@phdthesis{Wilfert2019,
  author    = {Wilfert, Stefan},
  title     = {Rastertunnelmikroskopische und -spektroskopische Untersuchung von Supraleitern und topologischen Supraleitern},
  doi       = {10.25972/OPUS-18059},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-180597},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Quantencomputer k{\"o}nnen manche Probleme deutlich effizienter l{\"o}sen als klassische Rechner. Bisherige Umsetzungen leiden jedoch an einer zu geringen Dekoh{\"a}renzzeit, weshalb die Lebenszeit der Quantenzust{\"a}nde einen limitierenden Faktor darstellt. Topologisch gesch{\"u}tzte Anregungen, wie Majorana-Fermionen, k{\"o}nnten hingegen dieses Hindernis {\"u}berwinden. Diese lassen sich beispielsweise in topologischen Supraleitern realisieren. Bis zum jetzigen Zeitpunkt existieren nur wenige Materialien, die dieses Ph{\"a}nomen aufweisen. Daher ist das Verst{\"a}ndnis der elektronischen Eigenschaften f{\"u}r solche Verbindungen von großer Bedeutung. In dieser Dissertation wird die Koexistenz von Supraleitung an der Probenoberfl{\"a}che und topologischem Oberfl{\"a}chenzustand (engl. topological surface state, TSS) auf potentiellen topologischen Supraleitern {\"u}berpr{\"u}ft. Diese beiden Bedingungen sind essentiell zur Ausbildung von topologischer Supraleitung in zeitumkehrgesch{\"u}tzten Systemen. Hierzu wird mittels Landaulevelspektroskopie und Quasiteilcheninterferenz das Vorhandensein des TSS am Ferminiveau auf Tl\$_{x}\$Bi\$_{2}\$Te\$_{3}\$ und Nb\$_{x}\$Bi\$_{2}\$Se\$_{3}\$ verifiziert, die mittels Transportmessungen als supraleitend identifiziert wurden. Anschließend folgen hochaufgel{\"o}ste Spektroskopien an der Fermienergie, um die supraleitenden Eigenschaften zu analysieren. Zur Interpretation der analysierten Eigenschaften wird zu Beginn der Ni-haltige Schwere-Fermion-Supraleiter TlNi\$_{2}\$Se\$_{2}\$ untersucht, der eine vergleichbare {\"U}bergangstemperatur besitzt. Anhand diesem werden die g{\"a}ngigen Messmethoden der Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie f{\"u}r supraleitende Proben vorgestellt und die Leistungsf{\"a}higkeit der Messapparatur demonstriert. Im Einklang mit der Literatur zeigt sich ein \$s\$-Wellencharakter des Paarungsmechanismus sowie die Formation eines f{\"u}r Typ~II-Supraleiter typischen Abrikosov-Gitters in schwachen externen Magnetfeldern. Im folgenden Teil werden die potentiellen topologischen Supraleiter Tl\$_{x}\$Bi\$_{2}\$Te\$_{3}\$ und Nb\$_{x}\$Bi\$_{2}\$Se\$_{3}\$ begutachtet, f{\"u}r die eindeutig ein TSS best{\"a}tigt wird. Allerdings weisen beide Materialien keine Oberfl{\"a}chensupraleitung auf, was vermutlich durch eine Entkopplung der Oberfl{\"a}che vom Volumen durch Bandverbiegung zu erkl{\"a}ren ist. Unbeabsichtigte Kollisionen der Spitze mit der Probe f{\"u}hren jedoch zu supraleitenden Spitzen, die wesentlich erh{\"o}hte Werte f{\"u}r die kritische Temperatur und das kritische Feld zeigen. Der letzte Abschnitt widmet sich dem supraleitenden Substrat Nb(110), f{\"u}r den der Reinigungsprozess erl{\"a}utert wird. Hierbei sind kurze Heizschritte bis nahe des Schmelzpunktes n{\"o}tig, um die bei Umgebungsbedingungen entstehende Sauerstoffrekonstruktion effektiv zu entfernen. Des Weiteren werden die elektronischen Eigenschaften untersucht, die eine Oberfl{\"a}chenresonanz zum Vorschein bringen. Hochaufgel{\"o}ste Messungen lassen eine durch die BCS-Theorie gut repr{\"a}sentierte Struktur der supraleitenden Energiel{\"u}cke erkennen. Magnetfeldabh{\"a}ngige Experimente offenbaren zudem eine mit der Kristallstruktur vereinbare Anisotropie des Paarungspotentials. Mit diesen Erkenntnissen kann Nb(110) zuk{\"u}nftig als Ausgang f{\"u}r das Wachstum von topologischen Supraleitern herangezogen werden.},
  subject      = {Supraleitung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Herber2006,
  author    = {Herber, Ulrich},
