@phdthesis{Bayer2024,
author = {Bayer, Florian},
title = {Investigating electromagnetic properties of topological surface states in mercury telluride},
doi = {10.25972/OPUS-35212},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-352127},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2024},
abstract = {This doctoral thesis investigates magneto-optical properties of mercury telluride layers grown tensile strained on cadmium telluride substrates. Here, layer thicknesses start above the usual quantum well thickness of about 20 nm and have a upper boundary around 100 nm due to lattice relaxation effects. This kind of layer system has been attributed to the material class of three-dimensional topological insulators in numerous publications. This class stands out due to intrinsic boundary states which cross the energetic band gap of the layer's bulk. In order to investigate the band structure properties in a narrow region around the Fermi edge, including possible boundary states, the method of highly precise time-domain Terahertz polarimetry is used. In the beginning, the state of the art of Teraherz technology at the start of this project is discussed, moving on to a detailed description and characterization of the self-built measurement setup. Typical standard deviation of a polarization rotation or ellipticity measurement are on the order of 10 to 100 millidegrees, according to the transmission strength through investigated samples. A range of polarization spectra, depending on external magnetic fields up to 10 Tesla, can be extracted from the time-domain signal via Fourier transformation. The identification of the actual band structure is done by modeling possible band structures by means of the envelope function approximation within the framework of the k·p method. First the bands are calculated based on well-established model parameters and from them the possible optical transitions and expected ellipticity spectra, all depending on external magnetic fields and the layer's charge carrier concentration. By comparing expected with measured spectra, the validity of k·p models with varying depths of detail is analyzed throughout this thesis. The rich information encoded in the ellipitcity spectra delivers key information for the attribution of single optical transitions, which are not part of pure absorption spectroscopy. For example, the sign of the ellipticity signals is linked to the mix of Landau levels which contribute to an optical transition, which shows direct evidence for bulk inversion asymmetry effects in the measured spectra. Throughout the thesis, the results are compared repeatedly with existing publications on the topic. It is shown that the models used there are often insufficient or, in worst case, plainly incorrect. Wherever meaningful and possible without greater detours, the differences to the conclusions that can be drawn from the k·p model are discussed. The analysis ends with a detailed look on remaining differences between model and measurement. It contains the quality of model parameters as well as different approaches to integrate electrostatic potentials that exist in the structures into the model. An outlook on possible future developments of the mercury cadmium telluride layer systems, as well as the application of the methods shown here onto further research questions concludes the thesis.},
subject = {Quecksilbertellurid},
language = {en}
}
@phdthesis{Schafferhans2011,
author = {Schafferhans, Julia},
title = {Investigation of defect states in organic semiconductors: Towards long term stable materials for organic photovoltaics},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-57669},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2011},
abstract = {In this work, the trap states in the conjugated polymer P3HT, often used as electron donor in organic bulk heterojunction solar cells, three commonly used fullerene based electron acceptors and P3HT:PC61BM blends were investigated. Furthermore, the trap states in the blend were compared with these of the pure materials. Concerning the lifetime of organic solar cells the influence of oxygen on P3HT and P3HT:PC61BM blends was studied. The experimental techniques used to investigate the trap states in the organic semiconductors were (fractional) thermally stimulated current (TSC) and current based deep level transient spectroscopy (Q-DLTS). Fractional TSC measurements on P3HT diodes revealed a quasi-continuous trap distribution. The distribution suggested two different traps in P3HT with approximately Gaussian energy distributions and maxima at about 50 meV and 105 meV. Thereby, the former was attributed to the tail states within the regular Gaussian density of states due to the low activation energy. The latter, deeper traps, however, exhibited a strong dependence on oxygen. Exposure of the P3HT diodes to oxygen, ambient air and synthetic (dry) air all revealed an increase of the deeper traps density with exposure time in the same manner. While the lower limit of the trap density in non aged P3HT samples was in the range of (1.0 - 1.2)×10^22 m^-3, it was more than doubled after an exposure of 50 h to air. An increase of the trap density with oxygen exposure time was also seen in the Q-DLTS measurements accompanied with an increase of the temperature dependence of the emission rates, indicating an enhanced formation of deeper traps. Due to the raise in density of the deeper traps, the charge carrier mobility in P3HT significantly decreased, as revealed by photo-CELIV measurements, resulting in a loss in mobility of about two orders of magnitude after 100 h exposure to synthetic air. The increased trap density was attributed to p-doping of P3HT by the transfer of an electron to adsorbed oxygen. This effect was partially reversible by applying vacuum to the sample for several hours or, more significantly, by a thermal treatment of the devices in nitrogen atmosphere. The trap states in the methanofullerenes PC61BM, bisPC61BM and PC71BM were investigated by TSC measurements. PC61BM yielded a broad quasi-continuous trap distribution with the maximum of the distribution at about 75 meV. The comparison of the TSC spectra of the three methanofullerenes exhibited significant differences in the trap states with higher activation energies of the most prominent traps in bisPC61BM and PC71BM compared to PC61BM. This probably originates from the different isomers bisPC61BM and PC71BM consist of. Each of the isomers yields different LUMO energies, where the lower ones can act as traps. The lower limit of the trap density of all of the three investigated fullerene derivatives exhibited values in the order of 10^22 m^-3, with the highest for bisPC61BM and the lowest for PC61BM. By applying fractional TSC measurements on P3HT:PC61BM solar cells, it was shown that the trap distribution in the blend is a superposition of the traps in pure P3HT and PC61BM and additional deeper traps in the range of about 250 meV to 400 meV. The origin of these additional traps, which can not be related to the pure materials, was attributed to a higher disorder in the blend and P3HT/PC61BM interfaces. This conclusion was supported by standard TSC and Q-DLTS measurements performed on pristine and annealed P3HT:PC61BM blends, exhibiting a higher ratio of the deep traps in the pristine samples. The lower limit of the trap density of the investigated annealed solar cells was in the range of (6-8)×10^22 m^-3, which was considerably higher than in the pure materials. The influence of oxygen on P3HT:PC61BM solar cells was investigated by exposure of the devices to synthetic air under specific conditions. Exposure of the solar cells to oxygen in the dark resulted in a strong decrease in the power conversion efficiency of 60 \% within 120 h, which was only caused by a loss in short-circuit current. Simultaneous illumination of the solar cells during oxygen exposure strongly accelerated the degradation, resulting in an efficiency loss of 30 \% within only 3 h. Thereby, short-circuit current, open-circuit voltage and fill factor all decreased in the same manner. TSC measurements revealed an increase of the density of deeper traps for both degradation conditions, which resulted in a decrease of the mobility, as investigated by CELIV measurements. However, these effects were less pronounced than in pure P3HT. Furthermore, an increase of the equilibrium charge carrier density with degradation time was observed, which was attributed to oxygen doping of P3HT. With the aid of macroscopic simulations, it was shown that the doping of the solar cells is the origin of the loss in short-circuit current for both degradation conditions.},
subject = {Organischer Halbleiter},
language = {en}
}
@phdthesis{Holch2009,
author = {Holch, Florian},
title = {Investigation of Intermolecular Interaction in Organic Thin Films by means of NEXAFS Spectroscopy},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-43630},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2009},
abstract = {The present work reports on the electron-vibron coupling in large organic molecules and particularly on the intermolecular interaction in molecular condensates. The optical and electrical properties of these organic systems are in the focus of attention due to their crucial importance for the development of (hybrid) organic electronic devices. In particular, the charge transport mechanism and hence the interaction between condensed molecules is a matter of debate [1-4]. In order to shed light on this interaction, the spectroscopic signatures of isolated molecules in the gas phase and their condensed counterparts have been studied. The applied technique, near-edge x-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy, is a local probe with high chemical selectivity, well suited for the investigation of the electronic structure of molecular valence levels [5]. In the experimental part, the experimental set-up developed in this work is described with special attention to the characteristic issues of gas phase measurements, energy calibration and the subsequent data evaluation. The high quality gas phase and solid state NEXAFS spectra are analysed with respect to energy positions, shape and intensity of the sharp pi*-resonances characteristic for these aromatic molecules. Where applicable, a detailed Franck-Condon (FC) analysis of the vibronic fine structure has been performed, yielding additional information on the changes that occur upon solid state formation. Together with former results on vibrational features in large organic molecules, this information has been used to investigate the correlation of vibrational energies in the ground and electronically excited state. We find a relatively good agreement with other empirical studies on vibronic structures in photoelectron spectroscopy (PES) spectra of small molecules [6]. The molecular compounds investigated are in general believed to interact via weak van-der-Waals forces only. The present results however reveal distinct differences between the spectra of the gas and solid phase that can not be explained within the context of a mere interaction by dispersive forces. In detail, differential red-shifts of 0.1 to 0.3eV of transitions assigned to the aromatic system have been observed in the C-K spectra of benzene-tetracarboxylic acid dianhydride (BTCDA), 1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic acid dianhydride (NTCDA), and 3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic acid dianhydride (PTCDA) upon solid state formation. From BTCDA to PTCDA the shift increases, indicating an improving intermolecular interaction with molecular size or a closer molecular packing. In contrast, all transitions assigned to the anhydride carbon atom (C1) do not show any shift. For the O-K spectra, small changes in relative intensity have been observed for BTCDA and NTCDA. In case of PTCDA, a blue-shift of up to 0.2eV is evident for the OB 1sLEMO+1 transition. Theoretical models for the intermolecular interaction have been proposed in this work, based on a change of molecular geometry and interaction of adjacent molecules in the ground and excited state, respectively. While an interaction of adjacent molecular orbitals may explain the experimental findings for one particular molecule, this model falls short for a comprehensive explanation of all three dianhydrides. For an interaction in the excited state, the excitonic coupling with the neighbours attached at an angle, quantum chemical calculations yield no significant change in peak positions for NTCDA. Unfortunately, results for the stacked neighbours as well as the larger compound PTCDA are still lacking. For tris (8-quinolinol) aluminum (Alq3), the observed peak-shifts are restricted to just one unoccupied orbital, the LEMO+2, which is mainly localised at the phenoxide side of the quinolinol ligands. Although the shifts differ for the individual edges, the main interaction can therefore be assigned to this orbital. In summary, NEXAFS spectroscopy, if performed with great care in terms of experimental details and data analysis especially for the gas phase data, provides very detailed and highly interesting data on the changes of the electronic structure of organic molecules upon condensation. The present data can be applied as a reference for further experimental and (highly desired) theoretical investigations, which are needed for a comprehensive understanding of the complex interaction mechanisms between organic molecules.},
subject = {Organisches Molek{\"u}l},
language = {en}
}
@phdthesis{Wiessner2013,
author = {Wießner, Michael},
title = {Isolierte Molek{\"u}le und delokalisierte Zust{\"a}nde: Einblick in die elektronische Struktur organischer Adsorbate mittels winkelaufgel{\"o}ster Photoemission},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-95265},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2013},
abstract = {Die vorliegende Arbeit demonstriert an Hand von verschiedenen Modellsystemen wie detailliert sich die grundlegenden Eigenschaften molekularer Adsorbate mit der winkelaufgel{\"o}sten Photoemission erkunden lassen. Die von Peter Puschnig et al. vorgestellte Verkn{\"u}pfung zwischen Photoemissionsintensit{\"a}t und den Molek{\"u}lorbitalen im Grundzustand mittels einer Fouriertransformation war dabei entscheidend, um die verschiedenen physikalischen Effekte einordnen und verstehen zu k{\"o}nnen. W{\"a}hrend f{\"u}r Coronen oder HBC die Orbitale im Grundzustand sehr gut zum Experiment passen, lassen sich f{\"u}r PTCDA und NTCDA einige Abweichungen von der DFT-Rechnung auf Basis der (semi-)lokalen GGA- oder LDA-Funktionale erkennen, die sich bei Messungen mit s-Polarisation hervorheben lassen. Diese k{\"o}nnen auf den Einfluss des Endzustandes in der Photoemission zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. Im Rahmen der Dysonorbitale lassen sich die daf{\"u}r verantwortlichen Relaxationseffekte zwischen dem N-Elektronensystem des Molek{\"u}ls im Grundzustand und dem (N-1)-Elektronensystem des zur{\"u}ckbleibenden Kations explizit beschreiben. Die Berechnung des Photoemissionssignals mittels Fouriertransformation des Grundzustandes kann dar{\"u}ber hinaus weitere physikalische Effekte nicht korrekt ber{\"u}cksichtigen. Erste Anzeichen hierf{\"u}r konnten am PTCDA-HOMO bei einer Photonenenergie von 27 eV und s-Polarisation detektiert werden. Dar{\"u}ber hinaus kann die N{\"a}herung des Photoelektronenendzustands als ebene Welle den beobachteten zirkularen Dichroismus am HOMO und LUMO von PTCDA nicht erkl{\"a}ren. Erst in der Erweiterung durch eine Partialwellenzerlegung des Photoelektronenendzustands tritt ein dichroisches Signal in der theoretischen Beschreibung auf. F{\"u}r das delokalisierte pi-Elektronensystem von PTCDA ist aber selbst diese Verfeinerung noch nicht ausreichend, um das Experiment korrekt beschreiben und weitere Eigenschaften vorhersagen zu k{\"o}nnen. Qualitativ lassen sich die Ver{\"a}nderungen im CDAD bei der Transformation um 90° f{\"u}r HOMO und LUMO mit einem gruppentheoretischen Ansatz verstehen. Damit ist es m{\"o}glich, den molekularen Zust{\"a}nden ihre irreduzible Darstellung zuzuweisen, wor{\"u}ber sich f{\"u}r PTCDA die Verteilung der quantenmechanischen Phase rekonstruieren l{\"a}sst. Dies ist deshalb {\"a}ußerst bemerkenswert, da {\"u}blicherweise in physikalischen Experimenten nur die Intensit{\"a}t und keine Informationen {\"u}ber die Phase messbar sind. Damit k{\"o}nnen die Photoemissionsmessungen im k||-Raum vollst{\"a}ndig in den Realraum transformiert werden, wodurch die laterale Ortsinformation {\"u}ber die h{\"o}chsten besetzen Molek{\"u}lorbitale von PTCDA zug{\"a}nglich wird. Neben der Bestimmung der molekularen Orbitale, deren Struktur von der Anordnung der Atome im Molek{\"u}l dominiert wird, enth{\"a}lt die winkelaufgel{\"o}ste Photoemission Informationen {\"u}ber die Adsorbat-Substrat-Wechselwirkung. F{\"u}r hoch geordnete Monolagen ist es m{\"o}glich, die verschiedenen Verbreiterungsmechanismen zu trennen und zu analysieren. Bei den untersuchten Systemen sind die Verbreiterungen aufgrund von unterschiedlichen Adsorptionspl{\"a}tzen oder Probeninhomogenit{\"a}ten ebenso wie die experimentelle Aufl{\"o}sung der 2D-Analysatoren vernachl{\"a}ssigbar gegen{\"u}ber Lebensdauereffekten und evtl. Verbreiterung aufgrund von Dispersionseffekten. Bereits bei den {\"a}ußerst schwach wechselwirkenden Systemen Coronen auf Ag(111) und Au(111) unterscheiden sich die beiden Systeme in ihrer Lorentzverbreiterung beim HOMO. In erster N{\"a}herung l{\"a}sst sich dies auf eine Lebensdauer des entstandenen Photolochs zur{\"u}ckf{\"u}hren, welches je nach St{\"a}rke der Substratkopplung unterschiedlich schnell mit Substratelektronen aufgef{\"u}llt werden kann. Die Lorentzbreite als Indikator f{\"u}r die Wechselwirkung bzw. Hybridisierungsst{\"a}rke zeigt f{\"u}r die Systeme mit Ladungstransfer vom Substrat in das Molek{\"u}l eine sehr viel gr{\"o}ßere Verbreiterung. Zum Beispiel betr{\"a}gt die Lorentzbreite des LUMO f{\"u}r NTCDA/Ag(110) FWHM=427 meV, und somit eine mehr als f{\"u}nfmal so große Verbreiterung als f{\"u}r das HOMO von Coronen/Au(111). Diese starke Verbreiterung geht im Fall von NTCDA/Ag(110) wie auch bei den untersuchten Systemen NTCDA/Cu(100) und PTCDA/Ag(110) einher mit einem Ladungstransfer vom Substrat ins Molek{\"u}l, sowie mit der Ausbildung eines zus{\"a}tzlichen charakteristischen Signals in der Winkelverteilung des LUMO, dem Hybridisierungszustand bei kx,y=0{\AA}-1. Die Intensit{\"a}t dieses Zustands korreliert bei den Systemen NTCDA auf Cu(100) bzw. auf Ag(110) jeweils mit der Lorentzbreite des LUMO-Zustands. Die Hybridisierung zwischen Molek{\"u}l und Substrat hat noch weitere Auswirkungen auf die beobachtbaren physikalischen Eigenschaften. So f{\"u}hrt die starke Hybridisierung mit dem Substrat wiederum dazu, dass sich die intermolekulare Dispersion f{\"u}r die Elektronen im LUMO-Zustand deutlich verst{\"a}rkt. Der direkte {\"U}berlapp der Wellenfunktionen ist im System PTCDA/Ag(110) laut DFT-Rechnungen relativ klein und f{\"u}hrt lediglich zu einer Bandbreite von 60 meV. Durch die Hybridisierung mit den delokalisierten Substratb{\"a}ndern erh{\"o}ht sich der Grad der Delokalisierung im LUMO-Zustand, d.h. die Bandbreite steigt auf 230 meV, wie das Experiment best{\"a}tigt. Im Gegensatz zu fr{\"u}heren STM/STS-basierten Messungen [Temirov2006] kann mit der Kombination aus DFT-Rechnung und ARPES-Experiment eindeutig nachgewiesen werden, dass das Substrat im Fall von PTCDA/Ag(110) die Bandbreite verst{\"a}rken kann, sodass sich die effektive Masse der Lochladungstr{\"a}ger von meff=3,9me auf meff=1,1me reduziert. Im Blick auf die eingangs gestellte Frage, ob sich molekulare Adsorbate eher wie isolierte Molek{\"u}le oder als periodische Festk{\"o}rper beschreiben lassen, kommt diese Arbeit auf ein differenziertes Ergebnis. In den Impulsverteilungen, die sich aus der Form der molekularen Wellenfunktionen ableiten lassen, spiegelt sich eindeutig der isolierte molekulare Charakter wieder. Dagegen zeigt sich in der Energiedispersion E(k||) ein delokalisierter, blochartiger Charakter, und es konnte demonstriert werden, dass es zu einem Vermischen von Metall- und Molek{\"u}lwellenfunktionen kommt. Molekulare Adsorbate sind also beides, isolierte Molek{\"u}le und zweidimensionale Kristalle mit delokalisierten Zust{\"a}nden.},
subject = {Organisches Molek{\"u}l},
language = {de}
}
@phdthesis{Gutberlet2011,
author = {Gutberlet, Marcel},
title = {K-Raum-Symmetrie und dichtegewichtete Bildgebung: Optimierung der Magnet-Resonanz-Bildgebung hinsichtlich Signal-zu-Rauschverh{\"a}ltnis, Abbildungsqualit{\"a}t und Messzeit},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71834},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2011},
abstract = {Die Magnet-Resonanz (MR)-Bildgebung ist mit vielf{\"a}ltigen Anwendungen ein nicht mehr wegzudenkendes Instrument der klinischen Diagnostik geworden. Dennoch f{\"u}hrt die stark limitierte Messzeit h{\"a}ufig zu einer Einschr{\"a}nkung der erzielbaren r{\"a}umlichen Aufl{\"o}sung und Abdeckung, einer Beschr{\"a}nkung des Signal-zu-Rauschverh{\"a}ltnis (Signal-to-Noise Ratio) (SNR) sowie einer Signalkontamination durch benachbartes Gewebe. Bereits bestehende Methoden zur Reduktion der Akquisitionszeit sind die partielle Fourier (PF)-Bildgebung und die parallele Bildgebung (PPA). Diese unterscheiden sich zum einen im Schema zur Unterabtastung des k-Raums und zum anderen in der verwendeten Information zur Rekonstruktion der fehlenden k-Raum-Daten aufgrund der beschleunigten Akquisition. W{\"a}hrend in der PPA die unterschiedlichen Sensitivit{\"a}ten einer Mehrkanal-Empfangsspule zur Bildrekonstruktion verwendet werden, basiert die PF-Bildgebung auf der Annahme einer langsamen Variation der Bildphase. Im ersten Abschnitt dieser Arbeit wurde das Konzept der Virtuellen Spulendekonvolutions (Virtual Coil Deconvolution) (VIDE)-Technik vorgestellt, das das gleiche Schema der Unterabtastung des k-Raums wie die konventionelle PPA verwendet, aber anstelle der Spulensensitivit{\"a}t die Bildphase als zus{\"a}tzliche Information zur Herstellung der fehlenden Daten der beschleunigten Bildgebung verwendet. Zur Minimierung der Rekonstruktionsfehler und der Rauschverst{\"a}rkung in der VIDE-Technik wurde ein optimiertes Akquisitionsschema entwickelt. Die Kombination der PPA und PF-Bildgebung zur Beschleunigung der MR-Bildgebung wird durch das unterschiedliche Unterabtastschema erschwert. Wie Blaimer et al. in ihrer Arbeit gezeigt haben, kann das Prinzip der VIDE-Technik auf Mehrkanal-Spulen {\"u}bertragen werden, sodass mit dieser Methode die PPA und die PF-Bildgebung optimal vereint werden k{\"o}nnen. Dadurch kann die Rauschverst{\"a}rkung aufgrund der Spulengeometrie ohne zus{\"a}tzliche Messungen deutlich reduziert werden. Obwohl die Abtastung des k-Raums in der MR-Bildgebung sehr variabel gestaltet werden kann, wird bis heute nahezu ausschließlich die regelm{\"a}ßige k-Raum-Abtastung in der klinischen Bildgebung verwendet. Der Grund hierf{\"u}r liegt, neben der schnellen Rekonstruktion und der einfachen Gestaltung der Variation des Bild-Kontrasts, in der Robustheit gegen Artefakte. Allerdings f{\"u}hrt die regelm{\"a}ßige k-Raum-Abtastung zu einer hohen Signalkontamination. Die Optimierung der SRF durch nachtr{\"a}gliches Filtern f{\"u}hrt jedoch zu einem SNR-Verlust. Die dichtegewichtete (DW-) Bildgebung erm{\"o}glicht die Reduktion der Signal-Kontamination bei optimalem SNR, f{\"u}hrt aber zur einer Reduktion des effektiven Gesichtsfelds (FOV) oder einer Erh{\"o}hung der Messzeit. Letzteres kann durch eine Kombination der PPA und DW-Bildgebung umgangen werden. Der zweite Teil dieser Arbeit befasste sich mit neuen Aufnahme- und Rekonstruktionsstrategien f{\"u}r die DW-Bildgebung, die eine Erh{\"o}hung des FOVs auch ohne Einsatz der PPA erlauben. Durch eine Limitierung der minimalen k-Raum-Abtastdichte konnte durch eine geringf{\"u}gige Reduktion des SNR-Vorteils der DW-Bildgebung gegen{\"u}ber der kartesischen, gefilterten Bildgebung eine deutliche Verringerung der Artefakte aufgrund der Unterabtastung in der DW-Bildgebung erreicht werden. Eine asymmetrische Abtastung kann unter der Voraussetzung einer homogenen Bildphase das Aliasing zus{\"a}tzlich reduzieren. Durch die Rekonstruktion der DW-Daten mit der Virtuelle Spulendekonvolution f{\"u}r die effektive DW-Bildgebung (VIDED)-Bildgebung konnten die Artefakte aufgrund der Unterabtastung eliminiert werden. In der 3d-Bildgebung konnte durch Anwendung der modifizierten DW-Bildgebung eine Steigerung des FOVs in Schichtrichtung ohne Messzeitverl{\"a}ngerung erreicht werden. Die nicht-kartesische k-Raum-Abtastung f{\"u}hrt im Fall einer Unterabtastung zu deutlich geringeren, inkoh{\"a}renten Aliasingartefakten im Vergleich zur kartesischen Abtastung. Durch ein alternierendes DW-Abtastschema wurde eine an die in der MR-Mammografie verwendete Spulengeometrie angepasste k-Raum-Abtastung entwickelt, das bei gleicher Messzeit die r{\"a}umliche Aufl{\"o}sung, das SNR und das FOV erh{\"o}ht. Im dritten Teil dieser Arbeit wurde die Verallgemeinerung der DW-Bildgebung auf signalgewichtete Sequenzen, d.h. Sequenzen mit Magnetisierungspr{\"a}paration (Inversion Recovery (IR), Saturation Recovery (SR)) sowie Sequenzen mit einer Relaxation w{\"a}hrend der Datenaufnahme (Multi-Gradienten-Echo, Multi-Spin-Echo) vorgestellt, was eine Steigerung der Bildqualit{\"a}t bei optimalem SNR erlaubt. Die Methode wurde auf die SR-Sequenz angewendet und deren praktischer Nutzen wurde in der Herz-Perfusions-Bildgebung gezeigt. Durch die Verwendung der in dieser Arbeit vorgestellten Technik konnte eine Reduktion der Kontamination bei einem SNR-Gewinn von 16\% im Vergleich zur konventionellen, kartesischen Abtastung bei gleicher Messzeit erreicht werden.},
subject = {Kernspintomografie},
language = {de}
}
@phdthesis{Scherdel2009,
author = {Scherdel, Christian},
title = {Kohlenstoffmaterialien mit nanoskaliger Morphologie - Entwicklung neuartiger Syntheserouten},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-45325},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2009},
abstract = {Hochpor{\"o}se Kohlenstoffaerogele, die {\"u}ber den Sol-Gel-Prozeß auf der Basis von Resorzin und Formaldehyd hergestellt werden, sind Werkstoffe mit beeindruckenden physikalischen Eigenschaften. Leider werden bisher nur geringe Mengen an Kohlenstoffaerogelen produziert und aus Kostengr{\"u}nden auf g{\"u}nstigere Materialien mit vergleichsweise schlechteren Eigenschaften zur{\"u}ckgegriffen. Um diesen Nachteil zu nivellieren lag die Motivation der vorliegenden Arbeit in der Entwicklung neuer Syntheserouten f{\"u}r Kohlenstoffmaterialien mit nanoskaliger Morphologie, wobei insbesondere auf kosteng{\"u}nstige Edukte und/oder einfache Prozessierung zur{\"u}ckgegriffen werden sollte. Als in Frage kommende Eduktsysteme wurden Zucker, sowie Hydroxybenzol-Formaldehyd-Derivate ausgew{\"a}hlt. Die hergestellten Kohlenstoffe wurden haupts{\"a}chlich mit Elektronenmikroskopie, Gassorption und R{\"o}ntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) charakterisiert. Um Fehlinterpretationen der experimentellen Daten f{\"u}r das neue Materialsystem zu vermeiden, war ein umfangreiches Wissen zu den Charakterisierungsmethoden und den diesen zugrundeliegenden physikalischen Prinzipien notwendig. Kohlenstoffpulver basierend auf sph{\"a}rischen Resorzin-Formaldehyd Suspensionen und Sedimenten bilden eine v{\"o}llig neue M{\"o}glichkeit zur Erzeugung von Kohlenstoffnanokugeln. Im Rahmen dieser Arbeit wurde deshalb systematisch der Bereich der Syntheseparameter im RF-System zu den nicht-monolithischen Parameters{\"a}tzen hin vervollst{\"a}ndigt. Anhand der bestimmten Daten konnte diese Stoffklasse umfassend und detailliert charakterisiert und interpretiert werden. Die Partikelgr{\"o}ße h{\"a}ngt im Wesentlichen von der Katalysatorkonzentration und in geringerem Maße von der Eduktmenge in der Startl{\"o}sung ab. Die ermittelte untere Grenze der Partikelgr{\"o}ße aus stabilen kolloidalen Dispersionen betr{\"a}gt ca. 30 nm. Gr{\"o}ßere Partikel als 5 µm konnten trotz Modifikation der Syntheseroute nicht erzeugt werden. Eine Absch{\"a}tzung {\"u}ber den Aggregationsgrad der Kohlenstoffpulver wurde durchgef{\"u}hrt. Eine Beimischung von Phenol verringert in diesem System zum einen die Partikelgr{\"o}ße und erzeugt zunehmend nicht-sph{\"a}rische Strukturen. Die aus Gassorption, SAXS und dynamischer Lichtstreuung (DLS) ermittelten Partikelgr{\"o}ßen stimmen gut {\"u}berein. Bei der Pyrolyse schrumpfen die Partikel auf 84\% des Ausgangswerts (Partikeldurchmesser). Ein Fokus dieser Arbeit lag in der Herstellung por{\"o}ser Kohlenstoffe mit Phenol und Formaldehyd (PF) als Eduktbasis und unterkritischer Trocknung (Kohlenstoffxerogele). Um die Bandbreite der Eigenschaften der resultierenden Kohlenstoffxerogele zu erweitern, wurden zahlreiche Modifikationen der Syntheseparameter und im Herstellungsprozeß durchgef{\"u}hrt. Die Ergebnisse zeigen, daß im Eduktsystem Phenol-Formaldehyd in w{\"a}ßriger L{\"o}sung mit Na2CO3 als basischem Katalysator prinzipiell por{\"o}se Xerogele herstellbar sind; allerdings verhindert eine ungew{\"o}hnliche Gelierkinetik (Flockenbildung statt Sol-Gel-{\"U}bergang) eine umfassende Interpretation des Systems, da die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse nicht gew{\"a}hrleistet ist. Bei Phenol-Formaldehyd in w{\"a}ßriger L{\"o}sung und NaOH als Katalysator kommt es meist zu einem Kollabieren des Gelnetzwerks w{\"a}hrend der Trocknung. Lediglich bei hohem Formaldehyd{\"u}berschuß zeigt sich ein enger Bereich, in dem Xerogele mit geringer Dichte (rhomin = 0,22 g/cm3) und relevantem Mesoporenvolumen von bis zu 0,59 cm3/g synthetisierbar sind. Die interessanteste Kombination im PF-System ergibt sich mit HCl als Katalysator und n-Propanol als L{\"o}sungsmittel. Hier sind hochpor{\"o}se Kohlenstoffxerogele mit geringen Dichten (rhomin = 0,23 g/cm3) und f{\"u}r Xerogele sehr hoher Mesoporosit{\"a}t von bis zu Vmeso = 0,85 cm3/g m{\"o}glich. Damit ist es im Rahmen dieser Arbeit erstmals gelungen {\"u}ber konvektive Trocknung homogene hochpor{\"o}se Xerogel-Formk{\"o}rper auf PF-Basis zu synthetisieren. Aus der {\"U}berwachung des Sol-Gel-Prozesses mit Detektion der Soltemperatur konnten wichtige Erkenntnisse {\"u}ber exo- und endotherme Vorg{\"a}nge gewonnen werden. Zudem zeigt die Zeitabh{\"a}ngigkeit der Soltemperatur Gemeinsamkeiten f{\"u}r alle untersuchten Hydroxybenzol-Formaldehyd-Systeme. So kann der Gelpunkt der Ans{\"a}tze zuverl{\"a}ssig und auch reproduzierbar anhand eines zweiten lokalen Temperaturmaximums ermittelt werden, welches mit einer Gelpunktsenthalpie korreliert wird. Damit ist auch eine Prozeßkontrolle, z.B. f{\"u}r die Kombination mit Partikeltechnologien, m{\"o}glich. Die zugrundeliegenden Strukturbildungsmechanismen, Sol-Gel-Prozeß einerseits und Trocknung andererseits, wurden in-situ mittels SAXS beobachtet und anhand der gewonnenen Daten diskutiert und bewertet. Eine vollst{\"a}ndige Adaption des etablierten und akzeptierten Bildungsmechanismus von RF basierten Aerogelen (Partikelbildung aus Kondensationskeimen und Partikelwachstum) f{\"u}r das PF-System wird ausgeschlossen. Vielmehr scheint bei den untersuchten PF-Systemen auch eine Mikrophasenseparation als konkurrierender Prozeß zur Partikelbildung von Relevanz zu sein.},
