TY  - JOUR
A1  - Karak, Suvendu
A1  - Stepanenko, Vladimir
A1  - Addicoat, Matthew A.
A1  - Keßler, Philipp
A1  - Moser, Simon
A1  - Beuerle, Florian
A1  - Würthner, Frank
T1  - A Covalent Organic Framework for Cooperative Water Oxidation
JF  - Journal of the American Chemical Society
N2  - The future of water-derived hydrogen as the “sustainable energy source” straightaway bets on the success of the sluggish oxygen-generating half-reaction. The endeavor to emulate the natural photosystem II for efficient water oxidation has been extended across the spectrum of organic and inorganic combinations. However, the achievement has so far been restricted to homogeneous catalysts rather than their pristine heterogeneous forms. The poor structural understanding and control over the mechanistic pathway often impede the overall development. Herein, we have synthesized a highly crystalline covalent organic framework (COF) for chemical and photochemical water oxidation. The interpenetrated structure assures the catalyst stability, as the catalyst’s performance remains unaltered after several cycles. This COF exhibits the highest ever accomplished catalytic activity for such an organometallic crystalline solid-state material where the rate of oxygen evolution is as high as ∼26,000 μmol L\(^{–1}\) s\(^{–1}\) (second-order rate constant k ≈ 1650 μmol L s\(^{–1}\) g\(^{–2}\)). The catalyst also proves its exceptional activity (k ≈ 1600 μmol L s\(^{–1}\) g\(^{–2}\)) during light-driven water oxidation under very dilute conditions. The cooperative interaction between metal centers in the crystalline network offers 20–30-fold superior activity during chemical as well as photocatalytic water oxidation as compared to its amorphous polymeric counterpart.
KW  - water oxidation
KW  - sustainable energy source
KW  - covalent organic framework
KW  - catalyst
KW  - crystalline
KW  - catalysis
KW  - nanoparticles
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-287591
UR  - https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c07282
SN  - 0002-7863
VL  - 144
IS  - 38
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Sperlich, Andreas
A1  - Auth, Michael
A1  - Dyakonov, Vladimir
T1  - Charge transfer in ternary solar cells employing two fullerene derivatives: where do electrons go?
BT  - Dedicated to Prof. Sariciftci on the occasion of his 60th birthday
JF  - Israel Journal of Chemistry
N2  - Earlier reports demonstrated that ternary organic solar cells (OSC) made of donor polymers (D) blended with different mixtures of fullerene acceptors (A : A) performed very similarly. This finding is surprising, as the corresponding fullerene LUMO levels are slightly different, which might result in decisive differences in the charge transfer step. We investigate ternary OSC (D : A : A) made of the donor polymer P3HT with stoichiometric mixtures of different fullerene derivatives, PC\(_{60}\)BM : PC\(_{70}\)BM and PC\(_{70}\)BM : IC\(_{60}\)BA, respectively. Using quantitative electron paramagnetic resonance (EPR) we can distinguish between positive and negative polarons, localized on the specific molecules. We found that after the initial charge transfer step, the electrons are re-distributed over two nearby acceptors in agreement with their stoichiometry and their relative LUMO energy difference. Remarkably, the measured ΔLUMO differences in fullerene mixtures are reduced by an order of magnitude compared to that of the pristine materials, i. e., below 1 meV for PC\(_{60}\)BM : PC\(_{70}\)BM and (20±5) meV for PC\(_{70}\)BM : IC\(_{60}\)BA. Furthermore, we found that this reduced ΔLUMO explains the shift in open circuit voltage for D : A : A organic solar cells. We attribute these findings to hybridization, leading to an effective fullerene LUMO. Consequently, multi-acceptor blends are indeed a viable option for photodetectors and solar cells, as they combine the best electron acceptor and light absorbing properties.
KW  - ternary organic solar cells
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-257506
VL  - 62
IS  - 7-8
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Vogel, Patrick
A1  - Rückert, Martin Andreas
A1  - Friedrich, Bernhard
A1  - Tietze, Rainer
A1  - Lyer, Stefan
A1  - Kampf, Thomas
A1  - Hennig, Thomas
A1  - Dölken, Lars
A1  - Alexiou, Christoph
A1  - Behr, Volker Christian
T1  - Critical Offset Magnetic PArticle SpectroScopy for rapid and highly sensitive medical point-of-care diagnostics
JF  - Nature Communications
N2  - Magnetic nanoparticles (MNPs) have been adapted for many applications, e.g., bioassays for the detection of biomarkers such as antibodies, by controlled engineering of specific surface properties. Specific measurement of such binding states is of high interest but currently limited to highly sensitive techniques such as ELISA or flow cytometry, which are relatively inflexible, difficult to handle, expensive and time-consuming. Here we report a method named COMPASS (Critical-Offset-Magnetic-Particle-SpectroScopy), which is based on a critical offset magnetic field, enabling sensitive detection to minimal changes in mobility of MNP ensembles, e.g., resulting from SARS-CoV-2 antibodies binding to the S antigen on the surface of functionalized MNPs. With a sensitivity of 0.33 fmole/50 µl (≙7 pM) for SARS-CoV-2-S1 antibodies, measured with a low-cost portable COMPASS device, the proposed technique is competitive with respect to sensitivity while providing flexibility, robustness, and a measurement time of seconds per sample. In addition, initial results with blood serum demonstrate high specificity.
KW  - biochemical assays
KW  - characterization and analytical techniques
KW  - magnetic properties and materials
KW  - nanoparticles
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-300893
VL  - 13
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Stühler, R.
A1  - Kowalewski, A.
A1  - Reis, F.
A1  - Jungblut, D.
A1  - Dominguez, F.
A1  - Scharf, B.
A1  - Li, G.
A1  - Schäfer, J.
A1  - Hankiewicz, E. M.
A1  - Claessen, R.
T1  - Effective lifting of the topological protection of quantum spin Hall edge states by edge coupling
JF  - Nature Communications
N2  - The scientific interest in two-dimensional topological insulators (2D TIs) is currently shifting from a more fundamental perspective to the exploration and design of novel functionalities. Key concepts for the use of 2D TIs in spintronics are based on the topological protection and spin-momentum locking of their helical edge states. In this study we present experimental evidence that topological protection can be (partially) lifted by pairwise coupling of 2D TI edges in close proximity. Using direct wave function mapping via scanning tunneling microscopy/spectroscopy (STM/STS) we compare isolated and coupled topological edges in the 2D TI bismuthene. The latter situation is realized by natural lattice line defects and reveals distinct quasi-particle interference (QPI) patterns, identified as electronic Fabry-Pérot resonator modes. In contrast, free edges show no sign of any single-particle backscattering. These results pave the way for novel device concepts based on active control of topological protection through inter-edge hybridization for, e.g., electronic Fabry-Pérot interferometry.
KW  - topological insulators
KW  - two-dimensional materials
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-300886
VL  - 13
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Herz, Stefan
A1  - Stefanescu, Maria R.
A1  - Lohr, David
A1  - Vogel, Patrick
A1  - Kosmala, Aleksander
A1  - Terekhov, Maxim
A1  - Weng, Andreas M.
A1  - Grunz, Jan-Peter
A1  - Bley, Thorsten A.
A1  - Schreiber, Laura M.
T1  - Effects of image homogeneity on stenosis visualization at 7 T in a coronary artery phantom study: With and without B1-shimming and parallel transmission
JF  - PloS One
N2  - Background
To investigate the effects of B\(_1\)-shimming and radiofrequency (RF) parallel transmission (pTX) on the visualization and quantification of the degree of stenosis in a coronary artery phantom using 7 Tesla (7 T) magnetic resonance imaging (MRI).

Methods
Stenosis phantoms with different grades of stenosis (0%, 20%, 40%, 60%, 80%, and 100%; 5 mm inner vessel diameter) were produced using 3D printing (clear resin). Phantoms were imaged with four different concentrations of diluted Gd-DOTA representing established arterial concentrations after intravenous injection in humans. Samples were centrally positioned in a thorax phantom of 30 cm diameter filled with a custom-made liquid featuring dielectric properties of muscle tissue. MRI was performed on a 7 T whole-body system. 2D-gradient-echo sequences were acquired with an 8-channel transmit 16-channel receive (8 Tx / 16 Rx) cardiac array prototype coil with and without pTX mode. Measurements were compared to those obtained with identical scan parameters using a commercially available 1 Tx / 16 Rx single transmit coil (sTX). To assess reproducibility, measurements (n = 15) were repeated at different horizontal angles with respect to the B0-field.

Results
B\(_1\)-shimming and pTX markedly improved flip angle homogeneity across the thorax phantom yielding a distinctly increased signal-to-noise ratio (SNR) averaged over a whole slice relative to non-manipulated RF fields. Images without B\(_1\)-shimming showed shading artifacts due to local B\(_1\)\(^+\)-field inhomogeneities, which hampered stenosis quantification in severe cases. In contrast, B\(_1\)-shimming and pTX provided superior image homogeneity. Compared with a conventional sTX coil higher grade stenoses (60% and 80%) were graded significantly (p<0.01) more precise. Mild to moderate grade stenoses did not show significant differences. Overall, SNR was distinctly higher with B\(_1\)-shimming and pTX than with the conventional sTX coil (inside the stenosis phantoms 14%, outside the phantoms 32%). Both full and half concentration (10.2 mM and 5.1 mM) of a conventional Gd-DOTA dose for humans were equally suitable for stenosis evaluation in this phantom study.