  title     = {Rastertunnelspektroskopie an polykristallinen Cu(In,Ga)(S,Se)2-D{\"u}nnschichtsolarzellen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-21291},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {[...] Bei dem hier untersuchten multin{\"a}ren System CIGSe stellt sich ob seiner polykristallinen Struktur zudem die Frage nach der lateralen Homogenit{\"a}t der elektrischen Eigenschaften. Mit der verwendeten Meßmethode, einer photounterst{\"u}tzten Rastertunnelspektroskopie, k{\"o}nnen Inhomogenit{\"a}ten in der Oberfl{\"a}chenphotospannung (SPV) und im Photoinduzierten Tunnelstrom (PITC) nachgewiesen werden. Die Messung von PITC und SPV ist dann schnell durchzuf{\"u}hren und damit f{\"u}r Reihenuntersuchungen geeignet, wenn Modulationsverfahren verwendet werden. Modulationen der Biasspannung und/oder der Beleuchtung wurden in der Tunnelspektroskopie bereits auf eine ganze Anzahl von Materialsystemen angewendet. Dabei auftretende, {\"u}ber die Kapazit{\"a}t zwischen Tunnelspitze und Probe einkoppelnde st{\"o}rende Signalbeitr{\"a}ge sind ein bekanntes Problem. Eine m{\"o}gliche L{\"o}sung bietet die elektronische Kompensation durch eine entsprechende Schaltung. Wie in dieser Arbeit gezeigt wird, ist der Ansatz sehr gut geeignet, die durch Biasmodulation erzeugte Streukomponente zu unterdr{\"u}cken. Wird dagegen die einfallende Beleuchtung moduliert, erfolgt die Kompensation nur unvollst{\"a}ndig. Ein besonderes Problem bereitet dies, wenn beide Modulationen kombiniert werden. Der Unterschied zwischen beiden Modulationen liegt darin, daß sich das Spitze-Probe-System im Fall der Spannungsmodulation wie ein klassischer Kondensator verh{\"a}lt und das Streusignal daher unabh{\"a}ngig von der Art der Probe ist. Bei Lichtmodulation ist im Ersatzschaltbild dagegen die unter der Probenoberfl{\"a}che befindliche Stromquelle zu ber{\"u}cksichtigen. Sie f{\"u}hrt dazu, daß sich das Streusignal von Probe zu Probe, und sogar von einem Pr{\"a}parationszustand zum n{\"a}chsten, deutlich unterscheidet. Daher ist es angebracht, das Streusignal separat zu messen und anschließend analytisch zu kompensieren. Wie aus der vorliegenden Arbeit hervorgeht, ist dabei die Abh{\"a}ngigkeit des Streusignals vom Spitze-Probe-Abstand unbedingt zu ber{\"u}cksichtigen. Nach der Etablierung und eingehenden Analyse des Verfahrens im ersten Teil folgt im zweiten Teil der Arbeit dessen Anwendung auf eine Reihe von unterschiedlichen CIGS-Proben. Dabei wird deutlich, daß die bereits angesprochenen Inhomogenit{\"a}ten im PITC-Signal eine immanente Eigenschaft dieser (und vermutlich aller) polykristallinen Halbleitersysteme sind. Neben den lateralen Unterschieden in der Stromamplitude lassen sich auch Inhomogenit{\"a}ten in der komplexen Phase des Photostroms nachweisen. Wie sich herausstellt, sind daraus aber wegen der dominierenden Admittanz der Tunnell{\"u}cke keine R{\"u}ckschl{\"u}sse auf die beteiligte Kapazit{\"a}t der RLZ zu ziehen. Dagegen ist es m{\"o}glich, durch die Untersuchung einer gr{\"o}ßeren Zahl von Stellen auf einer Probe eine Statistik der Fl{\"a}chenh{\"a}ufigkeit des PITC zu erstellen. Wird diese Verteilung durch eine exponentiell abfallende H{\"a}ufigkeit beschrieben, weist dies auf eine {\"u}bergroße Dichte an "schwachen" Dioden hin; bei einer kleinen Zahl schwacher Dioden zeigt die Verteilung ein deutliches Maximum bei h{\"o}heren Photostr{\"o}men. Korngrenzen sind f{\"u}r die elektronischen Eigenschaften polykristalliner Systeme wichtig, ihre Struktur allerdings unbekannt. Aus dem Forschungsgebiet der ebenfalls polykristallinen CdS/CdTe-Solarzellen kommt die Vorstellung, daß die Korngrenzen bevorzugte Transportpfade der Ladungstr{\"a}ger darstellen; sie wird inzwischen auch f{\"u}r CIGS-Zellen diskutiert. Hunderte von untersuchten Probenstellen k{\"o}nnen diese Theorie jedoch nicht unterst{\"u}tzen. Nur in einer {\"a}ußerst geringen Zahl von F{\"a}llen zeigen Korngrenzen einen deutlich h{\"o}heren Photostrom im Vergleich zu den umgebenden Kornfl{\"a}chen. Desweiteren werden die abrupten lateralen {\"A}nderungen im PITC-Signal als nicht passivierte Korngrenzen interpretiert, die Transportbarrieren f{\"u}r die Minorit{\"a}tsladungstr{\"a}ger