subject = {Sol-Gel-Verfahren},
language = {de}
}
@phdthesis{Fischer2015,
author = {Fischer, Julian},
title = {Koh{\"a}renz- und Magnetfeldmessungen an Polariton-Kondensaten unterschiedlicher r{\"a}umlicher Dimensionen},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-149488},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2015},
abstract = {Die Bose-Einstein-Kondensation (BEK) und die damit verbundenen Effekte wie Superfluidit{\"a}t und Supraleitung sind faszinierende Resultate der Quantennatur von Bosonen. Nachdem die Bose-Einstein-Kondensation f{\"u}r Atom-Systeme nur bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt realisierbar ist, was einen enormen technologischen Aufwand ben{\"o}tigt, wurden Bosonen mit wesentlich kleineren Massen zur Untersuchung der BEK gesucht. Hierf{\"u}r bieten sich Quasiteilchen in Festk{\"o}rpern wie Magnonen oder Exzitonen an, da deren effektive Massen sehr klein sind und die Kondensationstemperatur dementsprechend h{\"o}her ist als f{\"u}r ein atomares System. Ein weiteres Quasiteilchen ist das Exziton-Polariton als Resultat der starken Licht-Materie-Wechselwirkung in Halbleitermikrokavit{\"a}ten, welches sowohl Materie- als auch Photoneigenschaften hat und dessen Masse theoretisch eine BEK bis Raumtemperatur erlaubt. Ein weiterer Vorteil dieses System ist die einfache Erzeugung des Bose-Einstein-Kondensats in diesen Systemen durch elektrisches oder optisches Injizieren von Exzitonen in die Halbleiter-Quantenfilme der Struktur. Außerdem kann die Impulsraumverteilung dieser Quasiteilchen leicht durch einfache experimentelle Methoden mittels eines Fourierraumspektroskopie-Aufbaus bestimmt werden. Durch die winkelabh{\"a}ngige Messung der Emission kann direkt auf die Impulsverteilung der Exziton-Polaritonen in der Quantenfilmebene zur{\"u}ckgerechnet werden, die zur Identifikation der BEK hilfreich ist. Deshalb wird das Exziton-Polariton als ein Modellsystem f{\"u}r die Untersuchung von Bose-Einstein-Kondensation in Festk{\"o}rpern und den damit in Relation stehenden Effekten angesehen. In dieser Arbeit wird die Grundzustandskondensation von Exziton-Polaritonen in Halbleitermikrokavit{\"a}ten verschiedener Dimensionen realisiert und deren Emissionseigenschaften untersucht. Dabei wird vor allem die Wechselwirkung des Polariton-Kondensats mit der der unkondensierten Polaritonen bzw. der Quantenfilm-Exzitonen im externen Magnetfeld verglichen und ein Nachweis zum Erhalt der starken Kopplung {\"u}ber die Polariton-Kondensationsschwelle hinaus entwickelt. Außerdem werden die Koh{\"a}renzeigenschaften von null- und eindimensionalen Polariton-Kondensaten durch Bestimmung der Korrelationsfunktion erster beziehungsweise zweiter Ordnung analysiert. Als Materialsystem werden hierbei die III/V-Halbleiter gew{\"a}hlt und die Quantenfilme bestehen bei allen Messungen aus GaAs, die von einer AlAs Kavit{\"a}t umgeben sind. Eindimensionale Polariton-Kondensation - r{\"a}umliche Koh{\"a}renz der Polariton-Dr{\"a}hte Im ersten experimentellen Teil dieser Arbeit (Kapitel 1) wird die Kondensation der Polaritonen in eindimensionalen Dr{\"a}hten unter nicht-resonanter optischer Anregung untersucht. Dabei werden verschiedene Drahtl{\"a}ngen und -breiten verwendet, um den Einfluss des zus{\"a}tzlichen Einschlusses auf die Polariton-Dispersion bestimmen zu k{\"o}nnen. Ziel dieser Arbeit ist es, ein eindimensionales Bose-Einstein-Kondensat mit einer konstanten r{\"a}umlichen Koh{\"a}renz nach dem zentralen Abfall der g^(1)(r)-Funktion f{\"u}r große Abst{\"a}nde r in diesen Dr{\"a}hten zu realisieren (sogenannte langreichweitige Ordnung im System, ODLRO (Abk{\"u}rzung aus dem Englischen off-diagonal long-range order). Durch Analyse der Fernfeldemissionseigenschaften k{\"o}nnen mehrere Polariton-{\"A}ste, der eindimensionale Charakter und die Polariton-Kondensation in 1D-Systemen nachgewiesen werden. Daraufhin wird die r{\"a}umliche Koh{\"a}renzfunktion g^(1)(r) mithilfe eines hochpr{\"a}zisen Michelson-Interferometer, das im Rahmen dieser Arbeit aufgebaut wurde, bestimmt. Die g^(1)(r)-Funktion nimmt hierbei {\"u}ber große Abst{\"a}nde im Vergleich zur thermischen De-Broglie-Wellenl{\"a}nge einen konstanten Plateauwert an, der abh{\"a}ngig von der Anregungsleistung ist. Unterhalb der Polariton-Kondensationsschwelle (Schwellleistung P_S) ist kein Plateau sichtbar und die r{\"a}umliche Koh{\"a}renz ist nur im zentralen Bereich von unter |r| < 1 µm vorhanden. Mit ansteigender Anregungsleistung nimmt das zentrale Maximum in der Weite zu und es bildet sich das Plateau der g^(1)(r)-Funktion aus, das nur außerhalb des Drahtes auf Null abf{\"a}llt. Bei P=1,6P_S ist das Plateau maximal und betr{\"a}gt circa 0,15. Außerdem kann nachgewiesen werden, dass mit steigender Temperatur die Plateauh{\"o}he abnimmt und schließlich bei T=25K nicht mehr gemessen werden kann. Hierbei ist dann nur noch das zentrale Maximum der Koh{\"a}renzfunktion g^(1)(r) sichtbar. Weiterhin werden die Ergebnisse mit einer modernen mikroskopischen Theorie, die auf einem stochastischen Mastergleichungssystem basiert, verglichen, wodurch die experimentellen Daten reproduziert werden k{\"o}nnen. Im letzten Teil des Kapitels wird noch die Koh{\"a}renzfunktion g^(1)(r) im 1D-Fall mit der eines planaren Polariton-Kondensats verglichen (2D). Nulldimensionale Polariton-Kondensation - Kondensation und Magnetfeldwechselwirkung in einer Hybridkavit{\"a}t Im zweiten Teil der Arbeit wird die Polariton-Kondensation in einer neuartigen Hybridkavit{\"a}t untersucht. Der Aufbau des unteren Spiegels und der Kavit{\"a}t inklusive der 12 verwendeten Quantenfilme ist analog zu den gew{\"o}hnlichen Mikrokavit{\"a}ten auf Halbleiterbasis. Der obere Spiegel jedoch besteht aus einer Kombination von einem DBR (Abk{\"u}rzung aus dem Englischen distributed Bragg reflector) und einem Brechungsindexkontrast-Gitter mit einem Luft-Halbleiter{\"u}bergang (gr{\"o}ßt m{\"o}glichster Brechungsindexkontrast). Durch die quadratische Strukturgr{\"o}ße des Gitters (Seitenl{\"a}nge 5µm) sind die Polaritonen zus{\"a}tzlich zur Wachstumsrichtung noch in der Quantenfilmebene eingesperrt, so dass sie als nulldimensional angesehen werden k{\"o}nnen (Einschluss auf der ungef{\"a}hren Gr{\"o}ße der thermischen De-Broglie-Wellenl{\"a}nge). Um den Erhalt der starken Kopplung {\"u}ber die Kondensationsschwelle hinaus nachweisen zu k{\"o}nnen, wird ein Magnetfeld in Wachstumsrichtung angelegt und die diamagnetische Verschiebung des Quantenfilms mit der des 0D-Polariton-Kondensats verglichen. Hierdurch kann das Polariton-Kondensat von dem konventionellen Photonlasing in solchen Strukturen unterschieden werden. Weiterhin wird als letztes Unterscheidungsmerkmal zwischen Photonlasing und Polariton-Kondensation eine Messung der Autokorrelationsfunktion zweiter Ordnung g^(2)(t) durchgef{\"u}hrt. Dabei kann ein Wiederanstieg des g^(2)(t = 0)-Werts mit ansteigender Anregungsleistung nachgewiesen werden, nachdem an der Kondensationsschwelle der g^(2)(t = 0)-Wert auf 1 abgefallen ist, was auf eine zeitliche Koh{\"a}renzzunahme im System hinweist. Oberhalb der Polariton-Kondensationsschwelle P_S steigt der g^(2)(t = 0)-Wert wieder aufgrund zunehmender Dekoh{\"a}renzprozesse, verursacht durch die im System ansteigende Polariton-Polariton-Wechselwirkung, auf Werte gr{\"o}ßer als 1 an. F{\"u}r einen gew{\"o}hnlichen Photon-Laser (VCSEL, Abk{\"u}rzung aus dem Englischen vertical-cavity surface-emitting laser) im monomodigen Betrieb kann mit steigender Anregungsleistung kein Wiederanstieg des g^(2)(t = 0)-Werts gemessen werden. Somit stellt dies ein weiteres Unterscheidungsmerkmal zwischen Polariton-Kondensation und Photonlasing dar. Zweidimensionale Polariton-Kondensation - Wechselwirkung mit externem Magnetfeld Im letzten experimentellen Kapitel dieser Arbeit wird die Magnetfeldwechselwirkung der drei m{\"o}glichen Regime der Mikrokavit{\"a}tsemission einer planaren Struktur (zweidimensional) untersucht. Dazu werden zuerst durch eine Leistungsserie bei einer Verstimmung des Photons und des Quantenfilm-Exzitons von d =-6,5meV das lineare, polaritonische Regime, das Polariton-Kondensat und bei weiterer Erh{\"o}hung der Anregungsleistung das Photonlasing identifiziert. Diese drei unterschiedlichen Regime werden daraufhin im Magnetfeld von B=0T-5T auf ihre Zeeman-Aufspaltung und ihre diamagnetische Verschiebung untersucht und die Ergebnisse der Magnetfeldwechselwirkung werden anschließend miteinander verglichen. Im linearen Regime kann die Abh{\"a}ngigkeit der Zeeman-Aufspaltung und der diamagnetischen Verschiebung vom exzitonischen Anteils des Polaritons best{\"a}tigt werden. Oberhalb der Polariton-Kondensationsschwelle wird eine gr{\"o}ßere diamagnetische Verschiebung gemessen als f{\"u}r die gleiche Verstimmung im linearen Regime. Dieses Verhalten wird durch Abschirmungseffekte der Coulomb-Anziehung von Elektronen und L{\"o}chern erkl{\"a}rt, was in einer Erh{\"o}hung des Bohrradius der Exzitonen resultiert. Auch die Zeeman-Aufspaltung oberhalb der Polariton-Kondensationsschwelle zeigt ein vom unkondensierten Polariton abweichendes Verhalten, es kommt sogar zu einer Vorzeichenumkehr der Aufspaltung im Magnetfeld. Aufgrund der langen Spin-Relaxationszeiten von 300ps wird eine Theorie basierend auf der im thermischen Gleichgewichtsfall entwickelt, die nur ein partielles anstatt eines vollst{\"a}ndigen thermischen Gleichgewicht annimmt. So befinden sich die einzelnen Spin-Komponenten im Gleichgewicht, w{\"a}hrend zwischen den beiden Spin-Komponenten kein Gleichgewicht vorhanden ist. Dadurch kann die Vorzeichenumkehr als ein Zusammenspiel einer dichteabh{\"a}ngigen Blauverschiebung jeder einzelner Spin-Komponente und der Orientierung der Spins im Magnetfeld angesehen werden. F{\"u}r das Photonlasing kann keine Magnetfeldwechselwirkung festgestellt werden, wodurch verdeutlicht wird, dass die Messung der Zeeman-Aufspaltung beziehungsweise der diamagnetischen Verschiebung im Magnetfeld als ein eindeutiges Werkzeug zur Unterscheidung zwischen Polariton-Kondensation und Photonlasing verwendet werden kann.},
subject = {Exziton-Polariton},
language = {de}
}
@phdthesis{Schneider2011,
author = {Schneider, Christian},
title = {Konzepte zur skalierbaren Realisierung von effizienten, halbleiterbasierten Einzelphotonenquellen},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-73506},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2011},
abstract = {Dem Einsatz niederdimensionaler Nanostrukturen als optisch aktives Medium wird enormes Potential vorausgesagt sowohl in den klassischen optoelektronischen Bauteilen (wie z.B. Halbleiterlasern) als auch in optischen Bauteilen der n{\"a}achsten Generation (z.B. Einzelphotonenquellen oder Quellen verschr{\"a}nkter Photonenpaare). Dennoch konnten sich quantenpunktbasierte Halbleiterlaser, abgesehen von einigen wenigen Ausnahmen (QDLaser inc.), im industriellen Maßstab bisher nicht gegen Bauelemente mit h{\"o}herdimensionalen Quantenfilmen als optisch aktivem Element durchsetzen. Deshalb scheint der Einsatz von Quantenpunkten (QPen) in nichtklassischen Lichtquellen gegenw{\"a}rtig vielversprechender. Um jedoch solche Bauteile bis zur letztendlichen Marktreife zu bringen, m{\"u}ssen neben der starken Unterdr{\"u}ckung von Multiphotonenemission noch wesentliche Grundvoraussetzungen erf{\"u}llt werden: In dieser Arbeit wurden grundlegende Studien durchgef{\"u}hrt, welche insbesondere dem Fortschritt und den Problemen der Effizienz, des elektrischen Betriebs und der Skalierbaren Herstellung der Photonenqullen dienen sollte. Zum Einen wurden hierf{\"u}r elektrisch betriebene Einzelphotonenquellen basierend auf gekoppelten QP-Mikroresonatoren realisiert und de ren Bauteileffizienz gezielt optimiert, wobei konventionelle selbstorganisierte InAs-QPe als aktives Medium eingesetzt wurden. F{\"u}r die skalierbare Integration einzelner QPe in Mikroresonatoren wurde des Weiteren das gesteuerte QP-Wachstum auf vorstrukturierten Substraten optimiert und auf diese Art ortskontrollierte QPe in Bauteile integriert. F{\"u}r die Realisierung hocheffizienter, elektrisch gepumpter inzelphotonenquellen wurde zun{\"a}chst das Wachstum von bin{\"a}ren InAs-QPen im Stranski-Krastanov-Modus optimiert und deren optische Eigenschaften im Detail untersucht. Durch das Einbringen einer Schicht von Siliziumatomen nahe der QP-Schicht konnten die Emitter negativ geladen werden und der helle Trionenzustand der QPe als energetischer Eigenzustand des Systems zur effizienten Extraktion einzelner Photonen ausgenutzt werden. Durch die Integration dieser geladenen QPe in elektrisch kontaktierte, auf Braggspiegel basierte Mikrot{\"u}rmchen konnten Einzelphotonenquellen realisiert werden, in denen gezielt Licht-Materie- Wechselwirkungseffekte zur Steigerung der Bauteileffizienz ausgenutzt wurden. Basierend auf theoretischen {\"U}berlegungen wurde die Schichtstruktur soweit optimiert, dass letztendlich experimentell eine elektrisch gepumpte Einzelphotonenquelle mit einer Photonenemissionsrate von 47 MHz sowie einer zuvor unerreichten Bauteileffizienz von 34 \% im Regime der schwachen Licht-Materie-Kopplung demonstriert werden konnte. Da Effekte der Licht-Materie-Wechselwirkung zwischen QP und Resonator neben der spektralen Resonanz ebenfalls von der relativen Position von Resonator und QP zueinander abh{\"a}ngen, ist eine Kombination von positionierten QPen und Bauteilausrichtung nahezu unumg¨anglich f{\"u}r die skalierbare, deterministische Herstellung von Systemen aus perfekt angeordnetem Emitter und Resonator. Deshalb wurden bestehende Konzepte zum geordneten Wachstum von QPen weiterentwickelt: Hierbei wurde geordnetes InAs-QP-Wachstum mit Perioden realisiert, die vergleichbare Abmessungen wie optische Resonatoren aufweisen, also Nukleationsperioden zwischen 500 nm und 4 μm. Durch ein genaues Anpassen der Wachstums- und Prozessbedingungen konnte des Weiteren die Bildung von QP-Molek{\"u}len auf den Nukleationspl{\"a}tzen nahezu unterdr{\"u}ckt beziehungsweise gesteuert werden. Durch eine systematische Optimierung der optischen Eigenschaften der QPe konnten Emitter mit Einzelquantenpunktlinienbreiten um 100 μeV realisiert werden, was eine Grundvoraussetzung zur Studie ausgepr{\"a}gter Licht-Materie-Wechselwirkungseffekte in Mikroresonatoren darstellt. Letztendlich konnten durch die Integration derartiger QPe in optisch sowie elektrisch betriebene Mikroresonatoren erstmals Bauteile realisiert werden, welche einige der prinzipiellen, an eine Einzelphotonenquelle gestellten Anforderungen erf{\"u}llen. Insbesondere konnten deutliche Signaturen der schwachen Licht-Materie-Kopplung einzelner positionierter QPe in photonische Kristallresonatoren, Mikroscheibenresonatoren sowie Mikrot{\"u}rmchenresonatoren festgestellt werden. Dar{\"u}berhinaus konnte an einem spektral resonanten System aus einem positionierten QP und der Grundmode eines Mikrot{\"u}rmchenresonators eindeutig Einzelphotonenemission unter optischer Anregung demonstriert werden. Ebenfalls konnten Mikrot{\"u}rmchenresonatoren mit integrierten positionierten QPen erstmals elektrisch betrieben werden und somit die Grundvoraussetzung f{\"u}r eine der skalierbaren Herstellung effizienter Einzelphotonenquellen geschaffen werden.},
subject = {Einzelphotonenemission},
language = {de}
}
@phdthesis{Stahlhut2023,
author = {Stahlhut, Philipp},
title = {Konzeption und Aufbau einer Nanofokus Labor CT Anlage in Reflexionsgeometrie auf Basis eines Rasterelektronenmikroskops},
doi = {10.25972/OPUS-30264},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-302648},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2023},
abstract = {In der vorliegenden Arbeit werden die Konzeption und Realisierung eines Computertomographen zur Materialanalyse auf Basis eines Rasterelektronenmikroskops mit einem r{\"a}umlichen Aufl{\"o}sungsverm{\"o}gen im Nanometerbereich diskutiert. Durch einen fokussierten Elektronenstrahl, der mit einer Beschleunigungsspannung von 30 kV auf eine mikrostrukturierte Wolframnadel mit einem Spitzenradius von bis zu 50 nm gezielt wird, entsteht ein kleiner R{\"o}ntgenbrennfleck {\"u}ber den mit geometrischer Vergr{\"o}ßerung hochaufl{\"o}sende Projektionen eines zu untersuchenden Objekts erzeugt werden. Durch Rotation des Testobjekts werden Projektionen aus verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen und {\"u}ber einen speziellen Rekonstruktionsalgorithmus zu einem 3-dimensionalen Bild zusammengef{\"u}gt. Bei der Beurteilung der Einzelkomponenten des Ger{\"a}ts wird insbesondere auf Struktur, Form und den elektrochemischen Herstellungsprozess der R{\"o}ntgenquelle eingegangen. Eine ausreichend genaue Positionierung von Messobjekt und R{\"o}ntgenbrennfleck wird {\"u}ber Piezoachsen realisiert, w{\"a}hrend die Stabilit{\"a}t des R{\"o}ntgenbrennflecks {\"u}ber die Elektronenoptik des Rasterelektronenmikroskops und die Form der Quellnadel optimiert wird. Das r{\"a}umliche Aufl{\"o}sungsverm{\"o}gen wird {\"u}ber die Linienspreizfunktion an Materialkanten abgesch{\"a}tzt. F{\"u}r eine Wolfram-Block-Quelle ergibt sich dabei ein Aufl{\"o}sungsverm{\"o}gen von 325 nm - 400 nm in 3D, w{\"a}hrend der Quellfleck einer Wolframnadel das Aufl{\"o}sungsverm{\"o}gen der Anlage auf 65 nm - 90 nm in 2D und 170 nm - 300 nm in 3D bei Messungen an einem AlCu29-Testobjekt anhebt. Außerdem werden die Auswirkungen der Phasenkontrastcharakteristik der R{\"o}ntgenquelle auf die rekonstruierten Bilder nach Anwendung eines Paganin-Filters diskutiert. Dabei zeigt sich, dass durch Anwendung des Filters ein verbessertes Signal-zu-Rausch-Verh{\"a}ltnis auf Kosten der r{\"a}umlichen Bildaufl{\"o}sung erzielt werden kann. Eine Vergleichsmessung mit einem kommerziell verf{\"u}gbaren R{\"o}ntgenmikroskop zeigt die St{\"a}rken des vorgestellten Systems bei Untersuchung von stark absorbierenden Messobjekten. Das kompakte Design erlaubt eine Weiterentwicklung in Richtung eines nanoCT-Moduls als Upgrade Option f{\"u}r Rasterelektronenmikroskope im Gegensatz zu den weitaus teureren bisher verbreiteten nanoCT-Ger{\"a}ten.},
subject = {Computertomographie},
language = {de}
}
@phdthesis{Wilhelm2005,
author = {Wilhelm, Thomas},
title = {Konzeption und Evaluation eines Kinematik/Dynamik-Lehrgangs zur Ver{\"a}nderung von Sch{\"u}lervorstellungen mit Hilfe dynamisch ikonischer Repr{\"a}sentationen und graphischer Modellbildung},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-39554},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2005},
abstract = {Auch nach dem herk{\"o}mmlichen Mechanikunterricht in der Oberstufe verf{\"u}gen viele Sch{\"u}ler nicht {\"u}ber angemessene physikalische Vorstellungen {\"u}ber die verwendeten physikalischen Begriffe und deren Zusammenh{\"a}nge. Einf{\"u}hrend wurden in dieser Arbeit allgemeine Aspekte zu Sch{\"u}lervorstellungen (Kapitel 2.1) sowie konkrete Sch{\"u}lervorstellungen zur Mechanik (Kapitel 2.2) und relevante Lehrervorstellungen (Kapitel 2.3) dargelegt. Ein Ziel dieser Arbeit war, ein Gesamtkonzept f{\"u}r einen ver{\"a}nderten Kinematik- und Dynamikunterricht ein- und zweidimensionaler Bewegungen in der Jahrgangsstufe 11 des Gymnasiums zu entwickeln, das m{\"o}glichst vielen Sch{\"u}lern hilft, m{\"o}glichst viele Fehlvorstellungen zur Mechanik aufzuarbeiten. Dazu wurden u.a. computergest{\"u}tzte Experimente und die Visualisierung der physikalischen Gr{\"o}ßen mit dynamisch ikonischen Repr{\"a}sentationen (siehe Kapitel 3.2) eingesetzt, was neue Elementarisierungen und neue Unterrichtsstrategien erm{\"o}glichte (siehe Kapitel 8.2 oder Kapitel 5). Um gute Chancen zu haben, dass dieses Konzept den Schulalltag erreicht, wurde es lehrplankonform zum bayerischen Lehrplan konzipiert. Eine erste Zielsetzung der summativen Evaluation war festzustellen, inwieweit das gesamte Unterrichtskonzept von verschiedenen Lehrern durchf{\"u}hrbar ist und wie diese es einsch{\"a}tzen (siehe Kapitel 8.4 oder Kapitel 6.3). Ein wichtiges Ziel war dann, mit Hilfe von Tests festzustellen, inwieweit es Ver{\"a}nderungen in den Sch{\"u}lervorstellungen gab (Vor-/Nachtest-Design) und diese Ver{\"a}nderungen mit konventionell unterrichteten Klassen zu vergleichen (Trainings-/Kontrollgruppen-Design) (konventionelle Klassen: Kapitel 8.1; Vergleich: Kapitel 8.5; Kapitel 6.4 + 6.5). Dazu wurden haupts{\"a}chlich bereits vorliegende paper-pencil-Tests verwendet, da eine Testneuentwicklung im Rahmen der Arbeit nicht m{\"o}glich gewesen w{\"a}re. Da diese Tests verschiedene Schw{\"a}chen haben, wurden mehrere verschiedene Tests gleichzeitig eingesetzt, die sich gegenseitig erg{\"a}nzen. Die graphische Modellbildung in Verbindung mit Animationen ist ein fakultativer Teil dieses Unterrichtskonzeptes. Hierzu wurde zus{\"a}tzlich eine eigene Interventionsstudie durchgef{\"u}hrt (siehe Kapitel 8.3 und Kapitel 4). Ergebnisse: Dynamisch ikonische Repr{\"a}sentationen k{\"o}nnen dem Lehrer neue unterrichtliche M{\"o}glichkeiten geben und somit dem Sch{\"u}ler helfen, physikalische Konzepte angemessener zu verstehen. Die Einf{\"u}hrung kinematischer Gr{\"o}ßen anhand zweidimensionaler Bewegungen, die nur mit ikonischen Repr{\"a}sentationen in Form von Vektorpfeilen sinnvoll ist (geeignete Elementarisierung), f{\"u}hrt zu einem physikalischeren Verst{\"a}ndnis des Beschleunigungsbegriffes und vermeidet Fehlvorstellungen durch eine ungeeignete Reduktion auf den Spezialfall eindimensionaler Bewegungen. Mehr Sch{\"u}ler konzeptualisieren Beschleunigung wie in der Physik als gerichtete Gr{\"o}ße anstelle einer Gr{\"o}ße, die die {\"A}nderung des Geschwindigkeitsbetrages angibt und allenfalls tangentiale Richtung haben kann. Auch in der Dynamik sind dadurch hilfreiche Darstellungen und so sinnvolle Ver{\"a}nderungen des Unterrichts m{\"o}glich. Um wesentliche Strukturen aufzuzeigen, werden komplexere Versuche mit mehreren Kr{\"a}ften und Reibung eingesetzt, was erst durch eine rechnerunterst{\"u}tzte Aufbereitung mit dynamisch ikonischen Repr{\"a}sentationen erm{\"o}glicht wird. Diese Darstellungen erm{\"o}glichen auch eine aktive Auseinandersetzung der Sch{\"u}ler mit den Themen, indem von ihnen h{\"a}ufig Vorhersagen gefordert werden (geeignete Unterrichtsstrategie). Graphische Modellbildung als weiterer Einsatz bildlicher Darstellungen kann ebenso eine weitere Verst{\"a}ndnishilfe sein. Sch{\"u}ler, die nach dem vorgelegten Unterrichtskonzept unterrichtet wurden, zeigten mehr Verst{\"a}ndnis f{\"u}r den newtonschen Kraftbegriff. Da die entwickelten Ideen tats{\"a}chlich im Unterricht ankamen und dort Ver{\"a}nderungen bewirkten, kann von einer effektiven Lehrerfortbildung mit Transferwirkung gesprochen werden.},
subject = {Physikunterricht},
language = {de}
}
@phdthesis{Ebensperger2014,
author = {Ebensperger, Thomas},
title = {Konzeption, Umsetzung und Evaluierung eines linsenlosen R{\"o}ntgenmikroskopes},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-117937},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2014},
abstract = {Diese Arbeit befasst sich mit der Konzeption, Umsetzung und Charakterisierung eines R{\"o}nt- genmikroskops f{\"u}r harte R{\"o}ntgenstrahlung mit der M{\"o}glichkeit zur dreidimensionalen Bild- gebung. Der vorgestellte Aufbau basiert auf geometrischer Vergr{\"o}ßerung und verzichtet im Gegensatz zu anderen R{\"o}ntgenmikroskopiemethoden auf den Einsatz optischer Elemente. Dreidimensionale Bildgebung wird durch einen linearlaminographischen Aufnahmemodus realisiert, bei dem unterschiedliche Durchstrahlungsrichtungen durch das Objekt durch eine relative Verschiebung von Quelle und Detektor zustande kommen. Die R{\"o}ntgenquelle des Mikroskops besteht aus einer zu einer Nanofokusr{\"o}ntgenr{\"o}hre um- gebauten Elektronenmikrosonde mit 30 kV Beschleunigungsspannung (dies entspricht einer Wellenl{\"a}nge von bis zu 0,041 nm). Durch die Elektronenoptik kann ein intensiver Elektronen- strahl anstelle eine Probe auf ein Transmissionstarget fokussiert werden. In dieser Arbeit wird eine M{\"o}glichkeit evaluiert, die Schichtdicke der r{\"o}ntgenaktiven Schicht des Transmissionstar- gets f{\"u}r die gegebene Beschleunigungsspannung zu optimieren. Dabei werden eine Schichtdi- cke f{\"u}r maximale R{\"o}ntgenleistung (700 nm Wolfram) und eine f{\"u}r maximale R{\"o}ntgenleistung bezogen auf die entstehende Quellfleckgr{\"o}ße (100 nm Wolfram) identifiziert. Dadurch erreicht dieses System eine laterale Ortsaufl{\"o}sung von 197 nm, gemessen an einem Siemensstern. Diese ist eine Gr{\"o}ßenordnung besser als bei modernen SubμCT-Anlagen, die zur zerst{\"o}rungsfrei- en Pr{\"u}fung eingesetzt werden, und einen Faktor 2 besser als bei Laborr{\"o}ntgenmikroskopen basierend auf Fresnel'schen Zonenplatten. Abgesehen von der lateralen Aufl{\"o}sung bei hochkontrastigen Objekten werden auch die Abbil- dungseigenschaften f{\"u}r schwach absorbierende Proben mit Inline-Phasenkontrastbildgebung untersucht. Dazu wird eine Methode entwickelt mit der anhand der gegebenen Anlagenpara- meter der optimale Quell-Objekt-Abstand zur Maximierung des Fringe-Kontrasts gefunden werden kann. Dabei wird die Auspr{\"a}gung des Fringe-Kontrasts auf die Phase -iα zur{\"u}ck gef{\"u}hrt. Das vorgeschlagene Modell wird durch Messungen am R{\"o}ntgenmikroskop und an einer weiteren R{\"o}ngtenanlage verifiziert. Zur Beurteilung der dreidimensionalen Bildgebung mit dem vorgeschlagenen linearlaminogra- phischen Aufnahmemodus kann dieser auf eine konventionelle Computertomographie mit ein- geschr{\"a}nktem Winkelbereich zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden und so die maximal erreichbare Winkel- information bestimmt werden. Des Weiteren werden numerische Berechnungen durchgef{\"u}hrt, um die Einfl{\"u}sse von Rauschen und geometrischen Vorgaben einsch{\"a}tzen zu k{\"o}nnen. Ein experimenteller Test des Laminographiesystems wird anhand eines hochkontrastigen (Fres- nel'sche Zonenplatte) und eines niederkontrastigen Objekts (Kohlefasergewebe) durchgef{\"u}hrt. Es zeigte sich, dass die laterale Aufl{\"o}sung w{\"a}hrend der dreidimensionalen Rekonstruktion gut erhalten bleibt, die Tiefenaufl{\"o}sung aber nicht die gleiche Qualit{\"a}t erreicht. Außerdem konnte festgestellt werden, dass die Tiefenaufl{\"o}sung sehr stark von der Geometrie und Zusammen- setzung des untersuchten Objekts abh{\"a}ngt.},
subject = {Harte R{\"o}ntgenstrahlung},
language = {de}
}
@phdthesis{Roesch2003,
author = {R{\"o}sch, Matthias},
title = {Kopplung von kollektiven Anregungen in einlagigen und doppellagigen quasi-zweidimensionalen Elektronensystemen},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-9892},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2003},
abstract = {Gegenstand dieser Arbeit ist die Kopplung von kollektiven Anregungen in einlagigen und doppellagigen quasi-zweidimensionalen Elektronensystemen. Es wurden verschiedene modulationsdotierte Proben auf Basis von GaAs mit Gate-Elektrode und Gitterkoppler pr{\"a}pariert, um bei variabler Elektronendichte die Plasmon-Anregungen mit Hilfe der Ferninfrarot-Spektroskopie zu studieren. Die Auswertung der experimentellen Daten erfolgte durch eine selbstkonsistente Berechnung des elektronischen Grundzustandes, der Plasmon-Anregungsenergien und der optischen Absorption des Elektronengases. Zur Bestimmung der Absorption wurde dabei auf Grundlage bestehender Ans{\"a}tze ein eigener Formalismus im Rahmen der Stromantwort-Theorie entwickelt. Somit gelangen der erstmalige Nachweis von optischen und akustischen Intersubband-Plasmonen in zweilagigen Elektronensystemen sowie eine detaillierte Analyse der Kopplung von Intersubband-Plasmonen an optische Phononen und an strahlende Gittermoden im Bereich der Rayleigh-Anomalie.},
subject = {Galliumarsenid},
language = {de}
}
@phdthesis{Mauerer2015,
author = {Mauerer, Tobias},
title = {Ladungsdichtemodulationen an unterschiedlichen Probensystemen: Chrom auf Wolfram(110), Iridiumditellurid und Eisen auf Rhodium(001)},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-120322},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2015},
