomponentengläsern bei tiefen Temperaturen

Siebert, Lars

English Title: magnetic field dependence of the thermal properties of multicomponent glasses at low temperatures

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PDF, German
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Abstract

Die kürzlich gefundene Magnetfeldabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten von Multikomponentengläsern war Anlaß, den Einfluß der magnetischen Momente auf die thermischen Tieftemperaturanomalien von BaO-Al2O3-SiO2, BK7 und Duran im Magnetfeld zu untersuchen. Messungen der spezifischen Wärme erfolgten mit einem kommerziellen Relaxationskalorimeter. Mit diesem wurden Temperatur-Zeit-Profile in einem Temperaturbereich zwischen 0,4K und 1,5K und in Magnetfeldern bis 9T aufgenommen. Zur mathematischen Beschreibung der Temperatur-Zeit-Profile wurde im Rahmen der thermodynamischen Feldtheorie eine Lösungsfunktion abgeleitet, mit deren Hilfe Relaxationszeiten zwischen den Subsystemen des Glases (Phononen, Zweiniveausysteme, Eisenionen, Kernspins) berücksichtigt werden konnten. Die Eisenionen wiesen in allen Magnetfeldern paramagnetisches Verhalten auf. Die Messung der magnetischen Suszeptibilität in einem Temperaturbereich zwischen 20mK und 130mK bestätigte das paramagnetische Verhalten der Eisenionen. In den Wärmeleitfähigkeitsmessungen an BK7 und Duran in einem Temperaturbereich zwischen 32mK und 130mK wurde für beide Proben ein vergleichbarer Temperaturverlauf festgestellt. Dies ist als Hinweis zu interpretieren, daß die Eisenionen im Glas unter diesen Bedingungen keine geeigneten Streupartner für thermische Phononen darstellen. Ergänzend fanden dielektrische Messungen an Duran im Magnetfeld statt. Sie ergaben eine mit BK7 vergleichbare Magnetfeldabhängigkeit. Eine Verstärkung des Magnetfeldeffektes aufgrund der typischerweise wesentlich höheren Konzentration der Eisenionen in Duran ist folglich auszuschließen.

Translation of abstract (English)

The low temperature thermal properties of BaO-Al2O3-SiO2, BK7 and Duran in magnetic fields were studied, motivated by the recently reported magnetic field dependence of the dielectric response of multicomponent glasses. In order to examine the influence of magnetic impurities and nuclear spins, measurements of the specific heat and thermal conductivity were carried out. A commercial relaxation calorimeter was used to measure the specific heat between 0,4K and 1,5K and magnetic fields up to 9T. Considering relaxation times of the glass-subsystems (phonons, two-level-systems, electronic and nuclear magnetic systems) the automatically recorded temperature-time-profiles could be described by means of thermodynamically field equations. In all magnetic fields the iron impurities showed paramagnetic behavior. Measurements of the thermal conductivity of Duran glass (containing 126ppm Fe3+ between 32mK and 130mK were found comparable to almost iron-free BK7 glass. This result shows that the thermal conductivity is independent from iron impurities in this range. Additionally, the dielectric response of Duran glass to weak magnetic fields was investigated. The results were again comparable to BK7 glass. The magnetic field dependence was not enhanced by paramagnetic impurities.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Enss, Dr. PD Christian
Date of thesis defense: 6. June 2001
Date Deposited: 02. Jul 2001 13:55
Date: 2001
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Tieftemperaturphysik, Amorpher Festkörper, Glas, Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit
Uncontrolled Keywords: Tunnelsysteme , Mehrkomponentenglas , Magnetfeldtunneling systems , multicomponent glasses , magnetic field
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