Conclusions
B\(_1\)-shimming and pTX at 7 T can distinctly improve image homogeneity and therefore provide considerably more accurate MR image analysis, which is beneficial for imaging of small vessel structures.
KW  - stenosis
KW  - magnetic resonance imaging
KW  - thorax
KW  - in vivo imaging
KW  - coronary arteries
KW  - image processing
KW  - 3D printing
KW  - signal to noise ratio
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-300129
VL  - 17
IS  - 6
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wyborski, Paweł
A1  - Podemski, Paweł
A1  - Wroński, Piotr Andrzej
A1  - Jabeen, Fauzia
A1  - Höfling, Sven
A1  - Sęk, Grzegorz
T1  - Electronic and optical properties of InAs QDs grown by MBE on InGaAs metamorphic buffer
JF  - Materials
N2  - We present the optical characterization of GaAs-based InAs quantum dots (QDs) grown by molecular beam epitaxy on a digitally alloyed InGaAs metamorphic buffer layer (MBL) with gradual composition ensuring a redshift of the QD emission up to the second telecom window. Based on the photoluminescence (PL) measurements and numerical calculations, we analyzed the factors influencing the energies of optical transitions in QDs, among which the QD height seems to be dominating. In addition, polarization anisotropy of the QD emission was observed, which is a fingerprint of significant valence states mixing enhanced by the QD confinement potential asymmetry, driven by the decreased strain with increasing In content in the MBL. The barrier-related transitions were probed by photoreflectance, which combined with photoluminescence data and the PL temperature dependence, allowed for the determination of the carrier activation energies and the main channels of carrier loss, identified as the carrier escape to the MBL barrier. Eventually, the zero-dimensional character of the emission was confirmed by detecting the photoluminescence from single QDs with identified features of the confined neutral exciton and biexciton complexes via the excitation power and polarization dependences.
KW  - molecular beam epitaxy
KW  - quantum dot
KW  - metamorphic buffer layer
KW  - band structure
KW  - photoluminescence
KW  - photoreflectance
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-297037
SN  - 1996-1944
VL  - 15
IS  - 3
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fijalkowski, Kajetan Maciej
T1  - Electronic Transport in a Magnetic Topological Insulator (V,Bi,Sb)\(_2\)Te\(_3\)
T1  - Elektronischer Transport in einem magnetischen topologischen Isolator (V,Bi,Sb)\(_2\)Te\(_3\)
N2  - This thesis focuses on investigating magneto-transport properties of a ferromagnetic topological insulator (V,Bi,Sb)2Te3. This material is most famously known for exhibiting the quantum anomalous Hall effect, a novel quantum state of matter that has opened up possibilities for potential applications in quantum metrology as a quantum standard of resistance, as well as for academic investigations into unusual magnetic properties and axion electrodynamics. All of those aspects are investigated in the thesis.
N2  - Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Untersuchung der Magneto-Transporteigenschaften des ferromagnetischen topologischen Isolators (V,Bi,Sb)2Te3. Dieses Material ist vor allem dafür bekannt, dass es den quantenanormalen Hall-Effekt aufweist, einen neuartigen Quantenzustand der Materie, der Möglichkeiten für potenzielle Anwendungen in der Quantenmetrologie als Quantenstandard des Widerstands sowie für wissenschaftliche Untersuchungen zu ungewöhnlichen magnetischen Eigenschaften und der Axion-Elektrodynamik eröffnet hat. All diese Aspekte werden in dieser Arbeit untersucht.
KW  - Topologischer Isolator
KW  - Axion
KW  - Bismutselenide
KW  - Transportprozess
KW  - Surface states
KW  - Magnetic Topological Insulator
KW  - Quantum anomalous Hall effect
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-282303
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wiest, Wolfram
T1  - Entwicklung einer Apparatur zur In-situ-Ermüdungsprüfung von Zahnimplantaten mittels Synchrotron Micro-CT
T1  - Development of an apparatus for in-situ fatigue testing of dental implants using synchrotron micro-CT
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der volumenbildgebenden Untersuchung von mechanischen Ermüdungsprozessen in Titan-Zahnimplantaten. Im Vordergrund steht die Entwicklung einer neuen Messmethode der In-situ-Mikrotomografie am Synchrotron.
Zahnimplantate werden beim Gebrauch mechanisch wiederholt belastet (Wechsellast). Nach vielen zyklischen Belastungen können aufgrund von mikroplastische Verformungen Ermüdungsschäden auftreten. Diese können im Extremfall zum Versagen und Verlust eines Implantats führen. Die Computertomographie ist eine sehr geeignete zerstörungsfrei Prüfmethode, um Zahnimplantate zu untersuchen. Diese Arbeit erweitert die bisherige CT-Methode insofern, dass In-situ-Beobachtungen bei mechanischer Belastung möglich sind. 
Die in dieser Arbeit untersuchten Zahnimplantate weisen an der Implantat-Abutment-Grenzfläche bei eintretender Ermüdung einen Mikrospalt auf. Dieser wird als Indikator für einsetzende Fatigue- Prozesse benutzt. Der in der Synchrotron CT verfügbare Inlinephasenkontrast ermöglicht eine verbesserte Bestimmung der Mikrospaltgröße. Da die schnellen Bewegungen der Ermüdungsprüfung mittels Standard-CT-Verfahren schwer zu erfassen sind, war die stroboskopische Aufnahmemethode das zielführende Messverfahren, um in-situ-Prüfung zu ermöglichen. 
Die 4 kommerziellen Zahnimplantattypen werden neben der In-situ-Fatigue Prüfung auch mittels klassischer Ermüdungsprüfung untersucht und mit der Neuen Messmethode verglichen. Die hier entwickelte In-situ-Fatigue-Prüfstation kann Proben bis zu 345 N tomographisch untersuchen. Neben den experimentellen Untersuchungen wird eine statische FEM-Betrachtung durchgeführt und mit experimentellen Messdaten verglichen. Zuletzt wird mit der entwickelten Messtation Knochenrisse in der Implantat Umgebung untersucht.
N2  - The present work deals with the volume imaging investigation of mechanical fatigue processes in titanium dental implants. The focus is on the development of a new measurement method of in-situ microtomography at the synchrotron.
Dental implants are exposed to repeated mechanical loads. After many cyclic loads, fatigue damage can occur due to microplastic deformation. These can lead to failure and loss of an implant. Computed tomography is a very suitable non-destructive testing method to examine dental implants. This work extended the existing method to the point where in situ CT observations under mechanical loading are achievable.
The dental implants investigated in this work exhibit a microgap at the implant-abutment interface when fatigue occurs. This is used as an indicator for the occurrence of fatigue processes. The inline phase contrast available in synchrotron CT can be used to determine the size of the microgap. Since the fast motions of fatigue testing are difficult to capture using standard CT techniques, the stroboscopic imaging method was the used measurement technique, to enable in-situ testing.
In addition to in-situ fatigue testing, the 4 commercial dental implant types are also examined and compared with each other by means of classical fatigue testing. The developed in-situ fatigue test station can tomographically investigate specimens up to 345 N. In addition to the experimental investigations, a static FEM analysis is performed and compared with experimental measurement data. Finally, the developed measuring station is used to investigate bone cracks in the implant environment.
KW  - Mikrocomputertomographie
KW  - Fatigue
KW  - In situ
KW  - Zahnimplantat
KW  - In situ
KW  - fatigue
KW  - microtomography
KW  - dental implant
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-257702
ER  - 
TY  - THES
A1  - Suchomel, Holger Maximilian
T1  - Entwicklung elektrooptischer Bauteile auf der Basis von Exziton-Polaritonen in Halbleiter-Mikroresonatoren
T1  - Development of electro-optical devices based on exciton polaritons in semiconductor microresonators
N2  - Exziton-Polaritonen (Polaritonen), hybride Quasiteilchen, die durch die starke Kopplung von Quantenfilm-Exzitonen mit Kavitätsphotonen entstehen, stellen auf Grund ihrer vielseitigen und kontrollierbaren Eigenschaften einen vielversprechenden Kandidaten für die Entwicklung einer neuen Generation von nichtlinearen und integrierten elektrooptischen Bauteilen dar. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Untersuchung kompakter elektrooptischer Bauelemente auf der Basis von Exziton-Polaritonen in Halbleitermikrokavitäten.
Als erstes wird die Implementierung einer elektrisch angeregten, oberflächenemittierenden Polariton-Laserdiode vorgestellt, die ohne ein externes Magnetfeld arbeiten kann. Dafür wird der Schichtaufbau, der Q-Faktor, das Dotierprofil und die RabiAufspaltung der Polariton-Laserdiode optimiert. Der Q-Faktor des finalen Aufbaus beläuft sich auf Q ~ 16.000, während die Rabi-Aufspaltung im Bereich von ~ 11,0 meV liegt. Darauf aufbauend werden Signaturen der Polariton-Kondensation unter elektrischer Anregung, wie ein nichtlinearer Anstieg der Intensität, die Reduktion der Linienbreite und eine fortgesetzte Verschiebung der Emission zu höheren Energien oberhalb der ersten Schwelle, demonstriert. Ferner werden die Kohärenzeigenschaften des Polariton-Kondensats mittels Interferenzspektroskopie untersucht.
