@phdthesis{Li2015,
  author    = {Li, Han},
  title     = {Fabrication of Carbon Nanotube Thin Films by Evaporation-Induced Self-Assembly},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-123407},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  pages     = {159},
  year      = {2015},
  abstract  = {In summary, we have prepared single-wall carbon nanotube (SWNT) thin films by the method of evaporation-induced self-assembly (EISA). Using the scalable two-plate or lens setups, sorts of different film types or patterns of SWNTs has been successfully fabricated directly from the evaporation of solvents and could be precisely controlled by the concentrations of SWNT in ambient conditions. The special geometry of meniscus as the capillary bridge has not only given rise to a much higher efficiency of fabrication than what previously reported but also allowed us to monitor the pinning and depinning process carefully and further investigate the mechanism underlying the formation of different film morphologies. In contrast with the conventional "stick-slip" model, we have provided the new dynamical pinning and zipping model for the contact line (CL) behavior. By analyzing the motion of CL and varying deposited patterns, the traditionally so-called "stick" state should be treated as a dynamical pinning process due to the interfacial tension contrast between SWNT-covered and bare silicon surface. Besides, the plausible one-step "slip" motion could be dominated by the zipping-like kink propagation. In addition, the experiments with heated substrates at higher temperatures between 30°C and 50 °C have shown that the striped pattern could be fabricated by both much lower SWNT and SDS concentrations than that in room temperature, which is consistent with our model of interfacial tension contrast. In this situation, the deposition rate was increased but the quality of SWNT alignment was undermined because the corresponding moving velocity of SWNT was also too fast for SWNTs to rotate when the evaporative rate was high. The similar results were identified by the SWNT/polymer conjugates dispersed in chloroform under the similar setups and other identical conditions. The typical breathing motion of dynamical pinning and zipping-like propagation for depinning were confirmed by the new suspensions despite that some morphological parameters changed dramatically compared with that from the aqueous solution. For example, the spacing between stripes reached 100 µm ~ 200 µm because the large contact angle contrast between HDMS- and SWNT-covered surface accompanies with the high evaporation rate of chloroform in the pinning and depinning process. Likewise the average CL velocity for fabrication reached around 20 µm/s due to the much higher evaporation rate of chloroform than water. Using alike suspensions, the modified EISA method called dose-controlled floating evaporative self-assembly (DFES) was employed to implement the self-assembly of SWNTs on the water/air interface and then deposit them on solid substrate by directed floating. Although the stripes were fabricated successfully by drops with certain doses and SWNT concentrations, there inevitably existed randomly oriented SWNTs from the water surface that built networks between the stripes containing well-aligned tubes. In order to slow down the evaporation rate and monitor the process detailedly, we used chlorobenzene as the solvent instead of chloroform and find the typical pinning/depinning movement of the CL. A preliminary analysis of the results in terms of chlorobenzene implied that the CL possibly followed the similar pinning/depinning process in consistence with our model with capillary bridge. In the last part of the thesis, the primary research on the optical properties of these stripes of ultrahigh purity semiconducting nanotubes was conducted by fluorescence microscopy and photoluminescence excitation (PLE) spectroscopy. The energy transfer of the photogenerated excitons was confirmed between different tube species with controlled band gaps. In short, the experiments performed in this thesis allowed to gain new insights about the fabrication of large-area SWNT thin films by the cost-effective solution-processed method and most importantly to uncover its intrinsic mechanism as well. Combined with the separation and selection technique like density gradient centrifugation or polyfluorene derivatives assisted method, highly monodisperse semiconducting nanotubes could be deposited into organized, controllable and functional arrays. Beyond the ambient conditions, precise control for the evaporation under preset temperature and vapor pressure