VIII Inhaltsverzeichnis 2.5 Quantisierung der Zirkulation Wellenfunktion der suprafluiden Komponente

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1 Inhaltsverzeichnis 1. Helium Grundlegende Eigenschaften :::::::::::::::::::: Allgemeines Van der Waals-Bindung Thermodynamische Eigenschaften Dichte Spezifische Wärme Latente Wärme Phasendiagramm He He Suprafluides 4 He Helium-II ::::::::::::::::::::::::::::: Experimentelle Beobachtungen Viskosität und Suprafluidität Becherexperimente Thermomechanischer Effekt Wärmetransport Zweiter Schall Zwei-Flüssigkeits-Modell Zwei-Flüssigkeits-Hydrodynamik Schallausbreitung Viskositätsmessungen und Becherexperimente Andronikashvili-Experiment Thermomechanischer Effekt Wärmetransport Impuls des Wärmeflusses Bose-Einstein-Kondensation Ideales Bose-Gas Helium Anregungsspektrum von Helium-II Phononen und Rotonen Spezifische Wärme Konzept der kritischen Geschwindigkeit... 46

2 VIII Inhaltsverzeichnis 2.5 Quantisierung der Zirkulation Wellenfunktion der suprafluiden Komponente Helium-II unter Rotation Kritische Geschwindigkeit Experimente Bewegung von Ionen in flüssigem Helium Flußexperimente Kritisches Verhalten am -Punkt Spezifische Wärme Normalfluides 3 He :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: Ideales Fermi-Gas Vergleich mit flüssigem 3 He Spezifische Wärme Suszeptibilität Transporteigenschaften Quantitativer Vergleich: 3 He und ideales Fermi-Gas Schmelzkurve Landau-Theorie der Fermi-Flüssigkeit Quasiteilchenkonzept Wechselwirkungsfunktion Anwendung der Landau-Theorie auf normalfluides 3 He Nullter Schall Longitudinale Schallausbreitung Transversale Schallausbreitung Stoßfreie Spinwellen Abschließende Bemerkungen zur Landau-Theorie Suprafluides 3 He :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: Grundlegende experimentelle Beobachtungen Phasendiagramm Spezifische Wärme Suprafluidität Relevanz des Zwei-Flüssigkeits-Modells für 3 He Kernspinresonanz (NMR) Quantenzustände von suprafluidem 3 He Eigenschaften der suprafluiden Phasen von 3 He He A-Phase Textur He-A 1 und 3 He-B Energielücke Suprafluides 3 He unter Rotation Kollektive Anregungen Schallausbreitung

3 Inhaltsverzeichnis IX 5. 3 He/ 4 He-Mischungen ::::::::::::::::::::::::::::::::::::: Spezifische Wärme und Phasendiagramm Verdünnte Lösungen von 3 He in Helium-II Normalfluide Komponente Andronikashvili-Experiment Osmotischer Druck Transporteigenschaften Wärmetransport Viskosität Selbstdiffusionskoeffizient Phononen :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: Spezifische Wärme Debyesche Theorie Bedeutung der Debye-Temperatur Zweidimensionale Systeme Wärmetransport Experimentelle Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit Temperaturverlauf der Wärmeleitfähigkeit in dielektrischen Kristallen Phonon-Phonon-Streuung Defektstreuung Einfluß von N-Prozessen auf den Wärmetransport Poiseuille-Fluß Zweiter Schall Ballistische Ausbreitung von Phononen Phononenfokussierung Zeitaufgelöste Messungen der Phononenausbreitung Leitungselektronen ::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: Spezifische Wärme Leitungselektronen in einfachen Metallen Metalle mit schweren Elektronen " 7.2 Elektrische Leitfähigkeit Boltzmann-Gleichung, Ladungstransport Matthiesensche Regel Streuung von Elektronen an Verunreinigungen Elektron-Phonon-Streuung Elektron-Magnon-Streuung Thermische Leitfähigkeit von Metallen Kondo-Effekt Einfluß der freien Elektronen auf lokale magnetische Momente Streuung von Leitungselektronen an lokalisierten magnetischen Momenten Kondo-Widerstand

