@phdthesis{Baumann2024,
  author    = {Baumann, Johannes},
  title     = {Induced Superconductivity in HgTe Quantum Point Contacts},
  doi       = {10.25972/OPUS-36940},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-369405},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {In this thesis, the Josephson effect in mercury telluride based superconducting quantum point contacts (SQPCs) is studied. Implementing such confined structures into topological superconductors has been proposed as a means to detect and braid Majorana fermions. For the successful realization of such experiments though, coherent transport across the constriction is essential. By demonstrating the Josephson effect in a confined topological system, the presented experiments lay the foundation for future quantum devices that can be used for quantum computation. In addition, the experiments also provide valuable insights into the behavior of the Josephson effect in the low-channel limit (N<20). Due to the confinement of the weak link, we can also study the Josephson effect in a topological insulator, where the edge modes interact. In conclusion, this thesis discusses the fabrication of, and low-temperature measurements on mercury telluride quantum point contacts embedded within Josephson junctions. We find that the merging of the currently used fabrication methods for mercury telluride quantum point contacts and Josephson junctions does not yield a good enough device quality to resolve subbands of the quantum point contact as quantization effects in the transport properties. As we attribute this to the long dry etching time that is necessary for a top-contact, the fabrication process was adapted to reduce the defect density at the superconductor-semiconductor interface. Employing a technique that involves side contacting the mercury telluride quantum well and reducing the size of the mercury telluride mesa to sub-micrometer dimensions yields a quantized supercurrent across the junction. The observed supercurrent per mode is in good agreement with theoretical predictions for ballistic, one-dimensional modes that are longer than the Josephson penetration depth. Moreover, we find that oscillatory features superimpose the plateaus of the supercurrent and the conductance. The strength of these oscillatory features are sample-dependent and complicate the identification of plateaus. We suggest that the oscillatory features originate mainly from local defects and the short gate electrode. Additionally, resonances are promoted within the weak link if the transparency of the superconductor-HgTe interface differs from one. Furthermore, the research explores the regimes of the quantum spin Hall effect and the 0.5 anomaly. Notably, a small yet finite supercurrent is detected in the QSH regime. In samples fabricated from thick mercury telluride quantum wells, the supercurrent appears to vanish when the quantum point contact is tuned into the regime of the 0.5 anomaly. For samples fabricated from thin mercury telluride quantum wells, the conductance as well as the supercurrent vanish for strong depopulation. In these samples though, the supercurrent remains detectable even for conductance values significantly below 2 e²/h. Numerical calculation reproduce the transport behavior of the superconducting quantum point contacts. Additionally, the topological nature of the weak link is thoroughly investigated using the supercurrent diffraction pattern and the absorption of radio frequency photons. The diffraction pattern reveals a gate independent, monotonous decay of \$I_\text{sw}(B)\$, which is associated with the quantum interference of Andreev bound states funneled through the quantum point contact. Interestingly, the current distribution in the weak link appears unaffected as the quantum point contact is depleted. In the RF measurements, indications of a 4π periodic supercurrent are observed as a suppression of odd Shapiro steps. The ratio of the 4π periodic current to the 2π periodic current appears to decrease for smaller supercurrents, as odd Shapiro steps are exclusively suppressed for large supercurrents. Additionally, considering the observation that the supercurrent is small when the bulk modes in the quantum point contact are fully depleted, we suggest that the re-emerging of odd Shapiro steps is a consequence of the group velocity of the edge modes being significantly suppressed when the bulk modes are