could possibly extend the technique to the industry level. Assisted by some other mature techniques such as roll-to-roll printing, the cost-effective method could be widely used in the manufacture of various thin film devices. More complex 2D or even 3D structures could be designed and accomplished by the method for the functional or stretchable requirements. Further research on the fundamental exciton transition and diffusion in different networks or structures of SWNTs will be the significant precondition for the real applications. Looking ahead, from the individual carbon nanotube to its thin film, this promising material with outstanding properties had many challenges to overcome before the real-world applications. Thanks to the availability of pure and well-defined materials, the scalable solution-processed approaches for fabrication of thin films should be able to unlock the potential of carbon nanotubes and exploit them in (opto-)electronic devices in the foreseeing future.},
  subject      = {Kohlenstoff-Nanor{\"o}hre},
  language  = {en}
}
@article{FiedlerElKarehEremeevetal.2014,
  author    = {Fiedler, Sebastian and El-Kareh, Lydia and Eremeev, Sergey V. and Tereshchenko, Oleg E. and Seibel, Christoph and Lutz, Peter and Kokh, Konstantin A. and Chulkov, Evgueni V. and Kuznetsova, Tatyana V. and Grebennikov, Vladimir I. and Bentmann, Hendrik and Bode, Matthias and Reinert, Friedrich},
  title     = {Defect and structural imperfection effects on the electronic properties of BiTeI surfaces},
  series = {New Journal of Physics},
  volume    = {16},
  journal   = {New Journal of Physics},
  number    = {075013},
  issn      = {1367-2630},
  doi       = {10.1088/1367-2630/16/7/075013},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-119467},
  year      = {2014},
  abstract  = {The surface electronic structure of the narrow-gap seminconductor BiTeI exhibits a large Rashba-splitting which strongly depends on the surface termination. Here we report on a detailed investigation of the surface morphology and electronic properties of cleaved BiTeI single crystals by scanning tunneling microscopy, photoelectron spectroscopy (ARPES, XPS), electron diffraction (SPA-LEED) and density functional theory calculations. Our measurements confirm a previously reported coexistence of Te- and I-terminated surface areas originating from bulk stacking faults and find a characteristic length scale of ~100 nm for these areas. We show that the two terminations exhibit distinct types of atomic defects in the surface and subsurface layers. For electronic states resided on the I terminations we observe an energy shift depending on the time after cleavage. This aging effect is successfully mimicked by depositon of Cs adatoms found to accumulate on top of the I terminations. As shown theoretically on a microscopic scale, this preferential adsorbing behaviour results from considerably different energetics and surface diffusion lengths at the two terminations. Our investigations provide insight into the importance of structural imperfections as well as intrinsic and extrinsic defects on the electronic properties of BiTeI surfaces and their temporal stability.},
  language  = {en}
}
@article{BrueningWehnerHausneretal.2016,
  author    = {Br{\"u}ning, Christoph and Wehner, Johannes and Hausner, Julian and Wenzel, Michael and Engel, Volker},
  title     = {Exciton dynamics in perturbed vibronic molecular aggregates},
  series = {Structural Dynamics},
  volume    = {3},
  journal   = {Structural Dynamics},
  doi       = {10.1063/1.4936127},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-126085},
  pages     = {043201},
  year      = {2016},
  abstract  = {A site specific perturbation of a photo-excited molecular aggregate can lead to a localization of excitonic energy. We investigate this localization dynamics for laser-prepared excited states. Changing the parameters of the electric field significantly influences the exciton localization which offers the possibility for a selective control of this process. This is demonstrated for aggregates possessing a single vibrational degree of freedom per monomer unit. It is shown that the effects identified for the molecular dimer can be generalized to larger aggregates with a high density of vibronic states.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Spaeth2015,
  author    = {Sp{\"a}th, Florian Leonhard},