4 X Inhaltsverzeichnis 7.5 Schwer-Fermion-Systeme Elektrischer Widerstand Suszeptibilität Spezifische Wärme Spins ::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: Paramagnetische Systeme Isolierte Spins Magnetisches Moment Suszeptibilität Spezifische Wärme Spinwellen Magnonen Ferromagnete Antiferromagnete Spingläser Magnetische Ordnung von Kernspins Systeme mit starker Elektron-Kern-Kopplung Systeme mit schwacher Elektron-Kern-Kopplung Negative Spintemperaturen Thermodynamik bei negativen Temperaturen Kernordnung Stimulierte Emission Tunnelsysteme :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: Beschreibung als Zwei-Niveau-Systeme Doppelmuldenpotentiale Kopplung an elektrische und elastische Felder Relaxationsprozesse Relaxationszeiten Resonante Wechselwirkung Isolierte Tunnelsysteme in Kristallen Termschema Spezifische Wärme Einfluß auf die Wärmeleitung von dielektrischen Kristallen Level-Crossing Dielektrische Suszeptibilität Schallgeschwindigkeit Wechselwirkende Tunnelsysteme in Kristallen Dielektrische Eigenschaften Theoretische Beschreibung Dielektrische Suszeptibilität im Modell von Würger Asymmetrische Tunnelsysteme in Kristallen Nb:O,H und Nb:O,D CN in KBr:KCl

5 Inhaltsverzeichnis XI 9.5 Amorphe Dielektrika Spezifische Wärme Einfluß auf die Wärmeleitfähigkeit Relaxationsabsorption Resonante Absorption Schallgeschwindigkeit und Dielektrizitätskonstante Metallische Gläser Echoexperimente Supraleitung :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: Experimentelle Beobachtungen Sprungtemperatur Meißner-Ochsenfeld-Effekt Supraleiter 1: Art Supraleiter 2: Art Thermodynamik der Supraleitung Phänomenologische Beschreibung London-Gleichung Pippard-Gleichung Ginzburg-Landau-Theorie Mikroskopische Theorie der Supraleitung Cooper-Paare BCS-Grundzustand Anregung des BCS-Grundzustandes BCS-Zustand bei endlicher Temperatur Nachweis einer Energielücke Tunnelexperimente Kritischer Strom und kritisches Magnetfeld Makroskopische Wellenfunktion Flußquantisierung Paartunneln Josephson-Effekte Supraleitende Magnetometer SQUID Supraleitung in speziellen Materialien Magnetische Supraleiter Schwer-Fermion-Supraleiter Organische Supraleiter Hochtemperatursupraleiter Erzeugung tiefer Temperaturen ::::::::::::::::::::::::::: Verflüssigung von Gasen Kühlung mit Expansionsmaschinen Joule-Thomson-Entspannung Einfache Heliumkryostate Badkryostat Verdampferkryostate

6 XII Inhaltsverzeichnis 11.3 Verdünnungskryostat Kühlmechanismus Prinzipieller Aufbau eines Verdünnungskryostaten Problem des Wärmewiderstands Kühlleistung Pomeranchuk-Kühlung Kühlung durch Verfestigung von 3 He Technische Realisierung Kühlleistung Adiabatische Entmagnetisierung Kühlmechanismus Kühlkapazität und Endtemperatur Elektronenspin Paramagnetische Salze Kühlung durch Kernentmagnetisierung Elektron-Kern-Kopplung Einfluß von Wärmeeinträgen Wärmelecks Technische Realisierung Thermometrie :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: Primärthermometer Gasthermometer Dampfdruckthermometer He-Schmelzkurventhermometer Rauschthermometer Supraleiter-Fixpunkt-Thermometer Kernorientierungsthermometer Mössbauer-Effekt-Thermometer Osmotischer Druck von 3 He in 4 He Sekundärthermometer Widerstandsthermometer Thermoelemente Kapazitätsthermometer Magnetisierungsthermometer Kernspinresonanzthermometer Literaturverzeichnis :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: 445 Sachverzeichnis ::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: 459