KIP-Veröffentlichungen

In dieser Arbeit wurden die thermodynamischen Eigenschaften von implantiertem Holmium in Gold untersucht. Das Ziel war es eine mögliche Beeinträchtigung der gut verstandenen Eigenschaften von metallischen magnetischen Kalorimetern in Folge der Holmiumimplantation zu untersuchen. Diese Forschung wurde im Rahmen des ECHo-Experiments durchgeführt, welches sich die Aufgabe gesetzt hat, die Elektron-Neutrinomasse auf weniger als 1 eV genau zu bestimmen, was mittels der Auswertung mit hoher Statistik von ¹⁶³Ho-Spektren aus Elektroneinfangprozessen geschieht. Für das ECHo-Experiment ist die implantierte ¹⁶³Ho-Quelle vollständig im Absorber eines metallischen magnetischen Kalorimeters eingeschlossen.
Ein theoretisches Modell zur Beschreibung der thermodynamischen Eigenschaften von Holmium in Gold wurde hergeleitet, welches den Kristallfeldeffekt und die Hyperfeinwechselwirkungen von den magnetischen Momenten der Ho³⁺-Ionen} berücksichtigt. Allerdings eine Wechselwirkung zwischen den Momenten außen vor lässt.
Die Wärmekapazität eines metallischen magnetischen Kalorimeters mit circa 3.6×10¹¹ implantierten Holmiumionen wurde im Temperaturbereich zwischen 20 und 100 mK untersucht. Durch die Auswertung der Signalamplituden konnte ein zusätzlicher Beitrag zur Wärmekapazität, verglichen mit einem nicht-implantierten Detektor, gefunden werden. Die Höhe und die Temperaturabhängigkeit dieses zusätzlichen Beitrags wurde mit der entwickelten Theorie verglichen. Als Schlussfolgerung ergibt sich, dass für den Temperaturbereich unter 30 mK der zusätzliche Beitrag zur Wärmekapazität durch das Holmium keinen großen Einfluss auf die Eigenschaften des Detektors zeigt.

In this thesis, the thermodynamic properties of implanted holmium in gold have been studied with the goal to investigate possible degradation, of the well understood performance of metallic magnetic calorimeters due to implantation of holmium. This investigation took place in the context of the ECHo (Electron Capture in ¹⁶³Ho) experiment, which plans to reach sub-eV sensitivity on the electron neutrino mass by the analysis of high statistics of ¹⁶³Ho electron capture spectra. In the ECHo experiment, the ion-implanted ¹⁶³Ho source is embedded in the absorber of an MMC.
A theoretical model for the thermodynamical properties of holmium in gold was derived, taking into consideration the crystal field effect and the hyperfine interactions of the magnetic moments of Ho³⁺-ions, but leaving out the mutual-interacting contributions between them. This model will be used to discuss the experimental results.
The heat capacity of a metallic magnetic calorimeter with about 3.6×10¹¹ implanted ¹⁶⁵Ho-ions was studied at temperatures between 20 to 100 mK. Analysing the signal amplitudes, an additional heat capacity contribution -- compared to a non-implanted detector -- was found. The magnitude and the temperature dependence of this additional heat capacity have been analysed in the light of the developed model. In conclusion,  the contribution to the heat capacity due to holmium in gold has no strong influence on the performance of the detector for the temperature range below 30 mK.