Basierend auf den optimierten Halbleiter-Mikroresonatoren wird eine Kontaktplattform für die elektrische Anregung ein- und zweidimensionaler Gitterstrukturen entwickelt. Dazu wird die Bandstrukturbildung eines Quadrat- und Graphen-Gitters unter elektrischer Anregung im linearen Regime untersucht und mit den Ergebnissen der optischen Charakterisierung verglichen. Die erhaltenen Dispersionen lassen sich durch das zugehörige Tight-Binding-Modell beschreiben. Ferner wird auch eine elektrisch induzierte Nichtlinearität in der Emission demonstriert. Die untersuchte Laser-Mode liegt auf der Höhe des unteren Flachbandes und an der Position der Γ-Punkte in der zweiten Brillouin-Zone. Die zugehörige Modenstruktur weist die erwartete Kagome-Symmetrie auf. Abschließend wird die Bandstrukturbildung eines SSH-Gitters mit eingebautem Defekt unter elektrischer Anregung untersucht und einige Eigenschaften des topologisch geschützten Defektzustandes gezeigt. Dazu gehört vor allem die Ausbildung der lokalisierten Defektmode in der Mitte der S-Bandlücke. Die erhaltenen Ergebnisse stellen einen wichtigen Schritt in der Realisierung eines elektrisch betriebenen topologischen Polariton-Lasers dar.
Abschließend wird ein elektrooptisches Bauteil auf der Basis von Polaritonen in einem Mikrodrahtresonator vorgestellt, in dem sich die Propagation eines PolaritonKondensats mittels eines elektrostatischen Feldes kontrollieren lässt. Das Funktionsprinzip des Polariton-Schalters beruht auf der Kombination einer elektrostatischen Potentialsenke unterhalb des Kontaktes und der damit verbundenen erhöhten ExzitonIonisationsrate. Der Schaltvorgang wird sowohl qualitativ als auch quantitativ analysiert und die Erhaltenen Ergebnisse durch die Modellierung des Systems über die GrossPitaevskii-Gleichung beschrieben. Zusätzlich wird ein negativer differentieller Widerstand und ein bistabiles Verhalten in der Strom-Spannungs-Charakteristik in Abhängigkeit von der Ladungsträgerdichte im Kontaktbereich beobachtet. Dieses Verhalten wird auf gegenseitig konkurrierende Kondensats-Zustände innerhalb der Potentialsenke und deren Besetzung und damit direkt auf den räumlichen Freiheitsgrad der PolaritonZustände zurückgeführt.
N2  - Exciton-polaritons (polaritons), hybrid quasi-particles formed by the strong coupling between quantum well excitons and microcavity photons, are promising candidates for the realization of a new generation of nonlinear and integrated electrooptical devices. Compared to photonic or electrical approaches distinguishing advantages of Polaritons are their versatile and tuneable properties that allow electrical excitation and easy manipulation, which is both advantageous for on-chip applications. The present thesis deals with the development, implementation, and improvement of compact electrooptical devices based on exciton-polaritons in semiconductor microcavities.
At first the implementation of an electrically driven vertically emitting polariton laser diode, which operates without the need of an applied magnetic field, is presented. For this purpose, the layer structure, quality factor, doping profile and Rabi-splitting of the polariton laser diode is optimized. The final design consists of a high-quality factor Al0.20Ga0.80As/AlAs microcavity (Q ~ 16,000) and features a Rabi-splitting of ~ 11.0 meV. Signatures for polariton condensation under electrical excitation are shown in the processed device. It features a clear nonlinearity in its input-output characteristic, a well-pronounced drop in the emission linewidth and a persisting blueshift above the first threshold with increasing pump-power. On top of that, evidence of the systems coherence properties in the condensed phase is provided directly by utilizing interference spectroscopy.
Based on the optimized microcavity structures a process for the electrical excitation of one- and two-dimensional potential landscapes is developed. At first, the linear band structures of polaritonic square as well as honeycomb lattices are studied under electrical injection and compared to the results acquired by optical excitation. The obtained dispersions are reproduced by a tight-binding model. Moreover, the capability of the device to facilitate an electrically induced nonlinear emission is demonstrated. The investigated laser mode at the high symmetry Γ points in the second Brillouin zone, is located at the low energy flatband, as verified by the kagome geometry of the measured mode structure. Subsequent, the results of a one-dimensional SSH chain are presented under electrical excitation. In addition, the properties of a built-in lattice defect, forming a topological protected state in the middle of the S band gap, are investigated, paving the way towards the realization of electrically driven topological polariton lasers.
Finally, an electrooptical polariton switch is demonstrated as a prototype of a polaritonic field-effect transistor. Here, an optical generated polariton condensate propagating along a one-dimensional channel is controlled by an electrical gate. The operation of the device relies on the combination of an electrostatic potential trap underneath the contact, and the associated exciton ionization. The switching behaviour is analysed in a qualitative as well as in a quantitative manner and verified by modelling the experimental findings with the Gross-Pitaevskii equation. Furthermore, a pronounced negative differential resistance and a strong bistability is observed in the photocurrent response as a function of the carrier density. This is attributed to competing transitions of trapped condensate modes and thus directly to the spatial degree of freedom of the polariton states, which represents a completely new way to create bistability.
KW  - Drei-Fünf-Halbleiter
KW  - AlGaAs
KW  - Exziton-Polariton
KW  - Optischer Resonator
KW  - Quantenwell
KW  - Mikroresonator
KW  - Polariton Lasing
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-271630
ER  - 
TY  - THES
A1  - Youssef, Almoatazbellah
T1  - Fabrication of Micro-Engineered Scaffolds for Biomedical Application
T1  - Fabrikation von Scaffolds mit optimierter Mikroarchitektur für biomedizinische Anwendungen
N2  - Thermoplastic polymers have a history of decades of safe and effective use in the clinic as implantable medical devices. In recent years additive manufacturing (AM) saw increased clinical interest for the fabrication of customizable and implantable medical devices and training models using the patients’ own radiological data. However, approval from the various regulatory bodies remains a significant hurdle. A possible solution is to fabricate the AM scaffolds using materials and techniques with a clinical safety record, e.g. melt processing of polymers. Melt Electrowriting (MEW) is a novel, high resolution AM technique which uses thermoplastic polymers. MEW produces scaffolds with microscale fibers and precise fiber placement, allowing the control of the scaffold microarchitecture. Additionally, MEW can process medical-grade thermoplastic polymers, without the use of solvents paving the way for the production of medical devices for clinical applications. This pathway is investigated in this thesis, where the layout is designed to resemble the journey of a medical device produced via MEW from conception to early in vivo experiments. To do so, first, a brief history of the development of medical implants and the regenerative capability of the human body is given in Chapter 1. In Chapter 2, a review of the use of thermoplastic polymers in medicine, with a focus on poly(ε-caprolactone) (PCL), is illustrated, as this is the polymer used in the rest of the thesis. This review is followed by a comparison of the state of the art, regarding in vivo and clinical experiments, of three polymer melt AM technologies: melt-extrusion, selective laser sintering and MEW. The first two techniques already saw successful translation to the bedside, producing patient-specific, regulatory-approved AM implants. To follow in the footsteps of these two technologies, the MEW device parameters need to be optimized. The MEW process parameters and their interplay are further discussed in Chapter 3 focusing on the importance of a steady mass flow rate of the polymer during printing. MEW reaches a balance between polymer flow, the stabilizing electric field and moving collector to produce reproducible, high-resolution scaffolds. An imbalance creates phenomena like fiber pulsing or arcing which result in defective scaffolds and potential printer damage. Chapter 4 shows the use of X-ray microtomography (µCT) as a non-destructive method to characterize the pore-related features: total porosity and the pore size distribution. MEW scaffolds are three-dimensional (3D) constructs but have long been treated in the literature as two-dimensional (2D) ones and characterized mainly by microscopy, including stereo- and scanning electron microscopy, where pore size was simply reported as the distance between the fibers in a single layer. These methods, together with the trend of producing scaffolds with symmetrical pores in the 0/90° and 0/60/120° laydown patterns, disregarded the lateral connections between pores and the potential of MEW to be used for more complex 3D structures, mimicking the extracellular matrix. Here we characterized scaffolds in the aforementioned symmetrical laydown patterns, along with the more complex 0/45/90/135° and 0/30/60/90/120/150° ones. A 2D pore size estimation was done first using stereomicroscopy, followed by and compared to µCT scanning. The scaffolds with symmetrical laydown patterns resulted in the predominance of one pore size, while those with more complex patterns had a broader distribution, which could be better shown by µCT scans. Moreover, in the symmetrical scaffolds, the size of 3D pores was not able to reach the value of the fiber spacing due to a flattening effect of the scaffold, where the thickness of the scaffold was less than the fiber spacing, further restricting the pore size distribution in such scaffolds. This method could be used for quality assurance of fabricated scaffolds prior to use in in vitro or in vivo experiments and would be important for a clinical translation. Chapter 5 illustrates a proof of principle subcutaneous implantation in vivo experiment. MEW scaffolds were already featured in small animal in vivo experiments, but to date, no analysis of the foreign body reaction (FBR) to such implants was performed. FBR is an immune reaction to implanted foreign materials, including medical devices, aimed at protecting the host from potential adverse effects and can interfere with the function of some medical implants. Medical-grade PCL was used to melt electrowrite scaffolds with 50 and 60 µm fiber spacing for the 0/90° and 0/60/120° laydown patterns, respectively. These implants were implanted subcutaneously in immunocompetent, outbred mice, with appropriate controls, and explanted after 2, 4, 7 and 14 days. A thorough characterization of the scaffolds before implantation was done, followed by a full histopathological analysis of the FBR to the implants after excision. The scaffolds, irrespective of their pore geometry, induced an extensive FBR in the form of accumulation of foreign body giant cells around the fiber walls, in a manner that almost occluded available pore spaces with little to no neovascularization. This reaction was not induced by the material itself, as the same reaction failed to develop in the PCL solid film controls. A discussion of the results was given with special regard to the literature available on flat surgical meshes, as well as other hydrogel-based porous scaffolds with similar pore sizes. Finally, a general summary of the thesis in Chapter 6 recapitulates the most important points with a focus on future directions for MEW.
