ISBN: 3540676740
TITLE: Tieftemperaturphysik
AUTHOR: Enss, Christian; Hunklinger, Siegfried
TOC:

1. Helium - Grundlegende Eigenschaften 1
1.1 Allgemeines 1
1.2 Van der Waals-Bindung 2
1.3 Thermodynamische Eigenschaften 4
1.3.1 Dichte 4
1.3.2 Spezifische Wrme 5
1.3.3 Latente Wrme 6
1.4 Phasendiagramm 7
1.4.1 ^4He 7
1.4.2 3^He 7
2. Suprafluides ^4He - Helium-II 9
2.1 Experimentelle Beobachtungen 9
2.1.1 Viskositt und Suprafluiditt 10
2.1.2 Becherexperimente 11
2.1.3 Thermomechanischer Effekt 13
2.1.4 Wrmetransport 15
2.1.5 Zweiter Schall 17
2.2 Zwei-Flssigkeits-Modell 18
2.2.1 Zwei-Flssigkeits-Hydrodynamik 19
2.2.2 Schallausbreitung 20
2.2.3 Viskosittsmessungen und Becherexperimente 29
2.2.4 Andronikashvili-Experiment 30
2.2.5 Thermomechanischer Effekt 32
2.2.6 Wrmetransport 32
2.2.7 Impuls des Wrmeflusses 34
2.3 Bose-Einstein-Kondensation 35
2.3.1 Ideales Bose-Gas 36
2.3.2 Helium 40
2.4 Anregungsspektrum von Helium-II 42
2.4.1 Phononen und Rotonen 43
2.4.2 Spezifische Wrme 45
2.4.3 Konzept der kritischen Geschwindigkeit 46
2.5 Quantisierung der Zirkulation 48
2.5.1 Wellenfunktion der suprafluiden Komponente 48
2.5.2 Helium-II unter Rotation 49
2.6 Kritische Geschwindigkeit - Experimente. 54
2.6.1 Bewegung von Ionen in flssigem Helium 54
2.6.2 Fluexperimente 57
2.7 Kritisches Verhalten am lambda-Punkt 58
2.7.1 Spezifische Wrme 58
3. Normalfluides ^3He 61
3.1 Ideales Fermi-Gas - Vergleich mit flssigem ^3He 61
3.1.1 Spezifische Wrme 63
3.1.2 Suszeptibilitt 66
3.1.3 Transporteigenschaften 67
3.1.4 Quantitativer Vergleich: ^3He und ideales Fermi-Gas 70
3.2 Schmelzkurve 70
3.3 Landau-Theorie der Fermi-Flssigkeit 71
3.3.1 Quasiteilchenkonzept 72
3.3.2 Wechselwirkungsfunktion 74
3.3.3 Anwendung der Landau-Theorie auf normal fluides ^3He 75
3.4 Nullter Schall 77
3.4.1 Longitudinale Schallausbreitung 77
3.4.2 Transversale Schallausbreitung 79
3.4.3 Stofreie Spinwellen 80
3.4.4 Abschlieende Bemerkungen zur Landau-Theorie 80
4. Suprafluides ^3He 83
4.1 Grundlegende experimentelle Beobachtungen 84
4.1.1 Phasendiagramm 84
4.1.2 Spezifische Wrme 86
4.1.3 Suprafluiditt 87
4.1.4 Relevanz des Zwei-Flssigkeits-Modells fr ^3He 87
4.1.5 Kernspinresonanz (NMR) 90
4.2 Quantenzustnde von suprafluidem ^3He 92
4.3 Eigenschaften der suprafluiden Phasen von ^3He 94
4.3.1 ^3He A-Phase 94
4.3.2 Textur 95
4.3.3 ^3He-A1 und ^3He-B 99
4.3.4 Energielcke 99
4.3.5 Suprafluides ^3He unter Rotation 100
4.3.6 Kollektive Anregungen - Schallausbreitung 102
5. ^3He/^4He-Mischungen 105
5.1 Spezifische Wrme und Phasendiagramm 105
5.1.1 Verdnnte Lsungen von ^3He in Helium-II 106
5.2 Normalfluide Komponente 108
5.2.1 Andronikashvili-Experiment 108
5.2.2 Osmotischer Druck 109
5.3 Transporteigenschaften 110
5.3.1 Wrmetransport 110
