TY  - JOUR
A1  - Anisimov, A. N.
A1  - Simin, D.
A1  - Soltamov, V. A.
A1  - Lebedev, S. P.
A1  - Baranov, P. G.
A1  - Astakhov, G. V.
A1  - Dyakonov, V.
T1  - Optical thermometry based on level anticrossing in silicon carbide
JF  - Scientific Reports
N2  - We report a giant thermal shift of 2.1 MHz/K related to the excited-state zero-field splitting in the silicon vacancy centers in 4H silicon carbide. It is obtained from the indirect observation of the optically detected magnetic resonance in the excited state using the ground state as an ancilla. Alternatively, relative variations of the zero-field splitting for small temperature differences can be detected without application of radiofrequency fields, by simply monitoring the photoluminescence intensity in the vicinity of the level anticrossing. This effect results in an all-optical thermometry technique with temperature sensitivity of 100 mK/Hz\(^{1/2}\) for a detection volume of approximately 10\(^{−6}\) mm\(^3\). In contrast, the zero-field splitting in the ground state does not reveal detectable temperature shift. Using these properties, an integrated magnetic field and temperature sensor can be implemented on the same center.
KW  - electronic and spintronic devices
KW  - electronic properties and materials
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-147809
VL  - 6
IS  - 33301
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Audehm, P.
A1  - Schmidt, M.
A1  - Brück, S.
A1  - Tietze, T.
A1  - Gräfe, J.
A1  - Macke, S.
A1  - Schütz, G.
A1  - Goering, E.
T1  - Pinned orbital moments - A new contribution to magnetic anisotropy
JF  - Scientific Reports
N2  - Reduced dimensionality and symmetry breaking at interfaces lead to unusual local magnetic configurations, such as glassy behavior, frustration or increased anisotropy. The interface between a ferromagnet and an antiferromagnet is such an example for enhanced symmetry breaking. Here we present detailed X-ray magnetic circular dichroism and X-ray resonant magnetic reflectometry investigations on the spectroscopic nature of uncompensated pinned magnetic moments in the antiferromagnetic layer of a typical exchange bias system. Unexpectedly, the pinned moments exhibit nearly pure orbital moment character. This strong orbital pinning mechanism has not been observed so far and is not discussed in literature regarding any theory for local magnetocrystalline anisotropy energies in magnetic systems. To verify this new phenomenon we investigated the effect at different temperatures. We provide a simple model discussing the observed pure orbital moments, based on rotatable spin magnetic moments and pinned orbital moments on the same atom. This unexpected observation leads to a concept for a new type of anisotropy energy.
KW  - pinned orbital moments
KW  - ferromagnet
KW  - antiferromagnet
KW  - anisotropy energy
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-167727
VL  - 6
IS  - 25517
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Chenari, Hossein Mahmoudi
A1  - Seibel, Christoph
A1  - Hauschild, Dirk
A1  - Reinert, Friedrich
A1  - Abdollahian, Hossein
T1  - Titanium Dioxide Nanoparticles: Synthesis, X-Ray Line Analysis and Chemical Composition Study
JF  - Materials Research
N2  - TiO2 nanoparticleshave been synthesized by the sol-gel method using titanium alkoxide and isopropanolas a precursor. The structural properties and chemical composition of the TiO2 nanoparticles were studied usingX-ray diffraction, scanning electron microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy.The X-ray powder diffraction pattern confirms that the particles are mainly composed of the anatase phase with the preferential orientation along [101] direction. The physical parameters such as strain, stress and energy density were investigated from the Williamson- Hall (W-H) plot assuming a uniform deformation model (UDM), and uniform deformation energy density model (UDEDM). The W-H analysis shows an anisotropic nature of the strain in nanopowders. The scanning electron microscopy image shows clear TiO2 nanoparticles with particle sizes varying from 60 to 80nm. The results of mean particle size of TiO2 nanoparticles show an inter correlation with the W-H analysis and SEM results. Our X-ray photoelectron spectroscopy spectra show that nearly a complete amount of titanium has reacted to TiO2
KW  - TiO\(_2\)
KW  - Nanoparticles
KW  - X-ray analysis
KW  - SEM
KW  - XPS
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165807
VL  - 19
IS  - 6
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Dietrich, Christof P.
A1  - Steude, Anja
A1  - Tropf, Laura
A1  - Schubert, Marcel
A1  - Kronenberg, Nils M.
A1  - Ostermann, Kai
A1  - Höfling, Sven
A1  - Gather, Malte C.
T1  - An exciton-polariton laser based on biologically produced fluorescent protein
JF  - Science Advances
N2  - Under adequate conditions, cavity polaritons form a macroscopic coherent quantum state, known as polariton condensate. Compared to Wannier-Mott excitons in inorganic semiconductors, the localized Frenkel excitons in organic emitter materials show weaker interaction with each other but stronger coupling to light, which recently enabled the first realization of a polariton condensate at room temperature. However, this required ultrafast optical pumping, which limits the applications of organic polariton condensates. We demonstrate room temperature polariton condensates of cavity polaritons in simple laminated microcavities filled with biologically produced enhanced green fluorescent protein (eGFP). The unique molecular structure of eGFP prevents exciton annihilation even at high excitation densities, thus facilitating polariton condensation under conventional nanosecond pumping. Condensation is clearly evidenced by a distinct threshold, an interaction-induced blueshift of the condensate, long-range coherence, and the presence of a second threshold at higher excitation density that is associated with the onset of photon lasing.
KW  - polarition condensate
KW  - enhanced green fluorescent protein
KW  - photon lasing
KW  - quantum physics
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-171305
VL  - 2
IS  - 8
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Dyksik, M.
A1  - Motyka, M.
A1  - Kurka, M.
A1  - Ryczo, K.
A1  - Dallner, M.
A1  - Höfling, S.
A1  - Kamp, M.
A1  - Sęk, G.
A1  - Misiwicz, J.
T1  - Photoluminescence quenching mechanisms in type IIInAs/GaInSb QWs on InAs substrates
JF  - Optical and Quantum Electronics
N2  - Optical properties of AlSb/InAs/GaInSb/InAs/AlSb quantum wells (QWs) grown on an InAs substrate were investigated from the point of view of room temperature emission in the mid- and long-wavelength infrared ranges. By means of two independent techniques of optical spectroscopy, photoreflectance and temperature-dependent photoluminescence, it was proven that the main process limiting the performance of such InAs substrate-based type II structures is related to the escape of carriers from the hole ground state of the QW. Two nonradiative recombination channels were identified. The main process was attributed to holes tunneling to the valence band of the GaAsSb spacing layer and the second one with trapping of holes by native defects located in the same layer.
KW  - Interband cascade lasers
KW  - Quantum wells
KW  - MU-M
KW  - Fourier-transform spectroscopy
KW  - Mid-infrared photoluminescence
KW  - Type II quantum wells
KW  - Localized states
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-204672
VL  - 48
IS  - 401
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Estrecho, E.
A1  - Gao, T.
A1  - Brodbeck, S.
A1  - Kamp, M.
A1  - Schneider, C.
A1  - Höfling, S.
A1  - Truscott, A. G.
A1  - Ostrovskaya, E. A.
T1  - Visualising Berry phase and diabolical points in a quantum exciton-polariton billiard
JF  - Scientific Reports
N2  - Diabolical points (spectral degeneracies) can naturally occur in spectra of two-dimensional quantum systems and classical wave resonators due to simple symmetries. Geometric Berry phase is associated with these spectral degeneracies. Here, we demonstrate a diabolical point and the corresponding Berry phase in the spectrum of hybrid light-matter quasiparticles—exciton-polaritons in semiconductor microcavities. It is well known that sufficiently strong optical pumping can drive exciton-polaritons to quantum degeneracy, whereby they form a macroscopically populated quantum coherent state similar to a Bose-Einstein condensate. By pumping a microcavity with a spatially structured light beam, we create a two-dimensional quantum billiard for the exciton-polariton condensate and demonstrate a diabolical point in the spectrum of the billiard eigenstates. The fully reconfigurable geometry of the potential walls controlled by the optical pump enables a striking experimental visualization of the Berry phase associated with the diabolical point. The Berry phase is observed and measured by direct imaging of the macroscopic exciton-polariton probability densities.
KW  - Berry phase
KW  - diabolical points
KW  - quantum billiard
KW  - exciton-polariton
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-167496
VL  - 6
IS  - 37653
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fella, Christian
T1  - High-Resolution X-ray Imaging based on a Liquid-Metal-Jet-Source with and without X-ray Optics
T1  - Hochauflösende Röntgenbildgebung auf Basis einer
Flüssigmetall-Anoden-Quelle mit und ohne Röntgenoptiken
N2  - With increasing miniaturization in industry and medical technology, non-destructive testing techniques are an area of everincreasing importance. In this framework, X-ray microscopy offers an efficient tool for the analysis, understanding and quality assurance of microscopic species, in particular as it allows reconstructing three-dimensional data sets of the whole sample’s volumevia computed tomography (CT).
The following thesis describes the conceptualization, design, construction and characterization of a compact laboratory-based X-ray microscope in the hard X-ray regime around 9 keV, corresponding to a wavelength of 0.134 nm. Hereby, the main focus is on the optimization of resolution and contrast at relatively short exposure times. For this, a novel liquid-metal-jet anode source is the basis. Such only recently commercially available X-ray source reaches a higher brightness than other conventional laboratory sources, i.e. the number of emitted photons (X-ray quanta) per area and solid angle is exceptionally high. This is important in order to reach low exposure times. The reason for such high brightness is the usage of the rapidly renewing anode out of liquid metal which enables an effective dissipation of heat, normally limiting the creation of high intensities on a small area.
In order to cover a broad range of different samples, the microscope can be operated in two
modes. In the “micro-CT mode”, small pixels are realized with a crystal-scintillator and an
optical microscope via shadow projection geometry. Therefore, the resolution is limited by the emitted wavelength of the scintillator, as well as the blurring of the screen. However, samples in the millimeter range can be scanned routinely with low exposure times. Additionally, this mode is optimized with respect to in-line phase contrast, where edges of an object are enhanced and thus better visible.
In the second “nano-CT mode”, a higher resolution can be reached via X-ray lenses. However,
their production process is due to the physical properties of the hard X-ray range - namely high absorption and low diffraction - extremely difficult, leading typically to low performances. In combination with a low brightness, this leads to long exposure times and high requirements in terms of stability, which is one of the key problems of laboratory-based X-ray microscopy. With the here-developed setup and the high brightness of its source, structures down to 150 nm are resolved at moderate exposure times (several minutes per image) and nano-CTs can be obtained.
N2  - Mit zunehmender Miniaturisierung in Industrie und Medizintechnik werden zerstörungsfreie
Prüfverfahren immer wichtiger. In diesem Umfeld bietet Röntgenmikroskopie ein effizientes Instrument zu Analyse, Verständnis und Qualitätssicherung mikroskopischer Proben, insbesondere da sie im Rahmen der Computer-Tomografie (CT) die Aufnahme dreidimensionaler Datensätze des gesamten Probenvolumens ermöglicht.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Konzeption, Design, Aufbau und Charakterisierung
eines kompakten Labor-Röntgenmikroskops im harten Röntgenbereich bei 9 keV, bzw. einer
Wellenlänge von 0.134 nm. Im Fokus liegt dabei die Optimierung von Auflösung und Kontrast
bei möglichst kurzen Belichtungszeiten. Hier für bildet die Basis eine neuartige Flüssig-Metall-
Anoden Röntgenquelle. Solche erst seit kurzem kommerziell verfügbare Quellen erreichen eine
höhere Brillianz als konventionelle Laborquellen, d.h. dass die Anzahl der emittierten Photonen
(Röntgenquanten) pro Fläche und Raumwinkel außergewöhnlich hoch ist. Dies ist ein entscheidender Faktor, um nötige Belichtungszeiten zu verringern. Der Grund für die hohe Brillianz ist die Verwendung einer sich sehr schnell erneuernden Anode aus flüssigem Metall. Diese ermöglicht die effektive Abfuhr von Wärme, welche normalerweise die Erzeugung von höheren Intensitäten auf kleinerer Fläche limitiert.
Um ein möglichst großes Spektrum an Proben abzubilden, kann das Mikroskop in zwei Modi
betrieben werden. Im ”Mikro-CT Modus“ werden kleine Pixel mit Hilfe eines Kristall-Leuchtschirms und einem Lichtmikroskop über das Schattenwurfprinzip erreicht, weswegen dessen Auflösung durch die Wellenlänge des emittierten Lichts und die Unschärfe des Schirms beschränkt ist. Dafür können Proben im Millimeterbereich bei geringen Belichtungszeiten standardmäßig aufgenommen werden. Zudem wurde dieser Modus auf inline Phasen-Kontrast optimiert, bei welchem die Kanten eines Objekts durch Interferenz überhöht dargestellt werden und somit besser sichtbar sind.
Im zweiten ”Nano-CT Modus“ kann eine erhöhte Auflösung mit Hilfe von Röntgenlinsen erreicht
werden. Deren Herstellung ist aber aufgrund der physikalische Eigenschaften im harten
Röntgenbereichs - nämlich starke Absorption und schwache Brechung - technisch extrem
schwierig und meist mit einer sehr geringe optischen “Leistung” verbunden. Dies führt in Kombination mit einer geringen Brillianz zu sehr langen Belichtungszeiten und hohen Anforderungen an die Stabilität, was ein Kernproblem der auf Laborquellen basierenden Röntgenmikroskope darstellt. Mit der hier entwickelten Anlage können durch die hohe Brillianz der verwendeten Quelle bei moderaten Belichtungszeiten (wenige Minuten pro Bild) Strukturen der Größe 150 nm voneinander getrennt, sowie Nano-CTs aufgenommen werden.
KW  - computed tomography
KW  - non-destructive testing
KW  - X-ray microscopy
KW  - computed tomography (CT)
KW  - liquid-metal-jet anode X-ray source
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-145938
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Fornari, C. I.
A1  - Rappl, P. H. O.
A1  - Morelhao, S. L.
A1  - Peixoto, T. R. F.
A1  - Bentmann, H.
A1  - Reinert, F.
A1  - Abramof, E.
T1  - Preservation of pristine Bi\(_2\)Te\(_3\) thin film topological insulator surface after ex situ mechanical removal of Te capping layer
JF  - APL Materials
N2  - Ex situ analyses on topological insulator films require protection against surface contamination during air exposure. This work reports on a technique that combines deposition of protective capping just after epitaxial growth and its mechanical removal inside ultra-high vacuum systems. This method was applied to Bi2Te3 films with thickness varying from 8 to 170 nm. Contrarily to other methods, this technique does not require any sputtering or thermal annealing setups installed inside the analyzing system and preserves both film thickness and surface characteristics. These results suggest that the technique presented here can be expanded to other topological insulator materials.
KW  - Insulator surfaces
KW  - Atomic force microscopy
KW  - Insulating thin films
KW  - Molecular beam epitaxy
KW  - Surface states
KW  - Vacuum chambers
KW  - Thin film growth
KW  - Sputter deposition
KW  - Epitaxy
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164468
VL  - 4
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hargart, F
A1  - Roy-Choudhury, K
A1  - John, T
A1  - Portalupi, S L
A1  - Schneider, C
A1  - Höfling, S
A1  - Kamp, M
A1  - Hughes, S
A1  - Michler, P
T1  - Probing different regimes of strong field light-matter interaction with semiconductor quantum dots and few cavity photons
JF  - New Journal of Physics
N2  - In this work we present an extensive experimental and theoretical investigation of different regimes of strong field light–matter interaction for cavity-driven quantum dot (QD) cavity systems. The electric field enhancement inside a high-Q micropillar cavity facilitates exceptionally strong interaction with few cavity photons, enabling the simultaneous investigation for a wide range of QD-laser detuning. In case of a resonant drive, the formation of dressed states and a Mollow triplet sideband splitting of up to 45 μeV is measured for amean cavity photon number <n\(_c\)>\(\leq\) 1. In the asymptotic limit of the linear ACStark effect we systematically investigate the power and detuning dependence of more than 400 QDs. Some QD-cavity systems exhibit an unexpected anomalous Stark shift, which can be explained by an extended dressed 4-levelQDmodel.Weprovide a detailed analysis of the QD-cavity systems properties enabling this novel effect. The experimental results are successfully reproduced using a polaron master equation approach for the QD-cavity system, which includes the driving laser field, exciton-cavity and exciton-phonon interactions
KW  - light–matter interaction
KW  - quantum dots
KW  - AC Stark effect
KW  - dressed states
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-166278
VL  - 18
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - He, Yu-Ming
A1  - Iff, Oliver
A1  - Lundt, Nils
A1  - Baumann, Vasilij
A1  - Davanco, Marcelo
A1  - Srinivasan, Kartik
A1  - Höfling, Sven
A1  - Schneider, Christian
T1  - Cascaded emission of single photons from the biexciton in monolayered WSe\(_{2}\)
JF  - Nature Communications
N2  - Monolayers of transition metal dichalcogenide materials emerged as a new material class to study excitonic effects in solid state, as they benefit from enormous Coulomb correlations between electrons and holes. Especially in WSe\(_{2}\), sharp emission features have been observed at cryogenic temperatures, which act as single photon sources. Tight exciton localization has been assumed to induce an anharmonic excitation spectrum; however, the evidence of the hypothesis, namely the demonstration of a localized biexciton, is elusive. Here we unambiguously demonstrate the existence of a localized biexciton in a monolayer of WSe\(_{2}\), which triggers an emission cascade of single photons. The biexciton is identified by its time-resolved photoluminescence, superlinearity and distinct polarization in micro-photoluminescence experiments. We evidence the cascaded nature of the emission process in a cross-correlation experiment, which yields a strong bunching behaviour. Our work paves the way to a new generation of quantum optics experiments with two-dimensional semiconductors.
KW  - lasers
KW  - LED
KW  - quantum dots
KW  - light sources
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-169363
VL  - 7
ER  - 
TY  - THES
A1  - Herrmann, Oliver
T1  - Graphene-based single-electron and hybrid devices, their lithography, and their transport properties
T1  - Lithographie und Transporteigenschaften auf Graphen basierender Einzelelektronentransistoren und Hybridbauteilen
N2  - This work explores three different aspects of graphene, a single-layer of carbon atoms arranged in a hexagonal lattice, with regards to its usage in future electronic devices; for instance in the context of quantum information processing. For a long time graphene was believed to be thermodynamically unstable. The discovery of this strictly two-dimensional material completed the family of carbon based structures, which had already been subject of intensive research with focus on zero-dimensional fullerenes and one-dimensional carbon nanotubes. Within only a few years of its discovery, the field of graphene related research has grown into one of today’s most diverse and prolific areas in condensed matter physics, highlighted by the award of the 2010 Nobel Prize in Physics to A.K. Geim and K. Noveselov for “their groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material graphene”. 