N2  - Thermoplastische Polymere werden seit Jahrzehnten erfolgreich in der Klinik eingesetzt und für die Herstellung von Medizinprodukten verwendet. Vorangetrieben durch das zunehmende klinische Interesse an additiven Fertigungsverfahren, z.B. zur Herstellung patientenspezifischer Trainingsmodelle und implantierbarer Medizinprodukte, rücken thermoplastische Materialien noch mehr in den Fokus der klinischen Forschung. Allerdings stellt die Marktzulassung durch die verschiedenen Gesundheitsbehörden eine große Hürde dar. Eine mögliche Lösung ist die Gerüstfabrikation mit Materialien und Verfahren, die bereits etablierte Sicherheitsstandards durchlaufen haben, z. B. die Schmelzverarbeitung der Polymere. Ein neuartiges und hochauflösendes additives Fertigungsverfahren, welches die Verarbeitung von Thermoplasten ermöglicht, ist Melt Electrowriting (MEW). Mittels MEW lassen sich Gerüste, die aus Fasern mit Durchmessern im Mikrometerbereich zusammengesetzt sind, herstellen. Neben der hohen Kontrolle über den Faserdurchmesser ermöglicht MEW auch eine genaue Ablage der Fasern und erlaubt dadurch, die Mikroarchitektur der Konstrukte vorzugeben. Zudem kann das Verfahren medizinisch zugelassene thermoplastische Polymere ohne die Verwendung von Lösungsmitteln verarbeiten und ist somit für die Herstellung medizinischer Produkte sehr relevant.
Diese Relevanz sollte im Rahmen der vorliegenden Dissertation evaluiert werden, indem der Weg, den ein Medizinprodukt von der Konzeption bis hin zu in vivo Vorversuchen durchlaufen muss, anhand von Konstrukten, die mittels MEW hergestellt wurden, nachgeahmt wurde. Um eine Basis für das Verständnis dieses Prozesses zu schaffen, wird in Kapitel 1 erst die Geschichte der Entwicklung medizinischer Implantate zusammengefasst sowie ein Einblick in die regenerativen Fähigkeiten des menschlichen Körpers gegeben. Das zweite Kapitel befasst sich mit der Anwendung von thermoplastischen Polymeren im Bereich implantierbarer Medizinprodukte, wobei der Hauptfokus auf Poly(ε-caprolactone) (PCL) liegt, da dies der in der vorliegenden Arbeit verwendete Thermoplast ist. Es folgt ein Vergleich von in vivo sowie klinischen Versuchen dreier für die Biomedizin relevanten additiven Fertigungsverfahren, mit denen sich thermoplastische Polymere verarbeiten lassen: Die Mikro-Schmelzextrusion, das selektive Lasersintern und das MEW. Die ersten zwei Verfahren sind bereits erfolgreich in klinischen Anwendungen etabliert und ermöglichen die routinemäßige Herstellung von additiv gefertigten, patientenspezifischen, auf dem Markt zugelassenen Implantaten. Damit MEW in diese Fußstapfen treten kann, müssen die Prozessparameter und deren Zusammenspiel genau analysiert werden. Dieser Thematik widmet sich Kapitel 3, wobei die Untersuchung des Massendurchsatzes des Polymers während des Druckens diskutiert wird. Um den MEW-Prozess kontrollieren zu können, muss eine Balance zwischen Polymerdurchsatz, dem stabilisierenden elektrischen Feld und dem beweglichen Kollektor erreicht werden. Dies ist Grundlage für die reproduzierbare Herstellung hochaufgelöster Konstrukte. Ein Ungleichgewicht der Prozessparameter verursacht Phänomene wie Fiber Pulsing oder sogar elektrischen Durchschlag, welche zu defekten Konstrukten oder sogar zur Schädigung des Druckers führen können. Kapitel 4 zeigt die Anwendung der Röntgenmikrocomputertomographie (µCT) als eine zerstörungsfreie Charakterisierungsmethode für MEW-Konstrukte, die die Quantifizierung charakteristischer Eigenschaften wie der Porosität und der Porengrößenverteilung ermöglicht. MEW-Konstrukte wurden in der Literatur lange als zweidimensional behandelt und hauptsächlich durch mikroskopische Verfahren wie die Stereo- und Rasterelektronmikroskopie charakterisiert. Die zweidimensionale Porengröße wurde hauptsächlich durch die Bestimmung des Faserabstands definiert und daraus errechnet, mit einer Tendenz der Herstellung der Konstrukte mit symmetrischen Poren in 0/90° und 0/60/120° Ablagemustern. Da es sich bei den Konstrukten jedoch um dreidimensionale (3D) Fasergerüste handelt, wurden die seitlichen Verbindungen zwischen den Poren und das Potential der Anwendung des MEW für die Herstellung von komplexeren 3D-Strukturen, wie bei der extrazellulären Matrix mit interkonnektierenden Poren, vernachlässigt. Aus diesem Grund wurden in der vorliegenden Arbeit µCT-Scans verwendet, um die Porosität der Konstrukte besser wiedergeben zu können. Hierzu wurden verschiedene Ablagemuster mit symmetrischen Poren in 0/90° und 0/60/120° Mustern und komplexere Porenstrukturen durch Ablagen von 0/45/90/135° und 0/30/60/90/120/150° Geometrien hergestellt. Diese Konstrukte wurden dann mittels mikroskopischer und tomographischer Aufnahmen charakterisiert und die Ergebnisse miteinander verglichen. Es zeigte sich, dass symmetrische Ablagemuster zu Konstrukten mit der Prädominanz einer Porengröße geführt haben. Bei den komplexeren Strukturen ergab sich jedoch ein klarer Unterschied, weil die interkonnektierenden Poren nur mit Hilfe von µCT-Scans erfasst werden konnten. Dies zeigte sich durch eine breitere Porenverteilung bei der Auswertung der rekonstruierten Scans. Die Porengrößen in den Konstrukten mit den symmetrischen Mustern konnten aufgrund einer Verflachungswirkung nicht die des Faserabstands erreichen. Die Dicke der Konstrukte war geringer als der Faserabstand mit einer weiteren einschränkenden Wirkung auf die Porenverteilung in den symmetrischen Konstrukten. µCT kann deshalb für die Qualitätssicherung von medizinischen Produkten, die mittels MEW hergestellt wurden, eingesetzt werden. Da die Methode zerstörungsfrei ist, könnte sie auch vor in vitro oder in vivo Versuchen verwendet werden. Kapitel 5 präsentiert eine Machbarkeitsstudie eines subkutanen in vivo Implantationsversuchs. Aus der Literatur ist zwar bekannt, dass MEW-Konstrukte bereits in vivo in Kleintierversuchen verwendet wurden, eine Analyse der Fremdkörperreaktion (FKR) zu solchen Implantaten wurde bisher jedoch noch nicht durchgeführt. FKR ist eine Immunreaktion gegen fremde, implantierte Materialien, einschließlich medizinischer Geräte, um den Wirt vor potenziellen Nebenwirkungen zu schützen. Allerdings könnte sie die Funktion verschiedener medizinischer Implantate beeinträchtigen Um dieser Fragestellung nachzugehen, wurde im Rahmen der vorliegenden Dissertation PCL mittels MEW zu Konstrukten mit 50 und 60 µm Fiberabstand in 0/90° bzw. 0/60/120° Ablagemuster verarbeitet. Diese Konstrukte wurden subkutan in immunkompetente, fremdgezüchtete Mäuse mit entsprechenden Kontrollen implantiert und nach 2, 4, 7 und 14 Tagen explantiert. Vor der Implantation wurde die Konstrukte ausführlich charakterisiert, gefolgt von einer vollen histopathologischen Analyse des FKR. Unabhängig von der Porengeometrie haben die Konstrukte eine deutliche Immunreaktion im Sinne einer Ansammlung von Fremdkörperriesenzellen um die Fasern der Konstrukte hervorgerufen. Hierbei wurden die Poren fast komplett verschlossen, ohne dass es zu einer Neovaskularisation kam. Es konnte nachgewiesen werden, dass die deutliche Immunantwort nicht durch das Material hervorgerufen wurde, da sie bei der Implantation von dichtem PCL-Film nicht beobachtet wurde. Eine Diskussion der Ergebnisse erfolgte unter Berücksichtigung aktueller Literatur zu klinischen Versuchen von flachen chirurgischen Netzen sowie porösen Hydrogel-basierten Implantaten mit vergleichbarer Porengröße. Abschließend wird die Arbeit in Kapitel 6 zusammengefasst und die wichtigsten Punkte rekapituliert. Der Fokus des Kapitels liegt hierbei auf dem zukünftigen Potential des MEW als Fabrikationsmethode für medizinische Produkte.
