@phdthesis{Vaeth2016,
  author    = {V{\"a}th, Stefan Kilian},
  title     = {On the Role of Spin States in Organic Semiconductor Devices},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-141894},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {The present work addressed the influence of spins on fundamental processes in organic semiconductors. In most cases, the role of spins in the conversion of sun light into electricity was of particular interest. However, also the reversed process, an electric current creating luminescence, was investigated by means of spin sensitive measurements. In this work, many material systems were probed with a variety of innovative detection techniques based on electron paramagnetic resonance spectroscopy. More precisely, the observable could be customized which resulted in the experimental techniques photoluminescence detected magnetic resonance (PLDMR), electrically detected magnetic resonance (EDMR), and electroluminescence detected magnetic resonance (ELDMR). Besides the commonly used continuous wave EPR spectroscopy, this selection of measurement methods yielded an access to almost all intermediate steps occurring in organic semiconductors during the conversion of light into electricity and vice versa. Special attention was paid to the fact that all results were applicable to realistic working conditions of the investigated devices, i.e. room temperature application and realistic illumination conditions.},
  subject      = {Organischer Halbleiter},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schmitt2022,
  author    = {Schmitt, Matthias},
  title     = {High Energy Spin- and Momentum-Resolved Photoelectron Spectroscopy of Complex Oxides},
  doi       = {10.25972/OPUS-26475},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-264757},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Spin- and \(k\)-resolved hard X-ray photoelectron spectroscopy (HAXPES) is a powerful tool to probe bulk electronic properties of complex metal oxides. Due to the low efficiency of common spin detectors of about \(10^{-4}\), such experiments have been rarely performed within the hard X-ray regime since the notoriously low photoionization cross sections further lower the performance tremendously. This thesis is about a new type of spin detector, which employs an imaging spin-filter with multichannel electron recording. This increases the efficiency by a factor of \(10^4\) and makes spin- and \(k\)-resolved photoemission at high excitation energies possible. Two different technical approaches were pursued in this thesis: One using a hemispherical deflection analyzer (HDA) and a separate external spin detector chamber, the other one resorting to a momentum- or \(k\)-space microscope with time-of-flight (TOF) energy recording and an integrated spin-filter crystal. The latter exhibits significantly higher count rates and - since it was designed for this purpose from scratch - the integrated spin-filter option found out to be more viable than the subsequent upgrade of an existing setup with an HDA. This instrumental development is followed by the investigation of the complex metal oxides (CMOs) KTaO\(_3\) by angle-resolved HAXPES (HARPES) and Fe\(_3\)O\(_4\) by spin-resolved HAXPES (spin-HAXPES), respectively. KTaO\(_3\) (KTO) is a band insulator with a valence-electron configuration of Ta 5\(d^0\). By angle- and spin-integrated HAXPES it is shown that at the buried interface of LaAlO\(_3\)/KTO - by the generation of oxygen vacancies and hence effective electron doping - a conducting electron system forms in KTO. Further investigations using the momentum-resolution of the \(k\)-space TOF microscope show that these states are confined to the surface in KTO and intensity is only obtained from the center or the Gamma-point of each Brillouin zone (BZ). These BZs are furthermore square-like arranged reflecting the three-dimensional cubic crystal structure of KTO. However, from a comparison to calculations it is