5.3.2 Viskositt 111
5.3.3 Selbstdiffusionskoeffizient 112
6. Phononen 115
6.1 Spezifische Wrme - Debyesche Theorie 115
6.1.1 Bedeutung der Debye-Temperatur 121
6.1.2 Zweidimensionale Systeme 123
6.2 Wrmetransport 125
6.2.1 Experimentelle Bestimmung der Wrmeleitfhigkeit 127
6.2.2 Temperaturverlauf der Wrmeleitfhigkeit in dielektrischen Kristallen 128
6.2.3 Phonon-Phonon-Streuung 129
6.2.4 Defektstreuung 131
6.3 Einflu von N-Prozessen auf den Wrmetransport 136
6.3.1 Poiseuille-Flu 136
6.3.2 Zweiter Schall 139
6.4 Ballistische Ausbreitung von Phononen 141
6.4.1 Phononenfokussierung 142
6.4.2 Zeitaufgelste Messungen der Phononenausbreitung 144
7. Leitungselektronen 147
7.1 Spezifische Wrme 147
7.1.1 Leitungselektronen in einfachen Metallen 147
7.1.2 Metalle mit "schweren" Elektronen 150
7.2 Elektrische Leitfhigkeit 151
7.2.1 Boltzmann-Gleichung, Ladungstransport 152
7.2.2 Matthiesensche Regel 155
7.2.3 Streuung von Elektronen an Verunreinigungen 156
7.2.4 Elektron-Phonon-Streuung 158
7.2.5 Elektron-Magnon-Streuung 160
7.3 Thermische Leitfhigkeit von Metallen 162
7.4 Kondo-Effekt 166
7.4.1 Einflu der freien Elektronen auf lokale magnetische Momente 167
7.4.2 Streuung von Leitungselektronen an lokalisierten magnetischen Momenten 170
7.4.3 Kondo-Widerstand 171
7.5 Schwer-Fermion-Systeme 174
7.5.1 Elektrischer Widerstand 176
7.5.2 Suszeptibilitt 178
7.5.3 Spezifische Wrme 180
8. Spins 183
8.1 Paramagnetische Systeme - Isolierte Spins 183
8.1.1 Magnetisches Moment 184
8.1.2 Suszeptibilitt 185
8.1.3 Spezifische Wrme 188
8.2 Spinwellen - Magnonen 196
8.2.1 Ferromagnete 196
8.2.2 Antiferromagnete 202
8.3 Spinglser 204
8.4 Magnetische Ordnung von Kernspins 208
8.4.1 Systeme mit starker Elektron-Kern-Kopplung 209
8.4.2 Systeme mit schwacher Elektron-Kern-Kopplung 211
8.5 Negative Spintemperaturen 213
8.5.1 Thermodynamik bei negativen Temperaturen 214
8.5.2 Kernordnung 216
8.5.3 Stimulierte Emission 217
9. Tunnelsysteme 219
9.1 Beschreibung als Zwei-Niveau-Systeme 219
9.1.1 Doppelmuldenpotentiale 220
9.1.2 Kopplung an elektrische und elastische Felder 222
9.1.3 Relaxationsprozesse 223
9.1.4 Relaxationszeiten 228
9.1.5 Resonante Wechselwirkung 230
9.2 Isolierte Tunnelsysteme in Kristallen 232
9.2.1 Termschema 232
9.2.2 Spezifische Wrme 236
9.2.3 Einflu auf die Wrmeleitung von dielektrischen Kristallen 239
9.2.4 Level-Crossing 241
9.2.5 Dielektrische Suszeptibilitt 242
9.2.6 Schallgeschwindigkeit 245
9.3 Wechselwirkende Tunnelsysteme in Kristallen 247
9.3.1 Dielektrische Eigenschaften 247
9.3.2 Theoretische Beschreibung 248
9.3.3 Dielektrische Suszeptibilitt im Modell von Wrger 251
9.4 Asymmetrische Tunnelsysteme in Kristallen 253
9.4.1 Nb:O,H und Nb:O,D 253
9.4.2 CN^- in KBr:KCl 256