abstract = {Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden mit einem Rastertunnelmikroskop (RTM) Ladungsdichtemodulationen (LDM) auf Oberfl{\"a}chen von drei verschiedenen Probensystemen untersucht. Bei den Proben handelt es sich um Chrom auf Wolfram(110), Iridiumditellurid (IrTe2) als Volumenmaterial und Eisen auf Rhodium(001). Es werden sowohl die Temperaturabh{\"a}ngigkeit der Phasen{\"u}berg{\"a}nge als auch die Wechselwirkung zwischen magnetischen und elektronischen Eigenschaften analysiert. Chrom (Cr) ist ein einfaches {\"U}bergangsmetall, in dem sowohl eine klassische Ladungsdichtewelle (LDW) als auch eine Spindichtewelle (SDW) auftreten. Die im Experiment betrachteten Cr-Inseln auf Wolfram(110) schlagen eine Br{\"u}cke zwischen dem Volumenmaterial und ultrad{\"u}nnen Schichten. Dabei zeigt sich der Zusammenhang zwischen elektronischen und magnetischen Eigenschaften in der Ausbildung einer LDW-L{\"u}cke und dem gleichzeitigen Verschwinden des magnetischen Kontrastes bei lokalen Schichtdicken von dCr =� 4nm. Dies kann durch eine Rotation des Spindichtewellenvektors Q erkl{\"a}rt werden. F{\"u}r dCr <� 3nm verschwindet die LDW erneut. Zus{\"a}tzlich zur LDW und SDW entsteht aufgrund der unterschiedlichen Gitterparameter von Chrom und Wolfram bei lokalen Schichtdicken von dCr � < 3nm eine Moir{\´e}-{\"U}berstruktur. IrTe2 ist Gegenstand zahlreicher aktueller Forschungsaktivit{\"a}ten und weist eine LDM mit gleichzeitiger Transformation des atomaren Gitters auf. Ein Phasen{\"u}bergang erster Ordnung erzeugt zun{\"a}chst bei der {\"U}bergangstemperatur TC =� 275K eine Modulation mit dem Wellenvektor q = 1/5(1, 1, 0). Mithilfe temperaturabh{\"a}ngiger RTM-Messungen kann das Phasendiagramm um einen weiteren {\"U}bergang erster Ordnung bei TS � = 180K erweitert werden. Dabei bilden sich zunehmend Te-Dimere an der sichtbaren (001)-Oberfl{\"a}che und IrTe2 wechselt in einen Grundzustand mit maximaler Dichte von Dimeren und dem Wellenvektor q = 1/6(1, 1, 0). Der Mechanismus beider Phasen{\"u}berg{\"a}nge wird durch die Probenqualit{\"a}t und die Oberfl{\"a}chenpr{\"a}paration beeinflusst, sodass die Phasen{\"u}berg{\"a}nge erster Ordnung teilweise verlangsamt ablaufen. Durch eine Analyse der Oberfl{\"a}chendynamik am Phasen{\"u}bergang kann der zugrundeliegende Mechanismus des Dom{\"a}nenwachstums im Realraum untersucht werden. Im letzten Teil der Arbeit werden ultrad{\"u}nne Eisenfilme auf Rhodium(001) betrachtet. Dabei treten auf der Doppellage Eisen (Fe) auf Rhodium (Rh) spannungsabh{\"a}ngige elektronische Modulationen mit senkrecht zueinander orientierten Wellenvektoren q1 = [(0, 30 ± 0, 03), 0, 0] und q2 = [0, (0, 30 ± 0, 03), 0] in Richtung [100] und [010] auf. Temperaturabh{\"a}ngige Messungen zeigen die stetige Verkleinerung der Modulation beim Erw{\"a}rmen der Probe und somit einen Phasen{\"u}bergang zweiter Ordnung. Die LDM tritt auch auf der dritten und vierten Lage Eisen mit gleichgerichteten aber kleineren Wellenvektoren q auf. Spinpolarisierte RTM-Daten zeigen einen c(2×2)-Antiferromagnetismus auf einer Monolage Eisen. F{\"u}r Fe-Bedeckungen von 1ML � - 5ML tritt Ferromagnetismus perpendikular zur Oberfl{\"a}che auf. Diese Messungen zeigen erstmals gleichzeitiges Auftreten einer elektronischen und magnetischen Phase in einem reinen 3d-{\"U}bergangsmetall im Realraum.},
subject = {Ladungsdichtewelle},
language = {de}
}
@phdthesis{Elsaesser2019,
author = {Els{\"a}sser, Sebastian},
title = {Lattice dynamics and spin-phonon coupling in the multiferroic oxides Eu(1-x)Ho(x)MnO3 and ACrO2},
doi = {10.25972/OPUS-17971},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-179719},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2019},
abstract = {The focus of this thesis is the investigation of the lattice dynamics and the coupling of magnetism and phonons in two different multiferroic model systems. The first system, which constitutes the main part in this work is the system of multiferroic manganites RMnO\$_{3}\$, in particular Eu\$_{1-x}\$Ho\$_{x}\$MnO\$_{3}\$ with \$0 \le x \le 0.5\$. Its cycloidal spin arrangement leads to the emergence of the ferroelectric polarization via the inverse Dzyaloshinskii-Moriya interaction. This system is special among RMnO\$_{3}\$ as with increasing Ho content \$x\$, Eu\$_{1-x}\$Ho\$_{x}\$MnO\$_{3}\$ does not only become multiferroic, but due to the exchange interaction with the magnetic Ho-ion, the spin cycloid (and with it the electric polarization) is also flipped for higher Ho contents. This makes it one of the first compounds, where the cycloidal reorientation happens spontaneously, rather than with the application of external fields. On the other hand, there is the delafossite ACrO\$_{2}\$ system. Here, due to symmetry reasons, the spin-spiral pattern can not induce the polarization according to the inverse Dzyaloshinskii-Moriya interaction mechanism. Instead, it is thought that another way of magnetoelectric coupling is involved, which affects the charge distribution in the \$d-p\$ hybridized orbitals of the bonds. The lattice vibrations as well as the quasi-particle of the multiferroic phase, the electromagnon, are studied by Raman spectroscopy. Lattice vibrations like the B\$_{3g}\$(1) mode, which involves vibrations of the Mn-O-Mn bonds modulate the exchange interaction and serve as a powerful tool for the investigation of magnetic correlations effects with high frequency accuracy. Raman spectroscopy acts as a local probe as even local magnetic correlations directly affect the phonon vibration frequency, revealing coupling effects onto the lattice dynamics even in the absence of global magnetic order. By varying the temperature, the coupling is investigated and unveils a renormalization of the phonon frequency as the magnetic order develops. For Eu\$_{1-x}\$Ho\$_{x}\$MnO\$_{3}\$, the analysis of this spin-induced phonon frequency renormalization enables the quantitative determination of the in-plane spin-phonon coupling strengths. This formalism, introduced by Granado et al., is extended here to evaluate the out-of-plane coupling strengths, which is enabled by the identification of a previously elusive feature as a vibrational mode. The complete picture is obtained by studying the lattice- and electromagnon dynamics in the magnetic field. Further emphasis is put towards the development of the cycloidal spin structure and correlations with temperature. A new model of describing the temperature-dependent behavior of said spin correlations is proposed and can consistently explain ordering phenomena which were until now unaddressed. The results are underscored with Monte Carlo based simulations of the spin dynamics with varying temperature. Furthermore, a novel effect of a tentative violation of the Raman selection rules in Eu\$_{1-x}\$Ho\$_{x}\$MnO\$_{3}\$ was discovered. While the phonon modes can be separated and identified by their symmetry by choosing appropriate polarization configurations, in a very narrow temperature range, Eu\$_{1-x}\$Ho\$_{x}\$MnO\$_{3}\$ shows an increase of phonon intensities in polarization configurations where they should be forbidden. This is interpreted as a sign of local disorder, caused by 90° domain walls and could be explained within the model framework. This course of action is followed with the material system of delafossites ACrO\$_{2}\$. Being a relatively new class of multiferroic materials, the investigations on ACrO\$_{2}\$ are also of characterizing nature. For this, shell model calculations are performed as a reference to compare the vibrational frequencies obtained by the Raman experiments to. A renormalization of the vibrational frequencies is observed in this system as well and systematically analyzed across the sample series of \textit{A}=Cu, Pd and Ag. Eventually, the effect of applying an external magnetic field is studied. A particularly interesting feature specific for CuCrO\$_{2}\$ is a satellite peak which appears at lower temperatures. It is presumably related to a deformation of the lattice and therefore going to be discussed in further detail.},
subject = {Festk{\"o}rperphysik},
language = {en}
}
@phdthesis{Ott2015,
author = {Ott, Martin},
title = {Lautst{\"a}rkereduzierte Magnetresonanztomographie},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-133921},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2015},
abstract = {Messungen mit Magnetresonanztomographen sind seit jeher mit hohen Lautst{\"a}rken verbunden. Deshalb wird das Ger{\"a}t im Volksmund auch als „laute R{\"o}hre" bezeichnet. Bisher wurde das Problem mit Kopfh{\"o}rern, Ohrenst{\"o}pseln und akustischer D{\"a}mmung des MRT-Scanners angegangen. Auch in der Fachliteratur wird das Problem als gegeben angesehen und es werden kaum wissenschaftliche L{\"o}sungsans{\"a}tze zur Lautst{\"a}rkereduktion beschrieben. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Bildgebungs-Sequenzen f{\"u}r schwer‑optimierbare Bildkontraste und sogenannte Standard-Kontraste aus dem klinischen Umfeld hinsichtlich der Lautst{\"a}rke zu optimieren. Viele dieser Kontraste k{\"o}nnen bereits mit einfachen Algorithmen wie dem Gradientengl{\"a}ttungsalgorithmus erfolgreich in Hinblick auf die Lautst{\"a}rke optimiert werden. Allerdings existieren auch Sequenzen beziehungsweise Kontraste, die aufgrund ihrer Eigenschaften nicht von einem solchen Algorithmus profitieren k{\"o}nnen. Die Optimierungen und {\"A}nderungen sollten software-seitig erfolgen, das heißt durch {\"A}nderung der Gradientenformen und Datenakquisition. In der Arbeit wurden die grundlegenden Zusammenh{\"a}nge zwischen den verwendeten Ger{\"a}teparametern und der Lautst{\"a}rke untersucht und zudem die physikalischen Ursachen der Lautst{\"a}rkeentwicklung hergeleitet. Diese konnten anhand der Lorentz-Kr{\"a}fte quantitativ beschrieben werden. Somit konnten die Hauptursachen der Lautst{\"a}rkeentwicklung identifiziert werden. Diese sind abh{\"a}ngig von der Gradienten-Steig-Rate, aber auch von der Amplitude der Gradienten. Es konnte gezeigt werden, dass eine Minimierung dieser Gradientenparameter zu einer geringeren Lautst{\"a}rkeentwicklung f{\"u}hrt. Allerdings f{\"u}hrt diese Minimierung in den meisten F{\"a}llen auch zu einer systematischen Verlangsamung des Sequenzablaufs, was das Erreichen bestimmter Echozeiten und Bildkontraste unm{\"o}glich macht. Zu den problematischen Kontrasten bez{\"u}glich der Lautst{\"a}rkereduktion z{\"a}hlten der T1- und PD‑Kontrast einer Turbo-Spin-Echo-Sequenz. Durch die Kombination von mehreren Maßnahmen, wie der Adaption der k-Raum-Akquisition, der HF-Pulse-Parameter und den Gradientenformen, war es m{\"o}glich, die Lautst{\"a}rke in Beispielmessungen um bis zu 16,8 dB(A) zu reduzieren. Wie bei der k{\"u}rzlich ver{\"o}ffentlichten Methode zur Reduktion f{\"u}r die T2‑gewichteten Kontraste, wurde dies zulasten einer Messzeitverl{\"a}ngerung von bis zu 50\% erreicht. Die Endlautst{\"a}rke betrug dabei circa 81 dB(A). Mit der Lautst{\"a}rkeoptimierung der klinisch bedeutsamen T1- und PD‑Kontraste wurde die Palette an leisen, mit der Turbo-Spin-Echo‑Sequenz erzielbaren, Standard-Kontrasten (T1, T2 und PD) nun vervollst{\"a}ndigt. In einem anderen Ansatz wurde die Anwendbarkeit des CAT-Konzepts auf die Lautst{\"a}rkereduktion untersucht. Beim CAT-Konzept wird die Messung in Einzelmessungen mit verschiedenen Parametern unterteilt. Bisher wurde dieser Ansatz zur SAR-Reduktion verwendet. Das Zentrum des k-Raums wird mit einer SAR-intensiven, kontrastgebenden Messung aufgenommen. Der verbleibende Teil des k-Raums wird mit einer SAR-reduzierten, bildstrukturrelevanten Messung aufgenommen. In dieser Arbeit wurde die {\"U}bertragung des CAT-Konzepts auf die Lautst{\"a}rkereduktion untersucht. Anstelle von SAR-intensiven und SAR‑reduzierten Messungen, wurde hier die Unterteilung in „laute" und „leise" Messungen untersucht. Dabei wurden {\"U}berlegungen angestellt, die es f{\"u}r eine Vielzahl an Messungen erm{\"o}glichen, einen großen Teil der Messung leise zu gestalten ohne die Bildqualit{\"a}t oder den Bildkontrast zu ver{\"a}ndern. In einem weiteren Schritt wurden {\"U}berlegungen f{\"u}r die Lautst{\"a}rkereduktion der lauten Messungen vorgestellt. Anschließend wurden f{\"u}r eine GRE- und TSE-Sequenz Optimierungsschritte evaluiert und die Lautst{\"a}rke gemessen. Der hinsichtlich der Lautst{\"a}rkeoptimierung herausforderndste Bildkontrast ist die diffusionsgewichtete Bildgebung. Diese besitzt eine Diffusions-Pr{\"a}paration zur Sichtbarmachung der Diffusivit{\"a}t, bei der die maximal m{\"o}gliche Gradienten-Amplitude verwendet wird. Ebenso werden nach der Pr{\"a}paration die Daten mit einem EPI‑Akquisitionsmodul mit Blip-Gradienten akquiriert, das mit einem charakteristischem „Pfeifton" einhergeht. Zum einen wurden die Gradientenformen konsequent angepasst. Zum anderen wurde eine Segmentierung der k-Raum-Akquisition in Auslese-Richtung verwendet, um die Gradienten‑Steig-Raten zu reduzieren. Auch hier konnte eine deutliche Lautst{\"a}rkereduktion von bis zu 20,0 dB(A) erzielt werden. Dies wurde zulasten einer Messzeitverl{\"a}ngerung von 27\% ‑ 34\% im Vergleich zur Standard-Sequenz erreicht. Durch eine weitere Messzeitverl{\"a}ngerung um bis zu 23\% kann die Lautst{\"a}rke um weitere 0,9 dB(A) reduziert werden. Dabei h{\"a}ngt die genaue Messzeitverl{\"a}ngerung vom verwendeten GRAPPA-Faktor und der Anzahl der Auslese-Segmente ab. Die entstandene Sequenz wurde in mehreren Kliniken erfolgreich erprobt. Bisher mussten bei MRT-Messungen stets Kompromisse zwischen „hoher Aufl{\"o}sung", „hohem SNR" und „geringer Messzeit" getroffen werden. Als Anschauung daf{\"u}r wurde das „Bermuda‑Dreieck der MRT" eingef{\"u}hrt. Da alle drei Gr{\"o}ßen sich gegenseitig ausschließen, muss stets ein Mittelweg gefunden werden. Einige der in dieser Arbeit erzielten Erfolge bei der Lautst{\"a}rkereduktion wurden auf Kosten einer verl{\"a}ngerten Messzeit erreicht. Daher ist es naheliegend, das „Bermuda-Dreieck der MRT" um die Dimension der „geringen Lautst{\"a}rke" zu einer „Bermuda-Pyramide der MRT" zu erweitern. Damit muss die Lautst{\"a}rkeentwicklung in die Mittelweg‑Findung miteinbezogen werden. Die in dieser Arbeit erzielten Lautst{\"a}rken liegen in der Gr{\"o}ßenordnung zwischen 80 ‑ 85 dB(A). Somit k{\"o}nnen Messungen bei Verwendung von Geh{\"o}rschutz angenehm f{\"u}r den Patienten durchgef{\"u}hrt werden. Durch neue Techniken der Zukunft wird es wahrscheinlich sein, h{\"o}here Aufl{\"o}sungen, h{\"o}heres SNR oder k{\"u}rzere Aufnahmedauern zu erzielen, beziehungsweise stattdessen diese in eine geringe Lautst{\"a}rke „umzuwandeln". Ebenso werden m{\"o}glicherweise auf der hardware-technischen Seite Fortschritte erzielt werden, so dass in neueren MRT-Scannergenerationen mehr Wert auf die L{\"a}rmd{\"a}mmung gelegt wird und somit der softwarebasierten Lautst{\"a}rkereduktion einen Schritt entgegen gekommen wird. Damit k{\"o}nnten zuk{\"u}nftige Patienten-Messungen g{\"a}nzlich ohne st{\"o}renden Geh{\"o}rschutz durchgef{\"u}hrt werden.},
subject = {Kernspintomografie},
language = {de}
}
@phdthesis{Galmbacher2007,
author = {Galmbacher, Matthias},
title = {Lernen mit dynamisch-ikonischen Repr{\"a}sentationen aufgezeigt an Inhalten zur Mechanik},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-29271},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2007},
abstract = {Im Physikunterricht wurde lange Zeit die Bedeutung quantitativer Zusammenh{\"a}nge f{\"u}r das Physiklernen {\"u}berbewertet, qualitative Zusammenh{\"a}nge spielten dagegen eine eher untergeordnete Rolle. Dies f{\"u}hrte dazu, dass das Wissen der Sch{\"u}ler zumeist oberfl{\"a}chlich blieb und nicht auf neue Situationen angewendet werden konnte. TIMSS und Pisa offenbarten diese Schwierigkeiten. In den Abschlussberichten wurde kritisiert, dass die Sch{\"u}ler kaum in der Lage seien, Lernstoff zu transferieren oder probleml{\"o}send zu denken. Um physikalische Abl{\"a}ufe deuten und entsprechende Probleme l{\"o}sen zu k{\"o}nnen, ist qualitativ-konzeptuelles Wissen n{\"o}tig. Dieses kann, wie Forschungsergebnisse belegen, am besten durch die konstruktivistisch motivierte Gestaltung von Lernsituationen sowie durch die Integration externer Repr{\"a}sentationen von Versuchsaussagen in den Schulunterricht erreicht werden. Eine konkrete Umsetzung dieser Bedingungen stellt der Einsatz rechnergest{\"u}tzter Experimente dar, der heutzutage ohne allzu großen technischen Aufwand realisiert werden kann. Diese Experimente erleichtern es dem Lernenden, durch den direkten Umgang mit realen Abl{\"a}ufen, physikalische Konzepte zu erschließen und somit qualitative Zusammenh{\"a}nge zu verstehen. W{\"a}hrend man lange Zeit von einer grunds{\"a}tzlichen Lernwirksamkeit animierter Lernumgebungen ausging, zeigen dagegen neuere Untersuchungen eher Gegenteiliges auf. Sch{\"u}ler m{\"u}ssen offensichtlich erst lernen, wie mit multicodierten Repr{\"a}sentationen zu arbeiten ist. Die vorliegende Arbeit will einen Beitrag dazu leisten, herauszufinden, wie lernwirksam sogenannte dynamisch-ikonische Repr{\"a}sentationen (DIR) sind, die physikalische Gr{\"o}ßen vor dem Hintergrund konkreter Versuchsabl{\"a}ufe visualisieren. Dazu bearbeiteten im Rahmen einer DFG-Studie insgesamt 110 Sch{\"u}ler jeweils 16 Projekte, in denen mechanische Konzepte (Ort, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Kraft) aufgegriffen wurden. Es zeigte sich, dass die Probanden mit den eingesetzten DIR nicht erfolgreicher lernen konnten als vergleichbare Sch{\"u}ler, die die gleichen Lerninhalte ohne die Unterst{\"u}tzung der DIR erarbeiteten. Im Gegenteil: Sch{\"u}ler mit einem geringen visuellen Vorstellungsverm{\"o}gen schnitten aufgrund der Darbietung einer zus{\"a}tzlichen Codierung schlechter ab als ihre Mitsch{\"u}ler. Andererseits belegen Untersuchungen von Blaschke, dass solche Repr{\"a}sentationen in der Erarbeitungsphase einer neu entwickelten Unterrichtskonzeption auch und gerade von schw{\"a}cheren Sch{\"u}lern konstruktiv zum Wissenserwerb genutzt werden konnten. Es scheint also, dass die Lerner zun{\"a}chst Hilfe beim Umgang mit neuartigen Repr{\"a}sentationsformen ben{\"o}tigen, bevor sie diese f{\"u}r den weiteren Aufbau ad{\"a}quater physikalischer Modelle nutzen k{\"o}nnen. Eine experimentelle Untersuchung mit Sch{\"u}lern der 10. Jahrgangsstufe best{\"a}tigte diese Vermutung. Hier lernten 24 Probanden in zwei Gruppen die mechanischen Konzepte zu Ort, Geschwindigkeit und Beschleunigung kennen, bevor sie im Unterricht behandelt wurden. W{\"a}hrend die Teilnehmer der ersten Gruppe nur die Simulationen von Bewegungsabl{\"a}ufen und die zugeh{\"o}rigen Liniendiagramme sahen, wurden f{\"u}r die zweite Gruppe unterst{\"u}tzend DIR eingesetzt, die den Zusammenhang von Bewegungsablauf und Liniendiagramm veranschaulichen sollten. In beiden Gruppen war es den Probanden m{\"o}glich, Fragen zu stellen und Hilfe von einem Tutor zu erhalten. Die Ergebnisse zeigten auf, dass es den Sch{\"u}lern durch diese Maßnahme erm{\"o}glicht wurde, die DIR erfolgreich zum Wissenserwerb einzusetzen und signifikant besser abzuschneiden als die Teilnehmer in der Kontrollgruppe. In einer weiteren Untersuchung wurde abschließend der Frage nachgegangen, ob DIR unter Anleitung eines Tutors eventuell bereits in der Unterstufe sinnvoll eingesetzt werden k{\"o}nnen. Ausgangspunkt dieser {\"U}berlegung war die Tatsache, dass mit der Einf{\"u}hrung des neuen bayerischen G8-Lehrplans wesentliche Inhalte, die Bestandteil der vorherigen Untersuchungen waren, aus dem Physikunterricht der 11. Jgst. in die 7. Jahrgangsstufe verlegt wurden. So bot es sich an, mit den Inhalten auch die DIR in der Unterstufe einzusetzen. Die Untersuchungen einer quasiexperimentellen Feldstudie in zwei siebten Klassen belegten, dass die betrachteten Repr{\"a}sentationen beim Aufbau entsprechender Konzepte keinesfalls hinderlich, sondern sogar f{\"o}rderlich sein d{\"u}rften. Denn die Sch{\"u}lergruppe, die mit Hilfe der DIR lernte, schnitt im direkten hypothesenpr{\"u}fenden Vergleich mit der Kontrollklasse deutlich besser ab. Ein Kurztest, der die Nachhaltigkeit des Gelernten nach etwa einem Jahr {\"u}berpr{\"u}fen sollte, zeigte zudem auf, dass die Sch{\"u}ler der DIR-Gruppe die Konzepte, die unter Zuhilfenahme der DIR erarbeitet wurden, im Vergleich zu Sch{\"u}lern der Kontrollklasse und zu Sch{\"u}lern aus 11. Klassen insgesamt {\"u}berraschend gut verstanden und behalten hatten.},
subject = {Multimedia},
language = {de}
}
@phdthesis{Friedrich2023,
author = {Friedrich, Felix},
title = {Magnetic Excitations in Single and Coupled Atoms on Surfaces: From the Kondo Effect to Yu-Shiba-Rusinov States},
doi = {10.25972/OPUS-32069},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-320699},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2023},
abstract = {Magnetic systems underlie the physics of quantum mechanics when reaching the limit of few or even single atoms. This behavior limits the minimum size of magnetic bits in data storage devices as spontaneous switching of the magnetization leads to the loss of information. On the other hand, exactly these quantum mechanic properties allow to use such systems in quantum computers. Proposals to realize qubits involve the spin states of single atoms as well as topologically protected Majorana zero modes, that emerge in coupled systems of magnetic atoms in proximity to a superconductor. In order to implement and control the proposed applications, a detailed understanding of atomic spins and their interaction with the environment is required. In this thesis, two different systems of magnetic adatoms coupled to metallic and superconducting surfaces are studied by means of scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy: Co atoms on the clean Cu(111) were among the first systems exhibiting signatures of the Kondo effect in an individual atom. Yet, a recent theoretical work proposed an alternative interpretation of these early experimental results, involving a newly described many-body state. Spin-averaged and -polarized experiments in high magnetic fields presented in this thesis confirm effects beyond the Kondo effect that determine the physics in these Co atoms and suggest a potentially even richer phenomenology than proposed by theory. The second studied system are single and coupled Fe atoms on the superconducting Nb(110) surface. Magnetic impurities on superconducting surfaces locally induce Yu-Shiba-Rusinov (YSR) states inside the superconducting gap due to their pair breaking potential. Coupled systems of such impurities exhibit YSR bands and, if the bands cross the Fermi level such that the band structure is inverted, host Majorana zero modes. Using the example of Fe atoms on Nb(110), the YSR states' dependence on the adatom-substrate interaction as well as the interatomic YSR state coupling is investigated. In the presence of oxygen on the Nb surface, the adatom-substrate interaction is shown to be heavily modified and the YSR states are found to undergo a quantum phase transition, which can be directly linked to a modified Kondo screening. STM tips functionalized with CO molecules allow to resolve self-assembled one-dimensional chains of Fe atoms on the clean Nb(110) surface to study the YSR states' coupling. Mapping out the states' wave functions reveals their symmetry, which is shown to alter as a function of the states' energy and number of atoms in the chain. These experimental results are reproduced in a simple tight-binding model, demonstrating a straightforward possibility to describe also more complex YSR systems toward engineered, potentially topologically non-trivial states.},
subject = {Rastertunnelmikroskopie},
language = {en}
}
@phdthesis{Neuberger2008,
author = {Neuberger, Thomas},
title = {Magnetic Resonance Imaging and Spectroscopy at ultra high fields},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-36670},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2008},
abstract = {The goal of the work presented in this thesis was to explore the possibilities and limitations of MRI / MRS using an ultra high field of 17.6 tesla. A broad range of specific applications and MR methods, from MRI to MRSI and MRS were investigated. The main foci were on sodium magnetic resonance spectroscopic imaging of rodents, magnetic resonance spectroscopy of the mouse brain, and the detection of small amounts of iron labeled stem cells in the rat brain using MRI Sodium spectroscopic imaging was explored since it benefits tremendously from the high magnetic field. Due to the intrinsically low signal in vivo, originating from the low concentrations and short transverse relaxation times, only limited results have been achieved by other researchers until now. Results in the literature include studies conducted on large animals such as dogs to animals as small as rats. No studies performed on mice have been reported, despite the fact that the mouse is the most important laboratory animal due to the ready availability of transgenic strains. Hence, this study concentrated on sodium MRSI of small rodents, mostly mice (brain, heart, and kidney), and in the case of the brain on young rats. The second part of this work concentrated on proton magnetic resonance spectroscopy of the rodent brain. Due to the high magnetic field strength not only the increasing signal but also the extended spectral resolution was advantageous for such kind of studies. The difficulties/limitations of ultra high field MRS were also investigated. In the last part of the presented work detection limits of iron labeled stem cells in vivo using magnetic resonance imaging were explored. The studies provided very useful benchmarks for future researchers in terms of the number of labeled stem cells that are required for high-field MRI studies. Overall this work has shown many of the benefits and the areas that need special attention of ultra high fields in MR. Three topics in MRI, MRS and MRSI were presented in detail. Although there are significant additional difficulties that have to be overcome compared to lower frequencies, none of the work presented here would have been possible at lower field strengths.},
subject = {NMR-Tomographie},
language = {en}
}
@phdthesis{Bachschmidt2015,
author = {Bachschmidt, Theresa},
title = {Magnetic Resonance Imaging in Proximity to Metal Implants at 3 Tesla},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-135690},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2015},
abstract = {Magnetic resonance imaging is derogated by the presence of metal implants and image quality is impaired. Artifacts are categorized according to their sources, the differences in susceptibility between metal and tissue and the modulation of the magnetic radiofrequency (RF) transmit field. Generally, these artifacts are intensified at higher field strength. The purpose of this work is to analyze the efficiency of current methods used for metal artifact reduction at 3T and to investigate improvements. The impact of high-bandwidth RF pulses on susceptibility-induced artifacts is tested. In addition, the benefit of a two-channel transmit system with respect to shading close to total hip replacements and other elongated metal structures in parallel to the magnetic field is analyzed. Local transmit/receive coils feature a higher peak B1 amplitude than conventional body coils and thus enable high-bandwidth RF pulses. Susceptibility-induced through-plane distortion relates reciprocally to the RF bandwidth, which is evaluated in vitro for a total knee arthroplasty. Clinically relevant sequences (TSE and SEMAC) with conventional and high RF pulse bandwidths and different contrasts are tested on eight patients with different types of knee implants. Distortion is rated by two radiologists. An additional analysis assesses the capability of a local spine transmit coil. Furthermore, B1 effects close to elongated metal structures are described by an analytical model comprising a water cylinder and a metal rod, which is verified numerically and experimentally. The dependence of the optimal polarization of the transmit B1 field, creating minimum shading, on the position of the metal is analyzed. In addition, the optimal polarization is determined for two patients; its benefit compared to circular polarization is assessed. Phantom experiments confirm the relation of the RF bandwidth and the through-plane distortion, which can be reduced by up to 79\% by exploitation of a commercial local transmit/receive knee coil at 3T. On average, artifacts are rated "hardly visible" for patients with joint arthroplasties, when high-bandwidth RF pulses and SEMAC are used, and for patients with titanium fixtures, when high-bandwidth RF pulses are used in combination with TSE. The benefits of the local spine transmit coil are less compared to the knee coil, but enable a bandwidth 3.9 times as high as the body coil. The modulation of B1 due to metal is approximated well by the model presented and the position of the metal has strong influence on this effect. The optimal polarization can mitigate shading substantially. In conclusion, through-plane distortion and related artifacts can be reduced significantly by the application of high-bandwidth RF pulses by local transmit coils at 3T. Parallel transmission offers an option to substantially reduce shading close to long metal structures aligned with the magnetic field. Effective techniques dedicated for metal implant imaging at 3T are introduced in this work.},
subject = {Kernspintomografie},
language = {en}
}
@phdthesis{Kehl2010,
author = {Kehl, Christian},
title = {Magnetic soft mode behaviour investigated via Multi-Spin Flip Raman Spectroscopy on near surface Cd1-xMnxTe/Cd1-yMgyTe Quantum wells},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-56088},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2010},
