KIP-Veröffentlichungen

In der vorliegenden Arbeit wurden die thermodynamischen Eigenschaften von Holmium in Gold untersucht, um deren Einfluss auf das Verhalten von metallischen magnetischen Kalorimetern zu bestimmen. Diese Untersuchung erfolgte im Rahmen des ECHo (Electron Capture in ¹⁶³Ho) Experiments, bei dem das Zerfallsspektrum von ¹⁶³Ho vermessen wird mit dem Ziel die Neutrinomasse mit hoher Sensitivität zu bestimmen. Hierzu wird 163Ho direkt in metallische magnetische Kalorimeter implantiert.
Ein theoretisches Modell für die thermodynamischen Eigenschaften von Holmium in Gold wurde unter Berücksichtigung des Kristallfelds und der Hyperfeininteraktion der magnetischen Momente von einzelnen, nicht wechselwirkenden Ho³⁺-Ionen entwickelt. Anhand einer Magnetisierungsmessung an einer Au:Ho Legierung mit 1% Holmium-Konzentration wurden die Kristallfeldparameter von Au:Ho zu W = 0,112 und x = 0,357 bestimmt.
Die Wärmekapazität eines metallischen magnetischen Kalorimeters mit 9*10¹³ implantierten ¹⁶⁵Ho Ionen wurde im Temperaturbereich von 60 mK bis 100 mK anhand einer Pulshöhenmessung bestimmt und mit vorhergehenden Messungen ohne implantiertem Holmium verglichen. Es wurde keine signifikante Änderung der Wärmekapazität gemessen, allerdings wurden Abweichung von der erwarteten Pulsform beobachtet. Ein mögliches Modell zur Beschreibung dieser Ergebnisse wird vorgeschlagen und diskutiert.

In this thesis, the thermodynamic properties of holmium in gold were investigated to determine their impact on the performance of metallic magnetic calorimeters. This research was carried out in the context of the ECHo (Electron Capture in ¹⁶³Ho) experiment, which is designed to investigate the electron neutrino mass in the sub-eV range by means of high precision and high statistics measurement of the 163Ho electron capture spectrum. For this measurement, the ¹⁶³Ho is implanted directly into the gold absorber of a metallic magnetic calorimeter.
A theoretical model for the thermodynamic properties of holmium in gold was derived, taking into account the crystal field effect and hyperfine interaction of the magnetic moments of single, non-interacting Ho³⁺-ions, which have a total angular momentum of J = 8 and a nuclear spin of I = 7=2. The crystal field parameters of Au:Ho were determined to be W = 0.112 and x = 0.357 using magnetisation measurements on a Au:Ho alloy with 1% holmium concentration.
The heat capacity of a metallic magnetic calorimeter implanted with about 9x10^{13 165}Ho-ions was determined at temperatures between 60 mK and 100 mK, by the analysis of signal amplitudes. No direct evidence of an additional heat capacity is found. However, a deviation from the expected pulse shape can be observed. A possible model describing these results is presented and discussed.