9.5 Amorphe Dielektrika 256
9.5.1 Spezifische Wrme 257
9.5.2 Einflu auf die Wrmeleitfhigkeit 260
9.5.3 Relaxationsabsorption 262
9.5.4 Resonante Absorption 265
9.5.5 Schallgeschwindigkeit und Dielektrizittskonstante 268
9.6 Metallische Glser 269
9.7 Echoexperimente 271
10. Supraleitung 277
10.1 Experimentelle Beobachtungen 277
10.1.1 Sprungtemperatur 279
10.1.2 Meiner-Ochsenfeld-Effekt 281
10.1.3 Supraleiter 1 Art 284
10.1.4 Supraleiter 2 Art 287
10.2 Thermodynamik der Supraleitung 290
10.3 Phnomenologische Beschreibung 295
10.3.1 London-Gleichung 295
10.3.2 Pippard-Gleichung 299
10.3.3 Ginzburg-Landau-Theorie 300
10.4 Mikroskopische Theorie der Supraleitung 307
10.4.1 Cooper-Paare 307
10.4.2 BCS-Grundzustand 312
10.4.3 Anregung des BCS-Grundzustandes 317
10.4.4 BCS-Zustand bei endlicher Temperatur 319
10.4.5 Nachweis einer Energielcke 322
10.4.6 Tunnelexperimente 326
10.4.7 Kritischer Strom und kritisches Magnetfeld 330
10.5 Makroskopische Wellenfunktion 332
10.5.1 Fluquantisierung 333
10.5.2 Paartunneln - Josephson-Effekte 335
10.5.3 Supraleitende Magnetometer - SQUID 340
10.6 Supraleitung in speziellen Materialien 344
10.6.1 MagnetischeSupraleiter 344
10.6.2 Schwer-Fermion-Supraleiter 348
10.6.3 Organische Supraleiter 349
10.6.4 Hochtemperatursupraleiter 351
11. Erzeugung tiefer Temperaturen 359
11.1 Verflssigung von Gasen 360
11.1.1 Khlung mit Expansionsmaschinen 361
11.1.2 Joule-Thomson-Entspannung 368
11.2 Einfache Heliumkryostate 370
11.2.1 Badkryostat 370
11.2.2 Verdampferkryostate 373
11.3 Verdnnungskryostat 377
11.3.1 Khlmechanismus 377
11.3.2 Prinzipieller Aufbau eines Verdnnungskryostaten 378
11.3.3 Problem des Wrmewiderstands 380
11.3.4 Khlleistung 384
11.4 Pomeranchuk-Khlung 387
11.4.1 Khlung durch Verfestigung von ^3He 387
11.4.2 Technische Realisierung 388
11.4.3 Khlleistung 390
11.5 Adiabatische Entmagnetisierung 390
11.5.1 Khlmechanismus 391
11.5.2 Khlkapazitt und Endtemperatur 393
11.5.3 Elektronenspin - Paramagnetische Salze 394
11.6 Khlung durch Kernentmagnetisierung 396
11.6.1 Elektron-Kern-Kopplung 396
11.6.2 Einflu von Wrmeeintrgen 398
11.6.3 Wrmelecks 398
11.6.4 Technische Realisierung 404
12. Thermometrie 411
12.1 Primrthermometer 412
12.1.1 Gasthermometer 412
12.1.2 Dampfdruckthermometer 413
12.1.3 ^3He-Schmelzkurventhermometer 414
12.1.4 Rauschthermometer 416
12.1.5 Supraleiter-Fixpunkt-Thermometer 417
12.1.6 Kernorientierungsthermometer 419
12.1.7 Mssbauer-Effekt-Thermometer 423
12.1.8 Osmotischer Druck von ^3He in ^4He 423
12.2 Sekundrthermometer 423
12.2.1 Widerstandsthermometer 424
12.2.2 Thermoelemente 433
12.2.3 Kapazittsthermometer 435
12.2.4 Magnetisierungsthermometer 435
12.2.5 Kernspinresonanzthermometer 439
Literaturverzeichnis 445
Sachverzeichnis 459
END