abstract = {In the context of the ongoing discussion about a carrier-induced ferromagnetic phase transition in diluted-magnetic II-VI semiconductors (DMS), theoretical studies on coherent dynamics of localized spins coupled with a two-dimensional hole gas (2DHG) in DMS quantum wells (QWs) were done by K.V. KAVOKIN. His key for studying the exchange interaction of the localized spin ensemble (e.g. Mn2+) with the 2DHG is the Larmor frequency of the localized Mn-ion spins and thus their Mn-g-factor. It was shown that the 2DHG affects a time evolution of the (Mn-) spin system in an in-plane magnetic field resulting in the reduction of its Larmor frequency (Mn-g-factor) under the influence of an oscillating effective field of holes. This is called magnetic soft mode (behaviour). The experimental access for demonstrating this Mn-g-factor reduction with increasing hole concentration is the method of Multi-Spin-Flip (SF) Raman scattering combined with the variation of the carrier concentration by photo-excitation with an additional light source (two-colour experiment). The main motivation for this thesis was the experimental confirmation of the theoretically predicted magnetic soft mode and the analysis of its dependence on the hole-concentration and external B-field, as well as its disappearance with increasing sample temperature. For that purpose, CdMnTe/CdMgTe QWs (Mn: 0.6\%, 1.0\%) positioned close to the sample surface (13-19nm) were investigated in an in-plane applied external magnetic field (up to 4.5T in Voigt-geometry) via a two-colour experiment i.e. using two light sources. This allows the spin excitation of Mn-ions by simultaneously tuning the hole-concentration towards the ferromagnetic phase transition by photo-generated carriers. Thus, one tuneable laser is responsible for resonant below-barrier excitation as a probe for Multi-SF Raman scattering. The other laser excites photo-generated carriers from above barrier (2.41eV) for tuning the hole concentration in the QW. Positioning the QW close to the sample surface causes a surface-induced p-doping of the QW (intrinsic hole concentration in the QW) and enables the active tuning of the hole concentration by photo-generated carriers due to different tunnelling behaviour of electrons and holes from the QW to the surface. The Mn-g-factor was decreased by quasi-continuously increasing the above-barrier illumination (and thus the hole concentration), while the below-barrier excitation (Multi-PR probe) was kept at a constant low power. This results in a Mn-g-factor reduction starting from its atomic value g=2.01 to lowest evaluated Mn-g-factor in this thesis g=1.77. This is a magnetic softening of 12\%. Apart from the general magnetic soft mode behaviour at low temperatures, one of the main experimental results in this thesis is the confirmation of the theoretical prediction that the magnetic soft mode behaviour in the external B-field does not only depend on the carrier concentration but also on the B-field strength itself. An additional aspect is the temperature dependence of the magnetic soft mode. The Mn-g-factor decrease is suppressed with increasing temperature almost reaching the atomic Mn-g-factor at 4.2K (g=1.99). This behaviour is due to the T-induced weakening of the transverse 2DHG spin susceptibility. The results of the investigations concerning the cap layer thickness impact on the QW carrier characteristics were investigated in the cap thickness range of 13nm to 19nm. The cap thickness configures on the one hand the intrinsic hole concentration of the QW ("2DHG offset") due to the surface-induced p-doping and sets the "starting point" for the Mn-g-factor reduction. On the other hand the cap thickness determines the probability of electron tunnelling to the surface and thus the efficiency of the hole tuning by light. The latter is the criterion for the range of Mn-g-factor reduction by light. This two dependences were pointed out by the photo-generated hole influence on the QW PL-spectra which results in tuning the exciton-trion ratio. In summary both mechanisms are of relevance for the hole tuning and thus for the magnetic soft-mode behaviour. The mechanism of tunnelling time prevails at small cap layer thicknesses while the surface-induced p-doping plays the major role for larger cap thicknesses (> 25nm). In conclusion, the presented method in this thesis is a sensitive tool to study the dynamics of the spin excitations and the paramagnetic susceptibility in the vicinity of the hole-induced ferromagnetic phase transition.},
subject = {Raman-Spektroskopie},
language = {en}
}
@phdthesis{Geissler2003,
author = {Geißler, Jochen},
title = {Magnetische Streuung an Grenz- und Viellagenschichten},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-8024},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2003},
abstract = {Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine neuartige Methode entwickelt, mit der es m{\"o}glich ist, Magnetisierungsverl{\"a}ufe ausgew{\"a}hlter Schichten und Grenzfl{\"a}chen in d{\"u}nnen Schichtsystemen zu bestimmen. Diese Resonante Magnetische R{\"o}ntgenreflektometrie (XRMR: X-ray Resonant Magnetic Reflectometry) kombiniert die Methode der konventionellen R{\"o}ntgenreflektometrie mit resonanten magnetischen Effekten, die an Absorptionskanten magnetischer Atome auftreten. Analog zur herk{\"o}mmlichen Reflektometrie, die Aussagen {\"u}ber Schichtdicken und vertikale Grenzfl{\"a}chenrauhigkeiten zul{\"a}sst, liefert die XRMR das tiefenabh{\"a}ngige magneto-optische Profil der untersuchten magnetischen Schicht. Durch die Aufnahme zweier Reflexionsspektren bei invertierter Helizit{\"a}t des einfallenden R{\"o}ntgenstrahls oder Umkehr der Magnetisierungsrichtung der Probe in der N{\"a}he der Absorptionskante eines magnetischen Elements erh{\"a}lt man als Messsignal das Asymmetrieverh{\"a}ltnis, das die Information {\"u}ber das tiefenabh{\"a}ngige Magnetisierungsprofil der untersuchten Schicht enth{\"a}lt. Zur Anpassung an die gemessene Asymmetrie {\"u}ber ein optisches N{\"a}herungsverfahren ist die Modellierung der optischen Konstanten der magnetischen Schicht oder Grenzfl{\"a}che notwendig, die hierzu in viele d{\"u}nne Einzelschichten k{\"u}nstlich aufgeteilt wird. Wichtig hierbei ist die korrekte Bestimmung der dispersiven und absorptiven Ladungsanteilen des komplexen Brechungsindex durch vorherige Messung des Absorptionskoeffizienten und der Berechnung der Dispersion {\"u}ber die Kramers-Kronig-Relation. XRMR-Experimente wurden an Pt/Co-Schichtsystemen an den Synchrotronstrahlungsquellen HASYLAB/Hamburg und BESSYII/Berlin durchgef{\"u}hrt, um die Anwendbarkeit der Messmethodik im harten und weichen R{\"o}ntgenbereich zu demonstrieren. Durch die intrinsische Elementselektivit{\"a}t resonanter Streuung und die Verst{\"a}rkung magnetischer Effekte durch Interferenzerscheinungen ist es m{\"o}glich, Informationen {\"u}ber sehr kleine induzierte magnetische Momente an der Grenzfl{\"a}che zu einer ferromagnetischen Schicht zu erhalten. Dies konnte bei der Untersuchung einer einzelnen Pt/Co-Bilage gezeigt werden, bei der das Magnetisierungsprofil der Pt-Schicht an der Pt/Co-Grenzfl{\"a}che bestimmt wurde. Im Weiteren konnte durch XRMR-Messungen an einer Serie von einzelnen Pt/Co-Grenz{\"u}berg{\"a}ngen das Zusammenspiel von chemischer Grenzfl{\"a}chenrauhigkeit und induziertem Pt-Magnetisierungsprofil untersucht werden. Wichtig war es, die Einsetzbarkeit der Methode im weichen R{\"o}ntgenbereich zu zeigen, in dem die L2,3 Kanten der 3d-{\"U}bergangsmetalle liegen, die f{\"u}r den Magnetismus eine herausragende Rolle spielen. Hierbei konnte durch Messung an der Co-L3 Kante das Magnetisierungsprofil einer einzelnen Co-Schicht in einer Pt/Co/Cu-Trilage extrahiert werden. Des Weiteren erlaubt die Methode die Aufnahme elementspezifischer Hysteresekurven vergrabener d{\"u}nner Schichten in Schichtsystemen mit hoher Qualit{\"a}t. Das Verfahren ist daher pr{\"a}destiniert zur quantitativen Untersuchung von modernen neuen magnetoelektronischen Komponenten wie GMR- und TMR-Sensoren, MRAM's oder Halbleiterstrukturen der viel versprechenden „Spintronic". Es k{\"o}nnen bei derartigen Systemen Grenzfl{\"a}chenph{\"a}nomene vergrabener Schichten zerst{\"o}rungsfrei untersucht werden und im Weiteren auch Themen, die eher der Grundlagenforschung zuzuordnen sind, wie induzierter Grenzfl{\"a}chenmagnetismus oder auch oszillatorische Austauschkopplung in Zukunft quantitativ und elementselektiv behandelt werden.},
subject = {D{\"u}nne Schicht},
language = {de}
}
@phdthesis{Muenzhuber2015,
author = {M{\"u}nzhuber, Franz},
title = {Magnetometrie mit Diamant},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-127601},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2015},
abstract = {Gegenstand der Arbeit ist die Magnetometrie mit Stickstoff-Fehlstellen-Zentren im Diamantgitter und die Entwicklung eines Rastersondenmagnetometers auf Basis eines Ensembles dieser Defektzentren. Ein solches Instrument verspricht eine bislang nicht erreichte Kombination von Feldsensitivit{\"a}t und r{\"a}umlicher Aufl{\"o}sung w{\"a}hrend einer Magnetfeldmessung, und kann damit einen wichtigen Beitrag f{\"u}r das Verst{\"a}ndnis von magnetischen Systemen und Ph{\"a}nomenen liefern. Die Arbeit widmet sich zun{\"a}chst dem Verst{\"a}ndnis der elektronischen Zust{\"a}nde des Defekts, und wie diese optisch untersucht werden k{\"o}nnen. Gleichzeitige Anregung der Zentren durch sichtbares Licht und elektromagnetischer Strahlung im Bereich von Mikrowellenfrequenzen machen es m{\"o}glich, die elektronische Spinstruktur des Defekts zu messen und zu manipulieren. Dadurch kann direkt der Einfluss von externen Magnetfeldern auf die Energie der Spinzust{\"a}nde ausgelesen werden. Die quantenmechanischen Auswahlregeln der verschiedenen Anregungen k{\"o}nnen f{\"u}r eine selektive Anregung der Zentren entlang einer bestimmten kristallographischen Achse verwendet werden. Damit kann eine Ensemble von Defekten zur Vektormagnetometrie, ohne auf ein zus{\"a}tzliches {\"a}ußeres Magnetfeld angewiesen zu sein, welches die untersuchte Probe nachhaltig beeinflussen kann. Anschließend wird die Entwicklung einer geeigneten Mikrowellenantenne dargestellt, die in einem sp{\"a}teren Rastersondenexperiment mit den Defekten auf geringem Raum eingesetzt werden kann. Außerdem werden die einzelnen Schritte pr{\"a}sentiert, wie die Farbzentren im Diamantgitter erzeugt werden und aus großen Diamantpl{\"a}ttchen Nanostrukturen erzeugt werden, die als Rasterkraftsonden eingesetzt werden k{\"o}nnen. Die fertigen Sonden k{\"o}nnen in einem modularen Rasterkraftaufbau verwendet werden, der {\"u}ber einen zus{\"a}tzlichen optischen Zugang verf{\"u}gt, sodass die Information des Spinsensors ausgelesen werden kann. In verschiedenen Testexperimenten wird die Funktionsweise des gesamten Apparats demonstriert.},
subject = {Diamant},
language = {de}
}
@phdthesis{Ruester2005,
author = {R{\"u}ster, Christian},
title = {Magnetotransport effects in lateral and vertical ferromagnetic semiconductor junctions},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-15554},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2005},
abstract = {This work is an investigation of giant magnetoresistance (GMR), tunneling magnetoresistance (TMR) and tunneling anisotropic magnetoresistance (TAMR)effects in (Ga,Mn) based ferromagnetic semiconductor junctions. Detailed results are published in the following articles: [1] C. R{\"u}ster, T. Borzenko, C. Gould, G. Schmidt, L.W. Molenkamp, X. Liu, T.J.Wojtowicz, J.K. Furdyna, Z.G. Yu and M. Flatt´e, Very Large Magnetoresistance in Lateral Ferromagnetic (Ga,Mn)As Wires with Nanoconstrictions, Physical Review Letters 91, 216602 (2003). [2] C. Gould, C. R{\"u}ster, T. Jungwirth, E. Girgis, G.M. Schott, R. Giraud, K. Brunner, G. Schmidt and L.W. Molenkamp, Tunneling Anisotropic Magnetoresistance: A Spin-Valve-Like Tunnel Magnetoresistance Using a Single Magnetic Layer, Physical Review Letters 93, 117203 (2004). [3] C. R{\"u}ster, C. Gould, T. Jungwirth, J. Sinova, G.M. Schott, R. Giraud, K. Brunner, G. Schmidt and L.W. Molenkamp, Very Large Tunneling Anisotropic Magnetoresistance of a (Ga,Mn)As/GaAs/(Ga,Mn)As Stack, Physical Review Letters 94, 027203 (2005). [4] C. R{\"u}ster and C. Gould, T. Jungwirth, E. Girgis, G.M. Schott, R. Giraud, K. Brunner, G. Schmidt and L.W. Molenkamp, Tunneling anisotropic magnetoresistance: Creating a spin-valve-like signal using a single ferromagnetic semiconductor layer, Journal of Applied Physics 97, 10C506 (2005).},
subject = {Galliumarsenid},
language = {en}
}
@phdthesis{Hopfgartner2015,
author = {Hopfgartner, Andreas},
title = {Magnetresonanztomographie in der Zahnheilkunde - hochaufl{\"o}sende zahnmedizinische Anwendungen in der MRT mit einer Entwicklung zur Bewegungskorrektur},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-122557},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
pages = {126},
year = {2015},
abstract = {Die zahnmedizinische Behandlung von Erkrankungen der Z{\"a}hne oder im Bereich der Mundh{\"o}hle erfolgt bei Weitem nicht immer aus optischen Gr{\"u}nden. Diese Erkrankungen werden auch mit ernsthaften Erkrankungen in Zusammenhang gebracht. Studien haben gezeigt, dass einige Erkrankungen im Mund- und Zahnbereich zu Herz- und Lungenkrankheiten oder Diabetes f{\"u}hren k{\"o}nnen. Oftmals erstreckt sich die Pathologie oder Symptomatik von Mund- und Zahnerkrankungen {\"u}ber einen weiten Bereich. In der zahnmedizinischen Klinik kommen daher viele verschiedene diagnostische Apparate zum Einsatz. Allerdings z{\"a}hlt die Magnetresonanztomographie, die sich in anderen Bereichen bereits zum wichtigsten bildgebenden Diagnosetool entwickelt hat, dort noch nicht zu den Standardverfahren. Dabei liegen ihre Vorteile auf der Hand: sie ist bekannt f{\"u}r sehr gute Bildkontraste vor allem zwischen verschiedenen Weichgewebsarten und kommt ohne gef{\"a}hrliche ionisierende Strahlung aus. Wahrscheinlich ist ersteres der Grund, warum die MRT in der Zahnmedizin noch nicht sonderlich vertreten ist, kommt es dort oft auf die kontrastreiche Darstellung von Hartgeweben an. Neueste Entwicklungen und Studien belegen jedoch die vielseitigen Vorteile der MRT auch in diesem Bereich. Ziel dieser Arbeit von der applikativen Seite betrachtet, war es, das enorme Potential der MRT in den vielseitigen Bereichen der Zahnmedizin weiterhin aufzuzeigen. Viele dieser Anwendungen stellen jedoch sehr hohe Anforderungen an die Systeme. Meist sind die darzustellenden Strukturen sehr klein und erfordern eine hohe Aufl{\"o}sung. W{\"a}hrend man beim R{\"o}ntgenverfahren beispielsweise die Energie des Strahles (Dosis) steigern kann, bedeutet dies in der MRT (ohne das Ger{\"a}t zu wechseln) eine Verl{\"a}ngerung der Messzeit. Gerade im Bereich des Kopfes kommt es oft zu ungewollten Bewegungen, die das Ergebnis und die Reproduzierbarkeit der gewonnenen diagnostischen Informationen verschlechtern oder g{\"a}nzlich unbrauchbar machen. Die gr{\"o}sste Herausforderung dabei ist die dreidimensionale Abformung von Zahnoberfl{\"a}chen in der Prothetik. Dieses Verfahren kann eine aufw{\"a}ndige und unangenehme manuelle Abformung der Z{\"a}hne und die Herstellung eines Zwischengipsmodells ersetzen und ein direktes dreidimensionales Modell der Zahnoberfl{\"a}chen produzieren. Durch die moderne CAD-/CAM-Technik kann daraus vom Zahntechniker direkt eine Zahnrestauration erstellt werden. Daher war ein wichtiger Bestandteil des Projekts dentale MRT die Entwicklung einer Methode zur Erkennung und gleichzeitiger Korrektur von Bewegungen. Verschiedenste Anforderungen waren an die Methode gestellt. Zum einen muss die Methode bereits Bewegungen im Bereich von ~100 µm erkennen, um die Anforderungen an die finale Bildaufl{\"o}sung zu unterschreiten. Bei der dentalen Abformung wird eine 1-Kanal-Empf{\"a}ngerspule verwendet und je nach Messung kann der Patient dabei auf dem Bauch oder R{\"u}cken liegen. Weiterhin muss die Bewegungserkennung ohne zus{\"a}tzliche externe Ger{\"a}te wie Kameras, deren Sicht z.B. durch den Patienten verdeckt ist, durchf{\"u}hrbar sein. Die vorliegende Arbeit deckt also zwei gr{\"o}ßere Themenbl{\"o}cke ab. Zum einen wurden in der Arbeit neue Applikationen entwickelt oder weiterentwickelt, um verschiedenen Bereichen der Zahnmedizin den Zugang zu MRTUntersuchungen zu er{\"o}ffnen. Kapitel 4 beschreibt die M{\"o}glichkeit, die Bewegung des Kiefergelenks dynamisch zu erfassen. Es stellte sich in der Arbeit heraus, dass sowohl die Bewegung von Weichgewebeanteilen darstellbar waren, als auch der intraartikul{\"a}re Abstand im Kiefergelenk unter Kaubelastung in Echtzeit vermessen werden konnte. Dabei wurde die Bildgebungssequenz und der zugeh{\"o}rige Rekonstruktionsalgorithmus so entwickelt, dass die Daten flexibel und ohne Vorwissen akquiriert und aufbereitet werden k{\"o}nnen. Hierbei konnten verschiedenen Pathologien anhand der dynamischen Bilder sichtbar gemacht werden und die dynamische MRT konnte Erkrankungen erkennen, die mit anderen Mitteln nicht sichtbar waren. Die vielen diagnostischen M{\"o}glichkeiten, die dadurch entstehen sind bisher noch nicht untersucht und sollten durch großangelegte Studien untersucht und belegt werden. Kapitel 5 beschreibt die Ergebnisse einer großangelegten Studie im Bereich der dentomaxill{\"a}ren Bildgebung . Die diagnostischen M{\"o}glichkeiten der MRT f{\"u}r die kieferorthop{\"a}dische Anwendung liegen klar auf der Hand. Die typischen Patienten in der Kieferorthop{\"a}die sind Kinder und Jugendliche. Die Abwesenheit von gewebssch{\"a}digender Strahlung ist hier ein besonderer Vorteil der MRT. Eine Messung dauert zudem nach diversen Weiterentwicklungen der Methode nur noch 2 (bzw. 4) Minuten. Die Aufl{\"o}sung in den gerenderten Bildern betr{\"a}gt 0.25x0.25x0.5 mm. Mit der Methode konnte unter anderem die Geminisierung einer Zahnwurzel und der Abstand des Zahnmarks zur Zahnoberfl{\"a}che (Zahnschmelz) dargestellt und vermessen werden. Kapitel 6 stellt Neuentwicklungen im Bereich der dentalen Abformung von Zahnoberfl{\"a}chen dar. Hier wurde eine neue Methode entwickelt um den Patientenkomfort bei der Messung zu steigern und so Bewegungen im Vorhinein zu unterbinden. Bei der alten Methode liegt der Patient auf dem Bauch und ein großer Teil der Mundh{\"o}hle ist mit Kontrastmittel bef{\"u}llt. Durch die Verwendung einer pr{\"a}parierten Tiefziehschiene kann das Kontrastmittel nun lokal appliziert werden und eine Messung in R{\"u}ckenlage das Patienten ist somit problemlos m{\"o}glich. Die damit verbundene Reproduzierbarkeit der Abformungsergebnisse w{\"a}re durch eine großangelegte Studie zu zeigen. Die Hauptaufgabe der vorliegenden Dissertation war es, eine Methode zur Bewegungskorrektur zu entwickeln, die es ohne eine große Anzahl an Zusatzger{\"a}ten erm{\"o}glicht, die Bewegung eines Subjekts w{\"a}hrend der Messung zu erfassen und dementsprechend zu korrigieren. Diese neue Methode, gest{\"u}tzt auf einer Messung eines MRT-aktiven Markers der am Subjekt angebracht wird, beruht außer der Verwendung des Markers nur auf MRT-Hardware. Die Methode wird in Kapitel 8 vorgestellt. Da es sich bei der Methode um eine Neuentwicklung handelt, war es in erster Linie wichtig, die Einfl{\"u}sse der verschiedenen Parameter, die sich auf die Positionierungsgenauigkeit auswirken, abzusch{\"a}tzen und letzten Endes festzulegen. Dies wurde in mehreren Vorstudien, Experimenten und Computersimulationen abgehandelt. In der Arbeit konnte durch Validierungsexperimente gezeigt werden dass sich mit dem bildbasierten Navigator Bewegungen im Genauigkeitsbereich von ~50 µm (Translation) und ~0.13◦(Rotation) detektieren lassen. Mit den Positionsinformationen lassen sich MRT-Daten retrospektiv korrigieren oder idealerweise das Bildgebungsvolumen in Echtzeit anpassen um Inkonsistenzen in den Daten im Vorhinein vorzubeugen. Durch Bewegung beeintr{\"a}chtigte in-vivo Daten konnten so mit der Methode korrigiert werden und anhand eines geeigneten Phantoms konnte die Verbesserung der Erkennung von Kanten, wie sie beispielsweise bei der dentalen Abformung angewandt wird, gezeigt werden. Die kontinuierlichen Entwicklungen in den Bereichen Hard-, Software und Algorithmik erm{\"o}glichen weitere hochaufl{\"o}sende Anwendungen. In Kapitel 9 sind die Ergebnisse einer Studie gezeigt, die sich mit der Analyse der Handbewegungen w{\"a}hrend einer Messung besch{\"a}ftigt. F{\"u}r eine hochaufl{\"o}senden Darstellung der Handanatomie bei 7 T ist eine Unterbindung der Handbewegung sehr wichtig. Um ein geeignetes Design f{\"u}r eine Empf{\"a}ngerspule zu entwerfen, die Bewegungen der Hand unterbindet, wurde eine qualitative Bewegungsanalyse der Hand in mehreren verschiedenen Positionen durchgef{\"u}hrt. Durch Vergleich der Ergebnisse konnte so auf geeignete Designs zur{\"u}ckgeschlossen werden.},
subject = {Kernspintomografie},
language = {de}
}
@phdthesis{Kissner2022,
author = {Kißner, Katharina},
title = {Manipulation of electronic properties in strongly correlated Cerium-based surface alloys},
doi = {10.25972/OPUS-27306},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-273067},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2022},
abstract = {Photoelectron spectroscopy proves as a versatile tool for investigating various aspects of the electronic structure in strongly correlated electron systems. Influencing the manifestation of strong correlation in Ce-based surface alloys is the main task of this work. It is shown, that the manifestation of the Kondo ground state is influenced by a multitude of parameters such as the choice of the metal binding partner in binary Ce compounds, the surface alloy layer thickness and accompanying variations in the lattice structure as well as the interfaces to substrate or vacuum. Gaining access to these parameters allows to directly influence essential state variables, such as the f level occupancy nf or the Kondo temperature TK. The center of this work are the intermetallic thin films of CePt5/Pt(111) and CeAgx/Ag(111). By utilizing different excitation energies, photoemission spectroscopy provides access to characteristic features of Kondo physics in the valence band, such as the Kondo resonance and its spin-orbit partner at the Fermi level, as well as the multiplet structure of the Ce 3d core levels. In this work both approaches are applied to CePt5/Pt(111) to determine nf and TK for a variety of surface alloy layer thicknesses. A temperature dependent study of the Ce 3d core levels allows to determine the systems TK for the different layer thicknesses. This leads to TK ≈200-270K in the thin layer thickness regime and TK >280K for larger layer thicknesses. These results are confirmed by fitting the Ce 3d multiplet based on the Gunnarsson-Sch{\"o}nhammer formalism for core level spectroscopy and additionally by valence band photoemission spectra of the respective Kondo resonances. The influence of varying layer thickness on the manifestation of strong correlation is subsequently studied for the surface alloy CeAgx/Ag(111). Furthermore, the heavy element Bi is added, to investigate the effects of strong spin-orbit coupling on the electronic structure of the surface alloy.},
subject = {Korrelation},
language = {en}
}
@phdthesis{Topczak2015,
author = {Topczak, Anna Katharina},
title = {Mechanismen des exzitonischen Transports und deren Dynamik in molekularen D{\"u}nnschichten f{\"u}r die organische Photovoltaik},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-132280},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2015},
abstract = {Der Fokus dieser Arbeit liegt in der Untersuchung des exzitonischen Transports, sowie der Dynamik exzitonischer Zust{\"a}nde in organischen Halbleitern. Als fundamentale Fragestellung werden die inh{\"a}renten, materialspezifischen Parameter untersucht, welche Einfluss auf die Exzitonen-Diffusionsl{\"a}nge besitzen. Sowohl der Einfluss der strukturellen Ordnung als auch die fundamentalen exzitonischen Transporteigenschaften in molekularen Schichten werden anhand der archetypischen, morphologisch unterschiedlichen organischen Halbleiter Diindenoperylen (DIP), sowie dessen Derivaten, α-6T und C60 studiert. Die resultierende Filmbeschaffenheit wird mittels R{\"o}ntgendiffraktometrie (XRD) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) analysiert, welche Informationen {\"u}ber die Morphologie, die strukturelle Ordnung und die Mikrostruktur der jeweiligen molekularen Schichten auf verschiedenen L{\"a}ngenskalen liefern. Um Informationen {\"u}ber die Exzitonen-Diffusion und die damit einhergehende Exzitonen- Diffusionsl{\"a}nge LD zu erhalten, wurde die Methode des Photolumineszenz (PL)-Quenchings gew{\"a}hlt. Um umfassende Informationen zur Exzitonen-Bewegung in molekularen D{\"u}nnschichten zu erhalten, wurde mit Hilfe der Femtosekunden-Transienten-Absorptionsspektroskopie (TAS) und der zeitkorrelierten Einzelphotonenz{\"a}hlung (TCSPC) die Dynamik angeregter Energiezust{\"a}nde und deren jeweiliger Lebensdauer untersucht. Beide Messverfahren gew{\"a}hren Einblicke in den zeitabh{\"a}ngigen Exzitonen-Transport und erm{\"o}glichen eine Bestimmung des Ursprungs m{\"o}glicher Zerfallskan{\"a}le. Die zentralen Ergebnisse dieser Arbeit zeigen zum einen eine Korrelation zwischen LD und der strukturellen Ordnung der Schichtmorphologie, zum anderen weist die temperaturunabh{\"a}ngige Exzitonen-Bewegung in hochgeordneten polykristallinen DIP-Filmen auf die M{\"o}glichkeit der Existenz eines koh{\"a}renten Exzitonen-Transports bei tiefen Temperaturen unterhalb von 80 K hin. Zeitaufgel{\"o}ste spektroskopische Untersuchungen lassen zudem auf ein breites Absorptionsband h{\"o}herer angeregter Zust{\"a}nde schließen und weisen eine h{\"o}here Exzitonen- Zustandsdichte in polykristallinen DIP-Schichten im Vergleich zu ungeordneten Filmen auf.},
subject = {Organische Solarzelle},
language = {de}
}
@phdthesis{Maier2018,
author = {Maier, Patrick},
title = {Memristanz und Memkapazit{\"a}t von Quantenpunkt-Speichertransistoren: Realisierung neuromorpher und arithmetischer Operationen},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-164234},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2018},
abstract = {In dieser Arbeit werden Quantenpunkt-Speichertransistoren basierend auf modulationsdotierten GaAs/AlGaAs Heterostrukturen mit vorpositionierten InAs Quantenpunkten vorgestellt, welche in Abh{\"a}ngigkeit der Ladung auf den Quantenpunkten unterschiedliche Widerst{\"a}nde und Kapazit{\"a}ten aufweisen. Diese Ladungsabh{\"a}ngigkeiten f{\"u}hren beim Anlegen von periodischen Spannungen zu charakteristischen, durch den Ursprung gehenden Hysteresen in der Strom-Spannungs- und der Ladungs-Spannungs-Kennlinie. Die ladungsabh{\"a}ngigen Widerst{\"a}nde und Kapazit{\"a}ten erm{\"o}glichen die Realisierung von neuromorphen Operationen durch Nachahmung von synaptischen Funktionalit{\"a}ten und arithmetischen Operationen durch Integration von Spannungs- und Lichtpulsen.},
subject = {Nichtfl{\"u}chtiger Speicher},
language = {de}
}
@phdthesis{Hajer2022,
author = {Hajer, Jan},
title = {Mercury Telluride Nanowires for Topological Quantum Transport},
doi = {10.25972/OPUS-29322},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-293222},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2022},
abstract = {Novel appraches to the molecular beam epitaxy of core-shell nanowires in the group II telluride material system were explored in this work. Significant advances in growth spurred the development of a flexible and reliable platform for a charge transport characterization of the topological insulator HgTe in a tubular nanowire geometry. The transport results presented provide an important basis for the design of future studies that strive for the experimental realization of topological charge transport in the quantum wire limit.},
subject = {Quecksilbertellurid},
language = {en}
}
@phdthesis{KharrazianCharandabi2006,
author = {Kharrazian Charandabi, Reza},
title = {Methoden der 23Na-NMR-Bildgebung zur Diagnose am isch{\"a}mischen und infarzierten Herzen},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-21518},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2006},
abstract = {Die Arbeit befaßt sich mit Methoden der 23Na-NMR-Bildgebung zur Diagnose am isch{\"a}mischen und infarzierten Herzmuskel. Der erste Teil beschreibt eine Methode zur lokalisierten Messung des intra- und extrazellul{\"a}ren Natriumgehaltes und T1. Die Methode kam in einer Studie zum Einsatz, in der intra- und extrazellul{\"a}rer Natriumgehalt sowie die T1-Werte an den Tagen 1, 3 und 21 nach Infarkt gemessen wurden.Im zweiten Teil der Arbeit wird die Dynamik des 23Na bei freier Pr{\"a}zession im station{\"a}ren Zustand (SSFP) sowohl in numerischen Simulationen als auch experimentell untersucht.},
subject = {Herzinfarkt},
language = {de}
}
@phdthesis{Buettner2012,
author = {B{\"u}ttner, Bastian},
title = {Micromagnetic Sensors and Dirac Fermions in HgTe Heterostructures},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-72556},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2012},