  title     = {Pr{\"a}paration und Charakterisierung einwandiger Kohlenstoffnanorohr-Polyfluoren-Komplexe},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-123874},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Im Fokus dieser Arbeit standen (6,5)-SWNT-PFO-BPy-Komplexe als Vertreter f{\"u}r polyfluorenstabilisierte, einwandige Kohlenstoffnanor{\"o}hren. In einem ersten Projekt wurden pr{\"a}parative Verfahren zur Dispergierung und Abscheidung dieser Proben weiterentwickelt. Es ist gelungen, die Ansatzgr{\"o}ße von 15 mL auf 200 mL hochzuskalieren sowie d{\"u}nne SWNT-Filme {\"u}ber Rotationsbeschichtung herzustellen. Des Weiteren wurde die lichtinduzierte Dynamik in halbleitenden SWNTs von der ps- bis zur µs-Zeitskala untersucht. Hier wurde ein umfassendes Bild zur Singulett- und Triplett-Exzitonendynamik in halbleitenden Kohlenstoffnanor{\"o}hren gezeichnet, welches maßgeblich durch diffusionslimitierte Prozesse gepr{\"a}gt ist. Abschließend wurde eine Methode vorgestellt, mit der sich Informationen zur Struktur von SWNT-Polymer-Komplexen und anderen supramolekularen Systemen gewinnen lassen. Diese basiert auf der Kombination von polarisationswinkelaufgel{\"o}ster Absorptionsspektroskopie an anisotropen Proben und globaler Datenanalyse.},
  subject      = {Kohlenstoff-Nanor{\"o}hre},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Bergler2015,
  author    = {Bergler, Felix},
  title     = {Photolumineszenzbasierte Untersuchung der Struktur und der thermodynamischen Bildungsparameter mizellar stabilisierter (6,5)-Kohlenstoffnanor{\"o}hren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-123586},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {In dieser Arbeit werden die Wechselwirkungen zwischen der Oberfl{\"a}che von Kohlenstoffnanor{\"o}hren und verschiedenen Dispergierreagenzien anhand der Photolumineszenz (PL) der (6,5)-Nanor{\"o}hren untersucht. Um den Einfluss der verschiedenen Reagenzien auf die exzitonischen Eigenschaften und die PL-Emission zu quantifizieren, wurden die Dispergierreagenzien ausgetauscht, die Temperaturabh{\"a}ngigkeit bestimmt und die Konzentration der Reagenzien variiert. Die Dispergierreagenzien eines immobilisierten, SC-stabilisierten (6,5)-SWNT-Ensembles wurden im Mikrofluidikkanal ausgetauscht. Wird der Kanal mit Wasser gesp{\"u}lt, verringern sich die PL-Intensit{\"a}t und die Emissionsenergie, da der Wasserfluss die Tensidmolek{\"u}le von der Oberfl{\"a}che entfernt. Beim Austausch einer DOC-Umgebung gegen Wasser nimmt die PL-Intensit{\"a}t ebenfalls ab und die PL-Emissionsenergie verringert sich. Die Austauschexperimente verlaufen reversibel und der instantane Anstieg der Emissionsenergie bei der Tensidadsorption weist auf eine kooperative Anlagerung hin. Deshalb ist anzunehmen, dass sich Tensid-SWNT-Heteromizellen ausbilden. Anschließend werden die Emissionsenergie und die PL-Intensit{\"a}t in verschiedenen Dispergierreagenzien und in Wasser verglichen. Die gr{\"o}ßte Emissionsenergie und PL-Intensit{\"a}t werden w{\"a}hrend des Wechsels von einer SDS- zu einer (GT)16-L{\"o}sung gemessen. Dies kann auf die l{\"u}ckenlose Bedeckung der SWNT-Oberfl{\"a}che mit einer heterogenen Schicht aus SDS-Molek{\"u}len und (GT)16-Str{\"a}ngen zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. In reiner SDS-Umgebung emittieren die Nanor{\"o}hren Licht mit der zweith{\"o}chsten Energie, aber die PL-Intensit{\"a}t liegt unter der in einer SC-Umgebung. Die Emissionsenergie in der SC-Umgebung ist geringer und davon abh{\"a}ngig, ob die SWNTs bereits mit (GT)16-Str{\"a}ngen stabilisiert waren, da dies eine permanente Rotverschiebung der Emissionsenergie in der SC-Umgebung sowie eine verringerte PL-Intensit{\"a}t verursacht. In w{\"a}ssriger Umgebung verringert sich nach erfolgtem (GT)16-Kontakt die PL-Intensit{\"a}t dauerhaft. Danach wurde die Anlagerung von Tensidmolek{\"u}len an die (6,5)-SWNT-Oberfl{\"a}che in Suspensionen mit der Temperatursprungmethode untersucht. Die Temperatur im Mikrofluidikkanal wurde anhand der linearen Abnahme der Emissionsenergie SC- und DOC-stabilisierter SWNTs mit steigender Temperatur bestimmt. Die Suspensionstemperatur ist in den verschiedenen Temperatursprungexperimenten unabh{\"a}ngig von der Messposition im Mikrofluidikkanal und wird durch die absolute Position auf den Peltier-Elementen bestimmt. Zudem stimmen die im Kanal gemessenen Temperaturen f{\"u}r SC- und DOC-stabilisierte (6,5)-SWNTs {\"u}berein, weshalb in diesem Experiment nicht die erwartete Einstellung eines Gleichgewichts wie in einem Temperatursprungexperiment der Fall, sondern die Momentantemperatur gemessen wird. Die schnelle Gleichgewichtseinstellung zwischen freien und auf der SWNT-Oberfl{\"a}che adsorbierten Tensidmolek{\"u}len beim Temperatursprung zeigt, dass die SC- und DOC-(6,5)-SWNT-Suspensionen thermochrome Farbstoffe sind. Wegen der Temperaturabh{\"a}ngigkeit der Emissionsenergie