found that the band structure deviates from that of electron-doped bulk KTaO\(_3\) due to the confinement to the interface. There is broad consensus that Fe\(_3\)O\(_4\) is a promising material for spintronics applications due to its high degree of spin polarization at the Fermi level. However, previous attempts to measure the spin polarization by spin-resolved photoemission spectroscopy have been hampered by the use of low photon energies resulting in high surface sensitivity. The surfaces of magnetite, though, tend to reconstruct due to their polar nature, and thus their magnetic and electronic properties may strongly deviate from each other and from the bulk, dependent on their orientation and specific preparation. In this work, the intrinsic bulk spin polarization of magnetite at the Fermi level (\(E_F\)) by spin-resolved photoelectron spectroscopy, is determined by spin-HAXPES on (111)-oriented thin films, epitaxially grown on ZnO(0001) to be \(P(E_F) = -80^{+10}_{-20}\) \%.},
  subject      = {Elektronenkorrelation},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Richter2003,
  author    = {Richter, Georg},
  title     = {Nachweis der elektrischen Spin-Injektion in II-VI-Halbleiter mittels Messung des elektrischen Widerstandes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-10911},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {Die bisherigen Ergebnisse der elektrischen Spininjektion in Halbleiter im diffusivem Regime werden mit dem Modell von Schmidt et. al gut beschrieben. Eine Folgerung aus diesem Modell ist, dass n-dotierte, verd{\"u}nnte magnetische Halbleiter ("diluted magnetic semiconductors", DMS) als Injektor-Materialien f{\"u}r die elektrische Spininjektion in Halbleiter gut geeignet sind. Im Jahr 1999 wurde dar{\"u}ber hinaus die elektrische Injektion von einem DMS in einem nicht magnetisch dotierten Halbleiter ("non magnetic semiconductors", NMS) mit optischen Mitteln nachgewiesen. Die elektrischen Eigenschaften des Metall-Halbleiter-Kontaktes vom Materialsystem n-(Be,Zn,Mn)Se - n-(Be,Zn)Se wurden untersucht und optimiert, wobei spezifische Kontakwiderst{\"a}nde von bis zu ca. 2 10^-3 Ohm cm^2 bei 4 K erreicht wurden. Der Kontakt zwischen n-(Be,Zn,Mn)Se und n-(Be,Zn)Se ist unkritisch, weil der auftretende Leitungsband-Offset lediglich 40 meV betr{\"a}gt. Die Spininjektionsmessungen wurden an Bauteilen mit einem adaptiertem Design der Transmission-Line Messungen ("TLM") durchgef{\"u}hrt. Bei diesem Materialsystem wurde am Gesamtbauteil ein positiver Magnetowiderstand von bis zu 25 \% detektiert. Da sowohl der intrinsische Magnetowiderstand der einzelnen Halbleiterschichten negativ bzw. konstant war, als auch kein besonderes Magnetowiderstandsverhalten an der Metall-Halbleiter-Grenzschicht festgestellt werden konnte, kann dieser Magnetowiderstand als erster elektrischer Nachweis einer Spininjektion in einen Halbleiter angesehen werden. Die bei geringeren Temperaturen (300 mK und 2 K) bereits bei kleineren B-Feldern eintretende S{\"a}ttigung des Widerstandes ist dar{\"u}berhinaus mit der Temparaturabh{\"a}ngigkeit der Zeeman-Aufspaltung des DMS in Einklang zu bringen. Eine systematische Untersuchung dieses "Large Magnetoresistance" Effektes von der Dotierung der beteiligten Halbleiter zeigt hingegen ein komplexeres Bild auf. Es scheint ein optimales Dotierregime, sowohl f{\"u}r den DMS als auch f{\"u}r den NMS zu geben. H{\"o}here oder geringere Dotierung reduzieren die relative Gr{\"o}ße des positiven Magnetowiderstandes. Auch bei stark unterschiedlich dotierten DMS- und NMS-Schichten tritt eine (partielle) Unterdr{\"u}ckung des Magnetowiderstandes auf, in {\"U}bereinstimmung mit dem Modell. Dies l{\"a}sst den Schluss zu, dass neben einer, der Spininjektion abtr{\"a}glichen, großen Differenz der Ladungstr{\"a}gerdichten, evtl. auch die Bandstrukturen der beteiligten Halbleiter f{\"u}r die Spininjektionseffekte von Bedeutung ist. Um die elektrische Spininjektion auch in der technologisch wichtigen Familie