abstract = {Within the scope of this thesis two main topics have been investigated: the examination of micromagnetic sensors and transport of massive and massless Dirac fermions in HgTe quantum wells. For the investigation of localized, inhomogeneous magnetic fields, the fabrication and characterization of two different non-invasive and ultra sensitive sensors has been established at the chair "Experimentelle Physik" of the University of W{\"u}rzburg. The first sensor is based on the young technique named micro-Hall magnetometry. The necessary semiconductor devices (Hall cross structures) were fabricated by high-resolution electron beam lithography based on two different two dimensional electron gases (2DEGs), namely InAs/(Al,Ga)Sb- and HgTe/(Hg,Cd)Te- heterostructures. The characteristics have been examined in two different ways. Measurements in homogeneous magnetic fields served for characterization of the sensors, whereas the investigation of artificially produced sub-µm magnets substantiates the suitability of the devices for the study of novel nanoscale magnetic materials (e.g. nanowires). Systematic experiments with various magnets are in accordance with the theory of single-domain particles and anisotropic behavior due to shapes with high aspect ratio. The highest sensitivity for strongly localized fields was obtained at T = 4.2 K for a (200x200) nm^2 Hall cross - made from shallow, high mobility HgTe 2DEG. Although the field resolution was merely δB ≈ 100 µT, the nanoscale sensor size yields an outstanding flux resolution of δΦ = 2 10^(-3) Φ0, where Φ0 = h/2e is the flux quantum. Translating this result in terms of magnetic moment, the sensitivity allows for the detection of magnetization changes of a particle centered on top of the sensor as low as δM ≈ 10^2 µB, with the magnetic moment of a single electron µB, the Bohr magneton. The further examination of a permalloy nanomagnet with a cross-section of (100x20) nm^2 confirms the expected resolution ability, extracted from the noise of the sensor. The observed high signal-to-noise ratio validates the detection limit of this sensor in terms of geometry. This would be reached for a magnet (same material) with quadratic cross-section for an edge length of 3.3 nm. Moreover, the feasibility of this sensor for operation in a wide temperature range (T = mK... > 200 K) and high magnetic fields has been confirmed. The second micromagnetic sensor is the micro-SQUID (micro-Superconducting-QUantum-Interference-Device) based on niobium. The typical sensor area of the devices built in this work was (1.0x1.0) µm^2, with constrictions of about 20 nm. The characterization of this device demonstrates an amazing field sensitivity (regarding its size) of δB < 1 µT. Even though the sensor was 25 times larger than the best micro-Hall sensor, it provided an excellent flux resolution in the order of δΦ ≈ 5 10^(-4) Φ0 and a similar magnetic moment resolution of δM ≈ 10^2 µB. Furthermore, the introduction of an ellipsoidal permalloy magnet (axes: 200 nm and 400 nm, thickness 30 nm) substantiates the suitability for the detection of minuscule, localized magnetic fields. The second part of the thesis deals with the peculiar transport properties of HgTe quantum wells. These rely on the linear contribution to the band structure inherent to the heterostructure. Therefore the system can be described by an effective Dirac Hamiltonian, whose Dirac mass is tunable by the variation of the quantum well thickness. By fabrication and characterization of a systematical series of substrates, a system with vanishing Dirac mass (zero energy gap) has been confirmed. This heterostructure therefore resembles graphene (a monolayer of graphite), with the difference of exhibiting only one valley in the energy dispersion of the Brillouin zone. Thus parasitical intervalley scattering cannot occur. The existence of this system has been proven by the agreement of theoretical predictions, based on widely accepted band structure calculations with the experiment (Landau level dispersion, conductivity). Furthermore, another particularity of the band structure - the transition from linear to parabolic character - has been illustrated by the widths of the plateaus in the quantum Hall effect. Finally, the transport of "massive" Dirac fermions (with finite Dirac mass) is investigated. In particular the describing Dirac Hamiltonian induces weak localization effects depending on the Dirac mass. This mechanism has not been observed to date, and survives in higher temperatures compared to typical localization mechanisms.},
subject = {Magnetischer Sensor},
language = {en}
}
@phdthesis{Obert2004,
author = {Obert, Michael},
title = {Mikroresonatoren auf der Basis von II-VI-Halbleitern mit ein- und dreidimensionalem photonischem Einschluß},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-13934},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2004},
abstract = {Gegenstand der vorliegenden Arbeit waren II-VI-Halbleiter basierende Mikroresonatoren. Die Ziele der Arbeit bestanden dabei haupts{\"a}chlich in: 1. Untersuchung nichtlinearer Emission und starker Exziton-Photon-Kopplung bei eindimensionalem photonischem Einschluß auch bei hohen Leistungsdichten und Temperaturen 2. Erzeugung dreidimensionalen photonischen Einschlusses 3. Untersuchung nichtlinearer Emission in photonischen Punkten 4. Nachweis starker Kopplungseffekte in photonischen Punkten},
subject = {Optischer Resonator},
language = {de}
}
@phdthesis{Hansen2017,
author = {Hansen, Nis Hauke},
title = {Mikroskopische Ladungstransportmechanismen und Exzitonen Annihilation in organischen Einkristallen und D{\"u}nnschichten},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-143972},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2017},
abstract = {Um die Natur der Transportdynamik von Ladungstr{\"a}gern auch auf mikroskopischen L{\"a}ngenskalen nicht-invasiv untersuchen zu k{\"o}nnen, wurde im ersten Schwerpunkt dieser Arbeit das PL- (Photolumineszenz-) Quenching (engl.: to quench: l{\"o}schen; hier: strahlungslose Rekombination von Exzitonen) in einer organischen D{\"u}nnschicht durch die injizierten und akkumulierten L{\"o}cher in einer Transistorgeometrie analysiert. Diese Zusammenf{\"u}hrung zweier Methoden - der elektrischen Charakterisierung von D{\"u}nnschichttransistoren und der Photolumineszenzspektroskopie - erfasst die {\"A}nderung des strahlenden Zerfalls von Exzitonen infolge der Wechselwirkung mit Ladungstr{\"a}gern. Dadurch werden r{\"a}umlich aufgel{\"o}ste Informationen {\"u}ber die Ladungsverteilung und deren Spannungsabh{\"a}ngigkeit im Transistorkanal zug{\"a}nglich. Durch den Vergleich mit den makroskopischen elektrischen Kenngr{\"o}ßen wie der Schwell- oder der Turn-On-Spannung kann die Funktionsweise der Transistoren damit detaillierter beschrieben werden, als es die Kenngr{\"o}ßen alleine erm{\"o}glichen. Außerdem wird die Quantifizierung dieser mikroskopischen Interaktionen m{\"o}glich, welche beispielsweise als Verlustkanal in organischen Photovoltaikzellen und organicshen Leuchtdioden auftreten k{\"o}nnen. Die Abgrenzung zu anderen dissipativen Prozessen, wie beispielsweise der Exziton-Exziton Annihilation, Ladungstr{\"a}gerrekombination, Triplett-{\"U}berg{\"a}nge oder Rekombination an St{\"o}rstellen oder metallischen Grenzfl{\"a}chen, erlaubt die detaillierte Analyse der Wechselwirkung von optisch angeregten Zust{\"a}nden mit Elektronen und L{\"o}chern. Im zweiten Schwerpunkt dieser Arbeit werden die Transporteigenschaften des Naphthalindiimids Cl2-NDI betrachtet, bei dem der molekulare {\"U}berlapp sowie die Reorganisationsenergie in derselben Gr{\"o}ßenordnung von etwa 0,1 eV liegen. Um experimentell auf den mikroskopischen Transport zu schließen, werden nach der Optimierung des Kristallwachstums Einkristalltransistoren hergestellt, mit Hilfe derer die Beweglichkeit entlang verschiedener kristallographischer Richtungen als Funktion der Temperatur gemessen werden kann. Die einkristalline Natur der Proben und die spezielle Transistorgeometrie erm{\"o}glichen die Analyse der r{\"a}umlichen Anisotropie des Stromflusses. Der gemessene Beweglichkeitstensor wird daraufhin mit simulierten Tensoren auf der Basis von Levich-Jortner Raten verglichen, um auf den zentralen Ladungstransfermechanismus zu schließen.},
subject = {Organischer Halbleiter},
language = {de}
}
@phdthesis{Meier2006,
author = {Meier, Martin},
title = {Mikrostrukturierte Metallschichten auf Glas},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-22331},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2006},
abstract = {Moderne W{\"a}rmeschutzverglasungen erreichen ihren niedrigen W{\"a}rmedurchgangskoeffizienten, den U-Wert, im Wesentlichen durch Low-e-Beschichtungen, also Schichten mit einem Emissionsgrad von unter 0.05 im infraroten Spektralbereich. Verantwortlich f{\"u}r die Low-e-Eigenschaften sind bei diesen Beschichtungen h{\"a}ufig eine oder zwei d{\"u}nne Silberschichten. Im Schichtsystem kommen dazu etliche Schichten zur Entspiegelung, als Diffusionsblocker und zur Haftvermittlung. Sichtbare Strahlung wird durch diese Beschichtungen nur wenig beeinflusst. Wegen des niedrigen Emissionsgrades im IR-Bereich wird jedoch Strahlung im nahen Infrarot reflektiert und damit die solare Transmission vermindert. In vielen Einsatzgebieten, so auch bei der W{\"a}rmeschutzverglasung oder bei thermischen Solarkollektoren, kommt es allerdings auf den solaren und nicht auf den visuellen Transmissionsgrad an. Eine ideale „solare Beschichtung" sollte die solare Einstrahlung weitgehend durchlassen, im Bereich der W{\"a}rmestrahlung bei Raumtemperatur dagegen reflektierend wirken. Im Unterschied zu einer solchen Beschichtung verringert eine konventionelle Low-e-Beschichtung den solaren Transmissionsgrad einer Glasscheibe um etwa 20 bis 25 Prozentpunkte. Um diese Verminderung des solaren Transmissionsgrades bei gleichen Isolationseigenschaften zu vermeiden, ist eine st{\"a}rkere Wellenl{\"a}ngenselektivit{\"a}t der Beschichtung vonn{\"o}ten. Eine M{\"o}glichkeit zur Erh{\"o}hung der Wellenl{\"a}ngenselektivit{\"a}t ist Mikrostrukturierung. An Stelle einer durchgehenden Metallschicht wird im Low-e-Schichtsystem ein Metallgitter verwendet. Ist die Wellenl{\"a}nge der einfallenden Strahlung groß gegen{\"u}ber dem Abstand der Gitterstreben (im Falle der W{\"a}rmestrahlung bei 300 K), verh{\"a}lt sich die Beschichtung wie das fl{\"a}chige Material und damit wie eine konventionelle Low-e-Schicht. F{\"u}r Licht aus dem Spektrum der Sonnenstrahlung hingegen ist die Wellenl{\"a}nge kleiner als der Abstand der Gitterstreben, so dass die Transmission hier nur sehr geringf{\"u}gig vermindert wird. Zur genauen Charakterisierung dieses selektiven Verhaltens wurden Computersimulationen durchgef{\"u}hrt, zum einen nach dem Mie-Formalismus und zum anderen mit der Methode der finiten Differenzen im Zeitregime (FDTD), einer numerischen L{\"o}sung der Maxwellgleichungen. Aufgrund von Schwierigkeiten bei der Probenherstellung und der daraus resultierenden fehlenden M{\"o}glichkeit, die ben{\"o}tigten Sub-µm-Strukturen geeignet in ihrer Gr{\"o}ße zu variieren, wurden zur experimentellen Best{\"a}tigung sowohl die Wellenl{\"a}nge der einfallenden Strahlung als auch die Struktur um einen Faktor von etwa 100000 erh{\"o}ht und entsprechende Simulationen anhand von Streuexperimenten mit Mikrowellen an einem makroskopischen Metallgitter verifiziert. Mit Hilfe der Simulationsergebnisse wurden Vorraussagen {\"u}ber das spektrale Transmissionsverhalten eines ideal leitenden Metallgitters auf einem Glassubstrat in Abh{\"a}ngigkeit von Breite, Abstand und Dicke der Gitterstreben getroffen. Anhand von Parametervariationen wurden dann geeignete Werte dieser Gr{\"o}ßen f{\"u}r den Einsatz des Gitters als strukturierte Low-e-Beschichtung bestimmt. Durch {\"U}bertragung des spektralen Verhaltens eines solchen ideal leitenden Metallgitters auf eine reale Low-e-Schicht wurden die Auswirkungen einer Strukturierung dieser Schicht berechnet. Als Referenz diente dabei das Schichtsystem iplus E der Firma Interpane auf Floatglas. Die Rechnung zeigt, dass eine Strukturierung dieses Schichtsystems in ein Gitter mit 260 nm breiten St{\"a}ben im Abstand von 1080 nm die solare Transmission um 15 Prozentpunkte auf 0.72 steigen l{\"a}sst. Die Dicke der Silberschicht im Schichtsystem muss dabei allerdings von 15 nm auf 60 nm angehoben werden. Der Emissionsgrad im IR-Bereich erh{\"o}ht sich durch die Strukturierung von 0.03 auf 0.048. Kommt dieses strukturierte Low-e-Schichtsystem bei einer zweischeibigen W{\"a}rmeschutzverglasung zum Einsatz, so ließe sich der Gesamtenergiedurchlassgrad auf 0.70 im Vergleich zu 0.58 bei einer Verglasung mit dem konventionellen Low-e-Schichtsystem steigern. 80 Prozent des durch die fl{\"a}chige Low-e-Beschichtung bedingten R{\"u}ckgangs im Gesamtenergiedurchlassgrad, dem g-Wert, l{\"a}sst sich somit durch die Strukturierung wieder zur{\"u}ckgewinnen. Erkauft wird dies durch eine geringf{\"u}gige Erh{\"o}hung des U-Werts der Verglasung von 1.06 W/(m² K) auf 1.12 W/(m² K).},
subject = {W{\"a}rmeschutz},
language = {de}
}
@phdthesis{Meyer2013,
author = {Meyer, Sebastian},
title = {Model System for Correlation Phenomena in Reduced Dimensions - Gold-induced Atomic Chains on Germanium},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-77723},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2013},
abstract = {Atomic chains, often called nanowires, form in a self-organized process after the adsorption of metal atoms. These wires are spatially well confined representing a close approach of a true one-dimensional structure. The low-dimensional architecture thereby often leads to anisotropic electronic states with vanishing interchain interaction. In the presence of weak coupling to the substrate a one-dimensional metal can experience a phase transition according to Peierls into an insulating ground state upon temperature, which is accompanied by a periodic lattice distortion. Without any coupling a strict onedimensional regime is reached, where the common Fermi liquid description breaks down with the quasi-particles being replaced by collective excitations of spin and charge. This state is referred to as a Tomonaga-Luttinger liquid (TLL), which has been observed so far only in anisotropic bulk materials. An experimental fingerprint for both phenomena can be obtained from the electronic states close to the chemical potential, i.e. the Fermi energy. Using a semiconducting substrate provides the best observation conditions since any bulk projection onto the interesting bands is avoided. In case of Au/Ge(001) the growth of gold-induced chains is guided by the dimerized bare Ge (2×1) reconstruction yielding two different domains of wires rotated by 90° going from one terrace to the next by a single height step. The superior wetting capabilities of gold on germanium enables a complete coverage of the Ge(001) surface with longrange ordered wires. Their length scale and defect density is limited by the underlying substrate, for which a cleaning procedure is introduced based on wet-chemical etching followed by thermal dry oxidation. The band structure of Au/Ge(001) is investigated by angle-resolved photoelectron spectroscopy as a function of temperature. Two states are observed: a two-dimensional metallic state with hole-like dispersion and a one-dimensional electron pocket, whose band-integrated spectral function does not show the typical Fermi distribution at the chemical potential. Instead, a decrease of spectral weight applies following a power-law. This behavior can be well explained within the Tomonaga-Luttinger liquid theory which replaces the Fermi-Landau formalism in strictly one-dimensional systems. To enable theoretical modeling, a structural analysis was performed on the basis of surface x-ray diffraction (SXRD). From the in-plane scattering data a Patterson-map could be extracted leading to in-plane distances between gold atoms in the unit cell. This provides the first step towards a complete structural model and therefore towards a band structure calculation. First successful attempts have been made to manipulate the system by controlled adsorption of potassium. Here, an n-type doping effect is observed for submonolayer coverage whereas slightly increased coverages in combination with thermal energy lead to a new surface reconstruction.},
subject = {Nanodraht},
language = {en}
}
@phdthesis{TranGia2014,
author = {Tran-Gia, Johannes},
title = {Model-Based Reconstruction Methods for MR Relaxometry},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-109774},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2014},
abstract = {In this work, a model-based acceleration of parameter mapping (MAP) for the determination of the tissue parameter T1 using magnetic resonance imaging (MRI) is introduced. The iterative reconstruction uses prior knowledge about the relaxation behavior of the longitudinal magnetization after a suitable magnetization preparation to generate a series of fully sampled k-spaces from a strongly undersampled acquisition. A Fourier transform results in a spatially resolved time course of the longitudinal relaxation process, or equivalently, a spatially resolved map of the longitudinal relaxation time T1. In its fastest implementation, the MAP algorithm enables the reconstruction of a T1 map from a radial gradient echo dataset acquired within only a few seconds after magnetization preparation, while the acquisition time of conventional T1 mapping techniques typically lies in the range of a few minutes. After validation of the MAP algorithm for two different types of magnetization preparation (saturation recovery \& inversion recovery), the developed algorithm was applied in different areas of preclinical and clinical MRI and possible advantages and disadvantages were evaluated.},
subject = {Kernspintomographie},
language = {en}
}
@phdthesis{Dremel2018,
author = {Dremel, Kilian},
title = {Modellbildung des Messprozesses und Umsetzung eines modellbasierten iterativen L{\"o}sungsverfahrens der Schnittbild-Rekonstruktion f{\"u}r die R{\"o}ntgen-Computertomographie},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-157718},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2018},
abstract = {In der computertomographischen Schnittbildgebung treten Artefakte, also Anteile des Ergebnisses auf, die nicht Teil des gemessenen Objekts sind und die somit die Auswertbarkeit der Ergebnisse beeinflussen. Viele dieser Artefakte sind auf die Inkonsistenz des Modells der Rekonstruktion zur Messung zur{\"u}ckzuf{\"u}hren. Gerade im Hinblick auf Artefakte durch die Energieabh{\"a}ngigkeit der rekonstruierten Schw{\"a}chungskoeffizienten und Abweichungen der Geometrieinformation des Rekonstruktionsmodells wird h{\"a}ufig der Weg einer Nachbearbeitung der Messdaten beschritten, um Rekonstruktionsartefakte zu vermeiden. Im Zuge dieser Arbeit wird ein Modell der computertomographischen Aufnahme mit Konzentration auf industrielle und materialwissenschaftliche Systeme erstellt, das nicht genutzt wird um die Messdaten zu ver{\"a}ndern, sondern um das Rekonstruktionsmodell der Aufnahmerealit{\"a}t anzupassen. Zun{\"a}chst werden iterative Rekonstruktionsverfahren verglichen und ein passender Algorithmus ausgew{\"a}hlt, der die gew{\"u}nschten Modifikationen des Aufnahmemodells erlaubt. F{\"u}r diese Modifikationen werden bestehende Methoden erweitert und neue modellbasierte Ans{\"a}tze entwickelt, die in den Rekonstruktionsablauf integriert werden k{\"o}nnen. Im verwendeten Modell werden die Abh{\"a}ngigkeiten der rekonstruierten Werte vom polychromatischen R{\"o}ntgenspektrum in das Simulationsmodell des Rekonstruktionsprozesses eingebracht und die Geometrie von Brennfleck und Detektorelementen integriert. Es wird gezeigt, dass sich durch die verwendeten Methoden Artefakte vermeiden lassen, die auf der Energieabh{\"a}ngigkeit der Schw{\"a}chungskoeffizienten beruhen und die Aufl{\"o}sung des Rekonstruktionsbildes durch Geometrieannahmen gesteigert werden kann. Neben diesen Ans{\"a}tzen werden auch neue Erweiterungen der Modellierung umgesetzt und getestet. Das zur Modellierung verwendete R{\"o}ntgenspektrum der Aufnahme wird im Rekonstruktionsprozess angepasst. Damit kann die ben{\"o}tigte Genauigkeit dieses Eingangsparameters gesenkt werden. Durch die neu geschaffene M{\"o}glichkeit zur Rekonstruktion der Kombination von Datens{\"a}tzen die mit unterschiedlichen R{\"o}ntgenspektren aufgenommen wurden wird es m{\"o}glich neben dem Schw{\"a}chungskoeffizienten die Anteile der Comptonabsorption und der photoelektrischen Absorption getrennt zu bestimmen. Um Abweichungen vom verwendeten Geometriemodell zu ber{\"u}cksichtigen wird eine Methode auf der Basis von Bildkorrelation implementiert und getestet, mit deren Hilfe die angenommene Aufnahmegeometrie automatisch korrigiert wird. Zudem wird in einem neuartigen Ansatz zus{\"a}tzlich zur detektorinternen Streustrahlung die Objektstreustrahlung w{\"a}hrend des Rekonstruktionsprozesses deterministisch simuliert und so das Modell der Realit{\"a}t der Messdatenaufnahme angepasst. Die Umsetzung des daraus zusammengesetzten Rekonstruktionsmodells wird an Simulationsdatens{\"a}tzen getestet und abschließend auf Messdaten angewandt, die das Potential der Methode aufzeigen.},
subject = {Dreidimensionale Rekonstruktion},
language = {de}
}
@phdthesis{Hildenbrand2004,
author = {Hildenbrand, Markus},
title = {Modulation kollektiver Membrandynamik im mesoskopischen Bereich durch Einbau und Adsorption von Biomolek{\"u}len},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-14752},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2004},
abstract = {Die Basis der vorliegenden Arbeit bildet die Eigenentwicklung eines neuen massiv verbesserten Experimentalaufbaus einer dynamischen Lichtstreuapparatur zur Untersuchung von kollektiven Membranbewegungen. Die technischen Verbesserungen erm{\"o}glichten Messungen in einem bisher nicht zug{\"a}nglichen Wellenzahlbereich der Membranundulationen. Dadurch konnte eine pr{\"a}zise Untersuchung der Abh{\"a}ngigkeiten der ihnen zugrunde liegenden mikromechanischen Gr{\"o}ßen Membranspannung und Membranviskosit{\"a}t von verschiedenen intrinsischen und extrinsischen Parametern durchgef{\"u}hrt werden. Im ersten Teil der Arbeit werden fundamentale Untersuchungen zur Charakterisierung der Membranspannung beschrieben. Eine Vergr{\"o}ßerung der Temperatur oder des Anteils an geladenem Lipid bei Lipidmischungen f{\"u}hrte zu einer Erh{\"o}hung der Membranspannung. Diese Parameter besitzen aber keinen messbaren Einfluss auf die Membranviskosit{\"a}t. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Ankopplungsmechanismus von kurzen DNA-St{\"u}cken an kationische Membranen und deren Einfluss auf die Membranparameter untersucht. Die Experimente konzentrierten sich auf den Vergleich kurzer DNA Doppelstr{\"a}nge (ds-DNA) und Einzelstr{\"a}nge (ss-DNA). Die Adsorption der beiden DNA-Typen zeigte f{\"u}r die in der Dynamischen Lichtstreuung (DLS) messbaren charakteristischen Membrangr{\"o}ßen signifikante Unterschiede. W{\"a}hrend die ds-DNA die Membranspannung und die Membranviskosit{\"a}t im Vergleich zu einer Membran ohne DNA Adsorption erh{\"o}hte, wurde durch die ss-DNA die Membranviskosit{\"a}t nicht ver{\"a}ndert und die Membranspannung sogar erniedrigt. Die kurze ds-DNA (\&\#8804; 50 Basenpaare) beeinflusste die Undulationen durch eine rein elektrostatische Kopplung an die entgegengesetzt geladene Membranoberfl{\"a}che, ohne in diese einzudringen. Die kurzen ss-DNA-Str{\"a}nge zeigten neben der elektrostatischen Kopplung ein zumindest partielles Eintauchen in die Membran mit drastischen Auswirkungen auf deren mikromechanische Eigenschaften, die im v{\"o}lligen Gegensatz zur doppelstr{\"a}ngigen DNA standen. Die DLS erwies sich in diesen Experimenten als extrem empfindliche Methode, die sogar die L{\"a}ngenunterschiede der kurzen DNA-Str{\"a}nge detektieren konnte. Im dritten Teil der Arbeit wurde der Einfluss der drei evolutionsbiologisch bedeutsamsten Steroide Lanosterol, Ergosterol und Cholesterol auf die kollektive Membrandynamik studiert. Ziel war es, die m{\"o}glichen Korrelationen zwischen der molekularen Struktur der Steroide und den makroskopischen Funktionen der Komposit-Membranen zu identifizieren. Die drei untersuchten Steroide besitzen eine sehr {\"a}hnliche Struktur, unterscheiden sich jedoch sehr in ihrer molekularen Dynamik. Die Messung der kollektiven Dynamik der Undulationen konnte teils erstaunliche Auswirkungen aufdecken. Ergosterol versteift durch seine Anwesenheit die Membran und erh{\"o}ht die Membranspannung, verk{\"u}rzt allerdings die Haltbarkeit der Membranen. Lanosterol erh{\"o}ht die Membranspannung wesentlich st{\"a}rker, macht aber die Membranen etwas flexibler als Ergosterol, was sich auch positiv auf die Haltbarkeit auswirkt. Das Cholesterol ist aber das Einzige, das aufgrund seiner molekularen Dynamik bis in die andere H{\"a}lfte der zweischichtigen Membran vordringen kann. Damit koppelt es beide Schichten dynamisch miteinander, wodurch die Membran extrem flexibel und dadurch widerstandsf{\"a}higer wird. K{\"u}nstliche Cholesterolmembranen (Durchmesser 3,5 mm) weisen daher eine {\"a}ußerst erstaunliche Haltbarkeit von bis zu 9 Tagen auf. Unterschiede in der Membranspannung bedingen zum Teil extreme {\"A}nderungen der kollektiven Undulationsfrequenzen. Erst das Cholesterol scheint durch ein Zusammenspiel der Membranspannung mit der Membranviskosit{\"a}t, die im Gegensatz zu den anderen Steroiden beide extrem erh{\"o}ht werden, eine f{\"u}r Eukaryonten biologisch sinnvolle Abstimmung zu bieten. Die sehr hohe Membranviskosit{\"a}t wirkt der Frequenzerh{\"o}hung durch die Membranspannung entscheidend entgegen. Dieser Umstand erm{\"o}glicht es Zellen, dass sie die Vorteile des Cholesterols nutzen k{\"o}nnen und dennoch moderate kollektive Bewegungen stattfinden, die nicht durch sehr hohe Frequenzen Zell-Zell- oder Molek{\"u}l-Zell-Interaktionen außerordentlich erschweren.},
subject = {Membranschwingung},
language = {de}
}
@phdthesis{Schreyeck2016,
author = {Schreyeck, Steffen},
title = {Molecular Beam Epitaxy and Characterization of Bi-Based V\(_2\)VI\(_3\) Topological Insulators},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-145812},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2016},
abstract = {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.},
subject = {Bismutverbindungen},
language = {en}
}
@phdthesis{Ebel2013,
author = {Ebel, Lars Frederik},
title = {Molecular Beam Epitaxy and Characterization of Ferromagnetic Bulk and Thin (Ga,Mn)As Layers/Heterostructures},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-83942},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2013},
abstract = {Die vorgelegte Arbeit untersucht den ferromagnetischen Halbleiter (Ga,Mn)As mit seinen komplexen Eigenschaften im Hinblick auf die Optimierung der Materialeigenschaften sehr d{\"u}nner (4 nm) (Ga,Mn)As Schichten, welche mit der Technologie der Molekularstrahlepitaxie (MBE) hergestellt wurden. Zuerst werden die strukturellen, ferromagnetischen und elektrischen Eigenschaften von (Ga,Mn)As vorgestellt. Die Einfl{\"u}sse von Punktdefekten, Grenzfl{\"a}chen- und Oberfl{\"a}chen-Effekten auf dicke und d{\"u}nne (Ga,Mn)As Schichten werden mit Hilfe von vereinfachten, selbstkonsistenten Berechnungen der Bandkantenverl{\"a}ufe diskutiert. Der Experimental-Teil ist in drei Teile unterteilt: Der erste Teil untersucht den Einfluss der epitaktischen Wachstumsbedingungen auf die elektrischen und magnetischen Eigenschaften von dicken (70 nm) (Ga,Mn)As Schichten. Der zweite Teil f{\"u}hrt ein alternatives, parabolisches Mn-Dotierprofil mit effektiver Schichtdicke von 4 nm ein im Vergleich zu einer gleich d{\"u}nnen Schicht mit homogenem Mn-Dotierprofil. Es konnten einerseits verbesserte Eigenschaften dieser parabolischen Schicht erreicht werden, anderseits sind die magnetischen und elektrischen Eigenschaften vergleichbar zu dicken (Ga,Mn)As Schichten mit gleichem Mn-Gehalt von 4\%. MBE Wachstumsbedingungen f{\"u}r (Ga,Mn)As Schichten mit parabolischem Mn-Dotierprofil und verringertem nominellem Mn-Gehalt von 2.5\% wurden ebenfalls untersucht. Ein schmales Wachstumsfenster wurde hierbei ermittelt, in dem die Tieftemperatur-Eigenschaften verbessert sind. Der letzte Teil der Arbeit pr{\"a}sentiert eine Anwendung der magnetischen Anisotropiekontrolle einer dicken (Ga,Mn)As Schicht.},
subject = {Molekularstrahlepitaxie},
language = {en}
}
@phdthesis{Winnerlein2020,
author = {Winnerlein, Martin},
title = {Molecular Beam Epitaxy and Characterization of the Magnetic Topological Insulator (V,Bi,Sb)\(_2\)Te\(_3\)},
doi = {10.25972/OPUS-21166},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-211666},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2020},
