English Title: Low frequency acoustic measurements on vitreous silica

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Abstract

In dieser Arbeit wurden Messungen der inneren Reibung und der relativen Schallgeschwindigkeitsänderung an Quarzglas im Bereich von 5mK bis 40K für vier verschiedene Frequenzen zwischen 334 und 5030Hz durchgeführt. Für die Experimente wurde ein mechanischer Oszillator, das sogenannte Double Paddle, verwendet, der sich durch seine im Vergleich zur früher verwendeten Vibrating-Reed-Methode deutlich geringere Untergrunddämpfung sowie das vielfältige Modenspektrum auszeichnet. Bei Temperaturen unterhalb von 30mK wurde ein Anstieg der inneren Reibung beobachtet, der proportional zu $T^{eta}$ verläuft, wobei $eta$ monoton mit der Meßfrequenz von 0,85 bis 1,74 zunimmt und damit deutlich abweicht vom $T^{3}$-Verhalten des Tunnelmodells, welches die Tieftemperatureigenschaften von Gläsern phänomenologisch beschreibt. Die mutmaßliche Ursache dieser Diskrepanzen liegt in der vom Tunnelmodell nicht berücksichtigten gegenseitigen Wechselwirkung der Tunnelsysteme, die besonders bei tiefen Temperaturen wichtig wird. Für den Dämpfungswert im Plateaubereich wurde eine schwache Abhängigkeit von der Meßfrequenz beobachtet. Aus der Frequenzabhängigkeit der Lage des Dämpfungsmaximums bei ca. 30K konnte eine Dominanz von thermisch aktivierten Prozessen gegenüber inkohärentem Tunneln in diesem Temperaturbereich gefolgert werden.

Translation of abstract (English)

In this work the internal friction and the variation of the sound velocity of vitreous silica have been measured at four different frequencies between 334 and 5030Hz in a temperature range of 5mK to 40K. The mechanical oscillator used for the experiments, the so-called double paddle, is superior to the formerly used vibrating reed technique in its significantly lower background losses and the ability to be operated at different eigenmodes. At temperatures below 30mK the absorption is found to be proportional to $T^{eta}$, where $eta$ increases monotonically with the frequency from 0.85 to 1.74. This is in contradiction to the predicted $T^{3}$ behavior of the tunneling model, which phenomenologically describes the low temperature properties of glasses. These deviations can be most likely attributed to the mutual interaction of the tunneling systems which is not taken into account in the tunneling model but becomes particularly important at very low temperatures. Furthermore, a slight dependence of the internal friction in the plateau region on the frequency has been observed. From the frequency dependence of the absorption maximum at approximately 30K a dominance of thermally activated processes over incoherent tunneling is inferred for this temperature range.