KW  - melt electrowriting
KW  - medical device
KW  - biomaterials
KW  - subcutaneous implanation
KW  - x-ray micro computed tomography
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-235457
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Gram, Maximilian
A1  - Gensler, Daniel
A1  - Winter, Patrick
A1  - Seethaler, Michael
A1  - Arias-Loza, Paula Anahi
A1  - Oberberger, Johannes
A1  - Jakob, Peter Michael
A1  - Nordbeck, Peter
T1  - Fast myocardial T\(_{1P}\) mapping in mice using k-space weighted image contrast and a Bloch simulation-optimized radial sampling pattern
JF  - Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine
N2  - Purpose
T\(_{1P}\) dispersion quantification can potentially be used as a cardiac magnetic resonance index for sensitive detection of myocardial fibrosis without the need of contrast agents. However, dispersion quantification is still a major challenge, because T\(_{1P}\) mapping for different spin lock amplitudes is a very time consuming process. This study aims to develop a fast and accurate T\(_{1P}\) mapping sequence, which paves the way to cardiac T1ρ dispersion quantification within the limited measurement time of an in vivo study in small animals.
Methods
A radial spin lock sequence was developed using a Bloch simulation-optimized sampling pattern and a view-sharing method for image reconstruction. For validation, phantom measurements with a conventional sampling pattern and a gold standard sequence were compared to examine T\(_{1P}\) quantification accuracy. The in vivo validation of T\(_{1P}\) mapping was performed in N = 10 mice and in a reproduction study in a single animal, in which ten maps were acquired in direct succession. Finally, the feasibility of myocardial dispersion quantification was tested in one animal.
Results
The Bloch simulation-based sampling shows considerably higher image quality as well as improved T\(_{1P}\) quantification accuracy (+ 56%) and precision (+ 49%) compared to conventional sampling. Compared to the gold standard sequence, a mean deviation of - 0.46 ± 1.84% was observed. The in vivo measurements proved high reproducibility of myocardial T\(_{1P}\) mapping. The mean T\(_{1P}\) in the left ventricle was 39.5 ± 1.2 ms for different animals and the maximum deviation was 2.1% in the successive measurements. The myocardial T\(_{1P}\) dispersion slope, which was measured for the first time in one animal, could be determined to be 4.76 ± 0.23 ms/kHz.
Conclusion
This new and fast T\(_{1P}\) quantification technique enables high-resolution myocardial T\(_{1P}\) mapping and even dispersion quantification within the limited time of an in vivo study and could, therefore, be a reliable tool for improved tissue characterization.
KW  - TT\(_{1rho}\) mapping
KW  - small animal
KW  - KWIC
KW  - radial
KW  - cardiac
KW  - mice
KW  - spin lock
KW  - T\(_{1P}\) dispersion
KW  - T\(_{1P}\) mapping
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-268903
SN  - 1352-8661
VL  - 35
IS  - 2
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmitt, Matthias
T1  - High Energy Spin- and Momentum-Resolved Photoelectron Spectroscopy of Complex Oxides
T1  - Hochenergetische spin- und impulsaufgelöste Photoelektronenspektroskopie an komplexen Oxiden
N2  - 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 \(P(E_F) = -80^{+10}_{-20}\) %.
N2  - Spin- und \(k\)-aufgelöste harte Röntgenphotoelektronenspektroskopie (HAXPES) ist ein leistungsähiges Werkzeug zur Untersuchung der elektronischen Eigenschaften komplexer Metalloxide. Aufgrund der geringen Effizienz gängiger Spin-Detektoren von etwa \(10^{-4}\) wurden solche Experimente im Bereich der harten Röntgenstrahlung nur selten durchgeführt, da die notorisch niedrigen Photoionisationsquerschnitte die Leistungsfähigkeit noch weiter verringern. In dieser Arbeit geht es um einen neuartigen Spin-Detektor, der einen abbildenden Spin-Filter mit Mehrkanal-Elektronenaufzeichnung verwendet. Dies erhöht die Effizienz um einen Faktor \(10^4\) und ermöglicht spin- und \(k\)-aufgelöste Photoemission bei hohen Anregungsenergien. Zwei verschiedene technische Ansätze werden in der vorliegenden Arbeit verfolgt: Zum einen mit einem Halbkugelanalysator (HDA) und einer separaten externen Spin-Detektorkammer, zum anderen mit einem Impuls- oder Impuls-Mikroskop mit Flugzeit-Energieaufzeichnung (TOF) und einem integrierten Spin-Filterkristall. Letzteres weist deutlich höhere Zählraten auf, und - da es von Grund auf für diesen Zweck entwickelt wurde - erwies sich die integrierte Spinfilteroption als praktikabler als die nachträgliche Aufrüstung des bestehenden Aufbaus mit einem HDA. Auf diese instrumentelle Entwicklung folgt die Untersuchung der komplexen Metalloxide (CMOs) KTaO\(_3\) durch winkelaufgelöstes HAXPES (HARPES) und Fe\(_3\)O\(_4\) durch spinaufgelöstes HAXPES (spin-HAXPES).
KTaO\(_3\) (KTO) ist ein Bandisolator mit einer Valenz-Elektronenkonfiguration von Ta 5\(d^0\). Durch winkel- und spin-integriertes HAXPES wird gezeigt, dass sich an der vergrabenen Grenzfläche von dLaAlO\(_3\)/KTO - durch die Erzeugung von Sauerstoff-Fehlstellen und damit effektiver Elektronendotierung - ein leitendes Elektronensystem in KTO bildet. Weitere Untersuchungen mit der Impulsauflösung des TOF-Mikroskops im \(k\)-Raum zeigen, dass diese Zustände auf die Oberfläche in KTO beschränkt sind und die Intensität nur vom Zentrum oder dem Gamma-Punkt jeder Brillouin-Zone (BZ) gemessen wird. Diese BZn sind darüber hinaus quadratisch angeordnet, was die dreidimensionale kubische Kristallstruktur von KTO widerspiegelt. Aus einem Vergleich mit Bandrechnungen geht jedoch hervor, dass die Bandstruktur aufgrund des Einschlusses an der Grenzfläche von der des elektronen-dotierten KTO-Volumens abweicht.
Es besteht ein breiter Konsens darüber, dass Fe\(_3\)O\(_4\) aufgrund seines hohen Grades an Spinpolarisation am Fermi-Niveau ein vielversprechendes Material für Spintronik-Anwendungen ist. Bisherige Versuche, die Spinpolarisation durch spinaufgelöste Photoemissionsspektroskopie zu messen, wurden jedoch durch die Verwendung von niedrigen Photonenenergien behindert, was zu einer hohen Oberflächenempfindlichkeit führt. Die Oberflächen von Magnetit neigen jedoch aufgrund ihres polaren Charakters zu Rekonstruktionen, so dass ihre magnetischen und elektronischen Eigenschaften stark voneinander und vom Volumen abweichen können, abhängig von ihrer Oberflächenorientierung und ihrer spezifischen Präparation. In dieser Arbeit wird die intrinsische Bulk-Spinpolarisation von Magnetit am Fermi-Niveau (\(E_F\)) durch spinaufgelöste Photoelektronenspektroskopie an (111)-orientierten dünnen Filmen, die epitaktisch auf ZnO(0001) gewachsen sind, zu \(P(E_F) = -80^{+10}_{-20}\) % bestimmt.