abstract = {The subject of this thesis is the fabrication and characterization of magnetic topological insulator layers of (V,Bi,Sb)\(_2\)Te\(_3\) exhibiting the quantum anomalous Hall effect. A major task was the experimental realization of the quantum anomalous Hall effect, which is only observed in layers with very specific structural, electronic and magnetic properties. These properties and their influence on the quantum anomalous Hall effect are analyzed in detail. First, the optimal conditions for the growth of pure Bi\(_2\)Te\(_3\) and Sb\(_2\)Te\(_3\) crystal layers and the resulting structural quality are studied. The crystalline quality of Bi\(_2\)Te\(_3\) improves significantly at higher growth temperatures resulting in a small mosaicity-tilt and reduced twinning defects. The optimal growth temperature is determined as 260\(^{\circ}\)C, low enough to avoid desorption while maintaining a high crystalline quality. The crystalline quality of Sb\(_2\)Te\(_3\) is less dependent on the growth temperature. Temperatures below 230\(^{\circ}\)C are necessary to avoid significant material desorption, though. Especially for the nucleation on Si(111)-H, a low sticking coefficient is observed preventing the coalescence of islands into a homogeneous layer. The influence of the substrate type, miscut and annealing sequence on the growth of Bi\(_2\)Te\(_3\) layers is investigated. The alignment of the layer changes depending on the miscut angle and annealing sequence: Typically, layer planes align parallel to the Si(111) planes. This can enhance the twin suppression due to transfer of the stacking order from the substrate to the layer at step edges, but results in a step bunched layer morphology. For specific substrate preparations, however, the layer planes are observed to align parallel to the surface plane. This alignment avoids displacement at the step edges, which would cause anti-phase domains. This results in narrow Bragg peaks in XRD rocking curve scans due to long-range order in the absence of anti-phase domains. Furthermore, the use of rough Fe:InP(111):B substrates leads to a strong reduction of twinning defects and a significantly reduced mosaicity-twist due to the smaller lattice mismatch. Next, the magnetically doped mixed compound V\(_z\)(Bi\(_{1-x}\)Sb\(_x\))\(_{2-z}\)Te\(_3\) is studied in order to realize the quantum anomalous Hall effect. The addition of V and Bi to Sb\(_2\)Te\(_3\) leads to efficient nucleation on the Si(111)-H surface and a closed, homogeneous layer. Magneto-transport measurements of layers reveal a finite anomalous Hall resistivity significantly below the von Klitzing constant. The observation of the quantum anomalous Hall effect requires the complete suppression of parasitic bulklike conduction due to defect induced carriers. This can be achieved by optimizing the thickness, composition and growth conditions of the layers. The growth temperature is observed to strongly influence the structural quality. Elevated temperatures result in bigger islands, improved crystallographic orientation and reduced twinning. On the other hand, desorption of primarily Sb is observed, affecting the thickness, composition and reproducibility of the layers. At 190\(^{\circ}\)C, desorption is avoided enabling precise control of layer thickness and composition of the quaternary compound while maintaining a high structural quality. It is especially important to optimize the Bi/Sb ratio in the (V,Bi,Sb)\(_2\)Te\(_3\) layers, since by alloying n-type Bi\(_2\)Te\(_3\) and p-type Sb\(_2\)Te\(_3\) charge neutrality is achieved at a specific mixing ratio. This is necessary to shift the Fermi level into the magnetic exchange gap and fully suppress the bulk conduction. The Sb content x furthermore influences the in-plane lattice constant a significantly. This is utilized to accurately determine x even for thin films below 10 nm thickness required for the quantum anomalous Hall effect. Furthermore, x strongly influences the surface morphology: with increasing x the island size decreases and the RMS roughness increases by up to a factor of 4 between x = 0 and x = 1. A series of samples with x varied between 0.56-0.95 is grown, while carefully maintaining a constant thickness of 9 nm and a doping concentration of 2 at.\% V. Magneto-transport measurements reveal the charge neutral point around x = 0.86 at 4.2 K. The maximum of the anomalous Hall resistivity of 0.44 h/e\(^2\) is observed at x = 0.77 close to charge neutrality. Reducing the measurement temperature to 50 mK significantly increases the anomalous Hall resistivity. Several samples in a narrow range of x between 0.76-0.79 show the quantum anomalous Hall effect with the Hall resistivity reaching the von Klitzing constant and a vanishing longitudinal resistivity. Having realized the quantum anomalous Hall effect as the first group in Europe, this breakthrough enabled us to study the electronic and magnetic properties of the samples in close collaborations with other groups. In collaboration with the Physikalisch-Technische Bundesanstalt high-precision measurements were conducted with detailed error analysis yielding a relative de- viation from the von Klitzing constant of (0.17 \(\pm\) 0.25) * 10\(^{-6}\). This is published as the smallest, most precise value at that time, proving the high quality of the provided samples. This result paves the way for the application of magnetic topological insulators as zero-field resistance standards. Non-local magneto-transport measurements were conducted at 15 mK in close collaboration with the transport group in EP3. The results prove that transport happens through chiral edge channels. The detailed analysis of small anomalies in transport measurements reveals instabilities in the magnetic phase even at 15 mK. Their time dependent nature indicates the presence of superparamagnetic contributions in the nominally ferromagnetic phase. Next, the influence of the capping layer and the substrate type on structural properties and the impact on the quantum anomalous Hall effect is investigated. To this end, a layer was grown on a semi-insulating Fe:InP(111)B substrate using the previously optimized growth conditions. The crystalline quality is improved significantly with the mosaicity twist reduced from 5.4\(^{\circ}\) to 1.0\(^{\circ}\). Furthermore, a layer without protective capping layer was grown on Si and studied after providing sufficient time for degradation. The uncapped layer on Si shows perfect quantization, while the layer on InP deviates by about 5\%. This may be caused by the higher crystalline quality, but variations in e.g. Sb content cannot be ruled out as the cause. Overall, the quantum anomalous Hall effect seems robust against changes in substrate and capping layer with only little deviations. Furthermore, the dependence of the quantum anomalous Hall effect on the thickness of the layers is investigated. Between 5-8 nm thickness the material typically transitions from a 2D topological insulator with hybridized top and bottom surface states to a 3D topological insulator. A set of samples with 6 nm, 8 nm, and 9 nm thickness exhibits the quantum anomalous Hall effect, while 5 nm and 15 nm thick layers show significant bulk contributions. The analysis of the longitudinal and Hall conductivity during the reversal of magnetization reveals distinct differences between different thicknesses. The 6 nm thick layer shows scaling consistent with the integer quantum Hall effect, while the 9 nm thick layer shows scaling expected for the topological surface states of a 3D topological insulator. The unique scaling of the 9 nm thick layer is of particular interest as it may be a result of axion electrodynamics in a 3D topological insulator. Subsequently, the influence of V doping on the structural and magnetic properties of the host material is studied systematically. Similarly to Bi alloying, increased V doping seems to flatten the layer surface significantly. With increasing V content, Te bonding partners are observed to increase simultaneously in a 2:3 ratio as expected for V incorporation on group-V sites. The linear contraction of the in-plane and out-of-plane lattice constants with increasing V doping is quantitatively consistent with the incorporation of V\(^{3+}\) ions, possibly mixed with V\(^{4+}\) ions, at the group-V sites. This is consistent with SQUID measurements showing a magnetization of 1.3 \(\mu_B\) per V ion. Finally, magnetically doped topological insulator heterostructures are fabricated and studied in magneto-transport. Trilayer heterostructures with a non-magnetic (Bi,Sb)\(_2\)Te\(_3\) layer sandwiched between two magnetically doped layers are predicted to host the axion insulator state if the two magnetic layers are decoupled and in antiparallel configuration. Magneto-transport measurements of such a trilayer heterostructure with 7 nm undoped (Bi,Sb)\(_2\)Te\(_3\) between 2 nm thick layers doped with 1.5 at.\% V exhibit a zero Hall plateau representing an insulating state. Similar results in the literature were interpreted as axion insulator state, but in the absence of a measurement showing the antiparallel magnetic orientation other explanations for the insulating state cannot be ruled out. Furthermore, heterostructures including a 2 nm thin, highly V doped layer region show an anomalous Hall effect of opposite sign compared to previous samples. A dependency on the thickness and position of the doped layer region is observed, which indicates that scattering at the interfaces causes contributions to the anomalous Hall effect of opposite sign compared to bulk scattering effects. Many interesting phenomena in quantum anomalous Hall insulators as well as axion insulators are still not unambiguously observed. This includes Majorana bound states in quantum anomalous Hall insulator/superconductor hybrid systems and the topological magneto-electric effect in axion insulators. The limited observation temperature of the quantum anomalous Hall effect of below 1 K could be increased in 3D topological insulator/magnetic insulator heterostructures which utilize the magnetic proximity effect. The main achievement of this thesis is the reproducible growth and characterization of (V,Bi,Sb)2Te3 layers exhibiting the quantum anomalous Hall effect. The detailed study of the structural requirements of the quantum anomalous Hall effect and the observation of the unique axionic scaling behavior in 3D magnetic topological insulator layers leads to a better understanding of the nature of this new quantum state. The high-precision measurements of the quantum anomalous Hall effect reporting the smallest deviation from the von Klitzing constant are an important step towards the realization of a zero-field quantum resistance standard.},
subject = {Bismutverbindungen},
language = {en}
}
@phdthesis{Paul2010,
author = {Paul, Markus Christian},
title = {Molecular beam epitaxy and properties of magnetite thin films on semiconducting substrates},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-56044},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2010},
abstract = {The present thesis is concerned with molecular beam epitaxy of magnetite (Fe3O4) thin films on semiconducting substrates and the characterization of their structural, chemical, electronic, and magnetic properties. Magnetite films could successfully be grown on ZnO substrates with high structural quality and atomically abrupt interfaces. The films are structurally almost completely relaxed exhibiting nearly the same in-plane and out-of-plane lattice constants as in the bulk material. Films are phase-pure and show only small deviations from the ideal stoichiometry at the surface and in some cases at the interface. Growth proceeds via wetting layer plus island mode and results in a domain structure of the films. Upon coalescence of growing islands twin-boundaries (rotational twinning) and anti-phase boundaries are formed. The overall magnetization is nearly bulk-like, but shows a slower approach to saturation, which can be ascribed to the reduced magnetization at anti-phase boundaries. However, the surface magnetization which was probed by x-ray magnetic circular dichroism was significantly decreased and is ascribed to a magnetically inactive layer at the surface. Such a reduced surface magnetization was also observed for films grown on InAs and GaAs. Magnetite could also be grown with nearly ideal iron-oxygen stoichiometry on InAs substrates. However, interfacial reactions of InAs with oxygen occur and result in arsenic oxides and indium enrichment. The grown films are of polycrystalline nature. For the fabrication of Fe3O4/GaAs films, a postoxidation of epitaxial Fe films on GaAs was applied. Growth proceeds by a transformation of the topmost Fe layers into magnetite. Depending on specific growth conditions, an Fe layer of different thickness remains at the interface. The structural properties are improved in comparison with films on InAs, and the resulting films are well oriented along [001] in growth direction. The magnetic properties are influenced by the presence of the Fe interface layer as well. The saturation magnetization is increased and the approach to saturation is faster than for films on the other substrates. We argue that this is connected to a decreased density of anti-phase boundaries because of the special growth method. Interface phases, viz. arsenic and gallium oxides, are quantified and different growth conditions are compared with respect to the interface composition.},
subject = {Molekularstrahlepitaxie},
language = {en}
}
@phdthesis{Ames2015,
author = {Ames, Christopher},
title = {Molecular Beam Epitaxy of 2D and 3D HgTe, a Topological Insulator},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-151136},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2015},
abstract = {In the present thesis the MBE growth and sample characterization of HgTe structures is investigated and discussed. Due to the first experimental discovery of the quantum Spin Hall effect (QSHE) in HgTe quantum wells, this material system attains a huge interest in the spintronics society. Because of the long history of growing Hg-based heterostructures here at the Experimentelle Physik III in W{\"u}rzburg, there are very good requirements to analyze this material system more precisely and in new directions. Since in former days only doped HgTe quantum wells were grown, this thesis deals with the MBE growth in the (001) direction of undoped HgTe quantum wells, surface located quantum wells and three dimensional bulk layers. All Hg-based layers were grown on CdTe substrates which generate strain in the layer stack and provide therefore new physical effects. In the same time, the (001) CdTe growth was investigated on n-doped (001) GaAs:Si because the Japanese supplier of CdTe substrates had a supply bottleneck due to the Tohoku earthquake and its aftermath in 2011. After a short introduction of the material system, the experimental techniques were demonstrated and explained explicitly. After that, the experimental part of this thesis is displayed. So, the investigation of the (001) CdTe growth on (001) GaAs:Si is discussed in chapter 4. Firstly, the surface preparation of GaAs:Si by oxide desorption is explored and analyzed. Here, rapid thermal desorption of the GaAs oxide with following cool down in Zn atmosphere provides the best results for the CdTe due to small holes at the surface, while e.g. an atomic flat GaAs buffer deteriorates the CdTe growth quality. The following ZnTe layer supplies the (001) growth direction of the CdTe and exhibits best end results of the CdTe for 30 seconds growth time at a flux ratio of Zn/Te ~ 1/1.2. Without this ZnTe layer, CdTe will grow in the (111) direction. However, the main investigation is here the optimization of the MBE growth of CdTe. The substrate temperature, Cd/Te flux ratio and the growth time has to be adjusted systematically. Therefore, a complex growth process is developed and established. This optimized CdTe growth process results in a RMS roughness of around 2.5 nm and a FWHM value of the HRXRD w-scan of 150 arcsec. Compared to the literature, there is no lower FWHM value traceable for this growth direction. Furthermore, etch pit density measurements show that the surface crystallinity is matchable with the commercial CdTe substrates (around 1x10^4 cm^(-2)). However, this whole process is not completely perfect and offers still room for improvements. The growth of undoped HgTe quantum wells was also a new direction in research in contrast to the previous n-doped grown HgTe quantum wells. Here in chapter 5, the goal of very low carrier densities was achieved and therefore it is now possible to do transport experiments in the n - and p - region by tuning the gate voltage. To achieve this high sample quality, very precise growth of symmetric HgTe QWs and their HRXRD characterization is examined. Here, the quantum well thickness can now determined accurate to under 0.3 nm. Furthermore, the transport analysis of different quantum well thicknesses shows that the carrier density and mobility increase with rising HgTe layer thickness. However, it is found out that the band gap of the HgTe QW closes indirectly at a thickness of 11.6 nm. This is caused by the tensile strained growth on CdTe substrates. Moreover, surface quantum wells are studied. These quantum wells exhibit no or a very thin HgCdTe cap. Though, oxidization and contamination of the surface reduces here the carrier mobility immensely and a HgCdTe layer of around 5 nm provides the pleasing results for transport experiments with superconductors connected to the topological insulator [119]. A completely new achievement is the realization of MBE growth of HgTe quantum wells on CdTe/GaAs:Si substrates. This is attended by the optimization of the CdTe growth on GaAs:Si. It exposes that HgTe quantum wells grown in-situ on optimized CdTe/GaAs:Si show very nice transport data with clear Hall plateaus, SdH oscillations, low carrier densities and carrier mobilities up to 500 000 cm^2/Vs. Furthermore, a new oxide etching process is developed and analyzed which should serve as an alternative to the standard HCl process which generates volcano defects at some time. However, during the testing time the result does not differ in Nomarski, HRXRD, AFM and transport measurements. Here, long-time tests or etching and mounting in nitrogen atmosphere may provide new elaborate results. The main focus of this thesis is on the MBE growth and standard characterization of HgTe bulk layers and is discussed in chapter 6. Due to the tensile strained growth on lattice mismatched CdTe, HgTe bulk opens up a band gap of around 22 meV at the G-point and exhibits therefore its topological surface states. The analysis of surface condition, roughness, crystalline quality, carrier density and mobility via Nomarski, AFM, XPS, HRXRD and transport measurements is therefore included in this work. Layer thickness dependence of carrier density and mobility is identified for bulk layer grown directly on CdTe substrates. So, there is no clear correlation visible between HgTe layer thickness and carrier density or mobility. So, the carrier density is almost constant around 1x10^11 cm^(-2) at 0 V gate voltage. The carrier mobility of these bulk samples however scatters between 5 000 and 60 000 cm^2/Vs almost randomly. Further experiments should be made for a clearer understanding and therefore the avoidance of unusable bad samples.But, other topological insulator materials show much higher carrier densities and lower mobility values. For example, Bi2Se3 exhibits just density values around 1019 cm^(-2) and mobility values clearly below 5000 cm2/Vs. The carrier density however depends much on lithography and surface treatment after growth. Furthermore, the relaxation behavior and critical thickness of HgTe grown on CdTe is determined and is in very good agreement with theoretical prediction (d_c = 155 nm). The embedding of the HgTe bulk layer between HgCdTe layers created a further huge improvement. Similar to the quantum well structures the carrier mobility increases immensely while the carrier density levels at around 1x10^11 cm^(-2) at 0 V gate voltage as well. Additionally, the relaxation behavior and critical thickness of these barrier layers has to be determined. HgCdTe grown on commercial CdTe shows a behavior as predicted except the critical thickness which is slightly higher than expected (d_c = 850 nm). Otherwise, the relaxation of HgCdTe grown on CdTe/GaAs:Si occurs in two parts. The layer is fully strained up to 250 nm. Between 250 nm and 725 nm the HgCdTe film starts to relax randomly up to 10 \%. The relaxation behavior for thicknesses larger than 725 nm occurs than linearly to the inverse layer thickness. A explanation is given due to rough interface conditions and crystalline defects of the CdTe/GaAs:Si compared to the commercial CdTe substrate. HRXRD and AFM data support this statement. Another point is that the HgCdTe barriers protect the active HgTe layer and because of the high carrier mobilities the Hall measurements provide new transport data which have to be interpreted more in detail in the future. In addition, HgTe bulk samples show very interesting transport data by gating the sample from the top and the back. It is now possible to manipulate the carrier densities of the top and bottom surface states almost separately. The back gate consisting of the n-doped GaAs substrate and the thick insulating CdTe buffer can tune the carrier density for Delta(n) ~ 3x10^11 cm^(-2). This is sufficient to tune the Fermi energy from the p-type into the n-type region [138]. In this thesis it is shown that strained HgTe bulk layers exhibit superior transport data by embedding between HgCdTe barrier layers. The n-doped GaAs can here serve as a back gate. Furthermore, MBE growth of high crystalline, undoped HgTe quantum wells shows also new and extended transport output. Finally, it is notable that due to the investigated CdTe growth on GaAs the Hg-based heterostructure MBE growth is partially independent from commercial suppliers.},
subject = {Quecksilbertellurid},
language = {en}
}
@phdthesis{Scheffler2023,
author = {Scheffler, Lukas},
title = {Molecular beam epitaxy of the half-Heusler antiferromagnet CuMnSb},
doi = {10.25972/OPUS-32283},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-322839},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2023},
abstract = {This work presents a newly developed method for the epitaxial growth of the half-Heusler antiferromagnet CuMnSb. All necessary process steps, from buffer growth to the deposition of a protective layer, are presented in detail. Using structural, electrical, and magnetic characterization, the material parameters of the epitaxial CuMnSb layers are investigated. The successful growth of CuMnSb by molecular beam epitaxy is demonstrated on InAs (001), GaSb (001), and InP (001) substrates. While CuMnSb can be grown pseudomorphically on InAs and GaSb, the significant lattice mismatch for growth on InP leads to relaxation already at low film thicknesses. Due to the lower conductivity of GaSb compared to InAs, GaSb substrates are particularly suitable for the fabrication of CuMnSb layers for lateral electrical transport experiments. However, by growing a high-resistive ZnTe interlayer below the CuMnSb layer, lateral transport experiments on CuMnSb layers grown on InAs can also be realized. Protective layers of Ru and Al2O3 have proven to be suitable for protecting the CuMnSb layers from the environment. Structural characterization by high resolution X-ray diffraction (full width at half maximum of 7.7 ′′ of the rocking curve) and atomic force microscopy (root mean square surface roughness of 0.14 nm) reveals an outstanding crystal quality of the epitaxial CuMnSb layers. The half-Heusler crystal structure is confirmed by scanning transmission electron microscopy and the stoichiometric material composition by Rutherford backscattering spectrometry. In line with the high crystal quality, a new minimum value of the residual resistance of CuMnSb (𝜌0 = 35 μΩ ⋅ cm) could be measured utilizing basic electrical transport experiments. An elaborate study of epitaxial CuMnSb grown on GaSb reveals a dependence of the vertical lattice parameter on the Mn/Sb flux ratio. This characteristic enables the growth of tensile, unstrained, and compressive strained CuMnSb layers on a single substrate material. Additionally, it is shown that the N{\´e}el temperature has a maximum of 62 K at stoichiometric material composition and thus can be utilized as a selection tool for stoichiometric CuMnSb samples. Mn-related defects are believed to be the driving force for these observations. The magnetic characterization of the epitaxial CuMnSb films is performed by superconducting quantum interference device magnetometry. Magnetic behavior comparable to the bulk material is found, however, an additional complex magnetic phase appears in thin CuMnSb films and/or at low magnetic fields, which has not been previously reported for CuMnSb. This magnetic phase is believed to be localized at the CuMnSb surface and exhibits both superparamagnetic and spin-glass-like behavior. The exchange bias effect of CuMnSb is investigated in combination with different in- and out-of-plane ferromagnets. It is shown that the exchange bias effect can only be observed in combination with in-plane ferromagnets. Finally, the first attempts at the growth of fully epitaxial CuMnSb/NiMnSb heterostructures are presented. Both magnetic and structural studies by secondary-ion mass spectrometry indicate the interdiffusion of Cu and Ni atoms between the two half-Heusler layers, however, an exchange bias effect can be observed for the CuMnSb/NiMnSb heterostructures. Whether this exchange bias effect originates from exchange interaction between the CuMnSb and NiMnSb layers, or from ferromagnetic inclusions in the antiferromagnetic layer can not be conclusively identified.},
subject = {Molekularstrahlepitaxie},
language = {en}
}
@phdthesis{Michalska2013,
author = {Michalska, Marta},
title = {Molecular Imaging of atherosclerosis},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-73243},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2013},
abstract = {Atherosklerose ist eine aktive und progressive Erkrankung, bei der vaskul{\"a}re Adh{\"a}sionsmolek{\"u}le wie VCAM-1 eine entscheidende Rolle durch Steuerung der Rekrutierung von Immunzellen in den fr{\"u}hen und fortgeschrittenen Plaques spielen. Ein zielgerichteter Einsatz von VCAM-1-Molek{\"u}len mit spezifischen Kontrastmitteln ist daher eine M{\"o}glichkeit, die VCAM-1-Expression zu kontrollieren, Plaquewachstum ab einem fr{\"u}hen Zeitpunkt zu visualisieren und eine fr{\"u}he Pr{\"a}vention von Atherosklerose vor Beginn der Thrombusbildung zu etablieren. Des Weiteren bietet die nichtinvasive Magnetresonanz (MR)-Bildgebung den Vorteil der Kombination molekularer und morphologischer Daten. Sie erm{\"o}glicht, mithilfe von entwickelten VCAM-1-markierten Eisenoxidpartikeln, den spezifischen Nachweis entz{\"u}ndlicher Prozesse w{\"a}hrend der Atherosklerose. Diese Arbeit belegt, dass mit dem VCAM-1-Konzept eine vielversprechende Herangehensweise gefunden wurde und dass das, mit spezifischen superparamagnetischen Eisenoxid (USPIO) konjugierte VCAM-1-Peptid, gegen{\"u}ber unspezifischer USPIOs ein erh{\"o}htes Potenzial bei der Untersuchung der Atherosklerose in sich tr{\"a}gt. Im ersten Teil der Arbeit konnte im Mausmodell gezeigt werden, dass gerade das VCAM-1-Molek{\"u}l ein sinnvoller Ansatzpunkt zur Darstellung und Bildgebung von Atherosklerose ist, da in der fr{\"u}hen Phase der Entz{\"u}ndung die vaskul{\"a}ren Zelladh{\"a}sionsmolek{\"u}le {\"u}berexprimiert und auch kontinuierlich, w{\"a}hrend der fortschreitenden Plaquebildung, hochreguliert werden. Weiterhin beschreibt diese Arbeit die Funktionst{\"u}chtigkeit und das Verm{\"o}gen des neu gestalteten USPIO Kontrastmittels mit dem zyklischen Peptid, in seiner Spezialisierung auf die VCAM-1 Erkennung. Experimentelle Studien mit ultra-Hochfeld-MRT erm{\"o}glichten weitere ex vivo und in vivo Nachweise der eingesetzten USPIO-VCAM-1-Partikel innerhalb der Region um die Aortenwurzel in fr{\"u}hen und fortgeschrittenen atherosklerotischen Plaques von 12 und 30 Wochen alten Apolipoprotein E-defizienten (ApoE-/-) M{\"a}usen. Mit ihrer Kombination aus Histologie und Elektronenmikroskopie zeigt diese Studie zum ersten Mal die Verteilung von VCAM-1-markierten USPIO Partikeln nicht nur in luminalem Bereich der Plaques, sondern auch in tieferen Bereichen der medialen Muskelzellen. Dieser spezifische und sensitive Nachweis der fr{\"u}hen und fortgeschrittenen Stadien der Plaquebildung bringt auf molekularer Ebene neue M{\"o}glichkeiten zur Fr{\"u}herkennung von atherosklerotischen Plaques vor dem Entstehen von 8 Rupturen. Im Gegensatz zum USPIO-VCAM-1-Kontrastmittel scheiterten unspezifische USPIO Partikel an der Identifikation fr{\"u}her Plaqueformen und begrenzten die Visualisierung von Atherosklerose auf fortgeschrittene Stadien in ApoE-/- M{\"a}usen.},
subject = {VCAM},
language = {en}
}
@phdthesis{Schott2004,
author = {Schott, Gisela Marieluise},
title = {Molekularstrahlepitaxie und Charakterisierung von (Ga,Mn)As Halbleiterschichten},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-13470},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2004},
abstract = {In der Spintronik bestehen große Bem{\"u}hungen Halbleiter und ferromagnetische Materialien zu kombinieren, um die Vorteile der hoch spezialisierten Mikroelektronik mit denen der modernen magnetischen Speichertechnologie zu verbinden. In vielen Bereichen der Elektronik wird bereits der III-V Halbleiter GaAs eingesetzt und ferromagnetisches (Ga,Mn)As k{\"o}nnte in die vorhandenen optischen und elektronischen Bauteile integriert werden. Deshalb ist eine intensive Erforschung der kristallinen Qualit{\"a}t, der elektrischen und magnetischen Eigenschaften von (Ga,Mn)As-Legierungsschichten von besonderem Interesse. Wegen der niedrigen L{\"o}slichkeit der Mangan-Atome in GaAs, muss (Ga,Mn)As außerhalb des thermodynamischen Gleichgewichtes mit Niedertemperatur-Molekularstrahl-Epitaxie hergestellt werden, um eine ausreichend hohe Konzentration an magnetischen Ionen zu erreichen. Dieses Niedertemperatur-Wachstum von Galliumarseniden verursacht Schwierigkeiten, da unerw{\"u}nschte Defekte eingebaut werden k{\"o}nnen. Die Art der Defekte und die Anzahl ist abh{\"a}ngig von den Wachstumsparametern. Vor allem das {\"u}bersch{\"u}ssige Arsen beeinflusst neben dem Mangan-Gehalt die Gitterkonstante und f{\"u}hrt zu einer starken elektrischen und magnetischen Kompensation des (Ga,Mn)As Materials. Abh{\"a}ngig von den Wachstumsparametern wurden Eichkurven zur Kalibrierung des Mangan-Gehaltes aus R{\"o}ntgenbeugungsmessungen, d. h. aus der (Ga,Mn)As-Gitterkonstanten bestimmt. Um ein besseres Verst{\"a}ndnis {\"u}ber die Einfl{\"u}sse der Wachstumsparameter neben dem Mangan-Gehalt auf die Gitterkonstante zu bekommen, wurden Probenserien gewachsen und mit R{\"o}ntgenbeugung und Sekund{\"a}rionen-Massenspektroskopie untersucht. Es wurde festgestellt, dass der Mangan-Gehalt, unabh{\"a}ngig von den Wachstumsparametern, allein vom Mangan-Fluss bestimmt wird. Die Gitterkonstante hingegen zeigte eine Abh{\"a}ngigkeit von den Wachstumsparametern, d. h. von dem eingebauten {\"u}bersch{\"u}ssigen Arsen in das (Ga,Mn)As-Gitter. Im weiteren wurden temperaturabh{\"a}ngige laterale Leitf{\"a}higkeitsmessungen an verschiedenen (Ga,Mn)As-Einzelschichten durchgef{\"u}hrt. Es ergab sich eine Abh{\"a}ngigkeit nicht nur von dem Mangan-Gehalt, sondern auch von den Wachstumsparametern. Neben den Leitf{\"a}higkeitsmessungen wurden mit Kapazit{\"a}ts-Messungen die Ladungstr{\"a}gerkonzentrationen an verschiedenen (Ga,Mn)As-Schichten bestimmt. Es konnten Wachstumsbedingungen gefunden werden, bei der mit einem Mangan-Gehalt von 6\% eine Ladungstr{\"a}gerkonzentration von 2 · 10^(21) cm^(-3) erreicht wurde. Diese Schichten konnten reproduzierbar mit einer Curie-Temperatur von 70 K bei einer Schichtdicke von 70 nm hergestellt werden. Mit ex-situ Tempern konnte die Curie-Temperatur auf 140 K erh{\"o}ht werden. Neben (Ga,Mn)As-Einzelschichten wurden auch verschiedene (GaAs/MnAs)- {\"U}bergitterstrukturen gewachsen und mit R{\"o}ntgenbeugung charakterisiert. Ziel was es, {\"U}bergitter herzustellen mit einem hohen mittleren Mangan-Gehalt, indem die GaAs-Schichten m{\"o}glichst d{\"u}nn und die MnAs-Submonolagen m{\"o}glichst dick gewachsen wurden. D{\"u}nnere GaAs-Schichten als 10 ML Dicke f{\"u}hrten unabh{\"a}ngig von der Dicke der MnAs-Submonolage und den Wachstumsparametern zu polykristallinem Wachstum. Die dickste MnAs-Submonolage, die in einer {\"U}bergitterstruktur erreicht wurde, betrug 0.38 ML. {\"U}bergitterstrukturen mit nominell sehr hohem Mangan-Gehalt zeigen eine reduzierte Intensit{\"a}t der {\"U}bergitterreflexe, was auf eine Diffusion der Mangan-Atome hindeutet. Der experimentelle Wert der Curie-Temperatur von (Ga,Mn)As scheint durch die starke Kompensation des Materials limitiert zu sein. Theoretische Berechnungen auf der Grundlage des ladungstr{\"a}gerinduzierten Ferromagnetismus besagen eine Erh{\"o}hung der Curie-Temperatur mit Zunahme der Mangan-Atome auf Gallium-Gitterpl{\"a}tzen und der L{\"o}cherkonzentration proportional [Mn_Ga] · p^(1/3). Zun{\"a}chst wurden LT-GaAs:C-Schichten mit den Wachstumsbedingungen der LT-(Ga,Mn)As-Schichten gewachsen, um bei diesen Wachstumsbedingungen die elektrische Aktivierung der Kohlenstoffatome zu bestimmen. Es konnte eine L{\"o}cherkonzentration von 5 · 10^19 cm^(-3) verwirklicht werden. Aufgrund der erfolgreichen p-Dotierung von LT-GaAs:C wurden (Ga,Mn)As-Einzelschichten zus{\"a}tzlich mit Kohlenstoff p-dotiert. Abh{\"a}ngig von den Wachstumsbedingungen konnte eine Erh{\"o}hung der Ladungstr{\"a}gerkonzentration im Vergleich zu den (Ga,Mn)As-Schichten erreicht werden. Trotzdem ergaben magnetische Messungen f{\"u}r alle (Ga,Mn)As:C-Schichten eine Abnahme der Curie-Temperatur. Der Einfluss der Kohlenstoff-Dotierung auf die Gitterkonstante, die elektrische Leitf{\"a}higkeit und die Magnetisierung ließ auf einen ver{\"a}nderten Einbau der Mangan-Atome verursacht durch die Kohlenstoff-Dotierung schließen.},
