@phdthesis{Seres2005,
  author    = {Seres, Enik{\~o}},
  title     = {Ultraschnelle zeitaufgel{\"o}ste Absorptionsspektroskopie im weichen R{\"o}ntgenbereich},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-16417},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Bis in die 50er Jahren wurden ausschließliche R{\"o}ntgenr{\"o}hren in der R{\"o}ntgenspektroskopie benutzt. (Parratt, 1938). In den 50er Jahren wurden die ersten Synchrotrons gebaut und f{\"u}r die Spektroskopie im R{\"o}ntgenbereich angewendet. (Blocker et al., 1950). Die auch noch heute verwendeten Techniken wurden zum ersten Mal 1948 (Elder et al. 1948) in der Literatur beschrieben. Doch es dauerte Jahrzehnte, bis mit den neu zur Verf{\"u}gung stehenden Synchrotrons die statische R{\"o}ngendiffraktometrie zur r{\"o}ntgenspektroskopischen Strukturaufkl{\"a}rung routinem{\"a}ßig benutzt werden konnte. Diese Entwicklungen werden bis heute fortgef{\"u}hrt und ebneten den Weg f{\"u}r viele Anwendungen. W{\"a}hrend dieser Zeit ist auch ein anderer Wissenschaftszweig entstanden, die Lasertechnik. Diese ist seit dieser Zeit auch enorm gewachsen, und jetzt fordert sie auch die Synchrotrons bei der zeitaufgel{\"o}sten R{\"o}ntgenspektroskopie heraus. Die Laserstrahlung war am Anfang kontinuierlich. Erst durch die sp{\"a}teren Entwicklungen konnte ein gepulster Betrieb realisiert werden. Mit der Zeit wurden die Laserpulse immer k{\"u}rzer und die Pulsenergie ist immer mehr gewachsen. Die kurze Pulsdauer der Laser wird in so genannten Pump-Probe Messungen verwendet: damit k{\"o}nnen schnelle {\"A}nderungen, die von einem Pumppuls ausgel{\"o}st werden mit einem Probepuls verfolgt werden. Die Aufl{\"o}sung der Messung ist durch die Pulsdauer gegeben. Die Pulsdauer wurde in den letzten Jahrzehnten vom Nanosekunden- bis in den Femtosekundenbereich reduziert. Hier ergibt sich aber nicht etwa eine technologische Grenze sondern eine fundamentale. Die zurzeit k{\"u}rzesten Laserpulse haben eine Dauer von einigen wenigen Femtosekunden und sind damit schon sehr nahe der Periodendauer einer optischen Schwingung, die ebenfalls 1 bis 2fs betr{\"a}gt. Allerdings zeigt sich auch, dass mit den zur Verf{\"u}gung stehenden Laserpulsen die Zeitaufl{\"o}sung ausreicht um fast alle Vorg{\"a}ngen zu beobachten. Nur ist die Interpretation manchmal sehr schwierig, wenn es gilt das gemessene Signal einer atomaren Bewegung zuzuordnen. Abhilfe schafft hier die Verwendung von R{\"o}ntgenstrahlung, die hervorragend geeignet ist Strukturinformation direkt zu erhalten. Wenn die Strahlung gepulst ist kann damit auch die Dynamik der Struktur erfasst werden. Ein Erfolg versprechender Ansatz zur Erzeugung von R{\"o}ntgenpulsen mit einer Dauer von einigen Femtosekunden ist die Konversion von ultrakurzen Laserpulsen in den R{\"o}ntgenbereich. Heute dazu erfolgreich demonstrierte Techniken sind die Laser-Plasmaquellen oder die hoher Harmonische Erzeugung (HHG). Die Plasmaquellen erzeugen im keV Energiebereich R{\"o}ntgenphotonen - aber nur mit einer Pulsdauer von einigen 100fs. HHG ist hingegen eine interessante Alternative, die Pulse mit einer Dauer im Attosekundenbereich erzeugen kann. Allerdings war der Spektralbereich bis vor kurzem auf einige 100eV beschr{\"a}nkt. Eine Ausweitung des Spektrums von HHG Strahlung in den keV Bereich macht die Quelle aber erst wirklich einsetzbar f{\"u}r Messungen an technisch und wissenschaftlich interessanten Systemen. Im Energiebereich des Wasserfensters (ca 300 bis 600eV) k{\"o}nnen biologische Prozesse mit einer Zeitaufl{\"o}sung im ps-fs Bereich verfolgt werden. Im h{\"o}heren Energiebereich von ca. 700eV kann man die magnetischen Eigenschaften von Selten-Erdmetallen beobachten. Diese Arbeit ist der Entwicklung einer laserbasierten HH-Quelle und deren Anwendung in der zeitaufgel{\"o}sten Spektroskopie gewidmet. Es sollte herausgefunden werden, welche Anforderungen werden an das Lasersystem in Bezug auf Pulsparameter gestellt, um damit Spektroskopie in einem Bereich bis zu 1keV zu