KW  - Elektronenkorrelation
KW  - Elektronenspin
KW  - Röntgen-Photoelektronenspektroskopie
KW  - Spinell
KW  - Perowskit
KW  - Winkel- und spin-aufgelöste Photoelektronenspektroskopie im harten Röntgenbereich
KW  - Momentum- and spin-resolved hard X-ray photoelectron spectroscopy
KW  - Elektronenspin
KW  - Electron spin
KW  - Time-of-flight energy recording
KW  - Imaging spin-filter
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-264757
ER  - 
TY  - THES
A1  - Höcker, Julian Harald
T1  - High-quality Organolead Trihalide Perovskite Crystals: Growth, Characterisation, and Photovoltaic Applications
T1  - Qualitativ-hochwertige bleiorganische Trihalogenid-Perowskit-Kristalle: Wachstum, Charakterisierung und photovoltaische Anwendungen
N2  - Overview of the Organolead Trihalide Perovskite Crystal Area
Studies of perovskite single crystals with high crystallographic quality is an important technological area of the perovskite research, which enables to estimate their full optoelectronic potential, and thus to boost their future applications [26]. It was therefore essential to grow high-quality single crystals with lowest structural as well as chemical defect densities and with a stoichiometry relevant for their thin-film counterparts [26]. Optoelectronic devices, e.g. solar cells, are highly complex systems in which the properties of the active layer (absorber) are strongly influenced by the adjacent layers, so it is not always easy to define the targeted properties and elaborate the design rules for the active layer. Currently, organolead trihalide perovskite (OLTP) single crystals with the structure ABX3 are one of the most studied crystalline systems. These hybrid crystals are solids composed of an organic cation such as methylammonium (A = MA+) or formamidinium (A = FA+) to form a three-dimensional periodic lattice together with the lead cation (B = Pb2+) and a halogen anion such as chloride, bromide or iodide (X = Cl-, Br- or I-) [23]. Among them are methylammonium lead tribromide (MAPbBr3), methylammonium lead triiodide (MAPbI3), as well as methylammonium lead trichloride (MAPbCl3) [62, 63]. Important representatives with the larger cation FA+ are formamidinium lead tribromide (FAPbBr3) and formamidinium lead triiodide (FAPbI3) [23, 64]. Besides the exchange of cations as well as anions, it was possible to grow crystals containing two halogens to obtain mixed crystals with different proportions of chlorine to bromine and bromine to iodine, as it is shown in Figure 70. By varying the mixing ratio of the halogens, it was therefore possible to vary the colour and thus the absorption properties of the crystals [85], as it can be done with thin polycrystalline perovskite films. In addition, since a few years it is also doable to grow complex crystals that contain several cations as well as anions [26, 80, 81]. These include the perovskites double cation – double halide formamidinium lead triiodide – methylammonium lead tribromide (FAPbI3)0.9(MAPbBr3)0.1 (FAMA) [26, 80] and formamidinium lead triiodide – methylammonium lead tribromide – caesium lead tribromide (FAPbI3)0.9(MAPbBr3)0.05(CsPbBr3)0.05 (CsFAMA) [81], which have made a significant contribution to increase the power conversion efficiency (PCE) in thin-film photovoltaics [47, 79, 182]. The growth of crystals to this day is performed exclusively from solution [23, 26, 56, 62]. Important preparation methods are the cooling acid-based precursor solution crystallisation [22], the inverse temperature crystallisation (ITC) [62], and the antisolvent vapour-assistant crystallisation (AVC) [137]. In the cooling crystallisation, the precursor salts AX and PbX2 are dissolved in an aqueous halogen-containing acid at high temperatures [56]. Controlled and slow cooling finally results in a supersaturated precursor solution, which leads to spontaneous nucleation of crystal nuclei, followed by subsequent crystal growth. The ITC method is based on the inverse or retrograde solubility of a dissociated perovskite in an organic solvent [23, 64]. With increasing temperature, the solubility of the perovskite decreases and mm-sized crystals can be grown within a few hours [23]. In the AVC method, the precursors are also dissolved in an organic solvent as well [137]. By slow evaporation of a so-called antisolvent [137], the solubility of the perovskite in the now present solvent mixture decreases and it finally precipitates. In addition, there are many other methods with the goal of growing high quality and large crystals in a short period of 
time [60, 61, 233, 310].
N2  - Mit der Antisolvent-Kristallisation (AVC) und der inversen Temperaturkristallisation (ITC) konnten alle aus der Dünnschichtanwendungen bekannten Perowskite auf Basis von Methylammonium als mm-große Kristalle gezüchtet werden. Detaillierte qualitative und quantitative Analysen ergaben die gleichen Stöchiometrie der Kristalle wie die ihrer entsprechenden Vorläuferlösung. Wie bereits erwähnt, war es möglich Kristalle mit einer Vielzahl unterschiedlicher Farben und dementsprechend variierenden Bandlücken zu erhalten, die durch selektive Änderung des Halogenverhältnisses als Photodetektoren im UV-VIS/NIR Bereich dienen könnten. Die Variation der Halogene führt jedoch nicht nur zu einer Veränderung der optischen Eigenschaften, sondern auch zu einer Erhöhung der Gitterkonstante mit zunehmendem Brom/Chlor- bzw. Iod/Brom-Verhältnis. Darüber hinaus ändert sich die Gitterstruktur von einem einfachen kubischen Gitter für MAPbCl3 und MAPbBr3 zu einem tetragonal-raumzentrierten Gitter für MAPbI3.
Die Zahl der Verfahren zur Züchtung von OLTP-Einkristallen nimmt ständig zu. Die oben genannten Kristallisationsverfahren können kombiniert werden, um qualitativ hochwertige Perowskitkristalle zu züchten. Ein mechanischer Ansatz zur Züchtung komplexer und großformatiger Kristalle ohne Verwendung von Impfkristallen wurde mit der Wiederauffüllbaren-Kristallisationsmethode (RFCM) realisiert, die auf der inversen Löslichkeit von ITC beruht. Durch das Einleiten einer frischen Vorläuferlösung und die gleichzeitige Entfernung der verbrauchten Lösung war es möglich in-situ große Kristalle mit hervorragender struktureller Qualität zu züchten, wie die Röntgenbeugungsmessung (XRD) und die Rocking-Kurve eines FAMA-Einkristalls bestätigen. Die Methode ermöglicht nicht nur die Züchtung komplexer großer FAMA- und CsFAMA-Kristalle, sondern ist auch der etablierten Impfkristalltechnik überlegen, wie die radiographischen Messungen der Kristalloberfläche und des Kristallinneren zeigten. Um die Herausforderung der elektrischen Kontaktierung zu meistern, wurden Leiterplatten entwickelt, die die Kristalle sanft kontaktieren, um so elektronische Messungen zu ermöglichen.
Ein wichtiger Beitrag zum Verständnis der inversen Löslichkeit wurde durch die Entwicklung eines neuen Kristallisationsverfahrens geleistet, das als reaktive inverse Temperaturkristallisation (RITC) bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um eine Kombination aus reaktiver und inverser Temperaturkristallisation. Durch Zugabe einer geringen Menge eines primären Alkohols zur Perowskit-Vorläuferlösung konnte die inverse Löslichkeit des Perowskits drastisch reduziert werden. Dies konnte durch die Polaritätswerte der Alkohole bestimmt werden, wobei die Löslichkeit der Lösung mit abnehmender Polarität sank. Durch die geringere Löslichkeit konnten die Kristalle bei viel niedrigeren Temperaturen als mit der ITC-Methode gewachsen werden. Darüber hinaus eignet sich die Methode für die Züchtung aller bekannten bleiorganischen Trihalogenid-Perowskite und ermöglichte die Züchtung von qualitativ hochwertigen Einkristallen, was durch Röntgenmessungen bestätigt wurde.
Um Perowskit-Kristalle für photovoltaische Anwendungen zu nutzen, müssen sie wie die entsprechenden polykristallinen Dünnschichten in ihrer Dicke reduziert werden, da mm-dicke Kristalle für diesen Zweck weniger geeignet sind. Bevor jedoch µm-dicke Kristalle gezüchtet wurden, wurden polykristalline MAPbI3-Dünnschichten mit einigen 100 nm auf dem Lochleiter Poly[N,N’-bis(4-butilphenyl) - N,N’-bis(phenyl)-benzidine] (polyTPD) prozessiert, um im Folgenden effiziente Solarzellen herzustellen. Die erzielten Ergebnisse lieferten nicht nur einen weiteren wichtigen Beitrag zur Perowskit-Dünnschichtphotovoltaik, sondern die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichten im Folgenden auch ein besseres Verständnis für die Herstellung von halbleitenden Bauteilen auf Basis von Kristallwafern und Kristall-„Filmen“. Insbesondere die hydrophobe Eigenschaft von Poly(triaryl)aminen erleichterte die Handhabung von MAPbI3-Wafern. Um die Waferdicke zu kontrollieren und Kristalle mit einer hohen Strukturqualität zu züchten, wurde ein selbst gebauter Aufbau verwendet. Ein Kristallwafer kann leicht auf einem mit Poly[bis(4-phenyl) (2,4,6-trimethylphenyl) amine] (PTAA)-beschichteten Siliziumwafer gezüchtet werden, wobei die Wachstumshöhe des Kristalls durch Abstandshalter begrenzt ist. Die gewachsenen MAPbI3-Wafer mit einer Dicke von wenigen hundert µm erwiesen sich als sehr vielversprechend für die Herstellung eines Photodetektor-Prototyps, was durch die Auswertung des Photostroms und der Photoresponsivität in Abhängigkeit von der Zeit bestätigt wurde. Schließlich gelang es die Dicke der Perowskitkristalle MAPbBr3 und MAPbI3 mit Hilfe der raumbegrenzten RITC-Methode auf nur 10 bis 15 µm zu reduzieren. Wie die Wafer, wiesen auch die Kristall-„Filme“ eine hohe Strukturqualität auf und wurden für die Fabrikation einer MAPbI3-basierten Solarzelle verwendet. Die Auswertung der charakteristischen Solarzellenparameter der MAPbI3-Kristall-„Film“-Solarzelle lieferte erste vielversprechende Ergebnisse und zeigt das Potenzial der Verwendung von Kristallen für photovoltaische Zellen, auch wenn die Herstellung von dünnen Perowskit-Kristall-Solarzellen heute noch sehr schwierig ist.