subject = {Galliumarsenid},
language = {de}
}
@phdthesis{Strauss2018,
author = {Strauß, Micha Johannes},
title = {Molekularstrahlepitaxie von niederdimensionalen GaInAs(N) Systemen f{\"u}r AlGaAs Mikroresonatoren},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-159024},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2018},
abstract = {Die Erforschung von Quantenpunkten mit ihren quantisierten, atom{\"a}hnlichen Zust{\"a}nden, bietet eine Vielzahl von M{\"o}glichkeiten auf dem Weg zum Quantencomputer und f{\"u}r Anwendungen wie Einzelphotonenquellen und Quantenpunktlasern. Vorangegangene Studien haben grundlegend gezeigt, wie Quantenpunkte in Halbleiterresonatoren integriert und mit diesen gekoppelt werden k{\"o}nnen. Dazu war es zum einen notwendig, die Quantenpunkte und ihr epitaktisches Wachstum besser zu verstehen und zu optimieren. Zum anderen mussten die Bragg-Resonatoren optimiert werden, sodass G{\"u}ten von bis zu 165.000 realisiert werden konnten. Eingehende Studien dieser Proben zeigten im Anschluss einen komplexeren Zusammenhang von Q-Faktor und T{\"u}rmchendurchmesser. Man beobachtet eine quasi periodische Oszillation des Q-Faktors mit dem Pillar Durchmesser. Ein Faktor f{\"u}r diese Oszillation ist die Beschaffenheit der Seitenflanken des Resonatort{\"u}rmchens, bedingt durch die unterschiedlichen Eigenschaften von AlAs und GaAs bei der Prozessierung der T{\"u}rmchen. Dar{\"u}ber hinaus wurden in der Folge auf den Grundlagen dieser Strukturen sowohl optisch als auch elektrisch gepumpte Einzelphotonenquellen realisiert. Da in diesen Bauteilen auch die Lage des Quantenpunkts innerhalb des Resonatort{\"u}rmchens einen erheblichen Einfluss auf die Effizienz der Kopplung zwischen Resonator und Quantenpunkt hat, war das weitere Ziel, die Quantenpunkte kontrolliert zu positionieren. Mit einer gezielten Positionierung sollte es m{\"o}glich sein, ein Resonatort{\"u}rmchen direkt {\"u}ber dem Quantenpunkt zu plazieren und den Quantenpunkt somit in das Maximum der optischen Mode zu legen. Besondere Herausforderung f{\"u}r die Aufgabenstellung war, Quantenpunkte in einem Abstand von mind. der H{\"a}lfte des angestrebten T{\"u}rmchendurchmessers, d.h 0,5 μm bis 2 μm, zu positionieren. Die Positionierung musste so erfolgen, dass nach dem Wachstum eines AlAs/GaAs DBR Spiegel {\"u}ber den Quantenpunkten, Resonatort{\"u}rmchen zielgenau auf die Quantenpunkte prozessiert werden k{\"o}nnen. Es wurden geeignete Prozesse zur Strukturierung eines Lochgitters in die epitaktisch gewaschene Probe mittels Elektronenstrahllithographie entwickelt. F{\"u}r ein weiteres Wachstum mittels Molekularstrahlepitaxie, mussten die nasschemischen Reinigungsschritte sowie eine Reinigung mit aktivem Wasserstoff im Ultrahochvakuum optimiert werden, sodass die Probe m{\"o}glichst defektfrei {\"u}berwachsen werden konnte, die Struktur des Lochgitters aber nicht zerst{\"o}rt wurde. Es wurden erfolgreich InAs-Quantenpunkte auf die vorgegebene Struktur positioniert, erstmals in einem Abstand von mehreren Mikrometern zum n{\"a}chsten Nachbarn. Eine besondere Herausforderung war die Vorbereitung f{\"u}r eine weitere Prozessierung der Proben nach Quantenpunktwachstum. Eine Analyse mittels prozessierten Goldkreuzen, dass 30 \% der Quantenpunkte innerhalb von 50 nm und 60 \% innerhalb von 100 nm prozessiert wurden. In der Folge wurde mit der hier erarbeiteten Methode Quantenpunkte erfolgreich in DBR-Resonatoren sowie photonische Kristalle eingebaut Die gute Abstimmbarkeit von Quantenpunkten und die bereits gezeigte M{\"o}glichkeit, diese in Halbleiterresonatoren einbinden zu k{\"o}nnen, machen sie auch interessant f{\"u}r die Anwendung im Telekommunikationsbereich. Um f{\"u}r Glasfasernetze Anwendung zu finden, muss jedoch die Wellenl{\"a}nge auf den Bereich von 1300 nm oder 1550 nm {\"u}bertragen werden. Vorangegangene Ergebnisse kamen allerdings nur knapp an die Wellenl{\"a}nge von 1300nm. Eine fu ̈r andere Bauteile sowie f{\"u}r Laserdioden bereits h{\"a}ufig eingesetzte Methode, InAs-Quantenpunkte in den Bereich von Telekommunikationswellenla ̈ngen zu verschieben, ist die Verwendung von Stickstoff als weiteres Gruppe-V-Element. Bisherige Untersuchungen fokussierten sich auf Anwendungen in Laserdioden, mit hoher Quantenpunktdichte und Stickstoff sowohl in den Quantenpunkten als in den umgebenen Strukturen. Da InAsN-Quantenpunkte in ihren optischen Eigenschaften durch verschiedene Verlustmechanismen leiden, wurde das Modell eines Quantenpunktes in einem Wall (Dot-in-Well) unter der Verwendung von Stickstoff weiterentwickelt. Durch gezielte Separierung der Quantenpunkte von den stickstoffhaltigen Schichten, konnte e eine Emission von einzelnen, MBE-gewachsenen InAs Quantenpunkten von {\"u}ber 1300 nm gezeigt werden. Anstatt den Stickstoff direkt in die Quantenpunkte oder unmittelbar danach in die Deckschicht ein zu binden, wurde eine Pufferschicht ohne Stickstoff so angepasst, dass die Quantenpunkte gezielt mit Wellenl{\"a}ngen gr{\"o}ßer 1300 nm emittieren. So ist es nun m{\"o}glich, die Emission von einzelnen InAs Quantenpunkten jenseits dieser Wellenl{\"a}nge zu realisieren. Es ist nun daran, diese Quantenpunkte mit den beschriebenen Mikroresonatoren zu koppeln, um gezielt optisch und elektrisch gepumpte Einzelphotonenquellen f{\"u}r 1300nm zu realisieren.},
subject = {Quantenpunkt},
language = {de}
}
@phdthesis{Reitzenstein2004,
author = {Reitzenstein, Stephan},
title = {Monolithische Halbleiternanostrukturen als ballistische Verst{\"a}rker und logische Gatter},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-12177},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2004},
abstract = {Im Rahmen dieser Arbeit wurden monolithische Halbleiternanostrukturen hinsichtlich neuartiger nanoelektronischer Transporteffekte untersucht. Hierbei wurden gezielt der ballistische Charakter des Ladungstransportes in mesoskopischen Strukturen sowie die kapazitive Kopplung einzelner Strukturbereiche ausgenutzt, um ballistische Verst{\"a}rkerelemente und logische Gatter zu realisieren. Die untersuchten Nanostrukturen basieren auf dem zweidimensionalen Elektronengas modulationsdotierter GaAs/AlGaAs-Heterostrukturen und wurden {\"u}ber Elektronenstrahl-Lithographie sowie nasschemische {\"A}tztechniken realisiert. Somit entstanden niederdimensionale Leiter mit Kanalbreiten von wenigen 10 nm, deren Leitwert {\"u}ber planare seitliche Gates elektrisch kontrolliert werden kann. Bei den Transportuntersuchungen, die zum Teil im stark nichtlinearen Transportbereich und bei Temperaturen bis hin zu 300 K durchgef{\"u}hrt wurden, stellte sich das Konzept verzweigter Kanalstrukturen als vielversprechend hinsichtlich der Anwendung f{\"u}r eine neuartige Nanoelektronik heraus. So kann eine im Folgenden als Y-Transistor bezeichnete, verzweigte Kanalstruktur in Abh{\"a}ngigkeit der {\"a}ußeren Beschaltung als Differenzverst{\"a}rker, invertierender Verst{\"a}rker, bistabiles Schaltelement oder aber auch als logisches Gatter eingesetzt werden. Zudem er{\"o}ffnet der Y-Transistor einen experimentellen Zugang zu den nichtklassischen Eigenschaften nanometrischer Kapazit{\"a}ten, die sich von denen rein geometrisch definierter Kapazit{\"a}ten aufgrund der endlichen Zustandsdichte erheblich unterscheiden k{\"o}nnen. F{\"u}r ballistische Y-Verzweigungen tritt zudem ein neuartiger Gleichrichtungseffekt auf, der in Kombination mit den verst{\"a}rkenden Eigenschaften von Y-Transistoren dazu genutzt wurde, kompakte logische Gatter sowie einen ballistischen Halb-Addierer zu realisieren.},
subject = {Transistor},
language = {de}
}
@phdthesis{Fuchs2014,
author = {Fuchs, Peter},
title = {Monolithische Quantenkaskadenlaser mit monomodiger und weit abstimmbarer Emission},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-109432},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2014},
abstract = {Ausgehend von mittels Molekularstrahlepitaxie im InGaAs/InAlAs/InP Materialsystem gewachsenen Lasermedien wurden monochromatische Quantenkaskadenlaser f{\"u}r die GasSensorik mit Emission im mittleren Infrarot entworfen, hergestellt und charakterisiert. Vorrangige Ziele waren hierbei die Entwicklung von leistungsstarken monomodigen Lasern im langwelligen Spektralbereich um 14 µm, sowie von Bauteilen mit weiter und schneller spektraler Abstimmbarkeit. F{\"u}r den Entwurf der Laserstege wurde zun{\"a}chst die zeitliche Entwicklung der Temperaturverteilung f{\"u}r verschiedene Varianten von Wellenleitern sowohl im gepulsten als auch im kontinuierlichen Betrieb simuliert. Anhand der berechneten thermischen Bauteilwiderst{\"a}nde konnten so geeignete Prozessparameter f{\"u}r die Herstellung der Laserstrukturen ermittelt werden Zur Herstellung von monochromatischen DFB-Lasern auf Basis eines MesaWellenleiters mit Seitenwandgittern wurde ein Prozess entwickelt, der sich - im Vergleichzu g{\"a}ngigen Verfahren zur Strukturierung von DFB-Gittern - durch eine stark reduzierte Anzahl an Verfahrenschritten und eine schnelle und einfache Durchf{\"u}hrbarkeit auszeichnet. F{\"u}r Laser mit 4 mm L{\"a}nge und 14 µm mittlerer Breite wurde eine Spitzenleistung {\"u}ber 200 mW bei einer externen Effizienz von 330 mW/A und einer Schwellstromdichte von 2,1 kA/cm^2 bei Raumtemperatur bestimmt. DFB-Laser um 14 µm, welche - durch die große Wellenl{\"a}nge bedingt - h{\"o}here Schwellstromdichten aufweisen, wurden dagegen auf Basis von nasschemisch ge{\"a}tzten Doppelkanal-Wellenleitern mit in die Oberseite des Steges ge{\"a}tzten Gittern und dickem Gold auf den Stegflanken hergestellt, um eine bessere laterale W{\"a}rmeabfuhr zu erreichen. Basierend auf der Analyse des Strahlprofils und des Emissionsspektrums war trotz der großen Stegbreite ausschließlich Betrieb auf der Grundmode zu beobachten. So konnte eine Spitzenleistung von 810 mW bei einer Schwellstromdichte von 4,3 kA/cm^2 bei Raumtemperatur erreicht werden. Um eine gr{\"o}ßere spektrale Abstimmbarkeit zu erreichen als dies mit DFB-Lasern m{\"o}glich ist, wurde ein Lasertyp auf Basis von zwei gekoppelten Fabry-P erot Kavit{\"a}ten entworfen, hergestellt und untersucht. Mit diesem Konzept konnte {\"u}ber eine geringe Stromvariation ein Umschalten zwischen verschiedenen Resonanzen erreicht werden, was bei konstanter Temperatur der W{\"a}rmesenke um Raumtemperatur einen Abstimmbereich von 5,2 cm^-1 erm{\"o}glichte. Unter Einbeziehung einer Variation der Temperatur der W{\"a}rmesenke konnte monomodige Emission in einem Spektralbereich von 52 cm^-1 erreicht und die Tauglichkeit der Laser f{\"u}r die Gas-Sensorik anhand einer Absorptionsmessung an Ammoniak demonstriert werden. Da die monomodige Spitzenleistung dieser Laser jedoch konzeptbedingt auf wenige mW beschr{\"a}nkt war, wurde f{\"u}r den Einsatz weit abstimmbarer Laser in der Spurengasanalytik im letzten Teil der Arbeit ein anderer Lasertyp mit flachge{\"a}tztem Bragg-Reflektor entwickelt. Durch sorgf{\"a}ltige Wahl der Gitterparameter und ein spezielles Puls-Schema wurde eine {\"u}ber 30 cm^-1 quasi-kontinuierlich abstimmbare, monomodige Emission erreicht. Die Stabilit{\"a}t und die spektrale Reinheit des Laserlichts mit einer Seitenmodunterdr{\"u}ckung von mehr als 30 dB konnte anhand von zeitaufgel{\"o}sten Messungen des Abstimmvorgangs und durch ein Absorptionsexperiment mit Ethen belegt werden. Die erzielte spektrale Aufl{\"o}sung war durch die Messelektronik begrenzt und betrug 0,0073 cm^-1. Zudem ergab sich auch die M{\"o}glichkeit einer Analyse des thermischen {\"U}bersprechens, welche einen vernachl{\"a}ssigbaren Einfluss f{\"u}r den Pulsbetrieb der Laser zeigte und eine moderate Erw{\"a}rmung benachbarter Segmente um 10\% des f{\"u}r das vors{\"a}tzlich beheizte Segment gemessenen Wertes. Des Weiteren konnte dank der M{\"o}glichkeit zur unabh{\"a}ngigen Strominjektion in verschiedene Sektionen die Temperaturabh{\"a}ngigkeit von Verst{\"a}rkung und Absorption im Resonator untersucht werden. Herausstechende Eigenschaften dieser Laser wie die Verringerung der gepulsten Chirprate im Vergleich zu DFB-Lasern um den Faktor 3 konnten anhand von systematischen Untersuchungen mit einer Vielzahl von Bauteilen analysiert und auf die zeitlicheTemperaturentwicklung bzw. die r{\"a}umliche Temperaturverteilung im Lasersteg zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. Die optische Spitzenleistung von 600 mW und externe Effizienzen bis 300mW/A sollten auch den Einsatz in der Spurengasanalyse erlauben, die hohe Geschwindigkeit mit der die Emissionswellenl{\"a}nge variiert werden kann, {\"u}berdies die Untersuchung der Reaktionskinetik in der Gasphase.},
subject = {Quantenkaskadenlaser},
language = {de}
}
@phdthesis{Naehle2011,
author = {N{\"a}hle, Lars},
title = {Monomodige und weit abstimmbare Halbleiterlaser im GaSb-Materialsystem im Wellenl{\"a}ngenbereich von 3,0 - 3,4 μm},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-70538},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2011},
abstract = {Ein Ziel der Arbeit war die Entwicklung spektral monomodiger DFB-Lasern im Wellenl{\"a}ngenbereich von 3,0-3,4µm. Diese sollten auf spezielle Anwendungen in der Absorptionsspektroskopie an Kohlenwasserstoffen gezielt angepasst werden. Hierf{\"u}r wurden zwei auf GaSb-Material basierende Lasertypen untersucht - Interbandkaskadenlaser (ICL) und Diodenlaser mit quin{\"a}ren AlGaInAsSb-Barrieren- und Wellenleiter-Schichten. F{\"u}r das ICL-Material wurde ein DFB-Prozess basierend auf vertikalen Seitengittern entwickelt. Dieser Ansatz erm{\"o}glichte monomodigen Laserbetrieb bei Realisierung der Laser mit Kopplungsgitter in nur einem {\"A}tzschritt und ohne epitaktischen {\"U}berwachstumsschritt. Maximal m{\"o}gliche Betriebstemperaturen von ~0°C f{\"u}r die auf dem verf{\"u}gbaren epitaktischen Material entwickelten Laser wurden bestimmt. Eine Diskussion der thermischen Eigenschaften der Laser deckte Gr{\"u}nde f{\"u}r die Limitierung der Betriebstemperatur auf. M{\"o}glichkeiten zur Optimierung der Leistungsf{\"a}higkeit und Steigerung der Betriebstemperatur beim ICL-Ansatz wurden hierauf basierend vorgestellt. Als kritischster Parameter wurde hier die epitaxiebestimmte Temperaturstabilit{\"a}t der Laserschwelle ausgemacht. Weitere Entwicklungen umfassten die Herstellung von DFB-Lasern mit dem erw{\"a}hnten Diodenlasermaterial mit quin{\"a}ren Barrieren. Es kam eine Prozessierung der Bauteile ohne {\"U}berwachstum unter Verwendung von lateralen Metallgittern zur Modenselektion zum Einsatz. Die Bestimmung optischer Parameter zur Entwicklung von Lasern mit guter DFB-Ausbeute wurde f{\"u}r das Epitaxiematerial mit quin{\"a}ren Barrieren >3,0µm von Wellenleiter-Simulationen unterst{\"u}tzt. Die Definition der Gitterstrukturen wurde auf niedrige Absorptionsverluste optimiert. So hergestellte Laser zeigten exzellente Eigenschaften mit maximalen Betriebstemperaturen im Dauerstrichbetrieb von >50°C und spektral monomodiger Emission um 2,95µm mit Seitenmodenunterdr{\"u}ckungen (SMSR) bis 50dB. Diesem Konzept entsprechend wurden DFB-Laser speziell f{\"u}r die Acetylen-Detektion bei Wellenl{\"a}ngen von 3,03µm und 3,06µm entwickelt. Die f{\"u}r ~3,0µm entwickelte und erfolgreich angewendete DFB-Prozessierung wurde daraufhin auf den Wellenl{\"a}ngenbereich bis 3,4µm angepasst. Ein Prozesslauf mit verbesserter W{\"a}rmeabfuhr, ohne die Verwendung eines Polymers, wurde entwickelt. Es konnten DFB-Laser hergestellt werden, die fast den gesamten Wellenl{\"a}ngenbereich von 3,3-3,4µm abdeckten. Maximale Betriebstemperaturen dieser Laser lagen bei >20°C in Dauerstrichbetrieb bei ausgezeichneten spektralen Eigenschaften (SMSR 45dB). Spezielle Bauteile im Bereich 3,34-3,38µm, u.a. f{\"u}r die Detektion von Methan, Ethan und Propan, wurden entwickelt. Die in dieser Arbeit auf Diodenlasermaterial mit quin{\"a}ren Barrieren entwickelten DFB-Laser definieren f{\"u}r den gesamten Wellenl{\"a}ngenbereich von 2,8-3,4µm den aktuellen Stand der Technik f{\"u}r monomodige Laseremission durch direkte strahlende {\"U}berg{\"a}nge. Sie stellen außerdem f{\"u}r den Wellenl{\"a}ngenbereich von 3,02-3,41µm die einzigen ver{\"o}ffentlichten DFB-Laser in cw-Betrieb bei Raumtemperatur dar. Eine maximale monomodige Emissionswellenl{\"a}nge f{\"u}r Diodenlaser von 3412,1nm wurde erreicht. Ein weiteres Ziel der Arbeit war die Entwicklung weit abstimmbarer Laser von 3,3-3,4µm zur Erm{\"o}glichung erweiterter Anwendungen in der Kohlenwasserstoff-Gassensorik. Hierf{\"u}r wurde ein Konzept zweisegmentiger Laser mit bin{\"a}ren, {\"u}berlagerten Gittern verwendet. F{\"u}r diese sogenannten BSG-Laser konnte durch Simulationen unterst{\"u}tzt der Einfluss des kritischen Parameters der Phase der Bragg-Moden an den Facetten untersucht werden. Ein dementsprechend phasenoptimiertes Design der Gitterstrukturen wurde in den Segmenten der Laser angewendet. Simulationen des Durchstimmverhaltens der Laser wurden diskutiert und Einsch{\"a}tzungen {\"u}ber das reale Verhalten in hergestellten Bauteilen gegeben. Die entwickelten Laser wiesen Emission in bis zu vier ansteuerbaren, monomodigen Wellenl{\"a}ngenkan{\"a}len auf. Sie zeigten ein den Simulationen entsprechendes, sehr gutes Durchstimmverhalten in den Kan{\"a}len (bis zu ~30nm). Die Entwicklung eines bestimmten Lasers in dieser Arbeit war speziell auf die industrielle Anwendung in einem Sensorsystem mit monomodigen Emissionen um 3333nm und 3357nm ausgelegt. F{\"u}r diese Wellenl{\"a}ngenkan{\"a}le wurden spektrale Messungen mit hohem Dynamikbereich gemacht. Mit SMSR bis 45dB war eine hervorragende Anwendbarkeit in einem Sensorsystem gew{\"a}hrleistet. Der Aufbau mit nur zwei Lasersegmenten garantiert eine einfache Ansteuerung ohne komplexe Elektronik. Die in dieser Arbeit entwickelten weit abstimmbaren Laser stellen die bisher langwelligsten, monolithisch hergestellten, weit abstimmbaren Laser dar. Sie sind außerdem die bislang einzigen zweisegmentigen BSG-Laser, die in durch simultane Stromver{\"a}nderung durchstimmbaren Wellenl{\"a}ngenkan{\"a}len ein Abstimmverhalten mit konstant hoher Seitenmodenunterdr{\"u}ckung und ohne Modenspr{\"u}nge zeigen.},
subject = {Halbleiterlaser},
language = {de}
}
@phdthesis{Oechsner2011,
author = {Oechsner, Markus},
title = {Morphologische und funktionelle 1H-Magnetresonanztomographie der menschlichen Lunge bei 0.2 und 1.5 Tesla},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-66942},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2011},
abstract = {Das Ziel dieser Arbeit war es, Methoden und Techniken f{\"u}r die morphologische und funktionelle Bildgebung der menschlichen Lunge mittels Kernspintomographie bei Feldst{\"a}rken von 0,2 Tesla und 1,5 Tesla zu entwickeln und zu optimieren. Bei 0,2 Tesla wurde mittels der gemessenen Relaxationszeiten T1 und T2* eine 2D und eine 3D FLASH Sequenz zur Untersuchung der Lungenmorphologie optimiert. Sauerstoffgest{\"u}tzte Messungen der Relaxationszeiten T1 und T2* sowie eine SpinLabeling Sequenz liefern funktionelle Informationen {\"u}ber den Sauerstofftransfer und die Perfusion der Lungen. Bei 1,5 Tesla wurde die Lungenperfusion mittels MR-Kontrastmittel mit einer 2D und einer 3D Sequenz unter Verwendung der Pr{\"a}bolus Technik quantifiziert. Zudem wurden zwei MR-Navigationstechniken entwickelt, die es erm{\"o}glichen Lungenuntersuchungen unter freier Atmung durchzuf{\"u}hren und aus den Daten artefaktfreie Bilder zu rekonstruieren. Diese Techniken k{\"o}nnen in verschiedenste Sequenzen f{\"u}r die Lungenbildgebung implementiert werden, ohne dass die Messzeit dadurch signifikant verl{\"a}ngert wird.},
subject = {NMR-Bildgebung},
language = {de}
}
@phdthesis{Weber2011,
author = {Weber, Daniel},
title = {Morphologische und funktionelle MRT-Infarktcharakterisierung und Entwicklung einer diffusionsgewichteten MRT-Methode},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71157},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2011},
abstract = {Diffusionstensorbildgebung im Vergleich zu anderen Parametermethoden f{\"u}r die Infarktcharakterisierung Ziel dieses Teils der Arbeit war die Kl{\"a}rung der Frage, welches Potential verschiedene MR-Parametersequenzen bei der Charakterisierung eines myokardialen Infarkts sowohl im akuten als auch im chronischen Fall haben. Dazu wurde eine Studie mit akut und chronisch infarzierten Rattenherzen durchgef{\"u}hrt. Untersucht wurden die Parameter T1, T2 und T2* sowie die aus der Diffusionstensorbildgebung berechneten Parameter ADC, FA, cs, cp und cl . Es zeigte sich, dass es kein Analogon zum bei einer cerebralen Isch{\"a}mie bekannten Mismatch-Konzept gibt. Weder im akuten noch im chronischen war Fall eine ausgewiesene Differenz im diagnostizierten Infarktareal zwischen verschiedenen Sequenzen feststellbar. Alles in allem eignen sich zur detaillierten Charakterisierung der Infarktnarbe am besten eine T2*- oder eine Diffusionstensorsequenz. Die T2*-Sequenz liefert optisch das aufschlussreichere Bild, die aufwendigere Diffusionstensorsequenz dagegen bietet aufgrund der vielfachen Darstellungsm{\"o}glichkeiten im Postprocessing ein Mehr an Information und zeigt dazu eine Ver{\"a}nderung der Narbe im Zeitverlauf. Oxygenierungsmessung am M{\"a}useherz in vivo Die Charakterisierung einer Infarktnarbe kann auch {\"u}ber die Darstellung morphologischer Strukturen hinaus erfolgen. Die Oxygenierung ist ein komplexer Parameter, der funktionelle Auskunft {\"u}ber die Vaskularisierung und Viabilit{\"a}t des Gewebes geben kann. Zugang zu diesem Parameter erh{\"a}lt man {\"u}ber T2*-Messungen, da der Parameter T2* sensitiv auf chemisch gebundenen Sauerstoff reagiert. Hier wurden der Einfluss von reiner Sauerstoffatmung im Gegensatz zu normaler Raumluftatmung auf die Oxygenierung bei gesunden und infarzierten M{\"a}usen untersucht. Die Messungen wurden trotz der Schwierigkeiten, die durch die Bewegung durch Atmung und Herzschlag entstehen, in vivo bei 17,6 Tesla implementiert und durchgef{\"u}hrt. Die Aufl{\"o}sung war ausreichend, um auch nach Infarkt extrem ausged{\"u}nnte Myokardw{\"a}nde gut aufl{\"o}sen und charakterisieren zu k{\"o}nnen. Der Effekt auf das Oxygenierungslevel ist stark unterschiedlich zwischen normalen und infarzierten Herzen, woraus auf eine noch nicht weit fortgeschrittene Revaskularisierung der Narbe eine Woche nach Infarzierung geschlossen werden kann. Die Methode wurde dar{\"u}ber hinaus an einem 7,0 Tesla-Magneten zur Verwendung an Ratten implementiert und auf das im Gegensatz zur Maus ver{\"a}nderte Atmungsverhalten der Ratte angepasst. Zum einen kann dadurch der Einfluss des hohen Magnetfeldes auf die Oxygenierungsmessung untersucht werden, zum anderen ist das Herz als zu untersuchendes Objekt bei der Ratte gr{\"o}ßer. Diffusionswichtung mittels Hole-Burning Die in dieser Arbeit zur Charakterisierung des Herzens verwendete Diffusionsmethode kann im Grenzfall von kurzen T2-Relaxationszeiten an ihre Grenzen stoßen: Bei den verwendeten starken Magnetfeldern klingt das messbare Signal aufgrund der Relaxationszeit T2 oft sehr schnell ab. Daher wurde eine Methode entwickelt, die einen v{\"o}llig neuen Ansatz zur diffusionsgewichteten Bildgebung verfolgt, bei dem die Informationen {\"u}ber die Diffusion unabh{\"a}ngig von der limitierenden T2-Zeit gewonnen werden k{\"o}nnen. Die sog. Hole-Burning-Diffusionssequenz verwendet in einem Vorexperiment lediglich die Longitudinalmagnetisierung zur Diffusionswichtung. Das Signal wird dann mit einer schnellen Auslesesequenz akquiriert. Bei der Pr{\"a}paration werden zun{\"a}chst auf Subvoxel-Niveau Streifen "gebrannt", d.h. die Magnetisierung wird dort ges{\"a}ttigt. Bis zur n{\"a}chsten S{\"a}ttigung ist das Verhalten der Magnetisierung abh{\"a}ngig von der T1-Relaxation in diesem Bereich und vom Diffusionsverhalten. Durch rasches Wiederholen des selektiven Pulszugs wird schließlich eine Gleichgewichtsmagnetisierung erreicht, die von der Diffusionskonstanten D und der T1-Relaxationszeit abh{\"a}ngt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Abh{\"a}ngigkeiten verschiedener Sequenzparameter untersucht und diese mittels Simulationen optimiert. Außerdem wurde die Sequenz an einem Scanner implementiert und erste Experimente damit durchgef{\"u}hrt. Mit Hilfe von Simulationen konnten dazu Lookup-Tabellen generiert werden, mit denen in bestimmten Bereichen (insbesondere bei nicht zu kurzen T1-Relaxationszeiten) sowohl die Diffusionskonstante D als auch die T1-Relaxationszeit quantifiziert werden konnte.},
subject = {Kernspintomografie},
language = {de}
}
@phdthesis{Schmitt2013,
author = {Schmitt, Peter},
title = {MR imaging of tumors: Approaches for functional and fast morphological characterization},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-135967},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2013},
abstract = {The subject of this work was to develop, implement, optimize and apply methods for quantitative MR imaging of tumors. In the context of functional and physiological characterization, this implied transferring techniques established in tumor model research to human subjects and assessing their feasibility for use in patients. In the context of the morphologic assessment and parameter imaging of tumors, novel concepts and techniques were developed, which facilitated the simultaneous quantification of multiple MR parameters, the generation of "synthetic" MR images with various contrasts, and the fast single-shot acquisition of purely T2-weighted images.},
subject = {Kernspintomografie},
language = {en}
}
@phdthesis{Heinrich2022,
author = {Heinrich, Robert},
title = {Multi-species gas detection based on an external-cavity quantum cascade laser spectrometer in the mid-infrared fingerprint region},
doi = {10.25972/OPUS-26864},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-268640},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2022},
abstract = {Laser spectroscopic gas sensing has been applied for decades for several applications as atmospheric monitoring, industrial combustion gas analysis or fundamental research. The availability of new laser sources in the mid-infrared opens the spectral fingerprint range to the technology where multiple molecules possess their fundamental ro-vibrational absorption features that allow very sensitive detection and accurate discrimination of the species. The increasing maturity of quantum cascade lasers that cover this highly interesting spectral range motivated this research to gain fundamental knowledge about the spectra of hydrocarbon gases in pure composition and in complex mixtures as they occur in the petro-chemical industry. The long-term target of developing accurate and fast hydrocarbon gas analyzers, capable of real-time operation while enabling feedback-loops, would lead to a paradigm change in this industry. This thesis aims to contribute to a higher accuracy and more comprehensive understanding of the sensing of hydrocarbon gas mixtures. This includes the acquisition of yet unavailable high resolution and high accuracy reference spectra of the respective gases, the investigation of their spectral behavior in mixtures due to collisional broadening of their transitions and the verification of the feasibility to quantitatively discriminate the spectra when several overlapping species are simultaneously measured in gas mixtures. To achieve this knowledge a new laboratory environment was planned and built up to allow for the supply of the individual gases and their arbitrary mixing. The main element was the development of a broadly tunable external-cavity quantum cascade laser based spectrometer to record the required spectra. This also included the development of a new measurement method to obtain highly resolved and nearly gap-less spectral coverage as well as a sophisticated signal post-processing that was crucial to achieve the high accuracy of the measurements. The spectroscopic setup was used for a thorough investigation of the spectra of the first seven alkanes as of their mixtures. Measurements were realized that achieved a spectral resolution of 0.001 cm-1 in the range of 6-11 µm while ensuring an accuracy of 0.001 cm-1 of the spectra and attaining a transmission sensitivity of 2.5 x 10-4 for long-time averaging of the acquired spectra. These spectral measurements accomplish a quality that compares to state-of-the art spectral databases and revealed so far undocumented details of several of the investigated gases that have not been measured with this high resolution before at the chosen measurement conditions. The results demonstrate the first laser spectroscopic discrimination of a seven component gas mixture with absolute accuracies below 0.5 vol.\% in the mid-infrared provided that a sufficiently broad spectral range is covered in the measurements. Remaining challenges for obtaining improved spectral models of the gases and limitations of the measurement accuracy and technology are discussed.},
subject = {Quantenkaskadenlaser},
language = {en}
}
@phdthesis{Meyer2012,
author = {Meyer, Jochen},
title = {Muon performance aspects and measurement of the inclusive ZZ production cross section through the four lepton final state with the ATLAS experiment at the LHC},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-78793},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2012},