machen. Auch sollte gekl{\"a}rt werden, welche spektroskopischen Methoden sind m{\"o}glich und wo liegen ihre Grenzen. In dieser Arbeit wurde sehr viel Neuland betreten, sowohl auf dem Gebiet der Lasertechnik als auch auf der Entwicklung der HH Quelle. Dar{\"u}ber hinaus ist diese Arbeit die erste Arbeit die sich mit Anwendung von HH-Strahlung f{\"u}r zeitaufgel{\"o}ste R{\"o}ntgenabsorptionsspektroskopie befasst. Das zweite Kapitel befasst sich mit den Grundlagen der R{\"o}ntgenspektroskopie. Bei der Wechselwirkung von R{\"o}ntgenstrahlung mit Materie wird die elektronische Struktur, die Elektronenverteilungen der Atome oder Molek{\"u}le ver{\"a}ndert: Man kann die Elektronen in das Valenzband oder in das Kontinuum anregen. Die in das Kontinuum anregten Elektronen k{\"o}nnen gleichzeitig mit den Nachbaratomen wechselwirken, und von diesen r{\"u}ckstreuen. Diese Wechselwirkung wird durch elektronische Struktur, die elektronische Verteilung der Atome und Molek{\"u}le beeinflusst. Diese Vorg{\"a}nge ver{\"a}ndern die R{\"o}ntgenabsorption des Materials. Durch die Messung der Ver{\"a}nderung der R{\"o}ntgenabsorption kann man auf die atomare Struktur, die atomare Abst{\"a}nde folgern. Diese Messungen wurden bisher mit Synchrotronstrahlung durchgef{\"u}hrt, deren Pulsdauer bisher nicht k{\"u}rzer als einige ps war, und damit nicht den schnellsten {\"A}nderungen folgen konnte. Ein Lasersystem mit h{\"o}herer Energie und k{\"u}rzerer Pulsdauern ist der Schl{\"u}ssel zu hochzeitaufgel{\"o}sten Experimenten. Die Entwicklung eines solchen Lasersystems ist im dritten Kapitel beschrieben. Erster Teil des Kapitels erkl{\"a}rt die Probleme, die durch den Verst{\"a}rkungsprozess auftreten. Die spektrale Einengung und der Energieverlust sind immer die am schwierigsten zu l{\"o}senden Probleme in einem Verst{\"a}rkersystem. Wegen der n{\"o}tigen zeitliche Pulsdehnung und der folgenden Pulskompression erleidet der Puls einen Energieverlust. Die nichtlinearen Effekte verursachen spektrale Einengung im Verst{\"a}rkerkristall. Um diese Nachteile zu vermeiden dienen die unterschiedlichen Techniken, wie die Verwendung einer gasgef{\"u}llten Hohlfaser zur nichtlinearen spektralen Verbreiterung und unterschiedlicher Pulsformungstechniken (akustooptische Modulator, LCD,…). Der verbleibende Teil des Kapitels stellt diese Methoden, ihre Vorteilen und Nachteile dar. Abschließend sind die Erfolge bei der Entwicklung des Lasersystems vorgestellt: Nach allen Optimierungen wurden Pulse mit einer Energie von 3mJ und einer Dauer von 12fs realisiert. Die erste Verwendung des neuen Systems war die Erzeugung hoher Harmonischer mit konventioneller Technik. Diese Technik basiert auf einem Aufbau mit einem Gastarget in das die Laserpulse fokussiert werden. Das vierte Kapitel beschreibt die Theorie und Schwierigkeiten des Erzeugungsprozesses durch die Erkl{\"a}rung der grundlegenden mikroskopischen (Erzeugung) und die makroskopischen Effekte (Ausbreitungseffekte) im Gastarget. Das Problem der niederen Konversionseffizienz im hochenergetischen Bereich kann gel{\"o}st werden, wenn die neu entwickelte Technik, die als nichtadiabatische Phasenanpassung schon in der Literatur existiert hat, angewendet wird. Sie beruht auf einer starken Fokussierung von extrem kurzen Pulsen und erm{\"o}glicht Erzeugung von R{\"o}ntgenphotonen mit Energien bis zu 3,5keV. Mit diesen sch{\"o}nen Erfolgen wurden die ersten statischen spektroskopischen Experimente durchgef{\"u}hrt. Die aufgenommenen Spektren zeigen sch{\"o}ne Absorptionskanten bei Titan, Kupfer, und Neon, Platin. Die Auswertungen dieser Spektren zeigen, dass es gen{\"u}gend Photonen bis 1keV gibt und erm{\"o}glichen so die Anwendung der so genannten EXAFS Technik. Im f{\"u}nften Kapitel werden die gemessene R{\"o}ntgenspektren und die mit der EXAFS Methode ermittelten atomaren Abst{\"a}nden von Silizium, Titan und Kupfer, dargestellt. Dieses Kapitel beschreibt ferner unsere ersten erfolgreichen Experimenten zur zeitaufgel{\"o}ste R{\"o}ntgenabsorptionsspektroskopie in der N{\"a}he der Silizium L-Kante bei 100eV. Die Zeitaufl{\"o}sung, die mit Hilfe der Pump-Probe Technik erzielt werden konnte war besser als 20fs. Die Messungen wurden in einem weiten Energie - und Zeitbereichen durchgef{\"u}hrt: im Bereich von 0-100ps und 0-1ps, sowie von ca. 70eV bis 500eV. Die bestimmten Zeitkonstanten, stimmen mit in der Literatur angegebenen Werten f{\"u}r die unterschiedlichen Relaxationsprozessen sehr gut {\"u}berein.},