KW  - Perowskit
KW  - Kristall
KW  - Perovskite
KW  - Crystal
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-258590
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Li, Donghai
A1  - Shan, Hangyong
A1  - Rupprecht, Christoph
A1  - Knopf, Heiko
A1  - Watanabe, Kenji
A1  - Taniguchi, Takashi
A1  - Qin, Ying
A1  - Tongay, Sefaattin
A1  - Nuß, Matthias
A1  - Schröder, Sven
A1  - Eilenberger, Falk
A1  - Höfling, Sven
A1  - Schneider, Christian
A1  - Brixner, Tobias
T1  - Hybridized exciton-photon-phonon states in a transition-metal-dichalcogenide van-der-Waals heterostructure microcavity
JF  - Physical Review Letters
N2  - Excitons in atomically thin transition-metal dichalcogenides (TMDs) have been established as an attractive platform to explore polaritonic physics, owing to their enormous binding energies and giant oscillator strength. Basic spectral features of exciton polaritons in TMD microcavities, thus far, were conventionally explained via two-coupled-oscillator models. This ignores, however, the impact of phonons on the polariton energy structure. Here we establish and quantify the threefold coupling between excitons, cavity photons, and phonons. For this purpose, we employ energy-momentum-resolved photoluminescence and spatially resolved coherent two-dimensional spectroscopy to investigate the spectral properties of a high-quality-factor microcavity with an embedded WSe\(_2\) van-der-Waals heterostructure at room temperature. Our approach reveals a rich multi-branch structure which thus far has not been captured in previous experiments. Simulation of the data reveals hybridized exciton-photon-phonon states, providing new physical insight into the exciton polariton system based on layered TMDs.
KW  - strong coupling
KW  - laser spectroscopy
KW  - transition metal dichalcogenide
KW  - coherent multidimensional spectroscopy
KW  - exciton
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-351303
UR  - https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.087401
SN  - 1079-7114
ET  - accepted version
ER  - 
TY  - THES
A1  - Iff, Oliver
T1  - Implementierung und Charakterisierung von Einzelphotonenquellen in zweidimensionalen Übergangsmetall-Dichalkogeniden und deren Kopplung an optische Resonatoren
T1  - Implementation and characterization of single photon sources in two-dimensional transition-metal dichalcogenides and their coupling to optical resonators
N2  - Schon heute bilden Einzelphotonenquellen einen wichtigen Baustein in der Photonik
und Quanteninformation. Der Fokus der Forschung liegt entsprechend auf dem
Finden und Charakterisieren dafür geeigneter Materialsysteme. Konkret beschäftigt
sich die vorliegende Arbeit vorwiegend mit dem Übergangsmetall-Dichalkogenid
(TMDC1 ) Wolframdiselenid und seinen Eigenschaften. Diese Wahl ist durch den
direkte Zugang zu Einzelphotonenquellen begründet, die sich in dessen Monolagen
ausbilden können. Diese Lichtquellen können über eine Modulation der Verspannung
der Monolage gezielt aktiviert werden. Durch die, verglichen mit ihrem Volumen,
riesige Kontaktfläche lassen sich Monolagen zudem mit Hilfe des Substrats, auf das
sie transferiert wurden, wesentlich beeinflussen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden
Monolagen von WSe2 in unterschiedlichen Bauteilen wie zirkulare Bragg-Gittern oder
vorstrukturierten, metallischen Oberflächen implementiert und die Photolumineszenz
des TMDCs untersucht. Diese Arbeit belegt die Möglichkeit, Einzelphotonenquellen basierend
aufWSe2 -Monolagen auf verschiedenste Weise modulieren zu können. Dank ihrer zwei-
dimensionalen Geometrie lassen sie sich einfach in bestehende Strukturen integrieren
oder auch in der Zukunft mit weiteren 2D-Materialien kombinieren.
N2  - Single photon sources are an important building block in today’s photonics and
quantum information. This is the reason why a big focus lies on the exploration of
new, suitable material systems. Specifically, the work in hand mainly discusses the
transition metal dichalcogenide (TMDC) tungsten diselenide and its properties. The
reason for this is the easy access to single photon sources, which can be found in
WSe2 monolayers. These can deterministically be activated by utilizing strain. As
the interface between a transferred monolayer and its underlying substrate is huge
compared to its volume, the substrate itself always has a big impact on the TMDC. In
scope of this work, WSe2 monolayers were transferred on several devices like circular
Bragg gratings or structured metal surfaces in order to investigate the optical response of the TMDC.
This work therefore proves the concept of modulating single photon sources based on WSe2 
monolayers in many different ways. Thanks to their two-dimensional nature,
monolayers of TMDCs can easily be integrated in existing devices and combined with
other 2D materials in the future.
KW  - Einzelphotonenemission
KW  - Photolumineszenz
KW  - Optik
KW  - Zweidimensionales Material
KW  - Schwache Kopplung
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-281404
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Christ, Andreas
A1  - Härtl, Patrick
A1  - Kloster, Patrick
A1  - Bode, Matthias
A1  - Leisegang, Markus
T1  - Influence of band structure on ballistic transport revealed by molecular nanoprobe
JF  - Physical Review Research
N2  - In this study we characterize the tautomerization of HPc on Cu(111) as a charge-carrier-induced reversible one-electron process. An analysis of the bias-dependent tautomerization rate finds an energy threshold that corresponds to the energy of the N-H stretching mode. By using the tautomerization of the molecule as a detector for charge carrier transport in the so-called molecular nanoprobe (MONA) technique, we provide evidence for an inhomogeneous coupling between the fourfold-symmetric molecule and sixfold-symmetric surface. We conclude the study by comparing the energy dependence of charge carrier transport on the Cu(111) to the Ag(111) surface. While the MONA technique is limited to the detection of hot-electron transport for Ag(111), our data reveal that the lower onset energy of the Cu surface state also allows for the detection of hot-hole transport. The influence of surface and bulk transport on the MONA technique is discussed.
KW  - tautomerization
KW  - HPc
KW  - Cu(111)
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-300855
VL  - 4
IS  - 4
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ünzelmann, Maximilian
T1  - Interplay of Inversion Symmetry Breaking and Spin-Orbit Coupling – From the Rashba Effect to Weyl Semimetals
T1  - Zusammenspiel aus Inversionssymmetriebruch und Spin-Bahn-Kopplung – Vom Rashba-Effekt zu Weyl-Halbmetallen
N2  - Breaking inversion symmetry in crystalline solids enables the formation of spin-polarized electronic states by spin-orbit coupling without the need for magnetism. A variety of interesting physical phenomena related to this effect have been intensively investigated in recent years, including the Rashba effect, topological insulators and Weyl semimetals. In this work, the interplay of inversion symmetry breaking and spin-orbit coupling and, in particular their general influence on the character of electronic states, i.e., on the spin and orbital degrees of freedom, is investigated experimentally. Two different types of suitable model systems are studied: two-dimensional surface states for which the Rashba effect arises from the inherently broken inversion symmetry at the surface, and a Weyl semimetal, for which inversion symmetry is broken in the three-dimensional crystal structure. Angle-resolved photoelectron spectroscopy provides momentum-resolved access to the spin polarization and the orbital composition of electronic states by means of photoelectron spin detection and dichroism with polarized light. The experimental results shown in this work are also complemented and supported by ab-initio density functional theory calculations and simple model considerations.
Altogether, it is shown that the breaking of inversion symmetry has a decisive influence on the Bloch wave function, namely, the formation of an orbital angular momentum. This mechanism is, in turn, of fundamental importance both for the physics of the surface Rashba effect and the topology of the Weyl semimetal TaAs.
N2  - Wird die Inversionssymmetrie kristalliner Festkörper gebrochen, ermöglicht dies die Ausbildung von spinpolarisierten elektronischen Zuständen durch Spin-Bahn-Kopplung ohne die Notwendigkeit von Magnetismus. In den vergangenen Jahren wurde eine Vielzahl interessanter physikalischer Phänomene
diskutiert, die mit diesem Effekt zusammenhängen, darunter der Rashba-Effekt, topologische Isolatoren sowie Weyl-Halbmetalle. In dieser Arbeit wird das Zusammenspiel von Inversionssymetriebruch und Spin-Bahn-Kopplung sowie insbesondere deren Einfluss auf die Eigenschaften der elektronischen Zustände, also auf die Spin- und Orbital-Freiheitsgrade, experimentell untersucht. Zwei verschiedene Arten geeigneter Modellsysteme werden dazu betrachtet: zweidimensionale Oberflächenzustände, in denen der Rashba-Effekt aufgrund der an der Oberfläche inhärent gebrochenen Inverisonssymetrie auftritt, und ein Weyl-Halbmetall, dessen dreidimensionale
Kristallstruktur kein Inversionszentrum besitzt. Winkelaufgelöste Photoelektronenspektroskopie bietet einen impulsaufgelösten Zugang zur Spinpolarisation sowie zur orbitalen Zusammensetzung der elektronischen Zustände mittels Photoelektronenspindetektion und Dichroismus mit polarisiertem
Licht. Die in dieser Arbeit gezeigten experimentellen Ergebnisse werden außerdem durch ab-initio Dichtefunktionaltheorierechnungen sowie einfachen Modellbetrachtungen ergänzt und untermauert.
