English Title: Development of a new contact free measuring method to determine the specific heat of amorphous solids at ultralow temperatures

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Abstract

Parasitäre Wärmeeinträge aufgrund von elektrischen Zuleitungen sind ein generelles Problem bei Messungen im Bereich tiefer und ultratiefer Temperaturen. Um solche unerwünschten Effekte zu vermeiden, wurden bereits in den vergangenen Jahren zunehmend kontaktfreie Verfahren zur Untersuchung der thermischen Eigenschaften von Gläsern eingesetzt. Eine besondere Herausforderung diesbezüglich stellt die Messung der Wärmekapazität von dielektrischen Gläsern unterhalb einer Temperatur von 15mK dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine berührungsfreie Methode für die Messung der spezifischen Wärme von Gläsern entwickelt, wobei die Thermometrie auf der temperaturabhängigen Amplitude kohärenter Zwei-Puls-Polarisationsechos basiert und optisch geheizt wurde. Unterhalb von 1K werden viele Eigenschaften von Gläsern durch atomare Tunnelsysteme bestimmt. Mittels dieser Zwei-Niveau-Systeme können Polarisationsechos in Gläsern bei tiefen Temperaturen erzeugt und als intrinsisches Thermometer genutzt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde ein solcher Messaufbau realisiert. Es wurden Messungen der spezifischen Wärme an dem optischen Glas BK7 erstmals bis zu einer tiefsten Temperatur von 8,3mK durchgeführt, wobei eine nahezu lineare Temperaturabhängigkeit beobachtet wurde.

Translation of abstract (English)

A general problem in measurements of the thermal properties of glasses at low and ultralow temperatures are parasitic heat inputs resulting from the wiring attached to the sample. To avoid such unwanted effects contact free methods have been developed for certain types of measurements in the last few years. However, a completely contact free thermometry without addenda heat capacities has not yet been realised. This is why so far no data exist for any dielectric glass at temperatures below 15 mK. In the framework of this thesis a new contact free method to determine the specific heat has been developed, which relies on the temperature dependent amplitude of polarisation echos and an optical heating method. At temperatures below 1K many properties of insulating glasses are governed by atomic tunneling systems. These two-level systems allow the generation of polarisation echos at very low temperatures and can thus be used as an intrinsic thermometer. Based on this concept a new setup for measuring the specific heat of glasses at ultralow temperatures has been realised in this thesis and the specific heat of the optical glass BK7 has been measured for the first time down to 8.3 mK. In the range of measurement an approximately linear temperature dependence has been observed.