  subject      = {R{\"o}ntgenabsorptionsspektroskopie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Margraf2010,
  author    = {Margraf, Markus Johann},
  title     = {Spektroskopie an π-konjugierten Molek{\"u}len},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-54032},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Femtosekunden-zeitaufgel{\"o}ste transiente Absorptionsspektroskopie einer neutralen organischen gemischtvalenten Verbindung In einem Femtosekunden-zeitaufgel{\"o}sten Anrege-Abfrage-Experiment wurde die Dynamik des Elektronentransfers einer neutralen organischen gemischtvalenten Verbindung untersucht. Neben der Abh{\"a}ngigkeit des R{\"u}ckelektronentransfers von der Solvenspolarit{\"a}t wurde auch die Rotationsdiffusion in n-Hexan, Toluol, Dibutylether, tert-Butylmethylether und Benzonitril studiert. Die transiente Dynamik l{\"a}sst sich mit einer Lebensdauer beschreiben, verursacht durch einen R{\"u}ckelektronentransfer. W{\"a}hrend dieser in unpolaren L{\"o}semitteln relativ langsam verl{\"a}uft, beobachtet man deutlich schnellere ET-Raten mit steigender Polarit{\"a}t des L{\"o}semittels. Die Lebensdauer variiert von 1.2 ps f{\"u}r Benzonitril bis 260 ps f{\"u}r n-Hexan. Rotationsdiffusion konnte nicht beobachtet werden. Die gemessenen Raten wurden mit theoretischen Raten verglichen. F{\"u}r unpolare L{\"o}semittel konnte eine gute {\"U}bereinstimmung gefunden werden. In polaren L{\"o}semitteln bewirkt eine Korrektur, die die Solvensrelaxationszeit ber{\"u}cksichtigt, eine sehr gute {\"U}bereinstimmung von berechneten und gemessenen R{\"u}ckelektronentransferraten. Zeit- und frequenzaufgel{\"o}ste Photoionisation des C 2A2-Zustandes des Benzylradikals Die Lebensdauer des C 2A2-Zustandes des Benzylradikals wurde in Abh{\"a}ngigkeit der {\"U}berschussenergie bestimmt. Die zeitabh{\"a}ngigen Ionensignale konnten dabei mit einer biexponentiellen Dynamik beschrieben werden. Bei einer Anregung am Ursprung (305nm) betragen die Lebensdauern τ1= 400 fs und τ2 = 4.5 ps. Die k{\"u}rzere Lebensdauer τ1 beschreibt die interne Konversion vom C-Zustand zu den stark koppelnden A/B-Zust{\"a}nden, die l{\"a}ngere Lebensdauer τ2 die interne Konversion von den A/B-Zust{\"a}nden in den elektronischen Grundzustand. Mit steigender Anregungsenergie beobachtet man eine stete Abnahme beider Lebensdauern. Bei einer Anregung mit einem Puls der Wellenl{\"a}nge von 301 nm beobachtet man deutlich k{\"u}rzere Lebensdauern mit τ1 = 350 fs und τ2 = 2.8 ps. Erfolgt die Anregung mit einem Puls der Wellenl{\"a}nge von 298 nm, betragen die Zeitkonstanten τ1 = 180 fs und τ2 = 2.1 ps. Desweiteren konnte ein zeitabh{\"a}ngiges Ionensignal f{\"u}r eine Spezies mit der Zusammensetzung C7H5 beobachtet werden. Der Tr{\"a}ger des Signals ist das Fulvenallenylradikal.},
  subject      = {Valenzgemischte Verbindungen},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Eckstein2019,
  author    = {Eckstein, Klaus},
  title     = {Linear and Nonlinear Spectroscopy of Doped Carbon Nanotubes},
