German Title: Einfluss von Kernmomenten auf den Zerfall von dielektrischen Polarisationsechos in Gläsern bei tiefen Temperaturen

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Abstract

This thesis investigates the influence of nuclear moments on the decay of dielectric two-pulse polarization echoes in glasses at low temperatures based on twelve samples. Several samples, containing atoms carrying nuclear moments, show a very fast decay of the echo amplitude at short times, which can be attributed to a nuclear moment based relaxation. A detailed comparison of all decay curves shows, that the modulation of the quadrupole coupling constant during the tunneling motion is the decisive parameter for a significant contribution of a nuclear moment based relaxation. For the glass HY-1, the additional Zeeman splitting in a magnetic field reduces the influence of the nuclear moment based relaxation on the decay of the echo amplitude, as expected. The observed decay behavior cannot be described by current theoretical models, indicating another relaxation mechanism related to the relaxation due to nuclear moments. To further study the decay at very short pulse separation times, a novel setup, based on planar microfabricated superconducting resonators, was developed. This enabled for the first time pulse separation times close to the theoretical limit and the observation of the Gaussian shape like leveling-off of the echo amplitude of N-BK7 glass, as predicted by spectral diffusion theory.

Translation of abstract (German)

Diese Arbeit untersucht den Einfluss von Kernmomenten auf den Zerfall von dielektrischen Zweipulspolarisationsechos in Gläsern bei tiefen Temperaturen anhand von zwölf Proben. Einige der Proben, die Atome mit Kernmomenten enthalten, zeigen einen sehr schnellen Zerfall der Echamplitude bei kurzen Pulsabständen, der einer Relaxation basierend auf Kernmomenten zugeschrieben werden kann. Ein detailierter Vergleich aller Zerfallskurven zeigt, dass die Modulation der Quadrupolkoppelkonstanten durch die Tunnelbewegung der entscheidende Parameter für einen starken Beitrag einer auf Kernmomenten basierenden Relaxation ist. Durch die zusätzliche Zeemanaufspaltung im Magnetfeld konnte für das Glas HY-1, entsprechend der Erwartung, der Einfluss der kernmomentbasierten Relaxation auf den Zerfall der Echoamplitude verringert werden. Die aktuellen theoretischen Modelle können den schnellen Zerfall der Echoamplitude bei kleinen Pulsabständen nicht beschreiben, was auf einen weiteren Relaxationsmechanismus, verursacht durch Kernmomente, hinweist. Zur weiteren Untersuchung des schnellen Zerfalls bei kleinen Pulsabständen wurde im Rahmen dieser Arbeit ein neuer Aufbau, basierend auf mikrostrukturierten supraleitenden planaren Resonatoren, entwickelt. Dies ermöglichte zum ersten Mal Pulsabstände nahe des theoretischen Limits und die Beobachtung des gaußförmigen Abflachens der Echoamplitude am Glas N-BK7, wie von der spektralen Diffusion vorhergesagt.