From the point of view of an experimental physicist interested in the electronic properties of a material system, the most intriguing characteristic of graphene is found in the Dirac-like nature of its charge carriers, a peculiar fact that distinguishes graphene from all other known standard semiconductors. The dynamics of charge carriers close to zero energy are described by a linear energy dispersion relation, as opposed to a parabolic one, which can be understood as a result of the underlying lattice symmetry causing them to behave like massless relativistic particles. This fundamentally different behavior can be expected to lead to the observation of completely new phenomena or the occurrence of deviations in well-known effects. 

Following a brief introduction of the material system in chapter 2, we present our work studying the effect of induced superconductivity in mesoscopic graphene Josephson junctions by proximity to superconducting contacts in chapter 3. We explore the use of Nb as the superconducting material driven by the lack of high critical temperature and high critical magnetic field superconductor technology in graphene devices at that time. Characterization of sputter-deposited Nb films yield a critical transition temperature of \(T_{C}\sim 8{\rm \,mK}\). A prerequisite for successful device operation is a high interface quality between graphene and the superconductor. In this context we identify the use of an Ti as interfacial layer and incorporate its use by default in our lithography process. Overall we are able to increase the interface transparency to values as high as \(85\%\).  With the prospect of interesting effects in the ballistic regime we try to enhance the electronic quality of our Josephson junction devices by substrate engineering, yet with limited success. We achieve moderate charge carrier mobilities of up to \(7000{\rm \,cm^2/Vs}\) on a graphene/Boron-nitride heterostructure (fabrication details are covered in chapter 5) putting the junction in the diffusive regime (\(L_{device}<L_{\rm{mfp}}\)). We speculate that either inhomogeneities in the graphene channel or lithography residues are responsible for this observation. 

Furthermore we study the Josephson effect and Andreev reflection related physics in this device by low-temperature transport measurements. The junction carries a bipolar supercurrent which remains finite at the charge neutrality point. The genuine Josephson character is confirmed by the modulation of the supercurrent as a function of an out-of-plane magnetic field resembling that of a Fraunhofer-like pattern. This is further supported by the response of the junction to microwave radiation in the form of Shaprio steps. Surprisingly we find a strongly reduced superconducting energy gap of approximately \(\Delta = 400{\rm \,\mu eV}\) by quantitatively analyzing data of multiple Andreev reflections. We show this result to be consistent by careful analysis of the device parameters and comparison of these to a theoretical model. More experiments will be needed to determine the origin of this reduction and if the presence of the Ti interfacial layer plays an important role in that.

With regards to possible usability of superconducting contacts in more complex hybrid structures we can conclude that our work establishes the necessary preconditions while still leaving room for improvements; especially in terms of device quality.

In the second part of this work we are primarily interested in electrical transport properties of graphene nanodevices and their application in graphene-superconductor hybrid structures. The fact that graphene is mechanically stable down to a few tens of nanometers in width while exhibiting a finite conductance makes it an appealing choice as host for single-electron devices, also known as quantum dots. Our work on this topic is covered in chapter 4 where we first develop a high-resolution lithography process for the fabrication of single electron devices with critical feature sizes of roughly \(50{\rm \,nm}\). To this end we use a resist etch mask in combination with a reactive-ion etch process for device patterning. Carrier confinement in graphene is known to be hindered by the Klein tunneling phenomenon, a challenge that can be overcome by using all-graphene nano-constrictions to decouple the source and drain contacts from the central island.

The traditionally used constriction design is comprised of long and narrow connections. We argue that a design with very short and narrow constrictions could be beneficial for the quantum dot performance as the length merely affects the overall conductance and requires extended side-gates to control their transmission. We confirm the functionality of two different devices in low-temperature measurements, which differ in the size of their central island with \(d=250{\rm \,nm}\) for device no. 1 and \(d=400{\rm \,nm}\) for device no. 2. Coulomb blockade measurements conducted at \(20{\rm \,mK}\) on both devices reveal clear sequences of Coulomb peaks with amplitudes of up to \(0.8\rm{\,e}^2/\rm{h}\), a value significantly larger than what is commonly reported for similar devices. We interpret this as an indication of rather homogeneous constrictions, resulting from the modified design. Coulomb diamond measurements display the behavior expected for a lithographically designed single quantum dot revealing no features related to the presence of an additional dot. Using the stability diagram we determine the addition energies of the two dots and find them to be in good agreement with values reported in the literature for devices of similar size. Using the normalized Coulomb peak spacing as a figure of merit for the device quality we find that device no. 1 quantitatively compares well with a similar device fabricated on a superior hexagonal boron-nitride substrate. This result underlines the importance of non-substrate related extrinsic disorder sources and emphasizes the cleanliness of our lithography process.

Superconductor-graphene quantum dot hybrid structures employing Nb and Al electrodes were successfully fabricated from a lithography point of view, yet no evidence of any superconducting related effect was found in transport measurements. We assign the missing observation to interface issues that require careful analysis and likely a revision of the fabrication process.  

A property equally important in graphene Josephson Junctions and quantum dots is the electronic quality of the device, as has been addressed in the previous paragraphs. It turns out that the \(\rm{SiO}_{2}\;\) substrate and lithography residues constitute the two major sources of disorder in graphene. In chapter 5 we present an approach based on the original work of Dean et al. who utilize hexagonal-Boron nitride as a replacement substrate for \(\rm{SiO}_{2}\). This idea was then extended by Wang et al. who also used this material as a shield to protect the graphene surface from contaminations during the lithography process. These structures are commonly referred to as van der Waals heterostructures and are assembled by stacking individual crystals on top of each other. 

For this purpose we build a mechanical transfer system based on an optical microscope equipped with an additional micro-manipulator stage allowing precise alignment of two micrometer sized crystals with high precision. We demonstrate the functionality of this setup on the basis of successfully fabricated heterostructures. Furthermore a variation on the traditional method for single graphene/boron nitride structures is presented. Based on a reversed stacking order this method yields large areas of homogeneous graphene, however it comes with the drawback of limited yields. A common type of problem accompanying the fabrication of encapsulated graphene structures is the formation of contamination spots (also referred to as bubbles in the literature) at the interfaces between BN and graphene. We experience similar issues which we are unable to prevent and thus pose a limit to the maximum available device size. In the next step we develop a full lithography paradigm including high-resolution device patterning by electron beam lithography combined with reactive ion etching and two different ways to establish electrical contact to the encapsulated graphene flake. In this context we explore the use of three different types of etch masks and find a double layer of PMMA/HSQ best suited for our purposes. Our low power plasma etch process utilizes a combination of \(\rm{O}_{2}\;\) and \(\rm{CHF}_{3}\;\) and is optimized to show reproducible etch results. 

