English Title: Search for a Heat Diffusion Process in Glasses at Ultra-Low Temperatures Carried by Interacting Atomic Tunneling Systems

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Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss einer Wechselwirkung zwischen Tunnelsystemen in Gläsern auf den Wärmetransport untersucht. Hierzu wurde ein Experiment zur Wärmeleitfähigkeitsmessung mit sehr kleinen Wärmeströmen entwickelt. Die Messmethode ist berührungsfrei, so dass parasitäre Wärmeeinträge minimiert werden können. Untersucht wurden zwei unterschiedlich poröse Glasproben, die Löcher auf einem hexagonalen Gitter besitzen. Diese Einschränkung der Geometrie dient zur Reduktion des phononischen Beitrags zur Wärmeleitfähigkeit. Dies ist notwendig, da der phononische Beitrag in Messungen an Vollmaterial dominant ist und in diesen kein Wärmetransport aufgrund wechselwirkender Tunnelsysteme beobachtet werden kann. Zur Bestimmung der Basistemperatur wurde ein neuartiges Rauschthermometer entwickelt. Dabei wird das Rauschen eines metallischen Leiters induktiv ausgelesen. Ein Vergleich mit der PLTS-2000 zeigte, dass dieses Thermometer sehr gut mit dieser übereinstimmt und das Potenzial hat als Primärthermometer weiterentwickelt zu werden. Die Wärmeleitfähigkeit beider Proben wurde bis 20 mK gemessen. Bei höheren Temperaturen kann die Temperaturabhängigkeit durch die Streuung an Oberflächen beschrieben werden. Unterhalb von etwa 50 mK flacht der Verlauf der Wärmeleitfähigkeit der Probe mit den kleinen Löchern ab. Dies liefert Hinweise auf einen Beitrag wechselwirkender Tunnelsysteme zur Wärmeleitfähigkeit.

Translation of abstract (English)

Within the scope of this work the influence of interacting tunnelling systems in glasses on thermal transport was investigated. Therefore an experimental setup was designed for the use of very low heat fluxes. The measuring technique is contact--free to minimize parasitic heating. Two different glass samples with holes on an triangular lattice were studied. The holes reduce the mean free path and therefore the phononic thermal transport. This is necessary because in measurements of the thermal conductivity in bulk glasses the phononic contribution is dominant and therefore no contribution of interacting tunnelling systems in this investigations was found. For measuring the base temperature a noise thermometer was developed which is inductively coupled to the read--out electronics. The new thermometer was compared to the PLTS-2000 and it turned out to work very well and having the capability for primary thermometry. The thermal conductivity was measured down to 20 mK. At higher temperatures the temperature dependence of both samples can be described with scattering processes at surfaces. At temperatures below 50 mK the sample with the smaller holes shows a weaker dependence. This indicates a possible contribution of interacting tunneling systems to the thermal conductivity.