ist es bei wissenschaftlichen Arbeiten wichtig, neben dem verwendeten Dispergierreagenz auch die Temperatur der SWNT-Suspension anzugeben. Abschließend wurden die kritischen Mizellenkonzentrationen von Tensid-SWNT-Suspensionen in Verd{\"u}nnungsexperimenten und daraus die thermodynamischen Bildungsparameter der Tensid-SWNT-Heteromizellen ermittelt. In der temperaturabh{\"a}ngigen Analyse der SC-SWNT-Mizellenbildung wird ein konstanter Hill-Koeffizient erhalten, der die Mizellenbildung als positiv kooperativ klassifiziert. F{\"u}r die Bestimmung der Freien Mizellierungsenthalpie wurden nur die CMCs aus den Verd{\"u}nnungsexperimenten verwendet, da die Mizellenbildung bei der Aufkonzentration teils kinetisch gehemmt ist. Da die Freie Mizellierungsenthalpie bei allen Temperaturen negativ ist, stabilisiert die Bildung der Heteromizellen das System. Die Triebkraft f{\"u}r die Mizellenbildung ist {\"u}ber 322 K die Enthalpie, w{\"a}hrend unterhalb von 316 K der Entropiegewinn dominiert. Die Verd{\"u}nnung einer DOC-SWNT-Suspension zeigt keine {\"A}nderung der Emissionsenergie, obwohl dabei sowohl die prim{\"a}re als auch die sekund{\"a}re CMC von DOC unterschritten werden. Zuletzt wurden die Verd{\"u}nnungsexperimente mit einer SDS-SWNT-Suspension durchgef{\"u}hrt und die thermodynamischen Parameter der Mizellenbildung bestimmt. Da auf die Aufl{\"o}sung der Mizellenstruktur direkt die Aggregation der SWNTs folgt, wurde f{\"u}r die Ermittlung der CMC n{\"a}herungsweise die Konzentration am Maximum der Emissionsenergie verwendet. Daraus ergibt sich bei jeder Temperatur eine negative Freie Mizellierungsenthalpie, deren Beitr{\"a}ge analog zu SC bei kleineren Temperaturen als 323 K entropisch und bei h{\"o}heren Temperaturen enthalpisch dominiert werden. Somit erm{\"o}glichen die Experimente mit SC- und SDS-SWNT-Suspensionen die temperaturabh{\"a}ngige Bestimmung der CMC und damit die Berechnung der Freien Mizellierungsenthalpie sowie der zugeh{\"o}rigen enthalpischen und entropischen Beitr{\"a}ge.},
  subject      = {Kohlenstoff-Nanor{\"o}hre},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Macher2021,
  author    = {Macher, Sven},
  title     = {On the Effects of Moisture on Polymer-Based Electrochromic Devices},
  doi       = {10.25972/OPUS-24240},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-242407},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {The present work builds on a conjugated electrochromic polymer with a highly transmissive and colorless bright state and its application in electrochromic devices. The main body of this work focuses on the investigation of the influence of moisture on electrochromic devices and solutions to overcome possible degradation of these devices due to moisture ingress. Firstly, a series of EDOT derivatives with a terminal double bond in the lateral sidechain to potentially achieve a highly transmissive and fully colorless bright state was investigated. All of the EDOT derivatives were electrochemically polymerized and characterized by means of (in-situ) spectroelectrochemistry. The results highlight the dramatic influence of the terminal double bond on the improved visible light transmittance and color neutrality in the bright state. After detailed evaluation and comparison, the best performing compound, which contains a hexenyl sidechain (PEDOT-EthC6), was scaled-up by changing the deposition technique from an electrochemical to a chemical in-situ polymerization process on a R2R-pilot line in an industrially relevant environment. The R2R-processed PEDOTEthC6 half-cells were characterized in detail and provide enhanced electrochromic properties in terms of visible light transmittance and color neutrality in the bright state as well as short response times, improved contrast ratio, coloration efficiency and cycling stability (10 000 cycles).[21] In a second step, the novel PEDOT-EthC6 electrochromic polymer was combined with a Prussian Blue counter electrode and a solid polymer electrolyte to form an all-solid-sate ECDs based on complementary switching electrodes and PET-ITO as flexible substrates. The fabricated ECDs were optically and spectroelectrochemically characterized. Excellent functionality of the S2S-processed flexible ECDs was maintained throughout 10 000 switching cycles under laboratory conditions. The ECDs offer enhanced electrochromic properties in terms of visible light transmittance change and color neutrality in the bright state as well as contrast ratio, coloration efficiency, cycling stability and fast response times. Furthermore, the final device assembly was transferred from a S2S-process to a continuous R2R-lamination process.