A widely used method for electrical contacts relies on one-dimensional edge contacts whose functionality crucially depends on the use of Cr as the interface layer. For compatibility reasons with superconducting materials, e.g. Nb, we develop a self-aligned contact process that instead of only Cr is also compatible with Ti. We achieve this by modifying the plasma etch parameters such that the etch process exhibits extremely low graphene etch rates while keeping a high etch rate for h-BN. This allows clearing of a narrow stripe of graphene at the edge of the structure by using a thick PMMA layer as etch mask as replacement of the PMMA/HSQ combination. The purpose of this PMMA mask is two-fold since it also serves as lift-off mask during metalization. 

The quality of the edge contacts fabricated with either method is excellent as determined from transport measurements at room and cryogenic temperatures. With typical contact resistances of a few hundred \({\rm \,}\Omega\mu{\rm m}\) and a record low of \(100{\rm \,}\Omega\mu{\rm m}\) the contacts can be considered to be state-of-the-art. The positive effect of encapsulation on the electronic quality is confirmed on a device exhibiting charge carrier mobilities exceeding \(10^5{\rm \,cm^2/Vs}\), one magnitude larger than what is commonly achieved on \(\rm{SiO}_{2}\).
 
The investigation of induced superconductivity in graphene Josephson Junctions, quantum dots, and high mobility heterostructures underlines the versatility of this material system, while covering only a tiny fraction of its prospects. Combination of the acquired knowledge regarding the physical effects and the developed lithography processes lay the foundation towards the fabrication and study of novel graphene hybrid devices.
N2  - In der vorliegenden Arbeit werden drei verschiedene Aspekte der zweidimensionalen Kohlenstoffmodifikation Graphen im Hinblick auf dessen Verwendung in neuartigen elektronischen Bauteilen untersucht. Als mögliches Anwendungsgebiet in diesem Zusammenhang wäre zum Beispiel die Quanteninformationsverarbeitung zu nennen. Bis zum Zeitpunkt seiner Isolierung galt Graphen aus thermodynamischen Gründen als instabil. Mit der experimentellen Realisierung dieses rein zweidimensionalen Materialsystems wurde die Familie der Kohlenstoffmodifikationen, welche bereits in Form von nulldimensionalen Fullerenen und eindimensionalen Kohlenstoffnanoröhren Gegenstand intensiver Forschung war, vervollständigt. Innerhalb nur weniger Jahre nach seiner Entdeckung ist aus der Graphen bezogenen Forschung eines der mannigfaltigsten und produktivsten Forschungsfelder der Festkörperphysik entstanden. Diese rasante Entwicklung und Bedeutung spiegelt sich darüber hinaus besonders in der Verleihung des Nobelpreises für Physik an A.K. Geim und K. Noveselov im Jahr 2010, \glqq für ihre bahnbrechenden Experimente im Zusammenhang mit dem zweidimensionalen Material Graphen\grqq, wieder.  

Aus der Sicht eines sich für die elektronischen Eigenschaften eines Materialsystems interessierenden Experimentalphysikers, stellt hierbei im Besonderen die Analogie der Ladungsträger in Graphen zu Dirac Fermionen eine sehr interessante Eigenschaft dar. Die Tatsache, dass sich Elektronen wie ultrarelativistische Teilchen verhalten unterscheidet Graphen dabei von allen bekannten gewöhnlichen Halbleitern. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang die Dynamik der Ladungsträger bei kleinen Energien zu nennen, die nicht wie gewöhnlich von einer parabolischen, sondern von einer linearen Dispersionsrelation beschrieben wird, was auf die zugrunde liegende Gitterstruktur zurückzuführen ist. Es wird erwartet, dass diese fundamentalen Unterschiede einerseits zu vollständig neuartigen Phänomenen und andererseits zu Abweichungen bei bekannten Effekten führen werden. 

Kapitel 2 gibt zunächst eine kurze Einführung in die relevanten Grundlagen des verwendeten Materialsystems. Im Anschluss daran präsentieren wir in Kapitel 3 die Ergebnisse unserer Untersuchungen von induzierter Supraleitung in mesoskopischen Graphen Josephson-Kontakten, basierend auf dem supraleitenden Proximity-Effekt. In unserer Arbeit konzentrieren wir uns dabei ausschließlich auf die Verwendung von Kontakten auf Nb Basis. Unsere Anstrengungen in diese Richtung liegen in der zur damaligen Zeit nicht vorhandenen Technologie zur Herstellung dieser Art von Bauteilen mit supraleitenden Materialien die ein hohes kritisches Magnetfeld, sowie eine hohe kritische Sprungtemperatur ausweisen.  Das hier verwendete, mittels Sputtertechnologie aufgebrachte, Nb besitzt eine Übergangstemperatur von \(T_{C}\sim8{\rm \,K}\). Eine Grundvoraussetzung für die Funktionalität des Josephson-Kontaktes ist eine hohe Güte der Grenzfläche zwischen Supraleiter und Graphen. In diesem Zusammenhang finden wir, dass das Aufbringen einer dünnen Zwischenschicht von Ti die Grenzflächentransparenz signifikant erhöht und fügen diese daher als einen festen Bestandteil in unseren Lithographie Prozess ein. Mittels dieser Technik gelingt es uns die Transparenz der Grenzfläche auf Werte von bis zu \(85\%\) zu steigern. In einem weiteren Schritt werden Anstrengungen unternommen die elektronischen Eigenschaften der Josephson Kontakte zu verbessern, um dadurch die Untersuchung von interessanten Effekten im ballistischen Regime ermöglichen. Dieses Ziel kann im Rahmen dieser Arbeit letztlich nicht vollständig erreicht werden. Zwar ist es möglich die Ladungsträgermobilitäten durch die Verwendung von Heterostrukturen, bestehend aus Graphen und hexagonalem Bornitride, auf moderate \(7000{\rm \,cm^2/Vs}\) anzuheben, dies ist jedoch nicht ausreichend um das Bauteil in das ballistische Regime zu bringen. Es wird vermutet, dass die verminderte Probenqualität durch Inhomogenitäten entlang des Graphenkanals, oder durch während der Herstellung verursachter Verunreinigungen der Probenoberfläche, hervorgerufen wird. 

Des Weiteren untersuchen wir in Transportmessungen bei tiefen Temperaturen an dieser Probe den Josephson-Effekt, sowie die Auswirkungen von Andreev-Reflexionen auf den Ladungs-\linebreak transport. Der Josephson-Kontakt zeichnet sich durch den Fluss eines bipolaren Suprastromes aus, welcher auch am Ladungsträgerneutralitätspunkt weiterhin besteht. Ein eindeutiger Nachweis, dass es sich bei dem auftretenden Suprastrom um einen echten Josephson-Strom handelt, wird über dessen Verhalten in einem aus der Ebene gerichteten Magnetfeld geführt. Hier beobachten wir eine Modulation des maximalen Suprastromes in Form eines Fraunhofer ähnlichen Musters. Der Nachweis des Josephson Charakters wird darüber hinaus auch durch das Auftreten von Shapiro-Stufen als Antwort des Bauteiles auf Bestrahlung mit Mikrowellen erbracht. Mittels quantitativer Analyse der Struktur multipler Andreev-Reflexionen wird die Supraleitungs-Bandlücke bestimmt, welche überraschenderweise einen erheblich reduzierten Wert von \(\Delta = 400{\rm \,\mu eV}\) aufweist. Wir analysieren dieses Ergebnis anhand der verfügbaren Probenparameter und zeigen, dass es in sich und mit einem theoretischen Model konsistent ist. Zur Klärung der exakten Ursache für diese reduzierte Bandlücke sind weitere Experimente nötig. In diesen gilt es auch den Einfluss der Ti Zwischenschicht zu untersuchen. Im Hinblick auf die Verwendung der supraleitenden Kontakte in komplexeren Hybridstrukturen ist abschließend zu sagen, dass wir mit unserer Arbeit die nötigen Voraussetzungen geschaffen haben, es jedoch besonders im Hinblick auf die Probenqualität Raum für Verbesserungen gibt. 

Der zweite Teil dieser Arbeit behandelt hauptsächlich die Transporteigenschaften von Graphen Nanostrukturen und deren Verwendung in Hybridstrukturen in Kombination mit supraleitenden Kontakten. 

Da Graphenstrukturen selbst in Größenordnungen von nur einigen zehn Nanometern mechanisch stabil sind und gleichzeitig eine endliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen, eignen sie sich hervorragend zur Herstellung von Einzelelektronentransistoren, auch bekannt unter dem Namen Quantenpunkte. Im ersten Teil von Kapitel 4 beschreiben wir die Entwicklung eines hochauflösenden Lithograhphie Prozesses zur Strukturierung besagter Einzelelektronentransitoren mit kritischen Dimensionen im Bereich von \(50{\rm \,nm}\). Zur Übertragung der Struktur verwenden wir eine gewöhnliche Ätzmaske auf PMMA Basis in Kombination mit einem Trockenätzverfahren in Form von Plasma-unterstütztem Ätzen. Es ist im Allgemeinen bekannt, dass die Lokalisation von Ladungsträgern in Graphen durch das Auftreten von \grqq Klein-Tunneln \grqq erschwert wird. Diese Herausforderung wird durch die Verwendung von Graphen basierenden Nano-Einschnürungen gelöst. Hierdurch wird es ermöglicht die Quantenpunktinsel von den Zuleitungen (Source und Drain) abzukoppeln. 

Traditionell bestehen diese Nano-Einschnürungen aus langen und schmalen Graphenstrukturen. Wir argumentieren in unserer Arbeit, dass stattdessen die Verwendung von sehr kurzen und schmalen Einschnürungen Vorteile für die Funktionalität des Quantenpunktes hat, ausgehend von der Annahme, dass sich die Länge lediglich auf die Gesamtleitfähigkeit auswirkt. Eine nach diesem Schema angefertigte Einschnürrung würde zudem keine ausgedehnte Gate-Elektrode zur Anpassung ihrer Transmission benötigen. 

Wir demonstrieren die Funktionalität zweier, sich in der Größe der zentralen Insel unterscheidenden (Probe 1: \(d=250{\rm \,nm}\) und Probe 2: \(d=400{\rm \,nm}\)) Quantenpunkte, in Tieftemperaturemessungen. Im Coulomb-Blockade Regime wird in beiden Proben eine klare Sequenz von Coulomb Oszillationen, mit Leitfähigkeitswerten von bis zu \(0.8\,\rm{e}^2/\rm{h}\), beobachtet. Dieser Wert liegt deutlich über den üblicherweise berichteten Werten für vergleichbare Strukturen. Wir werten dieses Ergebnis, was auf homogene Einschnürrungen schließen lässt, als Resultat des veränderten Designs. Die Messungen von Coulomb Diamanten zeigen das zu erwartende Ergebnis für lithographisch definierte Einzelquantenpunktstrukturen und beinhalten keinerlei Auffälligkeiten, welche auf die Existenz zusätzlicher Quantenpunktstrukturen zurückzuführen wären. Die für beide Quantenpunktstrukturen aus dem Stabilitätsdiagramm gewonnen Ladungsenergien, decken sich mit den in der Literatur verfügbaren Resultaten für Proben mit vergleichbarer Größe. Ein quantitativer Vergleich des normalisierten Abstandes der Coulomb Oszillationen zeigt, dass Probe 1 eine ähnlich hohe Qualität besitzt, wie eine auf dem besser geeigneten Substratmaterial Bornitrid hergestellte vergleichbare Probe. Dieses Ergebnis deutet auf die Wichtigkeit von nicht zu vernachlässigbaren extrinsischen Einflüssen hin, die nicht mit dem Substrat in Zusammenhang stehen, und hebt darüber hinaus die Sauberkeit des von uns verwendeten Lithographie Prozesses hervor.  

In letzten Schritt werden Hybridstrukturen aus Supraleitern und Graphen basierenden Quantenpunkten, basierend auf der geleisteten Vorarbeit, hergestellt. Aus lithographischer Sicht sind diese Proben erfolgreich, jedoch liefern Transportmessungen keinerlei Hinweise, welche sich auf einen Einfluss der supraleitenden Eigenschaften der Kontakte auf die Transporteigenschaften zurückführen lassen. Es wird vermutet, dass es sich hierbei um ein Problem an der Grenzschicht zwischen Supraleiter und Graphen handelt, welches sorgfältiger Analyse und höchstwahrscheinlich einer Anpassung des Herstellungsprozesses bedarf. 

