English Title: Development of microstructured large area magnetic calorimeters with Au:Er- and Ag:Er-sensors for the detection of x-ray quanta and high energetic particles

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Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden großflächige auf dem Prinzip magnetischer Kalorimeter basierende Detektoren entwickelt, die z.B. für die Untersuchung der Dissoziativen Rekombination oder der Lamb-Verschiebung wasserstoffähnlicher schwerer Ionen eingesetzt werden können. Die Detektoren bestehen aus zwei mäanderförmigen, mikrostrukturierten Detektionsspulen aus Niob, auf denen jeweils ein paramagnetischer Sensor aufgebracht ist. Eine Energiedeposition im Sensor führt zu einer Temperaturerhöhung und damit zu einer Magnetisierungsänderung des Sensormaterials. Diese kann mit Hilfe eines SQUID-Magnetometers präzise gemessen werden. Als Sensormaterialien wurden verdünnten Legierungen aus Gold-Erbium (Au:Er) und Silber-Erbium (Ag:Er) verwendet. Während der Ag:Er-Sensor noch aufgeklebt wurde, konnte der Au:Er-Sensor erstmals anhand eines im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Mikrostrukturierungsprozesses aufgebracht werden. Zur Charakterisierung der Detektoren und Sensormaterialien wurden eine Fluoreszenzquelle und eine 55Fe-Röntgenquelle verwendet. Die thermodynamischen Eigenschaften der aufgesputterten Au:Er-Filme zeigen dabei sehr vielversprechende Resultate, da die Magnetisierung im Temperaturbereich zwischen 20mK und 330K nahezu mit den Eigenschaften des Au:Er-Vollmaterials übereinstimmt. Die Messungen der Signalgröße und Magnetisierung für den mit einem Ag:Er-Sensor bestückten Detektor zeigen, dass die thermodynamischen Eigenschaften der Ag:Er-Legierung vollständig beschrieben werden können. Zudem werden die gemessenen Signalformen, das Rauschen und die Energieauflösungen der beiden Detektoren gezeigt und diskutiert.

Translation of abstract (English)

This thesis describes the development of large-area magnetic calorimeters which could for example be used for the investigation of the dissoziative recombination or the measurement of the Lamb-shift for hydrogenlike heavy ions. The detectors consist of two meandershaped niobium thin film pickup coils and a paramagnetic sensor. The deposition of energy in the sensor results in a temperature change and therefore in a change of magnetisation of the sensor, which can be measured by a SQUID-magnetometer with high precission. As sensormaterials a dilute alloy of gold-erbium (Au:Er) as well as silver-erbium (Ag:Er) were used. Whereas the Ag:Er-sensor was glued on the pickup coil the Au:Er-sensor was for the first time microstructured by a novel microstructuring process established in this thesis. For the characterisation of the detectors and the sensormaterials a fluorescence source and a 55Fe source were used. The thermodynamic properties of the Au:Er-sensors thereby show promising results, as the magnetisation shows bulk properties down to 20 mK. The measurements of the signalsize and the magnetisation with the detector which was equipped with a Ag:Er-sensor showed that the thermodynamic properties of the Ag:Er alloy could be fully described. Futhermore the shape of the pulses, the noise and the energy resolution of both detectors will be discussed.