[238] In a third step, the PEDOT-EthC6/PB-based ECDs were submitted to conscious environmental aging tests. The emphasis of the research presented in this work, was mainly put at the influence of moisture and possible failure mechanisms regarding the PEDOT-EthC6/PB based ECDs. An intense brown coloration of the electrodes was observed while cycling the ECDs in humid atmospheres (90\% rH) as a major degradation phenomenon. The brown coloration and a thereby accompanied loss of conductivity of the PET-ITO substrates was related to significant degradation of the ITO layers, inserted as the conductive layers in the flexible ECDs. A dissolution of the ITO thin films and formation of metallic indium particles on the surface of the ITO layers was observed that harmed the cycling stability enormously. The conductive layers of the aged ECDs were investigated by XRD, UV-Vis, SEM and spectroelectrochemical measurements and validated the supposed irreversible reduction of the ITO layers.[279] In the absence of reasonable alternatives to PET-ITO for flexible (R2R-processed) ECDs, it is also important to investigate measures to avoid the degradation of ECDs. This is primarily associated with the avoidance of appropriate electrode potentials necessary for ITO reduction in humid atmospheres. As an intrinsic action point, the electrode potentials were investigated via electrochemical measurements in a three-electrode setup of an all-solid-state ECD. Extensive knowledge on the electrode potentials allowed the voltage-induced degradation of the ITO in flexible ECDs to be avoided through the implementation of an unbalanced electrode configuration (charge density ratio of working and counter electrode). It was possible to narrow the overall operational voltage window to an extent in which irreversible ITO reduction no longer occurs. The unbalanced electrode configuration lead to an improved cycling stability without harming other characteristics such as response time and light transmittance change and allows ECD operation in the presence of humidity.[279] The avoidance of the mentioned degradation phenomena is further associated with appropriate sealing methods and materials as well as appropriate electrode and device fabrication processes. Since a variety of sealing materials is commercially available, due to the commercial launch of organic photovoltaic (OPV) and light emitting diodes (OLEDs), the focus in the present work was put to water-free electrode fabrication. As an extrinsic action point, a novel preparation method of a nanoscale PEDOT-EthC6 dispersion based on organic solvents is presented here in a final step. The water-free processing method gives access to straightforward printing and coating processes on flexible PET-ITO substrates and thus represents a promising and simplified alternative to the established PEDOT:PSS. The resulting nano-PEDOT-EthC6 thin films exhibit enhanced color neutrality and transmissivity in the bright state and are comparable to the properties of the in-situ polymerized PEDOT-EthC6 thin films.[280]},
  subject      = {Elektrochromie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Mueller2022,
  author    = {M{\"u}ller, Stefan},
  title     = {Coherent Multiple-Quantum Multidimensional Fluorescence Spectroscopy},
  doi       = {10.25972/OPUS-24411},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-244113},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {This thesis describes novel concepts for the measurement of the static and dynamic properties of the electronic structure of molecules and nanocrystals in the liquid phase by means of coherent fluorescence-detected spectroscopy in two and three frequency dimensions. These concepts are based on the systematic variation ("phase cycling") of a sequence of multiple time-delayed femtosecond excitation pulses in order to decode a multitude of novel nonlinear signals from the resulting phase-dependent fluorescence signal. These signals represent any permutation of correlations between zero-, one-, two-, and three-quantum coherences. To this end, two new phase-cycling schemes have been developed which can simultaneously resolve and discriminate several nonlinear signals of sixth order, including those of the fourth order of nonlinearity. By means of the sixth-order signals recorded in this work, static properties of highly excited electronic states in molecules such as their energies, transition dipole moments, and relative displacement of electronic potential surfaces, as well as dynamic properties in terms of their relaxation kinetics, can be ascertained. Furthermore, it was shown that these signals are