absent. Consequently, the topological nature of the superconducting quantum point contact is only noticeable in the transport properties when bulk modes are transmitted through the superconducting quantum point contact. The shown experiments are the first demonstration of mercury telluride superconducting quantum point contacts that exhibit signatures of quantization effects in the conductance as well as the supercurrent. Moreover, the experiments suggest that the regime of interacting topological edge channels is also accessible in mercury telluride superconducting quantum point contacts. This is potentially relevant for the realization of Majorana fermions and their application in the field of quantum computation.},
  subject      = {Topologischer Isolator},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Muench2012,
  author    = {M{\"u}nch, Steffen},
  title     = {Photolumineszenz-Spektroskopie an niederdimensionalen Halbleiterstrukturen auf III-V-Basis},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-74104},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit optischen Untersuchungen an niederdimensionalen III/V-Halbleiterstrukturen. Dabei werden zun{\"a}chst im ersten Teil selbst-organisiert gewachsene Nanodr{\"a}hte aus InP und GaN bez{\"u}glich ihrer Oberfl{\"a}chen- und Kristallqualit{\"a}t charakterisiert. Dies ist besonders im Hinblick auf zuk{\"u}nftige opto- und nanoelektronische Bauteile von Interesse. Der zweite, grundlagenorientierte Teil der Arbeit ist im Bereich der Quantenoptik angesiedelt und widmet sich magneto-optischen Studien zur Licht-Materie Wechselwirkung in Quantenpunkt-Mikroresonator-Systemen im Regime der starken Kopplung. Oberfl{\"a}chen-Untersuchungen an Halbleiter-Nanodr{\"a}hten Bei diesem Teilaspekt der vorliegenden Arbeit stehen Untersuchungen von Halbleiter-Nanodr{\"a}hten mittels zeitintegrierter und zeitaufgel{\"o}ster Photolumineszenz (PL)-Spektroskopie im Vordergrund. Diese eindimensionalen Nanostrukturen bieten eine vielversprechende Perspektive f{\"u}r die weitere Miniaturisierung in der Mikroelektronik. Da konventionelle Strukturierungsverfahren wie die optische Lithographie zunehmend an physikalische und technologische Grenzen stoßen, sind selbstorganisierte Wachstumsprozesse hierbei von besonderem Interesse. Bei Nanodr{\"a}hten besteht dar{\"u}ber hinaus konkret noch die M{\"o}glichkeit, {\"u}ber ein gezieltes axiales und radiales Wachstum von Heterostrukturen bereits bei der Herstellung komplexere Funktionalit{\"a}ten einzubauen. Auf Grund ihres großen Oberfl{\"a}che-zu-Volumen Verh{\"a}ltnisses sind die elektronischen und optischen Eigenschaften der Nanodr{\"a}hte extrem oberfl{\"a}chensensitiv, was vor allem im Hinblick auf zuk{\"u}nftige Anwendungen im Bereich der Mikro- oder Optoelektronik sowie der Sensorik von essentieller Bedeutung ist. Zur n{\"a}heren Untersuchung der Oberfl{\"a}cheneigenschaften von Nanodr{\"a}hten eignet sich die optische Spektroskopie besonders, da sie als nicht-invasive Messmethode ohne aufw{\"a}ndige Probenpr{\"a}paration schnell n{\"u}tzliche Informationen liefert, die zum Beispiel in der Optimierung des Herstellungsprozesses eingesetzt werden k{\"o}nnen. Quantenoptik an Halbleiter-Mikrokavit{\"a}ten Der zweite Teil dieser Arbeit widmet sich der Licht-Materie-Wechselwirkung in Quantenpunkt-Mikroresonator-Systemen. Dabei ist das Regime der starken Kopplung zwischen Emitter und Resonator, auch im Hinblick auf m{\"o}gliche zuk{\"u}nftige Anwendungen in der Quanteninformationsverarbeitung, von besonderem Interesse. Diese Mikroresonator-T{\"u}rmchen, die auf planaren AlAs/GaAs-Mikroresonatoren mit InGaAs Quantenpunkten in der aktiven Schicht basieren, wurden mittels zeitintegrierter und zeitaufgel{\"o}ster Mikro-PL-Spektroskopie in einem {\"a}ußeren magnetischen Feld in Faraday-Konfiguration untersucht. Grundlegende Untersuchungen von Quantenpunkten im Magnetfeld Zun{\"a}chst wurden InxGa(1-x)As-Quantenpunkte mit unterschiedlichem In-Gehalt (x=30\%, 45\% und 60\%) magneto-optisch untersucht. Aufgrund der gr{\"o}ßeren Abmessungen weisen die Quantenpunkte mit 30\% In-Anteil auch hohe Oszillatorst{\"a}rken auf, was sie besonders f{\"u}r Experimente zur starken Kopplung auszeichnet. Unter dem Einfluss des Magnetfeldes zeigte sich ein direkter Zusammenhang zwischen der lateralen Ausdehnung der Quantenpunkte und ihrer diamagnetischen Verschiebung. Starke Kopplung im magnetischen Feld Neben der M{\"o}glichkeit, das