der III/V Halbleiter etablieren zu k{\"o}nnen, wurde die elektrische Spininjektion von n-(Cd,Mn)Se in n-InAs untersucht. Basierend auf den Prozessschritten "Elektronenstrahlbelichtung" und "nasschemisches {\"A}tzen" wurde eine {\"A}tztechnologie entwickelt und optimiert, bei der die {\"A}tzraten {\"u}ber die zuvor durchgef{\"u}hrte EBL kontrollierbar eingestellt werden k{\"o}nnen. Mesas mit Breiten von bis zu 12 nm konnten damit hergestellt werden. Untersuchungen zur elektrischen Spininjektion von (Cd,Mn)Se in InAs wurden mit Stromtransport senkrecht zur Schichtstruktur durchgef{\"u}hrt. Erste Messungen deuten bei niedrigen Magnetfeldern (B< 1,5 T) auf eine {\"a}hnliche Abh{\"a}ngigkeit des Gesamtwiderstand vom externen Feld hin wie im Materialsystem (Be,Zn,Mn)Se - (Be,Zn)Se. Allerdings tritt bei h{\"o}heren Feldern ein stark negativer Magnetowiderstand des Gesamtbauteils auf, der qualitativ einen {\"a}hnlichen Verlauf zeigt wie die (Cd,Mn)Se-Schicht allein. Da die I/U Kennlininen des Gesamtbauteils Nichtlinearit{\"a}ten aufweisen, k{\"o}nnen Tunneleffekte an einer oder mehrerer Barrieren eine wichtige Rolle spielen. Ob durch diese Tunneleffekte eine elektrische Spinijektion induziert wird, kann noch nicht abschließend gekl{\"a}rt werden. W{\"u}nschenswert ist daher eine weitere Charakterisierung der Einzelschichten. Ein weiteres Ziel ist, in Verbindung mit den oben angef{\"u}hrten technologischen Vorbereitungen, eine durch Nanostrukturierung erm{\"o}glichte, delokale Messung des Magnetowiderstand. Durch dieses Messverfahren k{\"o}nnten etwaige Tunnel-Effekte an der Metall-DMS Schicht zwanglos von denen an der DMS-NMS Grenzschicht getrennt werden.},
  subject      = {Zwei-Sechs-Halbleiter},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Lehmann2005,
  author    = {Lehmann, Frank},
  title     = {Prozessierung und elektrische Charakterisierung von ZnSe Heterostrukturen in verschiedenen Messgeometrien zum eindeutigen Nachweis der elektrischen Spininjektion},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-15003},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {2-Punkt Transportmessungen, die in der Vergangenheit an ZnSe-basierenden DMS/NMS/DMS Multischichtsystemem durchgef{\"u}hrt wurden, zeigten eine 25-prozentige Erh{\"o}hung des Widerstandes beim {\"U}bergang vom unpolarisierten in den polarisierten Zustand des DMS. Dieser Magnetowiderstandseffekt wurde durch elektrische Spininjektion in den NMS erkl{\"a}rt. In dieser Arbeit wird zun{\"a}chst anhand von 4-Punkt Transportmessungen an miniaturisierten, elektronenstrahllithographisch gefertigten DMS/NMS/DMS Strukturen dieser Widerstandseffekt n{\"a}her untersucht, um eine Bestimmung der Spinrelaxationsl{\"a}nge im nichtmagnetischen II-VI Halbleiter zu erlauben. Aufgrund der im Rahmen dieser Experimente erhaltenen Ergebnisse muss jedoch die Verkn{\"u}pfung des positiven Magnetowiderstandseffekts mit der elektrischen Spininjektion in den NMS des Multischichtsystems revidiert werden. Im weiteren Verlauf der Arbeit werden Strukturen mit Abmessungen in der Gr{\"o}ßenordnung von 1 µm hergestellt und gemessen, mit deren Hilfe ein eindeutiger Nachweis der elektrischen Spininjektion in einen nichtmagnetischen Halbleiter mittels Transportmessungen erm{\"o}glicht wird. Mit diesen Resultaten kann eine oberer Grenzwert f{\"u}r die Spinflipl{\"a}nge in ZnBeSe von 100 nm abgesch{\"a}tzt werden.},
  subject      = {Zinkselenid},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Henn2014,
  author    = {Henn, Tobias},