suitable for the characterization of exciton-exciton correlations in colloidal quantum dots and for the measurement of ultrafast exciton-exciton annihilation in molecular aggregates. The experiments performed in this thesis mark an important step towards the complete characterization of the nonlinear response of quantum systems. In view of this, the concept of fluorescence-detected multiple-quantum coherence multidimensional spectroscopy introduced here offers a unified, systematic approach. In virtue of the technical advantages such as the use of a single excitation beam and the absence of nonresonant contributions, the measurement protocols developed here can be directly transferred to other incoherent observables and to sample systems in other states of matter. Furthermore, the approaches presented here can be systematically extended to higher frequency dimensions and higher orders of nonlinearity.},
  subject      = {Coherent Multidimensional Spectroscopy},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kess2016,
  author    = {Keß, Martin},
  title     = {Wellenfunktionsbasierte Beschreibung der zweidimensionalen vibronischen Spektroskopie von molekularen Aggregaten und Ladungstransfersystemen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-136458},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Diese Arbeit befasst sich mit zeitaufgel{\"o}sten Prozessen in molekularen Systemen. Dabei wurde sowohl die Wellenpaketdynamik nach Photoanregung betrachtet als auch spektrale Eigenschaften mittels Absorptions- und zweidimensionaler Spektroskopie untersucht. Zun{\"a}chst widmet sich die Arbeit der Wellenpaket- und Populationsdynamik in zwei diabatischen, gekoppelten Zust{\"a}nden. Nach impulsiver Anregung aus dem zu Beginn besetzten Zustand treten in der Populationsdynamik zwei deutlich verschiedene Oszillationen auf. Der langsamer variierende Populationstransfer besitzt die Periodendauer der Vibrationsbewegung und ist auf einen Wechsel der Zust{\"a}nde beim Durchlaufen des Wellenpakets durch die Kreuzungsregion der diabatischen Potentiale zur{\"u}ckzuf{\"u}hren. Die ultraschnelle Komponente mit einer Periodendauer von etwa 4 fs l{\"a}sst sich als eine Art Rabi-Oszillation beschreiben, die durch die (zeitunabh{\"a}ngige) Kopplung hervorgerufen wird. Sie wurde mit Hilfe von analytischen Berechnungen ausf{\"u}hrlich charakterisiert. Damit dieser Prozess auftreten kann m{\"u}ssen mehrere Bedingungen erf{\"u}llt werden: Das Wellenpaket muss {\"u}ber die Dauer der Oszillationen ann{\"a}hernd {\"o}rtlich lokalisiert bleiben; dies ist an den Umkehrpunkten der Wellenpaketsbewegung der Fall. Die Amplitude der Oszillationen in den Populationen ist proportional zum Verh{\"a}ltnis der Kopplung zum Energieabstand der Zust{\"a}nde. Deshalb muss an den station{\"a}ren Stellen die Kopplung groß im Vergleich zum Energieabstand sein. Die Amplitude der Oszillationen h{\"a}ngt außerdem von dem Populationsverh{\"a}ltnis und den Phasen der Komponenten des Wellenpakets in den beiden Zust{\"a}nden ab. Die ultraschnellen Oszillationen bleiben auch in mehrdimensionalen Systemen mit unterschiedlichen Vibrationsfrequenzen je Freiheitsgrad erhalten. Das gleiche Modell wurde benutzt, um Ladungstransferprozesse mittels linearer und 2D-Spektroskopie zu untersuchen. Eine Kopplung an die Umgebung wurde, aufbauend auf einer Quanten-Master-Gleichung in Markov-N{\"a}herung, wellenfunktionsbasiert mittels eines Quantum-Jump-Algorithmus mit expliziter Dephasierung beschrieben. Dabei findet mit vorher definierten Wahrscheinlichkeiten zu jedem Zeitschritt einer von drei stochastischen Prozessen statt. Neben koh{\"a}renter Propagation k{\"o}nnen Spr{\"u}nge in einen anderen Eigenzustand des Systems und Dephasierungen auftreten. Zwei Dissipationsparameter spielen dabei eine Rolle. Dies ist zum einen die St{\"a}rke der System-Bad-Kopplung, welche die Gesamtrate der Energierelaxation beschreibt. Weiterhin beeinflusst die Dephasierungskonstante den Verlust koh{\"a}renter Phasen ohne Energie{\"a}nderung. Fallenzust{\"a}nde wurden identifiziert, die durch sehr geringe Sprungraten in niedrigere Zust{\"a}nde charakterisiert sind. Die Langlebigkeit kann durch die Form der Eigenfunktionen erkl{\"a}rt werden, die eine deutlich andere Wahrscheinlichkeitsverteilung als die der Nicht-Fallenzust{\"a}nde besitzen. Dadurch werden die in die Sprungraten eingehenden Matrixelemente klein. Das Absorptionsspektrum zeigt Peaks an der Stelle der Fallenzust{\"a}nde, da nur die Eigenfunktionen der Fallenzust{\"a}nde große Franck-Condon-Faktoren mit der Anfangswellenfunktion besitzen. Verschiedene Kombinationen der Dissipationsparameter f{\"u}hren