Eine Eigenschaft gleichermaßen bedeutend für auf Graphen basierende Josephson-Kontakte und Quantenpunkte, ist die elektronische Qualität der Proben, wie bereits in vorangegangenen Abschnitten erwähnt. Es stellt sich heraus, dass zum einen das \(\rm{SiO}_{2}\;\) Substrat und zum anderen Verunreinigungen durch die Prozessierung, die Hauptursachen für eine verminderte Qualität der Graphenproben darstellen. In Kapitel 5 präsentieren wir einen von Dean et al. inspirierten Lösungsansatz für diese Probleme, welcher auf der Verwendung von hexagonalem Bornitride anstelle von \(\rm{SiO}_{2}\;\) als Substratmaterial basiert. In einer, erstmals von Wang et al. berichteten, weiterentwickelten Version, wird zusätzlich eine zweite Lage Bornitrid auf die Graphen-Oberfläche gelegt, welche dort als eine Art Schutzschild vor Verunreinigungen während der Probenherstellung fungiert. Diese Strukturen werden in der Literatur als sogenannte van-der-Waals Heterostrukturen bezeichnet und lassen sich durch gezieltes Aufeinanderstapeln einzelner Bornitrid und Graphen Lagen herstellen. 

Als Teil dieser Arbeit wird zu diesem Zweck ein mechanisches Transfersystem für Graphen- und Bornitridelagen mit einer Größe von einigen Mikrometern konstruiert, welches auf einem modifizierten optischen Mikroskop basiert. Dieses ist zusätzlich mit Präzisions-Mikro-Linearstell-\linebreak tischen ausgestattet und ermöglicht dadurch die Positionierung zweier Lagen mit hoher Präzision. Die Funktionalität des Setups wird anhand von erfolgreich hergestellten Heterostrukturen demonstriert. Ferner wird eine Variation der in der Literatur üblichen Methode zur Herstellung von Graphen/Bornitrid Heterostrukturen präsentiert, welche die Herstellung großflächig homogener Graphenlagen auf Bornitrid ermöglicht. Der Nachteil dieser Methode liegt jedoch in seiner geringen Erfolgsquote. Ein weitverbreitetes Problem bei der Herstellung von eingekapselten Graphenstrukturen, ist der Einschluss von Verunreinigung an der Grenzfläche zwischen Bornitrid und Graphen (auch bekannt als Blasenbildung).Dieses Problem besteht auch in der von uns verwendeten Methode und wirkt sich daher negativ auf die maximal mögliche Bauteilgrösse aus. Ausgehend von einer erfolgreichen Probenvorbereitung schildern wir im nächsten Abschnitt die Entwicklung eines vollständigen Lithographie Prozesses, inklusive hochauflösender Strukturierung mittels Elektronenstrahllithographie in Kombination mit einem Plasma-unterstützten Trockenätzverfahren, sowie zwei grundsätzlich unterschiedlichen Möglichkeiten zur elektrischen Kontaktierung der eingeschlossenen Graphenlage. Im Zuge der Probenstrukturierung werden drei Arten von Ätzmasken auf ihre Tauglichkeit hin untersucht. Als beste Alternative wird dabei eine Kombination aus PMMA/HSQ identifiziert. Der auf Reproduzierbarkeit optimierte Ätzprozess wird bei geringer Leistung unter Verwendung von \(\rm{O}_{2}\;\) und \(\rm{CHF}_{3}\;\) als reaktiv Gase durchgeführt. 

Eine bekannte Standardmethode zur elektrischen Kontaktierung sind sogenannte eindimensionale Kontakte entlang der Graphenkante, deren Funktion entscheidend von der Verwendung von Cr als Zwischenschicht abhängt. Aus Kompatibilitätsgründen mit supraleitenden Materialien, z.b. Nb, entwickeln wir einen alternativen Kontaktierungsprozess der nicht auf eine Cr Zwischenschicht angewiesen ist, sondern auch mit Ti an dessen Stelle funktioniert. Dies wird ermöglicht durch Anpassung der Ätzparameter, so dass der Prozess eine hohe Selektivität gegenüber Graphen aufweist. In Kombination mit einer dicken PMMA-basierenden Ätzmaske ist es dadurch möglich einen schmalen Streifen Graphen an der Ätzkante freizulegen. Dieser kann anschließend metallisiert werden, wobei der Resist gleichzeitig als Lift-off Maske dient. 

Die Qualität der mit beiden Methoden so angefertigten elektrischen Kontakte ist sehr gut, wie aus Transportmessungen bei Tieftemperaturen und Raumtemperatur hervorgeht. Ein Vergleich mit Werten aus der Literatur bestätigt diese Einschätzung. Typischerweise befinden sich die Kontaktwiderstände im Bereich von einigen hundert \({\rm \,}\Omega\mu{\rm m}\), wobei der erreichte Bestwert bei ungefähr \(100{\rm \,}\Omega\mu{\rm m}\) liegt. Abschließend wird die erfolgreiche Entwicklung eines Herstellungsprozesses und der positive Effekt von Bornitrid als Substratmaterial und Schutzschild für die Graphen Oberfläche anhand von Messungen an einer Probe mit hoher Ladungsträgermobilität im Bereich von \(10^5{\rm \,cm^2/Vs}\) bestätigt. 

Die Untersuchung von induzierter Supraleitung in Graphen Josephson Kontakten, Graphen Quantenpunkten, sowie Heterostrukturen mit hoher Elektronenbeweglichkeit sind nur einige der vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten dieses Materialsystem. Die Kombination der in dieser Arbeit gewonnen Kenntnisse hinsichtlich der physikalischen Effekte und der entwickelten Lithographie Prozesse legen daher die Grundlage für die Herstellung und Untersuchung neuartiger auf Graphen basierender Hybridbauelemente in der Zukunft.
KW  - Graphen
KW  - Elektronisches Bauelement
KW  - Transporteigenschaft
KW  - quantum transport
KW  - Coulomb-blockade
KW  - induced superconductivity
KW  - boron-nitride
KW  - Quantenpunkt
KW  - Heterostruktur
KW  - Josephson-Kontakt
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-146924
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Horikiri, Tomoyuki
A1  - Yamaguchi, Makoto
A1  - Kamide, Kenji
A1  - Matsuo, Yasuhiro
A1  - Byrnes, Tim
A1  - Ishida, Natsuko
A1  - Löffler, Andreas
A1  - Höfling, Sven
A1  - Shikano, Yutaka
A1  - Ogawa, Tetsuo
A1  - Forchel, Alfred
A1  - Yamamoto, Yoshihisa
T1  - High-energy side-peak emission of exciton-polariton condensates in high density regime
JF  - Scientific Reports
N2  - In a standard semiconductor laser, electrons and holes recombine via stimulated emission to emit coherent light, in a process that is far from thermal equilibrium. Exciton-polariton condensates–sharing the same basic device structure as a semiconductor laser, consisting of quantum wells coupled to a microcavity–have been investigated primarily at densities far below the Mott density for signatures of Bose-Einstein condensation. At high densities approaching the Mott density, exciton-polariton condensates are generally thought to revert to a standard semiconductor laser, with the loss of strong coupling. Here, we report the observation of a photoluminescence sideband at high densities that cannot be accounted for by conventional semiconductor lasing. This also differs from an upper-polariton peak by the observation of the excitation power dependence in the peak-energy separation. Our interpretation as a persistent coherent electron-hole-photon coupling captures several features of this sideband, although a complete understanding of the experimental data is lacking. A full understanding of the observations should lead to a development in non-equilibrium many-body physics.
KW  - side-peak emission
KW  - exciton-polariton condensates
KW  - standard semiconductor laser
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-167711
VL  - 6
IS  - 25655
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hsu, Pin-Jui
A1  - Kügel, Jens
A1  - Kemmer, Jeannette
A1  - Toldin, Francesco Parisen
A1  - Mauerer, Tobias
A1  - Vogt, Matthias
A1  - Assaad, Fakher
A1  - Bode, Matthias
T1  - Coexistence of charge and ferromagnetic order in fcc Fe
JF  - Nature Communications
N2  - Phase coexistence phenomena have been intensively studied in strongly correlated materials where several ordered states simultaneously occur or compete. Material properties critically depend on external parameters and boundary conditions, where tiny changes result in qualitatively different ground states. However, up to date, phase coexistence phenomena have exclusively been reported for complex compounds composed of multiple elements. Here we show that charge- and magnetically ordered states coexist in double-layer Fe/Rh(001). Scanning tunnelling microscopy and spectroscopy measurements reveal periodic charge-order stripes below a temperature of 130 K. Close to liquid helium temperature, they are superimposed by ferromagnetic domains as observed by spin-polarized scanning tunnelling microscopy. Temperature-dependent measurements reveal a pronounced cross-talk between charge and spin order at the ferromagnetic ordering temperature about 70 K, which is successfully modelled within an effective Ginzburg–Landau ansatz including sixth-order terms. Our results show that subtle balance between structural modifications can lead to competing ordering phenomena.
KW  - ferromagnetism
KW  - phase transitions and critical phenomena
KW  - coexistence
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-173969
VL  - 7
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Jahnke, Frank
A1  - Gies, Christopher
A1  - Aßmann, Marc
A1  - Bayer, Manfred
A1  - Leymann, H.A.M.
A1  - Foerster, Alexander
A1  - Wiersig, Jan
A1  - Schneider, Christian
A1  - Kamp, Martin
A1  - Höfling, Sven
T1  - Giant photon bunching, superradiant pulse emission and excitation trapping in quantum-dot nanolasers
JF  - Nature Communications
N2  - Light is often characterized only by its classical properties, like intensity or coherence. When looking at its quantum properties, described by photon correlations, new information about the state of the matter generating the radiation can be revealed. In particular the difference between independent and entangled emitters, which is at the heart of quantum mechanics, can be made visible in the photon statistics of the emitted light. The well-studied phenomenon of superradiance occurs when quantum–mechanical correlations between the emitters are present. Notwithstanding, superradiance was previously demonstrated only in terms of classical light properties. Here, we provide the missing link between quantum correlations of the active material and photon correlations in the emitted radiation. We use the superradiance of quantum dots in a cavity-quantum electrodynamics laser to show a direct connection between superradiant pulse emission and distinctive changes in the photon correlation function. This directly demonstrates the importance of quantum–mechanical correlations and their transfer between carriers and photons in novel optoelectronic devices.
KW  - photon bunching
KW  - quantum mechanics
KW  - superradiant pulse emission
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-166144
VL  - 7
IS  - 11540
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kessel, Maximilian
T1  - HgTe shells on CdTe nanowires: A low-dimensional topological insulator from crystal growth to quantum transport
T1  - HgTe ummantelte CdTe Nanodrähte: Ein nieder-dimensionaler Topologischer Isolator vom Kristallwachstum zum Quantentransport
N2  - A novel growth method has been developed, allowing for the growth of strained HgTe shells on CdTe nanowires (NWs). The growth of CdTe-HgTe core-shell NWs required high attention in controlling basic parameters like substrate temperature and the intensity of supplied material fluxes. The difficulties in finding optimized growth conditions have been successfully overcome in this work.

We found the lateral redistribution of liquid growth seeds with a ZnTe growth start to be crucial to trigger vertical CdTe NW growth. Single crystalline zinc blende CdTe NWs grew, oriented along [111]B. The substrate temperature was the most critical parameter to achieve straight and long wires. In order to adjust it, the growth was monitored by reflection high-energy electron diffraction, which was used for fine tuning of the temperature over time in each growth run individually. For optimized growth conditions, a periodic diffraction pattern allowed for the detailed analysis of atomic arrangement on the surfaces and in the bulk. The ability to do so reflected the high crystal quality and ensemble uniformity of our CdTe NWs. The NW sides were formed by twelve stable, low-index crystalline facets. We observed two types stepped and polar sides, separated by in total six flat and non-polar facets.

The high crystalline quality of the cores allowed to grow epitaxial HgTe shells around. We reported on two different heterostructure geometries. In the first one, the CdTe NWs exhibit a closed HgTe shell, while for the second one, the CdTe NWs are overgrown mainly on one side. Scanning electron microscopy and scanning transmission electron microscopy confirmed, that many of the core-shell NWs are single crystalline zinc blende and have a high uniformity. The symmetry of the zinc blende unit cell was reduced by residual lattice strain. We used high-resolution X-ray diffraction to reveal the strain level caused by the small lattice mismatch in the heterostructures. Shear strain has been induced by the stepped hetero-interface, thereby stretching the lattice of the HgTe shell by 0.06 % along a direction oriented with an angle of 35 ° to the interface.