Insgesamt zeigt sich, dass das Brechen von Inversionssymmetrie einen entscheidenden Einfluss auf die Bloch-Wellenfunktion hat, nämlich die Ausbildung eines orbitalen Bahndrehimpulses. Dieser Mechanismus ist wiederum von grundlegender Bedeutung sowohl für die Physik des Oberflächen-
Rashba-Effekts als auch für die Topologie desWeyl-Halbmetalls TaAs.
KW  - Rashba-Effekt
KW  - Inversion Symmetry Breaking
KW  - Topologie
KW  - ARPES
KW  - Spin-Orbit Coupling
KW  - Orbital Angular Momentum
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-283104
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kißner, Katharina
T1  - Manipulation of electronic properties in strongly correlated Cerium-based surface alloys
T1  - Manipulation der elektronischen Eigenschaften in stark korrelierten Cer-basierten Oberflächenlegierungen
N2  - Photoelectron spectroscopy proves as a versatile tool for investigating various aspects of the electronic structure in strongly correlated electron systems. Influencing the manifestation of strong correlation in Ce-based surface alloys is the main task of this work. It is shown, that the manifestation of the Kondo ground state is influenced by a multitude of parameters such as the choice of the metal binding partner in binary Ce compounds, the surface alloy layer thickness and accompanying variations in the lattice structure as well as the interfaces to substrate or vacuum. Gaining access to these parameters allows to directly influence essential state variables, such as the f level occupancy nf or the Kondo temperature TK.
The center of this work are the intermetallic thin films of CePt5/Pt(111) and CeAgx/Ag(111). By utilizing different excitation energies, photoemission spectroscopy provides access to characteristic features of Kondo physics in the valence band, such as the Kondo resonance and its spin-orbit partner at the Fermi level, as well as the multiplet structure of the Ce 3d core levels. In this work both approaches are applied to CePt5/Pt(111) to determine nf and TK for a variety of surface alloy layer thicknesses. A temperature dependent study of the Ce 3d core levels allows to determine the systems TK for the different layer thicknesses. This leads to TK ≈200–270K in the thin layer thickness regime and TK >280K for larger layer thicknesses. These results are confirmed by fitting the Ce 3d multiplet based on the Gunnarsson-Schönhammer formalism for core level spectroscopy and additionally by valence band photoemission spectra of the respective Kondo resonances. The influence of varying layer thickness on the manifestation of strong correlation is subsequently studied for the surface alloy CeAgx/Ag(111). Furthermore, the heavy element Bi is added, to investigate the effects of strong spin-orbit coupling on the electronic structure of the surface alloy.
N2  - Photoelektronenspektroskopie eignet sich auf vielerlei Weise verschiedenste Aspekte der elektronischen Struktur stark korrelierter Elektronensysteme zu untersuchen. Die vorliegende Arbeit zeigt, wie gezielt Einfluss auf die Ausprägung starker Korrelation in Cer-basierten Oberflächenlegierungen genommen werden kann. Die Ausbildung des Kondo-Grundzustandes wird dabei durch eine Vielzahl von Parametern beeinfluss. Diese sind beispielsweise der metallische Bindungspartner, die Schichtdicke der Legierung und die dadurch bedingten Änderungen der Gitterstruktur sowie die Grenzen zu Substrat oder Vakuum. Durch Kontrolle dieser Parameter hat man die Möglichkeit, entscheidende Zustandsgrößen des Systems, wie die effektive Besetzung des f-Niveaus nf oder die Kondo-Temperatur TK, zu beeinflussen. Im Zentrum dieser Arbeit stehen dabei die intermetallischen Verbindungen CePt5/Pt(111) und CeAgx/Ag(111).
Verschiedene Anregungsenergien bieten in der Photoemission Zugang zu den Merkmalen des Kondo-Effekts im Valenzband, aber auch in den Rumpfniveauspektren. Diese sind die Kondo-Resonanz und ihr Spin-Bahn-Partner nahe der Fermienergie sowie die Multiplettstruktur der Ce 3d Rumpfniveaus. Es werden beide Ansätze verfolgt um, für eine Reihe verschiedener Schichtdicken von CePt5/Pt(111), nf und TK zu bestimmen.
Die Auswertung der Ce 3d-Spektren in Abhängigkeit der Probentemperatur ermöglicht zudem die Bestimmung von TK. Für dünne Schichten CePt5/Pt(111) ergibt sich TK≈200–270K, für dickere Schichten TK>280K. Diese Ergebnisse wurden durch Simulation der Spektren auf Basis des Gunnarsson-Schönhammer-Formalismus für Rumpfniveauspektren sowie durch Analyse der Kondo-Resonanz im Valenzband bestätigt.
Durch Variation der Schichtdicke des CeAgx-Films, wurde auch im Materialsystem CeAgx/Ag(111) Einfluss auf die elektronische Struktur genommen. Zudem wird die Oberflächenlegierung mit dem schweren Element Bi versetzt, um das Zusammenspiel von Spin-Bahn-Kopplung und starker Korrelation zu untersuchen.
KW  - Korrelation
KW  - Cerlegierung
KW  - Photoelektronenspektroskopie
KW  - Röntgen-Photoelektronenspektroskopie
KW  - Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie
KW  - correlation
KW  - CePt5
KW  - XPS
KW  - Gunnarsson Schönhammer
KW  - Kondo
KW  - Oberflächenlegierung
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-273067
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hajer, Jan
T1  - Mercury Telluride Nanowires for Topological Quantum Transport
T1  - Quecksilbertellurid-Nanodrähte für Quantentransport-Untersuchungen
N2  - Novel appraches to the molecular beam epitaxy of core-shell nanowires in the group II telluride material system were explored in this work. Significant advances in growth spurred the development of a flexible and reliable platform for a charge transport characterization of the topological insulator HgTe in a tubular nanowire geometry. The transport results presented provide an important basis for the design of future studies that strive for the experimental realization of topological charge transport in the quantum wire limit.
N2  - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Charakterisierung von Nanodraht-Heterostrukturen, die den Topologischen Isolator HgTe enthalten. Bedeutende Fortschritte bei der Probenherstellung ermöglichten die Entwicklung einer flexiblen und zuverlässigen Plattform für Ladungstransportuntersuchungen. Die Ergebnisse dieser Transportuntersuchung bieten eine wichtige Grundlage für die Planung zukünftiger Studien, die den experimentellen Nachweis von topologischem Ladungstransport in quasi-eindimensionalen HgTe-Nanostrukturen zum Ziel haben.
KW  - Quecksilbertellurid
KW  - Nanodraht
KW  - Halbleiter-Supraleiter-Kontakt
KW  - Topologischer Isolator
KW  - Core-shell
KW  - Nanowires
KW  - Vapor-liquid-solid
KW  - Molecular beam epitaxy
KW  - HgTe
KW  - CdTe
KW  - ZnTe
KW  - Aharonov-Bohm
KW  - Shapiro
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-293222
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Müller, S.
A1  - Spriestersbach, F.
A1  - Min, C.-H.
A1  - Fornari, C. I.
A1  - Reinert, F.
T1  - Molecular beam epitaxy of TmTe thin films on SrF\(_{2}\) (111)
JF  - AIP Advances
N2  - The odd parity nature of 4f states characterized by strong spin–orbit coupling and electronic correlations has led to a search for novel topological phases among rare earth compounds, such as Kondo systems, heavy Fermions, and homogeneous mixed-valent materials. Our target system is thulium telluride thin films whose bandgap is expected to be tuned as a function of lattice parameter. We systematically investigate the growth conditions of TmxTey thin films on SrF\(_{2}\) (111) substrates by molecular beam epitaxy. The ratio between Te and Tm supply was precisely tuned, resulting in two different crystalline phases, which were confirmed by x-ray diffraction and x-ray photoemission spectroscopy. By investigating the crystalline quality as a function of the substrate temperature, the optimal growth conditions were identified for the desired Tm1Te1 phase. Additional low energy electron diffraction and reflective high energy electron diffraction measurements confirm the epitaxial growth of TmTe layers. X-ray reflectivity measurements demonstrate that homogeneous samples with sharp interfaces can be obtained for varied thicknesses. Our results provide a reliable guidance to prepare homogeneous high-quality TmTe thin films and thus serve as a basis for further electronic investigations.
KW  - thulium telluride
KW  - molecular beam epitaxy
KW  - thin films
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-300876
VL  - 12
IS  - 2
ER  -