  title     = {Hot spin carriers in cold semiconductors : Time and spatially resolved magneto-optical Kerr effect spectroscopy of optically induced electron spin dynamics in semiconductor heterostructures},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-110265},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {The present thesis "Hot spin carriers in cold semiconductors" investigates hot carrier effects in low-temperature photoinduced magneto-optical Kerr effect (MOKE) microscopy of electron spins in semiconductor heterostructures. Our studies reveal that the influence of hot photocarriers in magneto-optical pump-probe experiments is twofold. First, it is commonly assumed that a measurement of the local Kerr rotation using an arbitrary probe wavelength maps the local electron spin polarization. This is the fundamental assumption that underlies the widely used two-color MOKE microscopy technique. Our continuous-wave (cw) spectroscopy experiments demonstrate that this assumption is not correct. At low lattice temperatures the nonresonant spin excitation by the focused pump laser inevitably leads to a strong heating of the electron system. This heating, in turn, locally modifies the magneto-optical coefficient which links the experimentally observed Kerr rotation to the electron spin polarization. As a consequence, the spin-induced local Kerr rotation is augmented by spin-unrelated changes in the magneto-optical coefficient. A spatially resolved measurement of the Kerr rotation then does not correctly map the electron spin polarization profile. We demonstrate different ways to overcome this limitation and to correctly measure the electron spin profile. For cw spectroscopy we show how the true local electron spin polarization can be obtained from a quantitative analysis of the full excitonic Kerr rotation spectrum. Alternatively, picosecond MOKE microscopy using a spectrally broad probe laser pulse mitigates hot-carrier effects on the magneto-optical spin detection and allows to directly observe the time-resolved expansion of optically excited electron spin packets in real-space. Second, we show that hot photocarriers strongly modify the spin diffusion process. Owing to their high kinetic energy, hot carriers greatly enhance the electron spin diffusion coefficient with respect to the intrinsic value of the undisturbed system. Therefore, for steady-state excitation the spin diffusivity is strongly enhanced close to the pump spot center where hot electrons are present. Similarly, for short delays following pulsed excitation the high initial temperature of the electrons leads to a very fast initial expansion of the spin packet which gradually slows as the electrons cool down to the lattice temperature. While few previous publications have recognized the possible influence of hot carriers on the electron spin transport properties, the present work is the first to directly observe and quantify such hot carrier contributions. We develop models which for steady-state and pulsed excitation quantitatively describe the experimentally observed electron spin diffusion. These models are capable of separating the intrinsic spin diffusivity from the hot electron contribution, and allow to obtain spin transport parameters of the undisturbed system. We perform extensive cw and time-resolved spectroscopy studies of the lattice temperature dependence of the electron spin diffusion in bulk GaAs. Using our models we obtain a consistent set of parameters for the intrinsic temperature dependence of the electron spin diffusion coefficient and spin relaxation time and the hot carrier contributions which quantitatively describes all experimental observations. Our analysis unequivocally demonstrates that we have, as we believe for the first time, arrived at a coherent understanding of photoinduced low-temperature electron spin diffusion in bulk semiconductors.},
  subject      = {Galliumarsenid},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Grabs2005,
  author    = {Grabs, Peter},
