Entwicklung einer Detektorzeile aus metallischen magnetischen Kalorimetern zur hochauflösenden Röntgenspektroskopie an hochgeladenen Ionen

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Detektorzeile aus acht metallischen magnetischen Kalorimetern (MMC) für die hochaufgelöste Röntgenspektroskopie an hochgeladenen Ionen im Energiebereich bis 30 keV entwickelt. Für den Messbetrieb an einer Electron-Beam-Ion-Trap des MPI-K in Heidelberg wurde ein pulsrohrgekühlter Entmagnetisier-Kryostat in Betrieb genommen und optimiert, der die Kalorimeterzeile auf Temperaturen von unter 30mK kühlt. Jeder Detektor der Zeile besitzt einen Röntgenabsorber mit gutem thermischen Kontakt zu einem paramagnetischen Temperatursensor aus Au:Er, der sich in einem schwachen Magnetfeld befindet. Die im Absorber deponierte Energie eines Röntgenphotons führt zur Erhöhung der Detektortemperatur, welche über die Magnetisierungsänderung des Sensors bestimmt wird. Basierend auf den Ergebnissen einer numerischen Optimierungsrechnung von MMCs mit gradiometrischen, mäanderförmigen Aufnehmerspulen wurden die Kalorimeter der Detektorzeile entwickelt. Jedes Kalorimeter besitzt einen 250 x 250 m2 großen Röntgenabsorber aus 5 mum dickem Gold. Die Detektorzeile wurde mittels lithographischer Dünnschichtverfahren hergestellt. Die thermodynamischen Eigenschaften der hergestellten Au und Au:Er Schichten stimmen nahezu mit den entsprechenden Werte von Vollmaterial überein. Das hauptsächlich thermische Übersprechen zwischen den Pixeln der Detektorzeile ist aufgrund der Verschaltung zu Temperatursensorpaaren mit jeweils gradiometrischer Aufnehmerspule soweit unterdrückt, dass der Einfluss auf die erreichbare Energieauflösung vernachlässigbar ist. Die Energieauflösung bei einer Röntgenenergie von 6 keV beträgt E_FWHM = 3,4 eV