The different heterostructures obtained, were the base for further investigation of quasi-one-dimensional crystallites of HgTe. We therefore developed methods to reliably manipulate, align, localize and contact individual NWs, in order to characterize the charge transport in our samples. Bare CdTe cores were insulating, while the HgTe shells were conducting. At low temperature we found the mean free path of charge carriers to be smaller, but the phase coherence length to be larger than the sample size of several hundred nanometers. We observed universal conductance fluctuations and therefore drew the conclusion, that the trajectories of charge carriers are defined by elastic backscattering at randomly distributed scattering sites. When contacted with superconducting leads, we saw induced superconductivity, multiple Andreev reflections and the associated excess current. Thus, we achieved HgTe/superconductor interfaces with high interfacial transparency.

In addition, we reported on the appearance of peaks in differential resistance at Delta/e for HgTe-NW/superconductor and 2*Delta/e for superconductor/HgTe-NW/superconductor junctions, which is possibly related to unconventional pairing at the HgTe/superconductor interface. We noticed that the great advantage of our self-organized growth is the possibility to employ the metallic droplet, formerly seeding the NW growth, as a superconducting contact. The insulating wire cores with a metallic droplet at the tip have been overgrown with HgTe in a fully in-situ process. A very high interface quality was achieved in this case.
N2  - Topologische Isolatoren (TI) sind ein faszinierendes Forschungsfeld der Festkörperphysik. Im Inneren sind diese Materialien isolierend, am Rand zeigen sich jedoch topologisch geschützte, leitfähige Oberflächen-Zustände. Ihre lineare Energiedispersion und die Kopplung des Elektronenspins an die Bewegungsrichtung ermöglichen die Untersuchung von Teilchen, die sich als Dirac-Fermionen beschreiben lassen.

Für Nanodrähte, als Vertreter mesoskopischer Strukturen, spielen die Eigenschaften der Oberfläche eine größere Rolle, als für Strukturen mit makroskopischem Volumen. Ihr geringer Umfang beschränkt durch zusätzliche periodische Randbedingungen die erlaubten elektronischen Zustände. Durch ein externes Magnetfeld lassen sich TI-Nanodrähte vom trivialen in den helikalen Zustand überführen. Bringt man einen solchen Draht in direkten Kontakt mit einem Supraleiter, so werden Quasiteilchen vorhergesagt, die sich wie Majorana-Fermionen verhalten sollen.

Zur Untersuchung dieser Phänomene sind zunächst entscheidende technologische Hürden zu überwinden. Verschiedene TI sind derzeit bekannt. HgTe ist einer von ihnen und zeichnet sich bei tiefen Temperaturen durch eine hohe Beweglichkeit der Oberflächen-Elektronen und gleichzeitig einer geringen Leitfähigkeit im Volumen aus. Die bisherigen Untersuchungen in diesem Materialsystem beschränken sich auf zwei- und dreidimensionale Strukturen.

In dieser Arbeit wurde ein Verfahren zur Herstellung von quasi eindimensionalen TI-Nanodrähten entwickelt. Mittels vapor-liquid-solid Methode gewachsene CdTe Nanokristallite werden epitaktisch mit HgTe umwachsen. Die hergestellten Heterostrukturen werden mit Beugungsexperimenten charakterisiert, um den Einfluss der Wachstumsparameter wie Temperatur und Teilchenstrom auf die Qualität der Proben zu bestimmen und diese zu verbessern. In dieser Arbeit wird zum ersten mal eine Rekonstruktion der Oberflächenatome von Nanodrähten beschrieben. Für den Rückschluss auf die atomare Konfiguration mittels Elektronenbeugung müssen die einzelnen Kristallite eine hohe Selbstähnlichkeit aufweisen. Wie Bilder in atomarer Auflösung und hochaufgelöste Röntgenbeugung zeigen, werden einkristalline und verspannte CdTe-HgTe Strukturen erzeugt. Diese sollten die typischen TI Eigenschaften haben. Zur weiteren Untersuchung wurden Verfahren für die Manipulation und exakte Ausrichtung der Nanodrähte, sowie für die Kontaktierung mit verschiedenen Metallen entwickelt. Die blanken CdTe Nanodraht-Kerne selbst sind wie erwartet isolierend, mit HgTe umwachsene Proben jedoch leiten einen elektrischen Strom.

Die aktuelle Forschung beschäftigt sich nun intensiv mit dem Transport von Ladungs-trägern durch diese Nanodrähte. Dazu wird die Leitfähigkeit der Proben unter anderem bei tiefen Temperaturen und in Abhängigkeit äußerer elektrostatischer und magnetischer Felder bestimmt. Es werden verschiedene Effekte beobachtet. Universelle Fluktuationen des gemessenen Widerstandes, als ein Beispiel, resultieren aus einer Veränderung der geometrischen Phase der Ladungsträger. Dieser Effekt deutet auf elastische Rückstreuung der Ladungsträger in den HgTe Nanodrähten hin. Die Beobachtung kohärenter Transportphänomene erlaubt den Rückschluss, dass inelastische Streuprozesse bei tiefen Temperaturen kaum eine Rolle spielen.

Für Drähte mit supraleitenden Kontakten können induzierte Supraleitung und multiple Andreev-Reflektionen beobachtet werden. Zusammen mit dem beschriebenen excess current ist dies ein klares Zeichen für einen guten elektrischen Kontakt zwischen TI und Supraleiter. Zusätzlich beobachten wir eine Signatur nahe der Kante der Energielücke des Supraleiters, die eventuell durch pairing an der Grenzfläche zu erklären ist. Für die Verbindung von Spin-Bahn-Kopplung des TI und der Cooper-Paare des konventionellen Supraleiters wird die Entstehung eines unkonventionellen Supraleiters vorhergesagt. Dies ist ein weiteres interessantes Feld der modernen Festkörperphysik und Gegenstand aktueller Forschung.