  title     = {Herstellung von Bauelementen f{\"u}r Spininjektionsexperimente mit semimagnetischen Halbleitern},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-16048},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit sollten Halbleiterheterostrukturen mit semimagnetischen II-VI-Halbleitern hergestellt werden, mit denen Experimente zum Nachweis und der Erforschung der Spininjektion in Halbleiter durchgef{\"u}hrt werden. Hierzu sollten optische und Transportexperimente dienen. Zur Polarisation der Elektronenspins werden semimagnetische II-VI-Halbleiter verwendet, bei denen in einem von außen angelegten magnetischen Feld bei tiefen Temperaturen durch den riesigen Zeemaneffekt die Spinentartung der Energieb{\"a}nder aufgehoben ist. Da diese Aufspaltung sehr viel gr{\"o}ßer als die thermische Energie der Ladungstr{\"a}ger ist, sind diese nahezu vollst{\"a}ndig spinpolarisiert. F{\"u}r die vorgestellten Experimente wurden (Be,Zn,Mn)Se und (Cd,Mn)Se als Injektormaterialien verwendet. Durch die Verwendung von (Be,Zn,Mn)Se als Injektor konnte die Spinjektion in eine GaAs-Leuchtdiode nachgewiesen werden. Hierzu wurde der Grad der zirkularen Polarisation des von der Leuchtdiode emittierten Lichts gemessen, welches ein direktes Maß f{\"u}r die Spinpolarisation der injizierten Elektronen ist. Durch diverse Referenzmessungen konnte die Polarisation des Lichts eindeutig der Spininjektion in die Leuchtdiode zugeordnet werden. So konnten eventuell denkbare andere Ursachen, wie ein zirkularer Dichroismus des Injektormaterials oder die Geometrie des Experiments ausgeschlossen werden. Um die physikalischen Prozesse in der Spin-LED n{\"a}her zu untersuchen, wurde eine Vielzahl von Experimenten durchgef{\"u}hrt. So wurde unter anderem die Abh{\"a}ngigkeit der Effizienz der Spininjektion von der Dicke der semimagnetischen (Be,Zn,Mn)Se-Schicht erforscht. Hieraus wurde eine magnetfeldabh{\"a}ngige Spin-Flip-L{\"a}nge im semimagnetischen Halbleiter ermittelt, die kleiner als 20 nm ist. Im Zuge dieser Experimente wurde auch die magnetooptischen Eigenschaften dieser hochdotierten (Be,Zn,Mn)Se-Schichten untersucht. Die große Zeemanaufspaltung bleibt zwar erhalten, wird allerdings insbesondere unter Stromfluß durch eine isolierte Aufheizung der Manganionen in der Schicht reduziert. Die Spin-LEDs wurden auf eine eventuelle Eignung zur Detektion der Spininjektion in Seitenemission, wie es f{\"u}r Experimente mit anderen spinpolarisierenden Materialien n{\"o}tig ist, getestet. Obwohl die Effizienz der Spininjektion in diesen LEDs nachweislich sehr hoch ist, konnte in Seitenemission keine Polarisation des emittierten Lichts nachgewiesen werden. In dieser Konfiguration sind (Al,Ga)As-LEDs als Detektor also nicht zu verwenden. Der Nachweis der Injektion spinpolarisierter Elektronen in einen Halbleiter sollte auch in Transportexperimenten erfolgen. Hierf{\"u}r wurden (Be,Zn,Mn)Se/(Be,Zn)Se-Heterostrukturen hergestellt, die wie erwartet einen deutlichen positiven Magnetowiderstand zeigen, der nicht auf die verwendeten Materialien oder die Geometrie der Proben zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Der beobachtete Effekt scheint durch ein Zusammenspiel des semimagnetischen Halbleiters mit dem Metall-Halbleiter-Kontakt aufzutreten. Aus diesen Experimenten konnte eine Absch{\"a}tzung der Spin-Flip-L{\"a}nge in hochdotierten ZnSe-Schichten getroffen werden. Sie liegt zwischen 10 und 100 nm. Weiterhin sollten Spininjektionsexperimente an InAs durchgef{\"u}hrt werden. Zur Polarisation der Elektronenspins in diesen Experimenten sollte als semimagnetischer Halbleiter (Cd,Mn)Se verwendet werden, da es gitterangepasst zu InAs gewachsen werden kann. Anders als bei (Be,Zn,Mn)Se konnte jedoch auf nahezu keine Erfahrungen auf dem Gebiet der (Cd,Mn)Se-Epitaxie zur{\"u}ckgegriffen werden. Durch die Verwendung eines ZnTe-Puffers ist es gelungen (Cd,Mn)Se-Schichten auf InAs in sehr hoher struktureller Qualit{\"a}t herzustellen. Die Untersuchung der magnetooptischen Eigenschaften dieser Schichten best{\"a}tigte die Eignung von (Cd,Mn)Se als Injektor f{\"u}r die geplanten Spininjektionsexperimente. F{\"u}r die elektrische Charakterisierung ist es n{\"o}tig, (Cd,Mn)Se auf einem elektrisch isolierenden GaAs-Substrat mit einer (Al,Ga)Sb-Pufferschicht zu epitaxieren. Das monokristalline Wachstum von (Cd,Mn)Se-Schichten hierauf wurde nur durch die Verwendung eines ZnTe-Puffers m{\"o}glich, der bei sehr niedrigen