English Title: Elastic properties of superconducting bulk metallic glasses

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Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden erstmals die elastischen Eigenschaften eines massiven metallischen Glases mit Hilfe von niederfrequenten akustischen Messungen im Temperaturbereich zwischen 10mK und 300K bestimmt. Um den gesamten Temperaturbereich, insbesondere bei niedrigen Temperaturen mit geringen Anregungen zu vermessen, wurden neue Messmethoden entwickelt. Diese beruhten auf der induktiven Auslese eines sogenannten Double Paddle Oszillators. Damit war es möglich die innere Reibung und die Schallgeschwindigkeitsänderung von massiven metallischen Gläsern am Beispiel von Zr55Cu30Ti10Ni5 mit hoher Präzision zu ermitteln. Auf Grund der hohen Qualität der Daten war es möglich diese mit verschiedenen Modellen zu vergleichen. Das Hauptaugenmerk der Analyse wurde auf den Bereich tiefer Temperaturen gelegt, wo die Eigenschaften von Gläsern durch atomare Tunnelsysteme, wie im Standardtunnelmodell phänomenologisch beschrieben, dominiert werden. Bei der theoretischen Beschreibung wurde sowohl der Einfluss von Leitungselektronen im normalleitenden, als auch von Quasiteilchen im supraleitenden Zustand des Glases berücksichtigt, wodurch in einem großen Temperaturbereich eine gute Übereinstimmung der Messdaten mit Vorhersagen des Standardtunnelmodells gefunden wurde, was eine direkte Bestimmung der Elektron-Tunnelsystem-Kopplungskonstante erlaubte. In dem Temperaturbereich unmittelbar um die Sprungtemperatur Tc können die Daten nur dann beschrieben werden, wenn eine modifizierte Verteilungsfunktion der Tunnelparameter verwendet wird.

Translation of abstract (English)

Within the framework of this thesis the elastic properties of a superconducting bulk metallic glass between 10mK and 300K were first investigated. In order to measure the entire temperature range, in particular the low temperature part, new experimental techniques were developed. Using an inductive readout scheme for a double paddle oscillator it was possible to determine the internal friction and the relative change of sound velocity of bulk metallic glasses with high precision. This allowed for a detailed comparison of the data with different models. The analysis focuses on the low temperature regime where the properties of glassy materials are governed by atomic tunneling systems as described by the tunneling model. The influence of conduction electrons in the normal conducting state and quasiparticles in the superconducting state of the glass were accounted for in the theoretical description, resulting in a good agreement over a large temperature range between measured data and prediction of the tunneling model. This allowed for a direct determination of the coupling constant between electrons and tunneling systems. In the vicinity of the transition temperature Tc the data can only be described if a modified distribution function of the tunneling parameters is applied.