  doi       = {10.25972/OPUS-18897},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-188975},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Doping plays a decisive role for the functionality of semiconductor-based (opto-)electronic devices. Hence, the technological utilization of semiconductors necessitates control and a fundamental understanding of the doping process. However, for low-dimensional systems like carbon nanotubes, neither concentration nor distribution of charge carriers is currently well known. The research presented in this thesis investigated the doping of semiconducting carbon nanotubes by spectroscopic methods. Samples of highly purified, intrinsic (6,5) single-wall carbon nanotubes were fabricated using polymer stabilization. Chapter 4 showed that both electro- and redox chemical \$p\$-doping lead to identical bleaching, blueshift, broadening and asymmetry of the S\$_1\$ exciton absorption band. The similar spectral changes induced by both doping schemes suggest that optical spectra can not be used to infer what process was used for doping. Perhaps more importantly, it also indicates that the distribution of charges and the character of the charge transfer states does not depend on the method by which doping was achieved. The detailed analysis of the doping-induced spectral changes in chapter 5 suggests that surplus charges are distributed inhomogeneously. The hypothesis of carrier localization is consistent with the high sensitivity of the S\$_1\$ exciton photoluminescence to additional charge carriers and with the stretched-exponential decay of the exciton population following ultrafast excitation. Both aspects are in good agreement with diffusion-limited contact quenching of excitons at localized charges. Moreover, localized charges act - similar to structural defects - as perturbations to the bandstructure as evidenced by a doping-induced increase of the D-band antiresonance in the mid-infrared spectrum. Quantum mechanical model calculations also suggest that counterions play a crucial role in carrier localization. Counterion adsorption at the nanotube surface is thus believed to induce charge traps of more than 100 meV depth with a carrier localization length on the order of 3 - 4 nm. The doping-induced bleach of interband absorption is accompanied by an absorption increase in the IR region below 600 meV. The observed shift of the IR peak position indicates a continuous transition from localized to rather delocalized charge carriers. This transition is caused by the increase of the overlap of charge carrier wavefunctions at higher charge densities and was modeled by classical Monte-Carlo simulations of intraband absorption. Chapter 6 discussed the spectroscopy of heavily (degenerately) doped nanotubes, which are characterized by a Drude-response of free-carrier intraband absorption in the optical conductivity spectrum. In the NIR spectral region, the S\$_1\$ exciton and X\$+^_1\$ trion absorption is replaced by a nearly 1 eV broad and constant absorption signal, the so-called H-band. The linear and transient absorption spectra of heavily doped nanotubes suggest that the H-band can be attributed to free-carrier interband transitions. Chapter 7 dealt with the quantification of charge carrier densities by linear absorption spectroscopy. A particularly good measure of the carrier density is the S\$_1\$ exciton bleach. For a bleach below about 50 \%, the carrier density is proportional to the bleach. At higher doping levels, deviations from the linear behavior were observed. For doping levels exceeding a fully bleached S\$_1\$ band, the determination of the normalized oscillator strength f\$\text{1st}\$ over the whole first subband region (trion, exciton, free e-h pairs) is recommended for quantification of carrier densities. Based on the nanotube density of states, the carrier density \$n\$ can be estimated using \$n = 0.74\,\text{nm}^{-1} \cdot (1 - f_\text{1st})\$. In the last part of this thesis (chapter 8), the time-resolved spectroelectrochemistry was extended to systems beyond photostable carbon nanotube films. The integration of a flowelectrolysis cell into the transient absorption spectrometer allows the investigation of in-situ electrochemically generated but photounstable molecules due to a continuous exchange of sample volume. First time-resolved experiments were successfully performed using the dye methylene blue and its electrochemically reduced form leucomethylene blue.},
  subject      = {Dotierung},
  language  = {en}
}