Substrattemperaturen im ALE-Modus gewachsen wird. Insbesondere die Dotierbarkeit der (Cd,Mn)Se-Schichten ist f{\"u}r die Spininjektionsexperimente wichtig. Es zeigte sich, dass sich die maximal erreichbare n-Dotierung mit Iod durch den Einbau von Mangan drastisch reduziert. Trotzdem ist es gelungen, (Cd,Mn)Se -Schichten herzustellen, die einen negativen Magnetowiderstand zeigen, was eine Voraussetzung f{\"u}r Spininjektionsexperimente ist. F{\"u}r Transportexperimente sollen die spinpolarisierten Elektronen direkt in ein zweidimensionales Elektronengas injiziert werden. Hierf{\"u}r wurden Heterostrukturen mit einem InAs-Quantentrog, in dem sich ein solches 2DEG ausbildet, hergestellt und in Hall-Messungen charakterisiert. F{\"u}r die Realisierung dieser Experimente wurde ein Konzept erstellt und erste Versuche zu dessen Umsetzung durchgef{\"u}hrt. Ein zu l{\"o}sendes Problem bleibt hierbei die Diffusion auf der freigelegten InAs-Oberfl{\"a}che bei den f{\"u}r das (Cd,Mn)Se-Wachstum n{\"o}tigen Substrattemperaturen. Leuchtdioden mit einem InAs-Quantentrog wurden f{\"u}r den Nachweis der Spininjektion in InAs auf optischem Wege hergestellt. F{\"u}r die Realisierung einer solchen Leuchtdiode war es n{\"o}tig, auf ein asymmetrisches Designs mit einer n-Barriere aus (Cd,Mn)Se und einer p-Barriere aus (Al,Ga)(Sb,As) zur{\"u}ckzugreifen. Es wurden sowohl magnetische als auch unmagnetische Referenzproben hergestellt und vermessen. Die Ergebnisse deuten auf einen experimentellen Nachweis der Spininjektion hin.},
  subject      = {Semimagnetischer Halbleiter},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Fuchs2016,
  author    = {Fuchs, Moritz Jakob},
  title     = {Spin dynamics in the central spin model: Application to graphene quantum dots},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-136079},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Due to their potential application for quantum computation, quantum dots have attracted a lot of interest in recent years. In these devices single electrons can be captured, whose spin can be used to define a quantum bit (qubit). However, the information stored in these quantum bits is fragile due to the interaction of the electron spin with its environment. While many of the resulting problems have already been solved, even on the experimental side, the hyperfine interaction between the nuclear spins of the host material and the electron spin in their center remains as one of the major obstacles. As a consequence, the reduction of the number of nuclear spins is a promising way to minimize this effect. However, most quantum dots have a fixed number of nuclear spins due to the presence of group III and V elements of the periodic table in the host material. In contrast, group IV elements such as carbon allow for a variable size of the nuclear spin environment through isotopic purification. Motivated by this possibility, we theoretically investigate the physics of the central spin model in carbon based quantum dots. In particular, we focus on the consequences of a variable number of nuclear spins on the decoherence of the electron spin in graphene quantum dots. Since our models are, in many aspects, based upon actual experimental setups, we provide an overview of the most important achievements of spin qubits in quantum dots in the first part of this Thesis. To this end, we discuss the spin interactions in semiconductors on a rather general ground. Subsequently, we elaborate on their effect in GaAs and graphene, which can be considered as prototype materials. Moreover, we also explain how the central spin model can be described in terms of open and closed quantum systems and which theoretical tools are suited to analyze such models. Based on these prerequisites, we then investigate the physics of the electron spin using analytical and numerical methods. We find an intriguing thermal flip of the electron spin using standard statistical physics. Subsequently, we analyze the dynamics of the