bilden. Umgekehrt beg{\"u}nstigen passivierte Korngrenzen das Angleichen der elektronischen Eigenschaften benachbarter K{\"o}rner. Verfolgt man die PITC-Werte {\"u}ber einen l{\"a}ngeren Zeitraum hinweg, lassen sich metastabile Effekte beobachten. Das Abklingen des Photostroms wird durch den Einfang von Minorit{\"a}tsladungstr{\"a}gern in tiefen St{\"o}rstellen erkl{\"a}rt. Vergleicht man die erhaltenen PITC-Werte mit dem makroskopischen Kurzschlußstrom der Zellen, kann man die erhoffte Korrelation nicht nachweisen. Wie sich herausstellt, haben die zur Vorbereitung f{\"u}r die STM-Messungen n{\"o}tigen Pr{\"a}parationsschritte starke Auswirkung auf die Meßergebnisse. Aus dieser Sicht w{\"a}re eine in-situ-Messung w{\"u}nschenswert. Daher schließen einige Gedanken hinsichtlich der Realisierung der Meßmethode zur in-situ-Qualit{\"a}tskontrolle in der Solarzellenherstellung die Arbeit ab.},
  subject      = {Rastertunnelmikroskopie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Michalke2004,
  author    = {Michalke, Thordis},
  title     = {Elektronen-Korrelationen und Elektron-Phonon-Kopplung in einem nanostrukturierten Adsorbatsystem},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-11957},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {In meiner Arbeit werden die Auswirkungen von Vielteilcheneffekten in einem niedrigdimensionalen Adsorbatsystem untersucht. Ein solches System kann als einfaches Modellsystem zum Verst{\"a}ndnis der Vielteilcheneffekte dienen. Mit Hilfe der Photoelektronenspektroskopie und Rastertunnelspektroskopie kann die Lebensdauer der Quasiteilchen direkt gemessen werden. An quasi-nulldimensionalen Quantenpunkten l{\"a}sst sich außerdem der Einfluss der Dimensionalit{\"a}t und der Strukturgr{\"o}ße auf die Korrelationseffekte und Kopplungsst{\"a}rken der Elektronen messen. Das Adsorbatsystem Stickstoff auf Kupfer (Cu(100)c(2x2)N) ist hierf{\"u}r ideal geeignet. Bei der Adsorption von Stickstoff auf Cu(100) bilden sich auf Grund starker Verspannungen durch die inkommensurate c(2x2)-Bedeckung Stickstoff-Inseln mit einer typischen Gr{\"o}ße von 5x5 nm². Auf diesen quasi-nulldimensionalen Quantenpunkten l{\"a}sst sich lokal mit der Rastertunnelspektroskopie die elektronische Zustandsdichte messen. In den STS-Spektren und Bildern sind typische diskrete Eigenzust{\"a}nde eines Quantentrogs zu beobachten. Mit einem Modell ged{\"a}mpfter, quasifreier Elektronen ist es gelungen, diese Eigenzust{\"a}nde zu simulieren und wichtige physikalische Gr{\"o}ßen, wie die effektive Masse, die Bindungsenergie und die mittlere Lebensdauer der Elektronen in den Inseln zu bestimmen. Mit Hilfe der Photoelektronenspektroskopie k{\"o}nnen zahlreiche adsorbatinduzierte Zust{\"a}nde identifiziert und die zweidimensionale Bandstruktur des Adsorbatsystems gemessen werden. Die Elektron-Phonon-Kopplung spielt in dem Stickstoff-Adsorbatsystem eine wichtige Rolle: Temperaturabh{\"a}ngige Messungen der zweidimensionalen Zust{\"a}nde lassen auf eine sehr starke Kopplung schließen mit Werten bis zu 1,4 f{\"u}r die Kopplungskonstante. Dabei ist die Kopplungsst{\"a}rke wesentlich von der Lokalisierung der Adsorbatzust{\"a}nde abh{\"a}ngig. In der N{\"a}he der Fermikante zeigt ein Adsorbatzustand eine außergew{\"o}hnliche Linienform. Die Spektralfunktion kann selbst bei recht hohen Temperaturen von 150 K mit dem Realteil der Selbstenergie der Elektron-Phonon-Kopplung beschrieben werden. F{\"u}r die Phononenzustandsdichte wird dabei das Einstein-Modell verwendet auf Grund des dominierenden Anteils der adsorbatinduzierten optischen Phononen. Die Kopplungsst{\"a}rke und der Beitrag der Elektron-Elektron und Elektron-Defekt-Streuung werden aus diesen Daten extrahiert. Auf Grund der sehr starken Elektron-Phonon-Kopplung k{\"o}nnte man spekulieren, ob sich in der Oberfl{\"a}che Cooper-Paare bilden, deren Anziehung {\"u}ber ein optisches Adsorbatphonon vermittelt w{\"u}rde, und so eine exotische Oberfl{\"a}chen-Supraleitung verursachen.},
  subject      = {Adsorbat},
  language  = {de}
}