Besonders bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang, dass der metallische Tropfen, welcher ursprünglich das Nanodraht-Wachstum katalysiert hat, bei tiefen Temperaturen supraleitend wird. Der in dieser Arbeit vorgestellte selbst-organisierte Wachstumsprozess resultiert in einer sauberen Grenzfläche zwischen TI und Supraleiter. Zur Untersuchung der Effekte an dieser Grenzfläche muss nicht zwingend in einem separaten Schritt ein supraleitender Kontakt aufgebracht werden. Die in dieser Arbeit vorgestellten Methoden und Erkenntnisse sind die Grundlage für die Realisierung von Experimenten, die geeignet wären, die erwarteten Majorana-Zustände in TI-Nanodrähten nachzuweisen.
KW  - Quecksilbertellurid
KW  - Nanodraht
KW  - Halbleiter-Supraleiter-Kontakt
KW  - vapor-liquid-solid
KW  - RHEED
KW  - MBE
KW  - CdTe
KW  - HgTe
KW  - Cadmiumtellurid
KW  - Topologischer Isolator
KW  - Kern-Schale-Struktur
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-149069
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kiermasch, David
A1  - Rieder, Philipp
A1  - Tvingstedt, Kristofer
A1  - Baumann, Andreas
A1  - Dyakonov, Vladimir
T1  - Improved charge carrier lifetime in planar perovskite solar cells by bromine doping
JF  - Scientific Reports
N2  - The charge carrier lifetime is an important parameter in solar cells as it defines, together with the mobility, the diffusion length of the charge carriers, thus directly determining the optimal active layer thickness of a device. Herein, we report on charge carrier lifetime values in bromine doped planar methylammonium lead iodide (MAPbI\(_3\)) solar cells determined by transient photovoltage. The corresponding charge carrier density has been derived from charge carrier extraction. We found increased lifetime values in solar cells incorporating bromine compared to pure MAPbI\(_3\) by a factor of ~2.75 at an illumination intensity corresponding to 1 sun. In the bromine containing solar cells we additionally observe an anomalously high value of extracted charge, which we deduce to originate from mobile ions.
KW  - devices for energy harvesting
KW  - solar cells
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-147976
VL  - 6
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kim, Seonghoon
A1  - Zhang, Bo
A1  - Wang, Zhaorong
A1  - Fischer, Julian
A1  - Brodbeck, Sebastian
A1  - Kamp, Martin
A1  - Schneider, Christian
A1  - Höfling, Sven
A1  - Deng, Hui
T1  - Coherent Polariton Laser
JF  - Physical Review X
N2  - The semiconductor polariton laser promises a new source of coherent light, which, compared to conventional semiconductor photon lasers, has input-energy threshold orders of magnitude lower. However, intensity stability, a defining feature of a coherent state, has remained poor. Intensity noise many times the shot noise of a coherent state has persisted, attributed to multiple mechanisms that are difficult to separate in conventional polariton systems. The large intensity noise, in turn, limits the phase coherence. Thus, the capability of the polariton laser as a source of coherence light is limited. Here, we demonstrate a polariton laser with shot-noise-limited intensity stability, as expected from a fully coherent state. This stability is achieved by using an optical cavity with high mode selectivity to enforce single-mode lasing, suppress condensate depletion, and establish gain saturation. Moreover, the absence of spurious intensity fluctuations enables the measurement of a transition from exponential to Gaussian decay of the phase coherence of the polariton laser. It suggests large self-interaction energies in the polariton condensate, exceeding the laser bandwidth. Such strong interactions are unique to matter-wave lasers and important for nonlinear polariton devices. The results will guide future development of polariton lasers and nonlinear polariton devices.
KW  - polariton laser
KW  - condensed matter physics
KW  - photonics
KW  - quantum physics
KW  - coherent light
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-166597
VL  - 6
IS  - 011026
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kraus, Hannes
A1  - Heiber, Michael C.
A1  - Väth, Stefan
A1  - Kern, Julia
A1  - Deibel, Carsten
A1  - Sperlich, Andreas
A1  - Dyakonov, Vladimir
T1  - Analysis of Triplet Exciton Loss Pathways in PTB7:PC\(_{71}\)BM Bulk Heterojunction Solar Cells
JF  - Scientific Reports
N2  - A strategy for increasing the conversion efficiency of organic photovoltaics has been to increase the VOC by tuning the energy levels of donor and acceptor components. However, this opens up a new loss pathway from an interfacial charge transfer state to a triplet exciton (TE) state called electron back transfer (EBT), which is detrimental to device performance. To test this hypothesis, we study triplet formation in the high performing PTB7:PC\(_{71}\)BM blend system and determine the impact of the morphology-optimizing additive 1,8-diiodoctane (DIO). Using photoluminescence and spin-sensitive optically detected magnetic resonance (ODMR) measurements at low temperature, we find that TEs form on PC\(_{71}\)BM via intersystem crossing from singlet excitons and on PTB7 via EBT mechanism. For DIO blends with smaller fullerene domains, an increased density of PTB7 TEs is observed. The EBT process is found to be significant only at very low temperature. At 300 K, no triplets are detected via ODMR, and electrically detected magnetic resonance on optimized solar cells indicates that TEs are only present on the fullerenes. We conclude that in PTB7:PC\(_{71}\)BM devices, TE formation via EBT is impacted by fullerene domain size at low temperature, but at room temperature, EBT does not represent a dominant loss pathway.
KW  - solar cells
KW  - electronic properties and materials
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-147413
VL  - 6
IS  - 29158
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kurz, Felix T.
A1  - Kampf, Thomas
A1  - Buschle, Lukas R.
A1  - Schlemmer, Heinz-Peter
A1  - Bendszus, Martin
A1  - Heiland, Sabine
A1  - Ziener, Christian H.
T1  - Generalized moment analysis of magnetic field correlations for accumulations of spherical and cylindrical magnetic perturbers
JF  - Frontiers in Physics
N2  - In biological tissue, an accumulation of similarly shaped objects with a susceptibility difference to the surrounding tissue generates a local distortion of the external magnetic field in magnetic resonance imaging. It induces stochastic field fluctuations that characteristically influence proton spin dephasing in the vicinity of these magnetic perturbers. The magnetic field correlation that is associated with such local magnetic field inhomogeneities can be expressed in the form of a dynamic frequency autocorrelation function that is related to the time evolution of the measured magnetization. Here, an eigenfunction expansion for two simple magnetic perturber shapes, that of spheres and cylinders, is considered for restricted spin diffusion in a simple model geometry. Then, the concept of generalized moment analysis, an approximation technique that is applied in the study of (non-)reactive processes that involve Brownian motion, allows deriving analytical expressions of the correlation function for different exponential decay forms. Results for the biexponential decay for both spherical and cylindrical magnetized objects are derived and compared with the frequently used (less accurate) monoexponential decay forms. They are in asymptotic agreement with the numerically exact value of the correlation function for long and short times.
KW  - magnetized sphere/cylinder
KW  - magnetic susceptibility
KW  - correlation function
KW  - diffusion
KW  - magnetic resonance imaging
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-190604
SN  - 2296-424X
VL  - 4
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Laiho, K.
A1  - Pressl, B.
A1  - Schlager, A.
A1  - Suchomel, H.
A1  - Kamp, M.
A1  - Höfling, S.
A1  - Schneider, C.
A1  - Weihs, G.
T1  - Uncovering dispersion properties in semiconductor waveguides to study photon-pair generation
JF  - Nanotechnology
N2  - We investigate the dispersion properties of ridge Bragg-reflection waveguides to deduce their phasematching characteristics. These are crucial for exploiting them as sources of parametric down-conversion (PDC). In order to estimate the phasematching bandwidth we first determine the group refractive indices of the interacting modes via Fabry-Perot experiments in two distant wavelength regions. Second, by measuring the spectra of the emitted PDC photons, we gain access to their group index dispersion. Our results offer a simple approach for determining the PDC process parameters in the spectral domain, and provide important feedback for designing such sources, especially in the broadband case.
KW  - Parametric down-conversion
KW  - Entanglement
KW  - CHIP
KW  - PUMP
KW  - Bragg-reflection waveguide
KW  - Information
KW  - phasematching
KW  - group refractive index
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-187025
VL  - 27
IS  - 43
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Lousada, Cláudio M.
A1  - Soroka, Inna L.
A1  - Yagodzinskyy, Yuriy
A1  - Tarakina, Nadezda V.
A1  - Todoshchenko, Olga
A1  - Hänninen, Hannu
A1  - Korzhavyi, Pavel A.
A1  - Jonsson, Mats
T1  - Gamma radiation induces hydrogen absorption by copper in water
JF  - Scientific Reports
N2  - One of the most intricate issues of nuclear power is the long-term safety of repositories for radioactive waste. These repositories can have an impact on future generations for a period of time orders of magnitude longer than any known civilization. Several countries have considered copper as an outer corrosion barrier for canisters containing spent nuclear fuel. Among the many processes that must be considered in the safety assessments, radiation induced processes constitute a key-component. Here we show that copper metal immersed in water uptakes considerable amounts of hydrogen when exposed to γ-radiation. Additionally we show that the amount of hydrogen absorbed by copper depends on the total dose of radiation. At a dose of 69 kGy the uptake of hydrogen by metallic copper is 7 orders of magnitude higher than when the absorption is driven by H\(_{2}\)(g) at a pressure of 1 atm in a non-irradiated dry system. Moreover, irradiation of copper in water causes corrosion of the metal and the formation of a variety of surface cavities, nanoparticle deposits, and islands of needle-shaped crystals. Hence, radiation enhanced uptake of hydrogen by spent nuclear fuel encapsulating materials should be taken into account in the safety assessments of nuclear waste repositories.
KW  - gamma radiation
KW  - radioactive waste
KW  - nuclear power
KW  - repositories
KW  - safety
KW  - copper
KW  - water
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-167730
VL  - 6
IS  - 24234
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Lundt, Nils
A1  - Klembt, Sebastian
A1  - Cherotchenko, Evgeniia
A1  - Betzold, Simon
A1  - Iff, Oliver
A1  - Nalitov, Anton V.
A1  - Klaas, Martin
A1  - Dietrich, Christof P.
A1  - Kavokin, Alexey V.
A1  - Höfling, Sven
A1  - Schneider, Christian
T1  - Room-temperature Tamm-plasmon exciton-polaritons with a WSe\(_{2}\) monolayer
JF  - Nature Communications
N2  - Solid-state cavity quantum electrodynamics is a rapidly advancing field, which explores the frontiers of light–matter coupling. Metal-based approaches are of particular interest in this field, as they carry the potential to squeeze optical modes to spaces significantly below the diffraction limit. Transition metal dichalcogenides are ideally suited as the active material in cavity quantum electrodynamics, as they interact strongly with light at the ultimate monolayer limit. Here, we implement a Tamm-plasmon-polariton structure and study the coupling to a monolayer of WSe\(_{2}\), hosting highly stable excitons. Exciton-polariton formation at room temperature is manifested in the characteristic energy–momentum dispersion relation studied in photoluminescence, featuring an anti-crossing between the exciton and photon modes with a Rabi-splitting of 23.5 meV. Creating polaritonic quasiparticles in monolithic, compact architectures with atomic monolayers under ambient conditions is a crucial step towards the exploration of nonlinearities, macroscopic coherence and advanced spinor physics with novel, low-mass bosons.
KW  - optics and photonics
KW  - two-dimensional materials
KW  - electronic properties and materials
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-169470
VL  - 7
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Maaß, Henriette
A1  - Bentmann, Hendrik
A1  - Seibel, Christoph
A1  - Tusche, Christian
A1  - Eremeev, Sergey V.
A1  - Peixoto, Thiago R.F.
A1  - Tereshchenko, Oleg E.
A1  - Kokh, Konstantin A.
A1  - Chulkov, Evgueni V.
A1  - Kirschner, Jürgen
A1  - Reinert, Friedrich
T1  - Spin-texture inversion in the giant Rashba semiconductor BiTeI
JF  - Nature Communications
N2  - Semiconductors with strong spin–orbit interaction as the underlying mechanism for the generation of spin-polarized electrons are showing potential for applications in spintronic devices. Unveiling the full spin texture in momentum space for such materials and its relation to the microscopic structure of the electronic wave functions is experimentally challenging and yet essential for exploiting spin–orbit effects for spin manipulation. Here we employ a state-of-the-art photoelectron momentum microscope with a multichannel spin filter to directly image the spin texture of the layered polar semiconductor BiTeI within the full two-dimensional momentum plane. Our experimental results, supported by relativistic ab initio calculations, demonstrate that the valence and conduction band electrons in BiTeI have spin textures of opposite chirality and of pronounced orbital dependence beyond the standard Rashba model, the latter giving rise to strong optical selection-rule effects on the photoelectron spin polarization. These observations open avenues for spin-texture manipulation by atomic-layer and charge carrier control in polar semiconductors.
KW  - applied physics
KW  - spintronics
KW  - semiconductors
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-173769
VL  - 7
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Motyka, M.
A1  - Dyksik, M.
A1  - Ryczko, K.
A1  - Weih, R.
A1  - Dallner, M.
A1  - Höfling, S.
A1  - Kamp, M.
A1  - Sęk, G.
A1  - Misiewicz, J.
T1  - Type-II quantum wells with tensile-strained GaAsSb layers for interband cascade lasers with tailored valence band mixing
JF  - Applied Physics Letters
N2  - Optical properties of modified type II W-shaped quantum wells have been investigated with the aim to be utilized in interband cascade lasers. The results show that introducing a tensely strained GaAsSb layer, instead of a commonly used compressively strained GaInSb, allows employing the active transition involving valence band states with a significant admixture of the light holes. Theoretical predictions of multiband k.p theory have been experimentally verified by using photoluminescence and polarization dependent photoreflectance measurements. These results open a pathway for practical realization of mid-infrared lasing devices with uncommon polarization properties including, for instance, polarization-independent midinfrared light emitters.
KW  - modulation spectroscopy
KW  - semiconductors
KW  - Type-II quantum well
KW  - interband cascade laser
KW  - GaAsSb
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-189795
VL  - 108
IS  - 10
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Munz, Eberhard
A1  - Jakob, Peter M.
A1  - Borisjuk, Ljudmilla
T1  - The potential of nuclear magnetic resonance to track lipids in planta
JF  - Biochimie
N2  - Nuclear Magnetic Resonance (NMR) provides a highly flexible platform for non invasive analysis and imaging biological samples, since the manipulation of nuclear spin allows the tailoring of experiments to maximize the informativeness of the data. MRI is capable of visualizing a holistic picture of the lipid storage in living plant/seed. This review has sought to explain how the technology can be used to acquire functional and physiological data from plant samples, and how to exploit it to characterize lipid deposition in vivo. At the same time, we have referred to the current limitations of NMR technology as applied to plants, and in particular of the difficulty of transferring methodologies optimized for animal/medical subjects to plant ones. A forward look into likely developments in the field is included, anticipating its key future role in the study of living plant.
KW  - coconut cocos-nucifera
KW  - H-1-NMR spectroscopy
KW  - NMR-spectroscopy
KW  - camelina-sativa
KW  - high-throughput
KW  - oil storage
KW  - seeds
KW  - accumulation
KW  - field
KW  - metabolism
KW  - NMR
KW  - Lipid
KW  - MRI
KW  - CSI
KW  - Plants
KW  - Seeds
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-186828
VL  - 130
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Nitsche, Wolfgang H.
A1  - Kim, Na Young
A1  - Roumpos, Georgios
A1  - Schneider, Christian
A1  - Höfling, Sven
A1  - Forchel, Alfred
A1  - Yamamoto, Yoshihisa
T1  - Spatial correlation of two-dimensional bosonic multimode condensates
JF  - Physical Review A
N2  - The Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) theorem predicts that two-dimensional bosonic condensates exhibit quasi-long-range order which is characterized by a slow decay of the spatial coherence. However previous measurements on exciton-polariton condensates revealed that their spatial coherence can decay faster than allowed under the BKT theory, and different theoretical explanations have already been proposed. Through theoretical and experimental study of exciton-polariton condensates, we show that the fast decay of the coherence can be explained through the simultaneous presence of multiple modes in the condensate.
KW  - Exciton-polariton condensate
KW  - Long-range order
KW  - Microcavity
KW  - Vortices
KW  - Systems
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-188897
VL  - 93
IS  - 5
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pfeuffer, Rebekka Christina
T1  - Growth and characterization of II-VI semiconductor nanowires grown by Au catalyst assisted molecular beam epitaxy
T1  - Wachstum und Charakterisierung von II-VI Halbleiter Nanostrukturen, gewachsen mit Au Katalysatoren in einer Molekularstrahlepitaxieanlage
N2  - In the present PhD thesis the control of the morphology, such as the diameter, the length,
the orientation, the density, and the crystalline quality of 1D ZnSe NWs grown by MBE
for optical and transport applications has been achieved.
N2  - Diese Doktorarbeit besch¨aftigt sich mit dem Wachstum und der Charakterisierung von
ZnSe Nanodrähten. Das Ziel dieser Arbeit ist es, sowohl die Morphologie, d.h. den
Durchmesser, die Länge, die Orientierung und die Dichte der ZnSe Nanodrähte, als auch
deren Kristallqualität für optische Anwendungen und Transportmessungen zu kontrollieren.
KW  - Zinkselenid
KW  - Nanodraht
KW  - Molekularstrahlepitaxie
KW  - Halbleiter
KW  - Nanowire
KW  - Semiconductor
KW  - Moelucar beam epitaxy
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-141385
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Redlich, Christoph
A1  - Lingnau, Benjamin
A1  - Holzinger, Steffen
A1  - Schlottmann, Elisabeth
A1  - Kreinberg, Sören
A1  - Schneider, Christian
A1  - Kamp, Martin
A1  - Höfling, Sven
A1  - Wolters, Janik
A1  - Reitzenstein, Stephan
A1  - Lüdge, Kathy
T1  - Mode-switching induced super-thermal bunching in quantum-dot microlasers
JF  - New Journal of Physics
N2  - The super-thermal photon bunching in quantum-dot (QD) micropillar lasers is investigated both experimentally and theoretically via simulations driven by dynamic considerations. Using stochastic multi-mode rate equations we obtain very good agreement between experiment and theory in terms of intensity profiles and intensity-correlation properties of the examined QD micro-laser's emission. Further investigations of the time-dependent emission show that super-thermal photon bunching occurs due to irregular mode-switching events in the bimodal lasers. Our bifurcation analysis reveals that these switchings find their origin in an underlying bistability, such that spontaneous emission noise is able to effectively perturb the two competing modes in a small parameter region. We thus ascribe the observed high photon correlation to dynamical multistabilities rather than quantum mechanical correlations.
KW  - microlaser
KW  - nonlinear dynamics
KW  - correlation properties
KW  - photon statistics
KW  - noise and multimode dynamics
KW  - quantum dot laser
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-166286
VL  - 18
IS  - 063011
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schreyeck, Steffen
T1  - Molecular Beam Epitaxy and Characterization of Bi-Based V\(_2\)VI\(_3\) Topological Insulators
T1  - Molekularstrahlepitaxie und Charakterisierung von Bi-basierten V\(_2\)VI\(_3\) topologischen Isolatoren
N2  - The present thesis is addressed to the growth and characterization of Bi-based V2VI3 topological insulators (TIs). The TIs were grown by molecular beam epitaxy (MBE) on differently passivated Si(111) substrates, as well as  InP(111) substrates. This allows the study of the influence of the substrate on the structural and electrical properties of the TIs.