zu {\"A}nderungen der relativen Peakintensit{\"a}ten und der Peakbreiten. Die 2D-Spektren des Ladungstransfersystems werden st{\"o}rungstheoretisch {\"u}ber die Polarisation dritter Ordnung berechnet. Sie zeigen viele eng nebeneinander liegende Peaks in einer schachbrettmusterf{\"o}rmigen Anordnung, die sich auf {\"U}berg{\"a}nge unter Mitwirkung der Fallenzust{\"a}nde zur{\"u}ckf{\"u}hren lassen. H{\"o}here System-Bad-Kopplungen f{\"u}hren aufgrund der effizienten Energiedissipation zu einer Verschiebung zu kleineren Energien. Peaks, die mit schneller zerfallenden Fallenzust{\"a}nden korrespondieren, bleichen schneller aus. H{\"o}here Dephasierungskonstanten resultieren in verbreiterten Peaks. Um den Einfluss der Dissipation genauer zu charakterisieren, wurden gefilterte 2D-Spektren betrachtet. Dazu wurden Ausschnitte der Polarisation dritter Ordnung zu verschiedenen Zeiten fouriertransformiert. L{\"a}ngere Zeiten f{\"u}hren zu einer effektiveren Energierelaxation entlang der entsprechenden Zeitvariablen. Die Entv{\"o}lkerung der h{\"o}her liegenden Zust{\"a}nde l{\"a}sst sich somit zeit- und energieaufgel{\"o}st betrachten. Weiterhin wurde gezeigt, dass sich der Zerfall eines einzelnen Peaks mit dem Populationsabfall des damit korrespondierenden Eigenzustandes in Einklang bringen l{\"a}sst, obwohl die Zuordnung der Peaks im 2D-Spektrum zu {\"U}berg{\"a}ngen zwischen definierten Eigenzust{\"a}nden nicht eindeutig ist. Mit dem benutzten eindimensionalen Modell k{\"o}nnen auch Ladungstransferprozesse in organischen gemischtvalenten Verbindungen beschrieben werden. Es wurde die Frage untersucht, welche Prozesse nach einem optisch induzierten Energietransfer in solchen Systemen ablaufen. Experimentelle Daten (aufgenommen im Arbeitskreis von Prof. Lambert) deuten auf eine schnelle interne Konversion (IC) gefolgt von Thermalisierung hin. Um dies theoretisch zu {\"u}berpr{\"u}fen, wurden Absorptionsspektren bei verschiedenen Temperaturen berechnet und mit den gemessenen transienten Spektren verglichen. Es findet sich, abh{\"a}ngig von der St{\"a}rke der elektronischen Kopplung, eine sehr gute bis gute {\"U}bereinstimmung, was die Annahme eines schnellen ICs st{\"u}tzt. Im letzten Teil der Arbeit wurden vibronische 2D-Spektren von molekularen Aggregaten betrachtet. Dazu wurde die zeitabh{\"a}ngige Schr{\"o}dingergleichung f{\"u}r ein Monomer-, Dimer- und Trimersystem mit der Multi-Configuration Time-Dependent Hartree-Methode gel{\"o}st und die Polarisation nicht-st{\"o}rungstheoretisch berechnet. Der Hamiltonoperator des Trimers umfasst hierbei sieben gekoppelte elektronische Zust{\"a}nde und drei bzw. sechs Vibrationsfreiheitsgrade. Der betrachtete Photonenecho-Beitrag der Polarisation wurde mittels phasencodierter Laserpulse extrahiert. Die resultierenden Spektren sind geometrieabh{\"a}ngig, ein Winkel zwischen den {\"U}bergangsdipolmomenten der Monomere von 0° (180°) resultiert in einem H-Aggregat (J-Aggregat). Die Lage und Intensit{\"a}t der Peaks im rein elektronischen Trimer wurde analytisch erl{\"a}utert. Die Spektren unter Einbeziehung der Vibration zeigen eine ausgepr{\"a}gte vibronische Struktur. Es wurde gezeigt, wie die Spektren f{\"u}r h{\"o}here Aggregationsgrade durch die h{\"o}here Dichte an vibronischen Zust{\"a}nden komplexer werden. Im J-Aggregat ist mit zunehmender Aggregation eine st{\"a}rkere Rotverschiebung zu sehen. Das Spektrum des H-Aggregats zeigt eine im Vergleich zum J-Aggregat kompliziertere Struktur. Die Verwendung zweier Vibrationsfreiheitsgrade je Monomer f{\"u}hrt zu Spektren mit {\"u}berlappenden Peaks und einer zus{\"a}tzlichen vibronischen Progression. Der Vergleich von Spektren verschiedener Mischungen von Monomer, Dimer und Trimer, entsprechend einem von Temperatur und Konzentration abh{\"a}ngigen Aggregationsgrad, zeigt den Einfluss dieser experimentellen Faktoren. Schließlich wurden m{\"o}gliche Ans{\"a}tze aufgezeigt, anhand der Spektren auf den Aggregationsgrad zu schließen.},
  subject      = {Quantenmechanik},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Koch2016,
  author    = {Koch, Federico Juan},