Resonanzverhalten {\"u}ber das externe Magnetfeld zu kontrollieren, zeigte sich eine Korrelation zwischen der Kopplungsst{\"a}rke und dem magnetischen Feld, was auf eine Verringerung der Oszillatorst{\"a}rke im Magnetfeld zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden konnte. Diese steht wiederum im Zusammenhang mit einer Einschn{\"u}rung der Wellenfunktion des Exzitons durch das angelegte Feld. Dieser direkte Einfluss des Magnetfeldes auf die Oszillatorst{\"a}rke erlaubt eine in situ Variation der Kopplungsst{\"a}rke. Photon-Photon-Wechselwirkung bei der starken Kopplung im Magnetfeld Nach der Demonstration der starken Kopplung zwischen entarteten Exziton- und Resonatormoden im Magnetfeld, wurden im weiteren Verlauf Spin-bezogene Kopplungseffekte im Regime der starken Kopplung untersucht. Es ergaben sich im Magnetfeld unter Variation der Temperatur zwei Bereiche der Wechselwirkung zwischen den einzelnen Komponenten von Resonator- und Exzitonenmode. Von besonderem Interesse ist dabei eine beobachtete indirekte Wechselwirkung zwischen den beiden photonischen Moden im Moment der Resonanz, die durch die exzitonische Mode vermittelt wird. Diese sogenannte Spin-vermittelte Photon-Photon-Kopplung stellt ein Bindeglied zwischen eigentlich unabh{\"a}ngigen photonischen Moden {\"u}ber den Spinzustand eines Exzitons dar.},
  subject      = {Drei-F{\"u}nf-Halbleiter},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Lentze2009,
  author    = {Lentze, Michael},
  title     = {Spin-flip Raman Untersuchungen an semimagnetischen II-VI Halbleiter-Quantentr{\"o}gen und Volumenproben},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-34834},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Im Zentrum dieser Arbeit standen ramanspektroskopische Untersuchungen der elektronischen spin-flip-{\"U}berg{\"a}nge an semimagnetischen (Zn,Mn)Se Proben. Hierbei wurden sowohl Quantentrogstrukturen untersucht als auch volumenartige Proben. Ziel der Forschung war dabei, ein tieferes Verst{\"a}ndnis der Wechselwirkungen der magnetischen Ionen mit den Leitungsbandelektronen der Materialien zu gewinnen. Im Hinblick auf m{\"o}gliche zuk{\"u}nftige spin-basierte Bauelemente lag das Hauptaugenmerk auf dem Einfluss von n-Dotierung bis zu sehr hohen Konzentration. Hierf{\"u}r standen verschiedene Probenreihen mit unterschiedlichen Dotierungskonzentrationen zur Verf{\"u}gung.},
  subject      = {Dotierter Halbleiter},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schmidt2009,
  author    = {Schmidt, Thomas},
  title     = {Optische Untersuchung und Kontrolle der Spindynamik in Mn dotierten II-VI Quantenpunkten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-36033},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit befasste sich mit dem Spin- und dem damit eng verbundenen Polarisationszustand von Ladungstr{\"a}gern in CdSe/ZnSe Quantenpunkten. II-VI Materialsysteme k{\"o}nnen in geeigneter Weise mit dem Nebengruppenelement Mangan gemischt werden. Diese semimagnetischen Nanostrukturen weisen eine Vielzahl von charakteristischen optischen und elektrischen Besonderheiten auf. Verantwortlich daf{\"u}r ist eine Austauschwechselwirkung zwischen dem Spin optisch erzeugter Ladungstr{\"a}ger und den 3d Elektronen der Mn Ionen. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte die Adressierung gezielter Spinzust{\"a}nde durch optische Anregung der Ladungstr{\"a}ger. Die Besetzung unterschiedlicher Spinzust{\"a}nde konnte durch Detektion des Polarisationsgrades der emittierten Photolumineszenz (PL) bestimmt werden. Dabei kamen verschiedene optische Methoden wie zeitaufgel{\"o}ste und zeitintegrierte PL-Spektroskopie sowie Untersuchungen in Magnetfeldern zum Einsatz.},
  subject      = {Halbleiterschicht},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schumm2008,
  author    = {Schumm, Marcel},
  title     = {ZnO-based semiconductors studied by Raman spectroscopy: semimagnetic alloying, doping, and nanostructures},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-37045},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {ZnO-based semiconductors were studied by Raman spectroscopy and complementary methods (e.g. XRD, EPS) with focus on semimagnetic alloying with transition metal ions, doping (especially p-type doping with nitrogen as acceptor), and nanostructures (especially wet-chemically synthesized nanoparticles).},
  subject      = {Wide-gap-Halbleiter},
  language  = {en}
}