The Bi2Se3 layers show a change of mosaicity-tilt and -twist for growth on the differently prepared Si(111) substrates, as well as a significant increase of crystalline quality for growth on the lateral nearly lattice matched InP(111). The rocking curve FWHMs observed for thick layers grown on InP are comparable to these of common zincblende layers, which are close to the resolution limit of standard high resolution X-ray diffraction (HRXRD) setups. The unexpected high structural crystalline quality achieved in this material system is remarkable due to the presence of weak van der Waals bonds between every block of five atomic layers, i.e. a quintuple layer (QL), in growth direction.

In addition to the mosaicity also twin domains, present in films of the V2VI3 material system, are studied. The twin defects are observed in Bi2Se3 layers grown on Si(111) and lattice matched InP(111) suggesting that the two dimensional surface lattice of the substrates can not determine the stacking order ABCABC... or ACBACB... in locally separated growth seeds. Therefore the growth on misoriented and rough InP(111) is analyzed. 

The rough InP(111) with its facets within a hollow exceeding the height of a QL is able to provide its stacking information to the five atomic layers within a QL. By varying the roughness of the InP substrate surface, due to thermal annealing, the influence on the twinning within the layer is confirmed resulting in a complete suppression of twin domains on rough InP(111). 

Focusing on the electrical properties of the Bi2Se3 films, the increased structural quality for films grown on lattice matched flat InP(111)B results in a marginal reduction of carrier density by about 10% compared to the layers grown on H-passivated Si(111), whereas the suppression of twin domains for growth on rough InP(111)B resulted in a reduction of carrier density by an order of magnitude. This implies, that the twin domains are a main crystal defect responsible for the high carrier density in the presented Bi2Se3 thin films. 

Besides the binary Bi2Se3 also alloys with Sb and Te are fabricated to examine the influence of the compound specific point defects on the carrier density. Therefore growth series of the ternary materials  Bi2Te(3-y)Se(y), Bi(2-x)Sb(x)Se3, and Bi(2-x)Sb(x)Te3, as well as the quaternary Bi(2-x)Sb(x)Te(3-y)Se(y) are studied.

To further reduce the carrier density of twin free Bi2Se3 layers grown on InP(111)B:Fe a series of Bi(2-x)Sb(x)Se3 alloys were grown under comparable growth conditions. This results in a reduction of the carrier density with a minimum in the composition range of about x=0.9-1.0. 

The Bi(2-x)Sb(x)Te3 alloys exhibit a pn-transition, due to the dominating n-type and p-type  point defects in its binary compounds, which is determined to reduce the bulk carrier density enabling the study the TI surface states. This pn-transition plays a significant role in realizing predicted applications and exotic effects, such as the quantum anomalous Hall effect.

The magnetic doping of topological insulators with transition metals is studied by incorporating Cr and V in the alloy Bi(2-x)Sb(x)Te3 by codeposition. The preferential incorporation of Cr on group-V sites is confirmed by EDX and XRD, whereas the incorporation of Cr reduces the crystalline quality of the layer. Magnetotransport measurements of the Cr-doped TIs display an anomalous Hall effect confirming the realization of a magnetic TI thin film. The quantum anomalous Hall effect is observed in V-doped Bi(2-x)Sb(x)Te3, where the V-doping results in higher Curie temperatures, as well as higher coercive fields compared to the Cr-doping of the TIs. 

Moreover the present thesis contributes to the understanding of the role of the substrate concerning the crystalline quality of van der Waals bonded layers, such as the V2VI3 TIs, MoS2 and WoTe2. Furthermore, the fabrication of the thin film TIs Bi(2-x)Sb(x)Te(3-y)Se(y) in high crystalline quality serves as basis to explore the physics of topological insulators.
N2  - In der hier vorliegenden Arbeit wurden die auf Bi-Verbindungen basierenden topologischen Isolatoren (TI) des V2VI3-Materialsystems hergestellt und sowohl deren strukturelle als auch elektrische Eigenschaften untersucht. Die Herstellung der TIs mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) erfolgte auf verschieden präparierten Si(111)-Oberflächen und auf InP(111) Substraten. Dadurch konnte der Einfluss der Substrate auf die strukturelle Qualität der Bi2Se3 Schichten, die lateral nahezu perfekt gitterangepasst zu InP(111) sind, analysiert werden. Während bereits die verschieden präparierten Si(111) Oberflächen einen Einfluss auf die Mosaizität aufweisen, erreichen die auf InP(111) gewachsenen Schichten die strukturelle Qualität gängiger Zinkblende Halbleiterschichten die mittels MBE hergestellt werden und damit auch die Auflösungsgrenze eines hoch auflösenden Röntgendiffraktometers (HRXRD). Dies ist besonders bemerkenswert, da diese TIs aus Blöcken von fünf kovalent gebundenen atomaren Schichten (QL) bestehen, die untereinander durch vergleichbar schwache Van-der-Waals Bindungen verbunden sind.

Neben der Mosaizität wurden auch Zwillingsdefekte untersucht, die für Schichten des V2VI3 Materialsystems typisch sind. Hier konnte festgestellt werden, dass eine glatte zweidimensionale (2D) Substratoberfläche nicht einheitlich vorgeben kann, ob die Stapelfolge in räumlich getrennten Kristallisationszentren ABCABC... oder ACBACB... ist.

Um die Zwillingsdefekte zu unterdrücken wurde das Wachstum auf rauen InP(111) Substraten untersucht. Die raue Oberfläche ermöglicht es an Facetten der Substratoberfläche neben der lateralen Orientierung der Schicht auch die Stapelfolge der Schicht zu definieren. Der Einfluss der Beschaffenheit der Substratoberfläche konnte durch Variation der Rauigkeit, mittels thermischen Ausheizens, belegt werden. Das Wachstum auf rauen InP Substraten führt zu einer kompletten Unterdrückung der Zwillingsdefekte.

Betrachtet man nun den Einfluss der Steigerung der Kristallqualität auf die elektrischen Eigenschaften, so stellt man fest, dass die Unterdrückung der Zwillingsdefekte die Ladungsträgerdichte im Vergleich zu dem auf Si gewachsenem Bi2Se3 um eine Größenordnung reduziert, während die Verwendung von gitterangepassten Substraten mit glatter Oberfläche sie lediglich um 10% reduziert. Dies belegt, dass in den hier vorgestellten Schichten die Zwillingsdomänengrenzen die Hauptursache der unerwünscht hohen Ladungsträgerdichten sind.

Zusätzlich zu der Verbesserung der kristallinen Qualität von Bi2Se3 wurden Legierungen mit Sb und Te hergestellt, um die Ladungsträgerdichte durch Reduzieren von Punktdefektdichten zu senken. Hierfür wurden sowohl die ternären Bi2Te(3-y)Se(y), Bi(2-x)Sb(x)Se3 und Bi(2-x)Sb(x)Te3, als auch die quaternären Bi(2-x)Sb(x)Te(3-y)Se(y) Legierungen in Wachstumsserien hergestellt und untersucht.

Die Legierung Bi(2-x)Sb(x)Se3 wurde wie Bi2Se3 auf rauem InP(111) gewachsen, um die Zwillingsdefekte zu unterdrücken. Durch das Legieren mit Sb konnte eine weitere Reduktion der Elektronen Ladungsträgerdichte, die ihr Minimum im Bereich von x=0.9-1.0 erreicht,  realisiert werden. Die Ladungsträgerdichte steigt bei größerem Sb-Gehalt wieder an, bevor ein kompletter Wechsel zur Löcherleitung beobachtet werden konnte. 

Die Bi(2-x)Sb(x)Te3 Legierungen sind durch den beobachteten pn-Übergang, der durch die in den binären TIs jeweils  dominierenden Donator und Akzeptor Punktdefekte erzeugt wird, von großem Interesse, da sich diese Schichten dazu eignen die Volumenleitfähigkeit im Magnetotransport zu unterdrücken. Dies ist von besonderer Bedeutung für die Realisierung der vorhergesagten Anwendungen und exotischen Effekte in TIs.

Weiterhin wurde die magnetische Dotierung von Bi(2-x)Sb(x)Te3-Schichten mit den Übergangsmetallen Chrom und Vanadium im Hinblick auf die Realisierung des Quanten anormalen Hall-Effekts (QAHE) untersucht. Der überwiegende Einbau der Cr-Atome auf Gruppe-V-Plätzen konnte mittels EDX und XRD Messungen bestätigt werden. Die TI-Schichten zeigen im Magnetrotransport einen anormalen Hall-Effekt, welcher die Magnetisierung der Schicht durch die Cr-Dotierung bestätigt. Die Realisierung des QAHE konnte in V-dotierten Bi(2-x)Sb(x)Te3 Schichten erzielt werden, welche als weitere Vorteile die höheren Curie-Temperaturen und größere Koerzitivfeldstärken im Vergleich zu Cr-dotierten Schichten mit sich bringen.