electron spin under influence of a variable number of nuclear spins. The limit of a large nuclear spin environment is investigated using the Nakajima-Zwanzig quantum master equation, which reveals a decoherence of the electron spin with a power-law decay on short timescales. Interestingly, we find a dependence of the details of this decay on the orientation of an external magnetic field with respect to the graphene plane. By restricting to a small number of nuclear spins, we are able to analyze the dynamics of the electron spin by exact diagonalization, which provides us with more insight into the microscopic details of the decoherence. In particular, we find a fast initial decay of the electron spin, which asymptotically reaches a regime governed by small fluctuations around a finite long-time average value. Finally, we analytically predict upper bounds on the size of these fluctuations in the framework of quantum thermodynamics.},
  subject      = {Elektronenspin},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Fiederling2004,
  author    = {Fiederling, Roland},
  title     = {Elektrische Spininjektion in GaAs LEDs},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-11338},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Die Zielsetzung dieser Arbeit war die elektrische Spininjektion in Halbleiter zu erforschen und Methoden zu deren Realisation zu entwickeln. Hierzu wurden in dieser Arbeit III-V und II-VI Halbleiterheterostrukturen mit Hilfe von Photolumineszenz-, Elektrolumineszenz- und Anregungsspektroskopie untersucht. Die Messungen wurden bei Temperaturen im Bereich von 1.6 K bis 50 K durchgef{\"u}hrt und es wurden Magnetfelder bis zu 9 T verwendet. Die elektrische Spininjektion in einen nicht magnetischen Halbleiter wurde zum ersten mal in dieser Arbeit nachgewiesen. Hierzu wurden zwei neuartige Konzepte verwendet und miteinander verbunden. Zum einen wurde die Detektion von spinpolarisierten Str{\"o}men mit Hilfe von optischen {\"U}berg{\"a}ngen durchgef{\"u}hrt. Zum anderen wurde in dieser Arbeit erstmals ein semimagnetischer II-VI Halbleiter als spinpolarisierender Kontakt verwendet. Durch die optische Detektion wurden die bisherigen Magnetowiderstandsmessungen zur Bestimmung der Spininjektion abgel{\"o}st und durch die Verwendung von semimagnetischen Halbleitern wurde eine neue Klasse von Materialien f{\"u}r die Anwendung in spinselektiven Halbleiterheterostrukturen gefunden. F{\"u}r den optischen Detektor der Elektronenpolarisation wurde eine GaAs/(Al, Ga)As Leuchtdiode (Spin-LED) verwendet, in die {\"u}ber das p-dotierte Substrat unpolarisierte L{\"o}cher und {\"u}ber den n-dotierten semimagnetischen Halbleiter spinpolarisierte Elektronen injiziert wurden. Das durch die Rekombination der Ladungstr{\"a}ger aus der LED emittierte Licht wurde in Oberfl{\"a}chenemission detektiert. Aufgrund der Auswahlregeln f{\"u}r optische {\"U}berg{\"a}nge in Halbleitern mit Zinkblendestruktur ist es m{\"o}glich, anhand der zirkularen Polarisation der Elektrolumineszenz, die Polarisation der injizierten Elektronen anzugeben. Abh{\"a}ngig vom externen Magnetfeld wurde die zirkulare Polarisation der Lichtemission von Spin-LEDs analysiert. Diese Polarisation erreichte schon bei geringen externen Magnetfeldern von z.B. 0.5 T sehr hohe Werte von bis zu 50 \%. Im Vergleich dazu ist die intrinsische Polarisation von GaAs/(Al, Ga)As Heterostrukturen mit bis zu 5 \% sehr gering. An den Spin-LEDs wurden Photolumineszenzmessungen zu der Bestimmung der intrinsischen Polarisation durchgef{\"u}hrt und zus{\"a}tzlich wurde die Elektrolumineszenz von GaAs LEDs ohne manganhaltigen Kontakt analysiert. Mit Hilfe dieser Referenzmessungen konnten Seiteneffekte, die z.B. durch die magneto-optisch aktive manganhaltige Schicht in den Spin-LEDs verursacht werden k{\"o}nnen, ausgeschlossen werden. Insgesamt war es m{\"o}glich die elektrische Spininjektion in Halbleiter eindeutig nachzuweisen.},
  subject      = {Zwei-Sechs-Halbleiter},
  language  = {de}
}