Kalte Gläser und ihre Geheimnisse SKIP-Symposium 27. 5. 2004

1. Kalte Gläser und ihreGeheimnisse SKIP-Symposium 27. 5. 2004 Siegfried Hunklinger Kirchhoff-Institut für Physik Universität Heidelberg

2. Spezifische Wärme von Quarz und Quarzglas Die Absolutwert der spezifischen Wärme amorpher Festkörper ist nahezu universell ! Simulation: A. Heuer Modellrechnung: R. Kühn Zeller, Pohl, Phys. Rev. B4, 2029 (1971) Lasjaunias, Ravex, Vandorpe, Hunklinger Sol. State Commun. 17, 1045 (1975)

3. Pohl, Liu, Thompson, Rev. Mod. Phys. 74, 991 (2002) Wärmeleitfähigkeit Zeller, Pohl, Phys. Rev. B4, 2029 (1971)

4. Hunklinger, Enss, Tieftemperaturphysik Springer, 2000 Classen, Enss, Bechinger, Weiss, Hunklinger Ann. Phys. 3, 315 (1994) Elastischer und dielektrischer Verlust

5. Tunneln in Gläsern Kleine atomare Cluster tunneln zwischen lokalen Potentialminima

8. Tunnelabspaltung: Asymmetrieenergie: Energieaufspaltung Verteilungsfunktion: Phillips, J. Low. Temp. Phys. 7, 351 (1972) Anderson, Halperin, Varma, Philos. Mag. 25, 1 (1972) const. Zwei-Niveau-System

9. Hunklinger, Festkörperprobleme, 16, 1 (1976) Sättigung der Ultraschallabsorption

10. Gläser enthalten Tunnelsysteme - "Quasiteilchen" - mit einer breiten Verteilung der charakteristischen Parametern. Die Tunnelsysteme koppeln an das amorphe Netzwerk und tragen ein elektrisches Dipolmoment. Ursprung der Verteilung der charakteristischen Parameter und die "Universalität" der elastischen und thermischen Eigenschaften ist weitgehend unverstanden. Die Tunnelsysteme wechselwirken schwach untereinander. Die zur theoretischen Behandlung der Wechselwirkung erforderlichen Konzepte und die experimentellen Konsequenzen sind noch unklar. Die Tunnelsysteme bestimmen die Tieftemperatureigenschaften der amorphen Materialien.

11. Einfluss von Magnetfeldern auf nominell unmagnetische Gläser

12. T = 64 mK 1 kHz Magnetfeldeinfluss Nicht-monotone Variation von ' undtan relativ großer Effekt e Strehlow, Wohlfahrt, Jansen, Haueisen, Weiss, Enss, Hunklinger, Phys. Rev. Lett. 84, 1938 (2000)

13. Mögliche Ursachen: Magnetische Verunreinigungen Kernmagnetismus Bewegung der geladenen Tunnelteilchen auf geschlossenen Pfaden

14. Dynamische Eigenschaften von TS können mit den Bloch-Gleichungen beschrieben werden. Bei sehr tiefen Temperaturen sollte die kohärente Bewegung der tunnelnden Teilchen beobachtbar sein. Speziell: Echophänomene

15. NMR – Echo Dielektrisches Zweipuls-Echo Statisches Magnetfeld Zwei-Niveau Systeme magnetisches Wechselfeld Magnetisierung Magnetisierung zerfällt -Puls bewirkt „Zeitumkehr“ Echo entsteht nach 2t12 Echo zerfällt mit wachsendem Zeitabstand durch WW der Spins mit der Umgebung Tunnelsysteme Zwei-Niveau Systeme elektrisches Wechselfeld dielektrische Polarisation dielektrische Polarisation zerfällt -Puls bewirkt „Zeitumkehr“ Echo entsteht nach 2t12 Echo zerfällt mit wachsendem Zeitabstand durch WW der TS mit der Umgebung t12 (s)

16. BAS Suprasil [mT] Feldabhängigkeit der Echoamplitude nicht-monotone Feldabhängigkeit Echoamplitude bei hohen Feldern größer als bei Nullfeld kein Magnetfeldeffekt bei Quarzglas BAS: Ludwig, Enss, Hunklinger, Strehlow, Phys. Rev. Lett. 88, 75501 (2002) BK7,Duran: Ludwig, Nagel, Hunklinger, Enss, Low Temp. Phys. 131, 89 (2003)

17. Idee: (A. Fleischmann, C. Enss) Ursache ist das Quadrupolmoment der Kerne Si- und O-Kerne tragen weder ein magnetisches Moment noch ein Quadrupolmoment

18. 1.00 0.95 Integrated Echo Amplitude / a.u. H H H H C C C H O O O H H H Integrated Echo Amplitude / a.u. C3H8O3 -10 0 10 Magnetic field B / mT Magnetic field B / mT Isotopeneffekt Nagel, Fleischmann, Hunklinger, Enss, Phys. Rev. Lett. ??, ??, (2004)

19. H H H H C C C H O O O H H H D D D D C C C D O O O D D D Integrated Echo Amplitude / a.u. Integrated Echo Amplitude / a.u. C3H8O3 Magnetic field B / mT Magnetic field B / mT Isotopeneffekt Nagel, Fleischmann, Hunklinger, Enss, Phys. Rev. Lett. 92?, ??, (2004)

20. ETS(1 GHz) EQ (150 kHz) Quadrupol-Modell Würger, Fleischmann, Enss, Phys. Rev. Lett. 89, 237601, (2002)

21. Schwebungen M. Brandt (Doktorarbeit 2004)

22. ETS(1 GHz) ETS(1 GHz) ETS(1 GHz) ETS(1 GHz) Quadrupol-Modell Würger, Fleischmann, Enss, Phys. Rev. Lett. 89, 237601, (2002)

23. Überlagerung ändert sich mit dem Magnetfeld Echoamplitude variiert mit dem Magnetfeld (abhängig vom Pulsabstand)

24. B B ETS(1 GHz) EZ EZ EZ EZ Quadrupolmodell – großes Magnetfeld Identische Zwei-Niveau Systeme keine Schwebungen

25. Schwebungen M. Brandt (Doktorarbeit 2004)

26. Dielektrische Messungen bei ultratiefen Temperaturen

27. 1,85 mK Ultratiefe Temperaturen Messung an a-BaO-Al2O3-SiO2 Magnetfeldvariation nur 10 T !! Extrem starke Magnetfeldempfindlichkeit Strehlow, Enss, Hunklinger, Phys, Rev. Lett. 80 5361 (1998)

28. Ultratiefe Temperaturen Strehlow, Enss, Hunklinger, Phys. Rev. Lett. 80 5361 (1998)

29. Ultratiefe Temperaturen Kühlrate: 1 K/s "Scharfer" Knick von  Kontinuierlicher Phasenübergang ? Makroskopischer Quantenzustand ? "Spinglas-Übergang" ? Strehlow, Enss, Hunklinger, Phys. Rev. Lett. 80 5361 (1998)

30. Echos Quadrupol-Modell Dielektrische Funktion Kernquadrupole? Kopplungsmechanismus? Phasenübergang ?? Scheinbarer Widerspruch

31. Temperaturen < 5 mK ("neuer Kryostat"): Wechselwirkung zwischen den Tunnelsystemen Wärmetransport durch Tunnelsystem Phasenübergang

32. Tieftemperatureigenschaften ungeordneterFestkörper sind interessant, aber nicht "vollständig" verstanden.

33. Peter Strehlow Andreas Fleischmann Peter Nagel Stefan Ludwig Matthias Wohlfahrt Christian Enss Maximilian Brandt Herzlichen Dank