Die in dieser Arbeit untersuchte Herstellung von den Bi-basierten TI-Schichten des V2VI3-Materialsystems mittels MBE schafft neue Erkenntnisse in Hinblick auf den Einfluss von Substraten auf Van-der-Waals gebundene Schichten, wie zum Beispiel BSTS als auch MoS2 und WoTe2. Die Herstellung von Bi(2-x)Sb(x)Te(3-y)Se(y) TI Schichten in verschiedenen Zusammensetzungen x und y mit hoher struktureller Qualität dient zudem als Grundlage für die weitere Erforschung der TI-basierten Effekte und Anwendungen.
KW  - Bismutverbindungen
KW  - Topologischer Isolator
KW  - Molekularstrahlepitaxie
KW  - HRXRD
KW  - AFM
KW  - RHEED
KW  - single crystalline
KW  - twin suppression
KW  - topological insulator
KW  - molecular beam epitaxy
KW  - chalcogenide
KW  - bismuth
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-145812
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Sessi, Paolo
A1  - Biswas, Rudro R.
A1  - Bathon, Thomas
A1  - Storz, Oliver
A1  - Wilfert, Stefan
A1  - Barla, Alessandro
A1  - Kokh, Konstantin A.
A1  - Tereshchenko, Oleg E.
A1  - Fauth, Kai
A1  - Bode, Matthias
A1  - Balatsky, Alexander V.
T1  - Dual nature of magnetic dopants and competing trends in topological insulators
JF  - Nature Communications
N2  - Topological insulators interacting with magnetic impurities have been reported to host several unconventional effects. These phenomena are described within the framework of gapping Dirac quasiparticles due to broken time-reversal symmetry. However, the overwhelming majority of studies demonstrate the presence of a finite density of states near the Dirac point even once topological insulators become magnetic. Here, we map the response of topological states to magnetic impurities at the atomic scale. We demonstrate that magnetic order and gapless states can coexist. We show how this is the result of the delicate balance between two opposite trends, that is, gap opening and emergence of a Dirac node impurity band, both induced by the magnetic dopants. Our results evidence a more intricate and rich scenario with respect to the once generally assumed, showing how different electronic and magnetic states may be generated and controlled in this fascinating class of materials.
KW  - magnetic properties and materials
KW  - topological insulators
KW  - magnetic dopants
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-172704
VL  - 7
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Simin, D.
A1  - Soltamov, V. A.
A1  - Poshakinskiy, A. V.
A1  - Anisimov, A. N.
A1  - Babunts, R. A.
A1  - Tolmachev, D. O.
A1  - Mokhov, E. N.
A1  - Trupke, M.
A1  - Tarasenko, S. A.
A1  - Sperlich, A.
A1  - Baranov, P. G.
A1  - Dyakonov, V.
A1  - Astakhov, G. V.
T1  - All-Optical dc Nanotesla Magnetometry Using Silicon Vacancy Fine Structure in Isotopically Purified Silicon Carbide
JF  - Physical Review X
N2  - We uncover the fine structure of a silicon vacancy in isotopically purified silicon carbide (4H-\(^{28}\)SiC) and reveal not yet considered terms in the spin Hamiltonian, originated from the trigonal pyramidal symmetry of this spin-3/2 color center. These terms give rise to additional spin transitions, which would be otherwise forbidden, and lead to a level anticrossing in an external magnetic field. We observe a sharp variation of the photoluminescence intensity in the vicinity of this level anticrossing, which can be used for a purely all-optical sensing of the magnetic field. We achieve dc magnetic field sensitivity better than 100  nT/√Hz within a volume of 3×10\(^{−7}\)mm\(^3\) at room temperature and demonstrate that this contactless method is robust at high temperatures up to at least 500 K. As our approach does not require application of radio-frequency fields, it is scalable to much larger volumes. For an optimized light-trapping waveguide of 3  mm\(^3\), the projection noise limit is below 100  fT/√Hz.
KW  - condensed matter physics
KW  - optoelectronics
KW  - spintronics
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-147682
VL  - 6
ER  - 
TY  - THES
A1  - Väth, Stefan Kilian
T1  - On the Role of Spin States in Organic Semiconductor Devices
T1  - Die Rolle von Spin Zuständen in organischen Halbleiterbauteilen
N2  - The present work addressed the influence of spins on fundamental processes in organic
semiconductors. In most cases, the role of spins in the conversion of sun light
into electricity was of particular interest. However, also the reversed process, an electric
current creating luminescence, was investigated by means of spin sensitive measurements.
In this work, many material systems were probed with a variety of innovative
detection techniques based on electron paramagnetic resonance spectroscopy.
More precisely, the observable could be customized which resulted in the experimental
techniques photoluminescence detected magnetic resonance (PLDMR), electrically
detected magnetic resonance (EDMR), and electroluminescence detected magnetic
resonance (ELDMR). Besides the commonly used continuous wave EPR spectroscopy,
this selection of measurement methods yielded an access to almost all intermediate
steps occurring in organic semiconductors during the conversion of light into electricity
and vice versa. Special attention was paid to the fact that all results were applicable
to realistic working conditions of the investigated devices, i.e. room temperature application and realistic illumination conditions.
N2  - Die vorliegende Arbeit behandelt den Einfluss der Elektronenspins auf grundlegende Prozesse in organischen Halbleitern. In den meisten Fällen wurde der Spineinfluss während der Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität untersucht. Zusätzlich wurde in einer Studie der gegenteilige Prozess behandelt. Dabei wurde der Einfluss der Spins auf die Umwandlung von elektrischem Strom in Licht betrachtet. Es wurden viele verschiedene Materialsysteme verwendet, die mit einer Vielzahl an Methoden vermessen wurden, welche alle auf dem Prinzip der Elektronenspinresonanz beruhen. Dabei wurde stets die Messgröße variiert, was zu den verwendeten Messmethoden Photolumineszenz detektierte Magnetresonanz (PLDMR), elektrisch detektierte Magnetresonanz (EDMR) und Elektrolumineszenz detektierte Magnetresonanz (ELDMR) geführt hat. Zusam- men mit der gewöhnlichen Elektronenspinresonanz Spektroskopie führt diese Auswahl
an vielfältigen Messmethoden dazu, dass so gut wie alle Zwischenschritte bei der Umwand- lung von Licht in Elektrizität als auch von Elektrizität in Licht untersucht werden können. Besonderes Augenmerk wurde darauf gelegt, dass alle Messungen auf realistische Bedingungen übertragbar sind, d.h. bei Raumtemperatur und unter normalen Beleuchtungsstärken und -wellenlängen.
Zu Beginn der Arbeit wurde ein kurzer Überblick über die historische Entwicklung von organischen Solarzellen gegeben, zusammen mit der Erläuterung von grundlegenden Prozessen in den untersuchten Bauteilen, stets auch hinsichtlich der vorkommenden Spinzustände. Desweiteren wurde die Solarzellencharakterisierung und die Morphologie der aktiven Schicht diskutiert. Das darauf folgende Kapitel behandelte die theoretische Beschreibung des Magnetfeldeffekts auf Spinzustände und diverse Wechselwirkungsmechanismen. Darüber hinaus wurde diskutiert, wie Mikrowellen die vom Magnetfeld ausgerichteten Spins beeinflussen können. Zu guter Letzt wurden verschiedene Modelle vorgestellt, mit deren Hilfe sich die erzielten Ergebnisse interpretieren lassen. Das nächste Kapitel beschreibt schließlich detailliert die experimentellen Feinheiten, wie verwendete Materialien, Probenherstellung und verschiedene Spektrometer Konfigurationen.
Das erste Ergebnis Kapitel beschreibt den Einfluss des Zusatzmittels 1,8-Dijodoktan auf das Materialsystem PTB7:PC70BM. Dies wurde mit Hilfe von konventioneller Elek- tronenspinresonanz untersucht, welche es ermöglicht zwischen Elektronen auf dem Akzeptor- und Polaronen auf dem Donormaterial zu unterscheiden. Ergänzend dazu wurden Röntgenphotoelektronenspektroskopiemessungen durchgeführt, welche zu dem Ergebnis führten, dass Jod trotz Hochvakuumtrocknung mit der relativen hohen Konzentration von (7.3±2.1)·1019 1 in dem Material verbleibt. Zudem bleibt Jod wahrscheinlich bevorzugt in der Akzeptorphase. Es wurde außerdem kein elektronischer Doping- effekt gefunden. Nichtsdestotrotz wird dieses Ergebnis einen Einfluss auf die zukünftige Wahl des Zusatzmittels haben.
Kapitel 6 handelt von der Entstehung von Triplett Exzitonen in dem Materialsystem p-DTS(FBTTh2)2:PC70BM, wobei das Donormaterial aus löslichen kleinen Molekülen besteht, anstatt aus Polymeren. Mit Hilfe von PLDMR Messungen konnten die Entstehungsmechanismen Elektronenrücktransfer, sowie inter system crossing den verschiedenen Proben zugeordnet werden. Der genaue Mechanismus hängt jedoch stark von der Morphologie des untersuchten Materialsystems ab. Durch den Nachweis von Triplett Exzitonen bei Raumtemperatur konnte die Relevanz der Ergebnisse auch bei realen Bedingungen bestätigt werden. Vergleicht man das Triplett Vorkommen mit den So- larzelleneffizienzen konnte keine Korrelation erkannt werden. Daraus ergibt sich, dass Triplett Exzitonen für das untersuchte Materialsystem keine Effizienz limitierende Größe darstellen. Zum Abschluss wurde die Ausrichtung der Moleküle auf dem Substrat mit Hilfe von winkelabhängigen Messungen bestätigt.
Der Einfluss des Zusatzmittels Galvinoxyl auf die Funktionsweise von organischen Solarzellen wird in Kapitel 7 untersucht. Es wurden PLDMR durchgeführt, die gezeigt haben, dass Galvinoxyl in der Lage ist Spin Zustände zu verändern, wie von der Literatur vorhergesagt. Aufgrund dessen handelt es sich um einen konkurrierenden Prozess gegenüber den erzeugten Spin resonanten Bedingungen. Durch die Messung an verschiedenen Doping Konzentrationen konnte ein Optimum von 3.2 % für das Materialsystem P3HT:PC60BM bestimmt werden. Trotzallem ist es unwahrscheinlich, dass der
sehr große Anstieg des Photostroms in mit Galvinoxyl gedopten Solarzellen auf spinabhängige Prozesse zurückzuführen ist.
Die Quantifizierung von spinabhängigen Prozessen in organischen Solarzellen bein- haltet viele Schwierigkeiten. Durch die Kombination des EDMR Messprinzips mit der Ladungsträgerextraktionsmethode OTRACE war es jedoch möglich, einen spinabhängigen Rekombinationsanteil von (0.012±0.009)% bei Raumtemperatur und (0.052±0.031)% bei 200 K für das Materialsystem P3HT:PC70BM zu bestimmen. Darüber hinaus wurde eine Interpretation eingeführt, die in der Lage ist, das Zustandekommen des EDMR Signals zu erklären.
Im letzten Ergebnisteil (Kapitel 9) wurde der Fokus darauf gelegt, wie Spins die Funktionsweise von organischen Leuchtdioden (OLEDs) beeinflussen, die auf thermisch aktivierter verzögerter Lumineszenz (TADF) basieren. Dabei wurden verschiedene Detektionsverfahren verwendet, wobei sich heraus gestellt hat, dass ELDMR das einzig verwendbare darstellt. Damit konnten durch temperaturabhängige Messungen der energetische Unterschied zwischen dem Singulett- und Triplett Exciplex Zustand ∆EST bestimmt werden. Es ergaben sich (20.5±1.2) meV für THCA:BPhen und (68.3±5.4) meV für m-MTDATA:BPhen. Durch diese Messungen wurde zum ersten Mal zweifelsfrei der Einfluss von Spins in der Entstehung der Elektrolumineszenz von TADF OLEDs gezeigt. Aufgrund der Diskussion von möglichen Gründen, die für die verschiedenen Werte von ∆EST verantwortlich sind, konnten neue Vorgaben für zukünftige Materialkombinationen und -synthese gefunden werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die vorliegende Arbeit einen bedeutenden Beitrag geliefert hat, um spinabhängige Prozesse in organischen Halbleitern aufzuklären. Darauf aufbauend werden Folgestudien vielleicht eines Tages sämtliche spinabhängigen Prozesse in diesen viel versprechenden Materialsystemen erklären können.
KW  - Organischer Halbleiter
KW  - Elektronenspin
KW  - Polymerhalbleiter
KW  - Organic Semiconductors
KW  - Electron Spin Resonance
KW  - Elektronenspinresonanz
KW  - Spin
KW  - Spin-eins-System
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-141894
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weber, Stefan
T1  - Simulation Studies on the New Small Wheel Shielding of the ATLAS Experiment and Design and Construction of a Test Facility for Gaseous Detectors
T1  - Simulationsstudien zur New Small Wheel Abschirmung des ATLAS Experiments und Entwurf und Konstruktion eines Teststandes für Gasdetektoren
N2  - In this thesis two main projects are presented, both aiming at the overall goal
of particle detector development. In the first part of the thesis detailed shielding
studies are discussed, focused on the shielding section of the planned New Small
Wheel as part of the ATLAS detector upgrade. Those studies supported the discussions
within the upgrade community and decisions made on the final design of
the New Small Wheel. The second part of the thesis covers the design, construction
and functional demonstration of a test facility for gaseous detectors at the
University of Würzburg. Additional studies on the trigger system of the facility are
presented. Especially the precision and reliability of reference timing signals were
investigated.
N2  - In dieser Arbeit werden zwei Projekte vorgestellt, welche beide das gemeinsame
Ziel der Entwicklung von Teilchendetektoren verfolgen. Im ersten Teil der Arbeit
werden ausführliche Simulationsstudien zur Abschirmung behandelt, die sich auf
die Abschirmungsbereiche des geplanten New Small Wheels als Teil der ATLAS-Detektor
Verbesserungen konzentrieren. Diese Studien unterstützten die Diskussionen
innerhalb der Upgrade-Gemeinschaft und Entscheidungen, welche für die
endgültige Kostruktionsplanung des New Small Wheels getroffen wurden. Der
zweite Teil der Arbeit umfasst die Konstruktion, den Aufbau sowie den Funktionsnachweis
eines Teststandes für Gasdetektoren an der Universität Würzburg.
Ebenfalls werden Studien über das Triggersystems des Teststandes dargestellt. Insbesondere
wurden die Präzision und Verlässlichkeit von Referenzzeitsignalen untersucht.
KW  - Teilchendetektor
KW  - Abschirmung
KW  - Simulation
KW  - test facility
KW  - New Small Wheel
KW  - Teststand
KW  - Gasionisationsdetektor
KW  - European Organization for Nuclear Research. ATLAS Collaboration
KW  - Computersimulation
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-133084
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wiedenmann, J.
A1  - Bocquillon, E.
A1  - Deacon, R.S.
A1  - Hartinger, S.
A1  - Herrmann, O.
A1  - Klapwijk, T.M.
A1  - Maier, L.
A1  - Ames, C.
A1  - Brüne, C.
A1  - Gould, C.
A1  - Oiwa, A.
A1  - Ishibashi, K.
A1  - Tarucha, S.
A1  - Buhmann, H.
A1  - Molenkamp, L.W.
T1  - 4π-periodic Josephson supercurrent in HgTe-based topological Josephson junctions
JF  - Nature Communications
N2  - The Josephson effect describes the generic appearance of a supercurrent in a weak link between two superconductors. Its exact physical nature deeply influences the properties of the supercurrent. In recent years, considerable efforts have focused on the coupling of superconductors to the surface states of a three-dimensional topological insulator. In such a material, an unconventional induced p-wave superconductivity should occur, with a doublet of topologically protected gapless Andreev bound states, whose energies vary 4π-periodically with the superconducting phase difference across the junction. In this article, we report the observation of an anomalous response to rf irradiation in a Josephson junction made of a HgTe weak link. The response is understood as due to a 4π-periodic contribution to the supercurrent, and its amplitude is compatible with the expected contribution of a gapless Andreev doublet. Our work opens the way to more elaborate experiments to investigate the induced superconductivity in a three-dimensional insulator.
KW  - Josephson effect
KW  - supercurrent
KW  - superconductors
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-175353
VL  - 7
ER  -