  title     = {Structure-Dependent Ultrafast Relaxation Dynamics in Multichromophoric Systems},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-136306},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Time-resolved spectroscopy allows for analyzing light-induced energy conversion and chromophore-chromophore interactions in molecular systems, which is a prerequisite in the design of new materials and for improving the efficiency of opto-electronic devices. To elucidate photo-induced dynamics of complex molecular systems, transient absorption (TA) and coherent two-dimensional (2D) spectroscopy were employed and combined with additional experimental techniques, theoretical approaches, and simulation models in this work. A systematic series of merocyanines, synthetically varied in the number of chromophores and subsitution pattern, attached to a benzene unit was investigated in cooperation with the group of Prof. Dr. Frank W{\"u}rthner at the University of W{\"u}rzburg. The global analysis of several TA experiments, and additional coherent 2D spectroscopy experiments, provided the basis to elaborate a relaxation scheme which was applicable for all merocyanine systems under investigation. This relaxation scheme is based on a double minimum on the excited-state potential energy surface. One of these minima is assigned to an intramolecular charge-transfer state which is stabilized in the bis- and tris-chromophoric dyes by chromphore-chromophore interactions, resulting in an increase in excited-state lifetime. Electro-optical absorption and density functional theory (DFT) calculations revealed a preferential chromophore orientation which compensates most of the dipole moment of the individual chromophores. Based on this structural assignment the conformationdependent exciton energy splitting was calculated. The linear absorption spectra of the multi-chromophoric merocyanines could be described by a combination of monomeric and excitonic spectra. Subsequently, a structurally complex polymeric squaraine dye was studied in collaboration with the research groups of Prof. Dr. Christoph Lambert and Prof. Dr. Roland Mitric at the University of W{\"u}rzburg. This polymer consists of a superposition of zigzag and helix structures depending on the solvent. High-level DFT calculations confirmed the previous assignment that zigzag and helix structures can be treated as J- and H-aggregates, respectively. TA experiments revealed that in dependence on the solvent as well as the excitation energy, ultrafast energy transfer within the squaraine polymer proceeds from initially excited helix segments to zigzag segments or vice versa. Additionally, 2D spectroscopy confirmed the observed sub-picosecond dynamics. In contrast to other conjugated polymers such as MEH-PPV, which is investigated in the last chapter, ultrafast energy transfer in squaraine polymers is based on the matching of the density of states between donor and acceptor segments due to the small reorganization energy in cyanine-like chromophores. Finally, the photo-induced dynamics of the aggregated phase of the conjugated polymer MEH-PPV was investigated in cooperation with the group of Prof. Dr. Anna K{\"o}hler at the University of Bayreuth. Our collaborators had previously described the aggregation of MEH-PPV upon cooling by the formation of so-called HJ-aggregates based on exciton theory. By TA measurements and by making use of an affiliated band analysis distinct relaxation processes in the excited state and to the ground state were discriminated. By employing 2D spectroscopy the energy transfer between different conjugated segments within the aggregated polymer was resolved. The initial exciton relaxation within the aggregated phase indicates a low exciton mobility, in contrast to the subsequent energy transfer between different chromophores within several picoseconds. This work contributes by its systematic study of structure-dependent relaxation dynamics to the basic understanding of the structure-function relationship within complex molecular systems. The investigated molecular classes display a high potential to increase efficiencies of opto-electronic devices, e.g., organic solar cells, by the selective choice of the molecular morphology.},
  subject      = {Femtosekundenspektroskopie},
  language  = {en}
}
@article{RudolfKanalGehrigetal.2013,
  author    = {Rudolf, P. and Kanal, F. and Gehrig, D. and Niesel, J. and Brixner, T. and Schatzschneider, U. and Nuernberger, P.},
  title     = {Femtosecond mid-infrared study of the aqueous solution photochemistry of a CO-releasing molecule (CORM)},
  series = {EPJ Web of Conferences},
  volume    = {41},
  journal   = {EPJ Web of Conferences},
  doi       = {10.1051/epjconf/20134105004},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-129104},
  pages     = {05004},
  year      = {2013},
  abstract  = {Ultraviolet irradiation of CO-releasing molecules (CORMs) in water eventually leads to the loss of several carbon monoxide ligands.We show for an exemplary manganese tricarbonyl CORM that only one ligand is photolyzed off on an ultrafast timescale and that some molecules may undergo geminate recombination.},
  language  = {en}
}