abstract = {The "Large Hadron Collider" (LHC) is currently the most powerful particle accelerator. It provides particle collisions at a center of mass energy in the Tera-electronvolt range, which had never been reached in a laboratory before. Thereby a new era in high energy particle physics has began. Now it is possible to test one of the most precise theories in physics, the Standard Model of particle physics, at these high energies. The purpose is particularly served by four large experiments installed at the LHC, namely "A Toroidal LHC ApparatuS" (ATLAS), the "Compact-Muon-Solenoid" (CMS), the "Large Hadron Collider beauty" (LHCb) and "A Large Ion Collider Experiment" (ALICE). Besides exploring the high energy behavior of the well-established portions of the Standard Model, one of the main objectives is to find the Higgs boson included in the model, but not discovered by any preceding effort. It is of tremendous importance since fermions and heavy electroweak gauge bosons acquire mass because of this boson. Although the success of the Standard Model in describing nature is already undisputed, there are some flaws due to observations inexplicable within this theory only. Therefore searches for physics beyond the Standard Model are promoted at the LHC experiments as well. In order to achieve the defined goals, crucial aspects are firstly precise measurements, to verify Standard Model predictions in detail, and secondly an evaluation of as much information as accessible by the detectors, to recognize new phenomena as soon as possible for subsequent optimizations. Both challenges are only possible with a superior understanding of the detectors. An inevitable contribution to attain this knowledge is a realistic simulation, partially requiring new implementation techniques to describe the very complex instrumentation. The research presented here is performed under the patronage of the ATLAS collaboration with a special focus on measurements done with muon spectrometer. Thus a first central issue is the performance of the spectrometer in terms of physics objects that are recognized by the device, the compatibility of data and the existing simulation as well as its improvement and finally the extension of the acceptance region. Once the excellent behavior and comprehension of the muon spectrometer is demonstrated, a second part addresses one physics use case of reconstructed muons. The electroweak force is part of the Standard Model and causes the interaction of heavy electroweak gauge bosons with fermions as well as their self-interaction. In proton-proton collisions such gauge bosons are produced. However, they decay immediately into a pair of fermions. In case of the Z boson, which is one of the gauge bosons, oppositely charged fermions of the same generation, including muons, emerge. The various decay modes are determined precisely at particle accelerators other than the LHC. However, the associated production of two Z bosons is measured less exactly at those facilities because of a very low cross section. The corresponding results acquired with the ATLAS experiment exceed all previous measurements in terms of statistics and accuracy. They are reported in this thesis as obtained from the observation of events with four charged leptons. The enhancement of the signal yield based on the extension of the muon spectrometer acceptance is especially emphasized as well as alternative methods to estimate background events. Furthermore, the impact on the probing of couplings of three Z bosons and intersection with the search for the Standard Model Higgs boson are pointed out.},
subject = {ATLAS },
language = {en}
}
@phdthesis{Richter2003,
author = {Richter, Georg},
title = {Nachweis der elektrischen Spin-Injektion in II-VI-Halbleiter mittels Messung des elektrischen Widerstandes},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-10911},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2003},
abstract = {Die bisherigen Ergebnisse der elektrischen Spininjektion in Halbleiter im diffusivem Regime werden mit dem Modell von Schmidt et. al gut beschrieben. Eine Folgerung aus diesem Modell ist, dass n-dotierte, verd{\"u}nnte magnetische Halbleiter ("diluted magnetic semiconductors", DMS) als Injektor-Materialien f{\"u}r die elektrische Spininjektion in Halbleiter gut geeignet sind. Im Jahr 1999 wurde dar{\"u}ber hinaus die elektrische Injektion von einem DMS in einem nicht magnetisch dotierten Halbleiter ("non magnetic semiconductors", NMS) mit optischen Mitteln nachgewiesen. Die elektrischen Eigenschaften des Metall-Halbleiter-Kontaktes vom Materialsystem n-(Be,Zn,Mn)Se - n-(Be,Zn)Se wurden untersucht und optimiert, wobei spezifische Kontakwiderst{\"a}nde von bis zu ca. 2 10^-3 Ohm cm^2 bei 4 K erreicht wurden. Der Kontakt zwischen n-(Be,Zn,Mn)Se und n-(Be,Zn)Se ist unkritisch, weil der auftretende Leitungsband-Offset lediglich 40 meV betr{\"a}gt. Die Spininjektionsmessungen wurden an Bauteilen mit einem adaptiertem Design der Transmission-Line Messungen ("TLM") durchgef{\"u}hrt. Bei diesem Materialsystem wurde am Gesamtbauteil ein positiver Magnetowiderstand von bis zu 25 \% detektiert. Da sowohl der intrinsische Magnetowiderstand der einzelnen Halbleiterschichten negativ bzw. konstant war, als auch kein besonderes Magnetowiderstandsverhalten an der Metall-Halbleiter-Grenzschicht festgestellt werden konnte, kann dieser Magnetowiderstand als erster elektrischer Nachweis einer Spininjektion in einen Halbleiter angesehen werden. Die bei geringeren Temperaturen (300 mK und 2 K) bereits bei kleineren B-Feldern eintretende S{\"a}ttigung des Widerstandes ist dar{\"u}berhinaus mit der Temparaturabh{\"a}ngigkeit der Zeeman-Aufspaltung des DMS in Einklang zu bringen. Eine systematische Untersuchung dieses "Large Magnetoresistance" Effektes von der Dotierung der beteiligten Halbleiter zeigt hingegen ein komplexeres Bild auf. Es scheint ein optimales Dotierregime, sowohl f{\"u}r den DMS als auch f{\"u}r den NMS zu geben. H{\"o}here oder geringere Dotierung reduzieren die relative Gr{\"o}ße des positiven Magnetowiderstandes. Auch bei stark unterschiedlich dotierten DMS- und NMS-Schichten tritt eine (partielle) Unterdr{\"u}ckung des Magnetowiderstandes auf, in {\"U}bereinstimmung mit dem Modell. Dies l{\"a}sst den Schluss zu, dass neben einer, der Spininjektion abtr{\"a}glichen, großen Differenz der Ladungstr{\"a}gerdichten, evtl. auch die Bandstrukturen der beteiligten Halbleiter f{\"u}r die Spininjektionseffekte von Bedeutung ist. Um die elektrische Spininjektion auch in der technologisch wichtigen Familie der III/V Halbleiter etablieren zu k{\"o}nnen, wurde die elektrische Spininjektion von n-(Cd,Mn)Se in n-InAs untersucht. Basierend auf den Prozessschritten "Elektronenstrahlbelichtung" und "nasschemisches {\"A}tzen" wurde eine {\"A}tztechnologie entwickelt und optimiert, bei der die {\"A}tzraten {\"u}ber die zuvor durchgef{\"u}hrte EBL kontrollierbar eingestellt werden k{\"o}nnen. Mesas mit Breiten von bis zu 12 nm konnten damit hergestellt werden. Untersuchungen zur elektrischen Spininjektion von (Cd,Mn)Se in InAs wurden mit Stromtransport senkrecht zur Schichtstruktur durchgef{\"u}hrt. Erste Messungen deuten bei niedrigen Magnetfeldern (B< 1,5 T) auf eine {\"a}hnliche Abh{\"a}ngigkeit des Gesamtwiderstand vom externen Feld hin wie im Materialsystem (Be,Zn,Mn)Se - (Be,Zn)Se. Allerdings tritt bei h{\"o}heren Feldern ein stark negativer Magnetowiderstand des Gesamtbauteils auf, der qualitativ einen {\"a}hnlichen Verlauf zeigt wie die (Cd,Mn)Se-Schicht allein. Da die I/U Kennlininen des Gesamtbauteils Nichtlinearit{\"a}ten aufweisen, k{\"o}nnen Tunneleffekte an einer oder mehrerer Barrieren eine wichtige Rolle spielen. Ob durch diese Tunneleffekte eine elektrische Spinijektion induziert wird, kann noch nicht abschließend gekl{\"a}rt werden. W{\"u}nschenswert ist daher eine weitere Charakterisierung der Einzelschichten. Ein weiteres Ziel ist, in Verbindung mit den oben angef{\"u}hrten technologischen Vorbereitungen, eine durch Nanostrukturierung erm{\"o}glichte, delokale Messung des Magnetowiderstand. Durch dieses Messverfahren k{\"o}nnten etwaige Tunnel-Effekte an der Metall-DMS Schicht zwanglos von denen an der DMS-NMS Grenzschicht getrennt werden.},
subject = {Zwei-Sechs-Halbleiter},
language = {de}
}
@phdthesis{Mueller2009,
author = {M{\"u}ller, Christian Robert},
title = {Nanoelektronische Feldeffekt-Transistoren und Quantenpunktspeicher auf der Basis von modulationsdotierten GaAs/AlGaAs Heterostrukturen},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-39948},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2009},
abstract = {Diese Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit Elektronentransport in nanostrukturierten Bauelementen auf Halbleiterbasis, wobei im Speziellen deren Transistor- und Speichereigenschaften untersucht werden. Grundlage f{\"u}r die Bauelemente stellt eine modulationsdotierte GaAs/AlGaAs Heterostruktur dar, die mittels Elektronenstrahllithographie und nasschemischen {\"A}tzverfahren strukturiert wird. Auf Grund der Bandverbiegung bildet sich in der N{\"a}he des Hetero{\"u}bergangs ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) aus, das als leitf{\"a}hige Schicht in den Strukturen dient. Im Rahmen der Arbeit werden die Transporteigenschaften f{\"u}r unterschiedliche Bauelementdesigns untersucht, wobei die laterale Ausdehnung der Bauelemente wenige 10 nm betr{\"a}gt. Die Charakterisierung des Elektronentransports erfolgt sowohl im linearen als auch nichtlinearen Transportregime f{\"u}r tiefe Temperaturen (T = 4.2 K) bis hin zu Raumtemperatur. Das erste experimentelle Kapitel besch{\"a}ftigt sich mit dem Entwurf und der Charakterisierung von statischen Speicherzellen mit integriertem Floating Gate. Bei den hierf{\"u}r hergestellten Bauelementen befindet sich eine Schicht selbstorganisierter Quantenpunkte (QDs) in direkter N{\"a}he zum 2DEG. Der Abstand zwischen 2DEG und QDs ist kleiner als die Abschirml{\"a}nge im Halbleitermaterial, wodurch die QDs als Floating Gate dienen und Informationen elektrisch gespeichert werden k{\"o}nnen. Die Speicherzellen wurden in Form von Quantendraht-Transistoren (QWTs) und Y-Schaltern (YBSs) realisiert und bez{\"u}glich der Speicherf{\"a}higkeit der QDs sowohl bei tiefen Temperaturen als auch bei Raumtemperatur untersucht. Im zweiten experimentellen Kapitel dieser Arbeit wird ein neues, auf dem Feldeffekt beruhendes, Transistordesign vorgestellt. Die hierf{\"u}r hergestellten Heterostrukturen besitzen ein 2DEG, das sich zwischen 33 nm und 80 nm unterhalb der Oberfl{\"a}che der Heterostruktur befindet. Mittels in die Oberfl{\"a}che der Heterostruktur ge{\"a}tzter Gr{\"a}ben wird eine Isolation zwischen den leitf{\"a}higen Regionen der Bauelemente geschaffen. Das einfache Design der sogenannten Three-Terminal Junctions (TTJs), in Verbindung mit dem oberfl{\"a}chennahen 2DEG, erm{\"o}glicht die monolithische Realisierung von integrierten logischen Gattern. Durch eine ausf{\"u}hrliche Betrachtung des Transistorverhaltens der TTJs k{\"o}nnen sowohl Subthreshold Swings kleiner als das thermische Limit klassischer Feldeffekt-Transistoren als auch Hochfrequenzfunktionalit{\"a}t demonstriert werden.},
subject = {Galliumarsenid},
language = {de}
}
@phdthesis{Muehlbauer2015,
author = {M{\"u}hlbauer, Mathias Josef},
title = {Nanolithography on Mercury Telluride},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-137152},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2015},
abstract = {Topological insulators belong to a new quantum state of matter that is currently one of the most recognized research fields in condensed matter physics. Strained bulk HgTe and HgTe/HgCdTe quantum well structures are currently one of few topological insulator material systems suitable to be studied in transport experiments. In addition HgTe quantum wells provide excellent requirements for the conduction of spintronic experiments. A fundamental requirement for most experiments, however, is to reliably pattern these heterostructures into advanced nano-devices. Nano-lithography on this material system proves to be challenging because of inherent temperature limitations, its high reactivity with various metals and due to its properties as a topological insulator. The current work gives an insight into why many established semiconductor lithography processes cannot be easily transferred to HgTe while providing alternative solutions. The presented developments include novel ohmic contacts, the prevention of metal sidewalls and redeposition fences in combination with low temperature (80 °C) lithography and an adapted hardmask lithography process utilizing a sacrificial layer. In addition we demonstrate high resolution low energy (2.5 kV) electron beam lithography and present an alternative airbridge gating technique. The feasibility of nano-structures on HgTe quantum wells is exemplarily verified in two separate transport experiments. We are first to realize physically etched quantum point contacts in HgTe/HgCdTe high mobility 2DEGs and to prove their controllability via external top-gate electrodes. So far quantum point contacts have not been reported in TI materials. However, these constrictions are part of many proposals to probe the nature of the helical quantum spin Hall edge channels and are suggested as injector and detector devices for spin polarized currents. To confirm their functionality we performed four-terminal measurements of the point contact conductance as a function of external gate voltage. Our measurements clearly exhibit quantized conductance steps in 2e2/h, which is a fundamental characteristic of quantum point contacts. Furthermore we conducted measurements on the formation and control of collimated electron beams, a key feature to realize an all electrical spin-optic device. In a second study several of the newly developed lithography techniques were implemented to produce arrays of nano-wires on inverted and non-inverted HgTe quantum well samples. These devices were used in order to probe and compare the weak antilocalization (WAL) in these structures as a function of magnetic field and temperature. Our measurements reveal that the WAL is almost an order of magnitude larger in inverted samples. This observation is attributed to the Dirac-like dispersion of the energy bands in HgTe quantum wells. The described lithography has already been successfully implemented and adapted in several published studies. All processes have been optimized to guarantee a minimum effect on the heterostructure's properties and the sample surface, which is especially important for probing the topological surface states of strained HgTe bulk layers. Our developments therefore serve as a base for continuous progress to further establish HgTe as a topological insulator and give access to new experiments.},
subject = {Topologischer Isolator},
language = {en}
}
@phdthesis{Schoemig2004,
author = {Sch{\"o}mig, Herbert Richard},
title = {Nanooptik an breitbandl{\"u}ckigen Halbleiter-Nanostrukturen f{\"u}r die Spintronik und Optoelektronik},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-126558},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2004},
abstract = {Die vorliegende Arbeit behandelt drei Themen aus der Forschung an nanostrukturierten Halbleitern im Umfeld der Spintronik und Optoelektronik. 1) Einzelne semimagnetische Quantenpunkte Mn-dotierte, und damit semimagnetische Halbleiter zeichnen sich durch eine sp-d-Austauschkopplung zwischen den freien Ladungstr{\"a}gerspins und den Mn-Spins aus. F{\"u}r ein optisch injiziertes Exziton bedeutet dies eine Austauschenergie, die sich proportional zur Mn-Magnetisierung im Exzitonvolumen verh{\"a}lt. Lokalisiert man das Exziton in einem Quantenpunkt, so kann man es als Sonde f{\"u}r die Magnetisierung in der Nanoumgebung gebrauchen. Bedingung hierf{\"u}r ist die spektroskopische Selektion einzelner Quantenpunkte. Die Selektion einzelner CdSe/ZnMnSe-Quantenpunkte konnte realisiert werden durch die lithographische Pr{\"a}paration einer lichtundurchl{\"a}ssigen Metallmaske auf der Probenoberfl{\"a}che, versehen mit nanoskaligen Aperturen. Die Photolumineszenz(PL)-Emission an diesen Aperturen zeigt individuelle PL-Linien entsprechend einzelner Quantenpunkte. Mittels Magneto-PL-Spektroskopie gelingt es das magnetische Moment einzelner Quantenpunkte von wenigen 10 Bohrmagneton sowie die thermische Fluktuation dieses Moments aufzukl{\"a}ren. Sowohl die Temperatur- als auch die Magnetfeldabh{\"a}ngigkeit der Exziton-Mn-Kopplung werden im Rahmen eines modifizierten Brillouinmodells konsistent beschrieben. 2) Ferromagnet-DMS-Hybride Eine lokale Beeinflussung von Spins im Halbleiter wird m{\"o}glich durch die Pr{\"a}paration von ferromagnetischen Strukturen auf der Halbleiteroberfl{\"a}che. Die magnetischen Streufelder, welche von nanostrukturierten Ferromagneten (FM) erzeugt werden, k{\"o}nnen auf mesoskopischer L{\"a}ngenskala eine Verbiegung der Spinb{\"a}nder in einem Quantenfilm bewirken. Dies gilt insbesondere f{\"u}r einen semimagnetischen (DMS-)Quantenfilm vom Typ ZnCdMnSe/ZnSe, wie er im vorliegenden Fall Verwendung fand. Aufgrund der Verst{\"a}rkerfunktion der Mn-Spins liegen hier n{\"a}mlich riesige effektive g-Faktoren vor, welche im Magnetfeld große Spinaufspaltungen produzieren. Wie magnetostatische Rechnungen f{\"u}r Drahtstrukturen aus ferromagnetischem Dysprosium (Dy) offenlegen, sind bei senkrechter Magnetisierung Streufelder in der Gr{\"o}ßenordung von 0.1 bis 1 T in der Quantenfilmebene darstellbar. Magneto-PL-Messungen mit hoher Ortsaufl{\"o}sung demonstrieren tats{\"a}chlich einen Einfluß der nanostrukturierten Ferromagnete auf die exzitonischen Spinzust{\"a}nde im Quantenfilm und erlauben zudem einen R{\"u}ckschluß auf die magnetische Charakteristik der FM-Nanostrukturen. 3) Einzelne Lokalisationszentren in InGaN/GaN-Quantenfilmen Die Lokalisation der Ladungstr{\"a}ger in nm-skaligen Materieinseln hat einen erheblichen Einfluss auf die optischen Eigenschaften eines InGaN-Quantenfilmes. Eine detaillierte Aufkl{\"a}rung dieses Effektes erfordert den reproduzierbaren, spektroskopischen Zugang zu einzelnen dieser Lokalisationszentren. Diese Bedingung wurde hier mit der Aufbringung einer Nanoaperturmaske auf der Halbleiteroberfl{\"a}che erf{\"u}llt. PL-Spektren, gemessen an solchen Nanoaperturen bei einer Temperatur von 4 K, weisen tats{\"a}chlich einzelne, spektral scharfe Emissionlinien mit Halbwertsbreiten bis hinab zu 0.8 meV auf. Eine solche Einzellinie entspricht dabei der PL-Emission aus in einem einzelnen Lokalisationszentrum, welche an dieser Stelle erstmalig nachgewiesen werden konnte. In den folgenden Experimenten zeigte sich interessanterweise, dass diese Einzellinien g{\"a}nzlich andere Abh{\"a}ngigkeiten an den Tag legen als das inhomogene PL-Signal eines großen Ensembles von Zentren. Dies erm{\"o}glichte eine fundierte Beurteilung bislang kontrovers diskutierter Mechanismen, welche f{\"u}r die PL-Charakteristik von InGaN-Quantenfilmen relevant sind. Als bestimmende Faktoren erwiesen sich das interne Piezofeld, der Bandf{\"u}lleffekt und die Bildung von Multiexzitonen.},
subject = {Cadmiumselenid},
language = {de}
}
@phdthesis{Schoemig2004,
author = {Sch{\"o}mig, Herbert Richard},
title = {Nanooptik an breitbandl{\"u}ckigen Halbleiter-Nanostrukturen f{\"u}r die Spintronik und Optoelektronik},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-15188},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2004},
abstract = {Die vorliegende Arbeit behandelt drei Themen aus der Forschung an nanostrukturierten Halbleitern im Umfeld der Spintronik und Optoelektronik. 1) Einzelne semimagnetische Quantenpunkte Mn-dotierte, und damit semimagnetische Halbleiter zeichnen sich durch eine sp-d-Austauschkopplung zwischen den freien Ladungstr{\"a}gerspins und den Mn-Spins aus. F{\"u}r ein optisch injiziertes Exziton bedeutet dies eine Austauschenergie, die sich proportional zur Mn-Magnetisierung im Exzitonvolumen verh{\"a}lt. Lokalisiert man das Exziton in einem Quantenpunkt, so kann man es als Sonde f{\"u}r die Magnetisierung in der Nanoumgebung gebrauchen. Bedingung hierf{\"u}r ist die spektroskopische Selektion einzelner Quantenpunkte. Die Selektion einzelner CdSe/ZnMnSe-Quantenpunkte konnte realisiert werden durch die lithographische Pr{\"a}paration einer lichtundurchl{\"a}ssigen Metallmaske auf der Probenoberfl{\"a}che, versehen mit nanoskaligen Aperturen. Die Photolumineszenz(PL)-Emission an diesen Aperturen zeigt individuelle PL-Linien entsprechend einzelner Quantenpunkte. Mittels Magneto-PL-Spektroskopie gelingt es das magnetische Moment einzelner Quantenpunkte von wenigen 10 Bohrmagneton sowie die thermische Fluktuation dieses Moments aufzukl{\"a}ren. Sowohl die Temperatur- als auch die Magnetfeldabh{\"a}ngigkeit der Exziton-Mn-Kopplung werden im Rahmen eines modifizierten Brillouinmodells konsistent beschrieben. 2) Ferromagnet-DMS-Hybride Eine lokale Beeinflussung von Spins im Halbleiter wird m{\"o}glich durch die Pr{\"a}paration von ferromagnetischen Strukturen auf der Halbleiteroberfl{\"a}che. Die magnetischen Streufelder, welche von nanostrukturierten Ferromagneten (FM) erzeugt werden, k{\"o}nnen auf mesoskopischer L{\"a}ngenskala eine Verbiegung der Spinb{\"a}nder in einem Quantenfilm bewirken. Dies gilt insbesondere f{\"u}r einen semimagnetischen (DMS-)Quantenfilm vom Typ ZnCdMnSe/ZnSe, wie er im vorliegenden Fall Verwendung fand. Aufgrund der Verst{\"a}rkerfunktion der Mn-Spins liegen hier n{\"a}mlich riesige effektive g-Faktoren vor, welche im Magnetfeld große Spinaufspaltungen produzieren. Wie magnetostatische Rechnungen f{\"u}r Drahtstrukturen aus ferromagnetischem Dysprosium (Dy) offenlegen, sind bei senkrechter Magnetisierung Streufelder in der Gr{\"o}ßenordung von 0.1 bis 1 T in der Quantenfilmebene darstellbar. Magneto-PL-Messungen mit hoher Ortsaufl{\"o}sung demonstrieren tats{\"a}chlich einen Einfluß der nanostrukturierten Ferromagnete auf die exzitonischen Spinzust{\"a}nde im Quantenfilm und erlauben zudem einen R{\"u}ckschluß auf die magnetische Charakteristik der FM-Nanostrukturen. 3) Einzelne Lokalisationszentren in InGaN/GaN-Quantenfilmen Die Lokalisation der Ladungstr{\"a}ger in nm-skaligen Materieinseln hat einen erheblichen Einfluss auf die optischen Eigenschaften eines InGaN-Quantenfilmes. Eine detaillierte Aufkl{\"a}rung dieses Effektes erfordert den reproduzierbaren, spektroskopischen Zugang zu einzelnen dieser Lokalisationszentren. Diese Bedingung wurde hier mit der Aufbringung einer Nanoaperturmaske auf der Halbleiteroberfl{\"a}che erf{\"u}llt. PL-Spektren, gemessen an solchen Nanoaperturen bei einer Temperatur von 4 K, weisen tats{\"a}chlich einzelne, spektral scharfe Emissionlinien mit Halbwertsbreiten bis hinab zu 0.8 meV auf. Eine solche Einzellinie entspricht dabei der PL-Emission aus in einem einzelnen Lokalisationszentrum, welche an dieser Stelle erstmalig nachgewiesen werden konnte. In den folgenden Experimenten zeigte sich interessanterweise, dass diese Einzellinien g{\"a}nzlich andere Abh{\"a}ngigkeiten an den Tag legen als das inhomogene PL-Signal eines großen Ensembles von Zentren. Dies erm{\"o}glichte eine fundierte Beurteilung bislang kontrovers diskutierter Mechanismen, welche f{\"u}r die PL-Charakteristik von InGaN-Quantenfilmen relevant sind. Als bestimmende Faktoren erwiesen sich das interne Piezofeld, der Bandf{\"u}lleffekt und die Bildung von Multiexzitonen.},
subject = {Cadmiumselenid},
language = {de}
}
@phdthesis{Bach2004,
author = {Bach, Lars},
title = {Neuartige nanostrukturierte Halbleiterlaser und Mikroringresonatoren auf InP-Basis f{\"u}r Wellenl{\"a}ngenmultiplexsysteme in der optischen Nachrichten{\"u}bertragung},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-9474},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2004},
abstract = {Zusammenfassung Diese Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der Herstellung und Untersuchung von neuartigen nanostrukturierten Halbleiterbauelementen. Es wird gezeigt, dass durch den Einsatz von optischer und hochaufl{\"o}sender Elektronenstrahl- und Ionenstrahllithographie verschiedene optoelektronische Bauelemente (Laser und Filter) definiert werden k{\"o}nnen. Die Kombination dieser Definitionsprozesse mit speziellen nass- und trockenchemischen {\"A}tzverfahren erlaubt die Herstellung von Bauelementen mit sehr hoher Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und monolithischer Integrationsf{\"a}higkeit mit verschiedensten Geometrien und Bereichen innerhalb der Bauelemente. Die Grundlagen zum Verst{\"a}ndnis der Funktionsweise und der Hochfrequenzeigenschaften der einzelnen Resonatorarten, Gitterstrukturen und der Laser mit diesen Gitterstrukturen sind in Kapitel 2 zusammen gefasst. Nach einer kurzen Abhandlung des Laserprinzips und des Aufbaus einer Laserdiode, werden die statischen und dynamischen Kenngr{\"o}ßen und Prozesse in den Lasern ausf{\"u}hrlich vorgestellt. Besonderes Augenmerk gilt dabei den dynamischen Grundlagen und der Erl{\"a}uterung eines zus{\"a}tzlichen Wechselwirkungsprinzips, genannt „Detuned Loading", im Laser und die sich daraus ergebenden neuen Eigenschaften. Die Auswirkungen der Resonatorgeometrien und Gitterstrukturen auf die spektralen Eigenschaften der Laser sind Bestandteil des zweiten Teiles von Kapitel 2. In Kapitel 3 werden die technologischen Prozesse zur Herstellung der verschiedensten pr{\"a}sentierten Bauelemente im Detail vorgestellt. Die Vorstellung der Charakterisierungsmethoden und der verwendeten Messpl{\"a}tze schließen dieses Kapitel ab. Kapitel 4 besch{\"a}ftigt sich ausschließlich mit den elektrischen und spektralen Eigenschaften der einzel- und gekoppelten Quadrat-Resonator-Lasern. Kapitel 5 besch{\"a}ftigt sich mit monomodige DFB- oder DBR-Lasern f{\"u}r Wellenl{\"a}ngenmultiplexsysteme im Wellenl{\"a}ngenbereich um 1.55 µm, als Einzelkomponenten oder in Arrays, die eine exakt einstellbarere Wellenl{\"a}nge und hoher Modenstabilit{\"a}t aufweisen. Durch die Verwendung des DBR-Prinzips kann eine signifikante Verbesserung der statischen und dynamischen Eigenschaften gegen{\"u}ber dem DFB-Prinzip erreicht werden. Die Verbesserungen der statischen Eigenschaften beruhen haupts{\"a}chlich auf der r{\"a}umlichen Trennung von Verst{\"a}rkungs- und Gitterbereich im Fall des DBR-Lasers und der damit verbundenen Erh{\"o}hung der Reflexion des R{\"u}ckfacettenbereiches. Die Trennung bewirkt eine Reduktion der Absorption im Verst{\"a}rkungsbereich, keine gitterimplantationsbedingten Erh{\"o}hung der internen Absorption wie im DFB-Fall, und damit eine Erh{\"o}hung der Effizienz was sich wiederum in einer geringern W{\"a}rmeproduktion {\"a}ußert. Aufgrund der aufgef{\"u}hrten Ursachen ist es m{\"o}glich durch Gr{\"o}ßenoptimierung der jeweiligen Bereiche Schwellenstr{\"o}me von 8 mA, Effizienzen von 0.375 W/A, Ausgangsleistungen bis zu 70 mW, Betriebsbereiche bis zum 12fachen des Schwellenstromes, Verschiebungen der Wellenl{\"a}nge mit dem Betriebsstrom von 0.01 nm/mA, eine thermische Belastbarkeiten bis zu 120°C und Seitenmodenunterdr{\"u}ckungen bis zu 67 dB durch das DBR-Laserprinzip zu realisieren. In Kapitel 6 wird ein neues Konzept eines hochfrequenzoptimierten Lasers vorgestellt. Das Prinzip des „Detuned Loading" ist sehr sensitiv auf die Phasenlage der umlaufenden Welle im Laser und auf die Lage der Hauptmode auf der Reflexionsfunktion des Gitters. Da eine Phasen{\"a}nderung von 2\&\#61552;\&\#61472;einer L{\"a}ngen{\"a}nderung von einigen 100 nm entspricht und dies außerhalb der Herstellungstoleranz liegt, ist eine gezielte Kontrolle dieses Prinzips im DBR-Laser nicht m{\"o}glich. Dies f{\"u}hrte zu einer Weiterentwicklung des DBR-Lasers in einem Laser der einer Phasenkontrolle erm{\"o}glicht, genannt CCIG-Laser. Dieser Laser besteht aus einer Lasersektion, einer zentralen Gittersektion und einer angeschlossenen Phasensektion. Durch Strominjektion in die Phasensektion ist es m{\"o}glich {\"u}ber eine {\"A}nderung des Brechungsindexes eine gezielte Einstellung der Phasenlage zu gew{\"a}hrleisten. Die Phasensektion hat keine Auswirkungen auf die statischen elektrischen und spektralen Eigenschaften der Laser. Diese sind sehr gut mit denen der DBR-Laser vergleichbar. Damit war es m{\"o}glich durch einen CCIG-Laser mit Sektionsgr{\"o}ßen von 500 µm f{\"u}r jede Sektion eine Steigerung der Bandbreite auf einen Rekordwert von 37 GHz, dass entspricht einem Steigerungsfaktor von 4.5 gegen{\"u}ber Fabry-Perot-Lasern gleicher L{\"a}nge, zu steigern.},
subject = {Halbleiterlaser},
language = {de}
}
@phdthesis{Gutjahr2019,
author = {Gutjahr, Fabian Tobias},
title = {Neue Methoden der physiologischen Magnet-Resonanz-Tomographie: Modellbasierte T1-Messungen und Darstellung von chemischem Austausch mit positivem Kontrast},
doi = {10.25972/OPUS-16106},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-161061},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2019},
abstract = {Ziel dieser Arbeit war es, neue quantitative Messmethoden am Kleintier, insbesondere die Perfusionsmessung am M{\"a}useherz, zu etablieren. Hierf{\"u}r wurde eine retrospektiv getriggerte T1-Messmethode entwickelt. Da bei retrospektiven Methoden keine vollst{\"a}ndige Abtastung garantiert werden kann, wurde ein Verfahren gefunden, das mit Hilfe von Vorwissen {\"u}ber das gemessene Modell sehr effizient die fehlenden Daten interpolieren kann. Mit Hilfe dieser Technik werden dynamische T1-Messungen mit hoher r{\"a}umlicher und zeitlicher Aufl{\"o}sung m{\"o}glich. Dank der hohen Genauigkeit der T1-Messmethode l{\"a}sst sich diese f{\"u}r die nichtinvasive Perfusionsmessung am M{\"a}useherz mittels der FAIR-ASL-Technik nutzen. Da auf Grund der retrospektiven Triggerung Daten an allen Positionen im Herzzyklus akquiriert werden, konnten T1- und Perfusionskarten nach der Messung zu beliebigen Punkten im Herzzyklus rekonstruiert werden. Es bietet sich an, Techniken, die f{\"u}r die myokardiale Perfusion angewandt werden, auch f{\"u}r die Nierenperfusionsmessung zu verwenden, da die Niere in ihrer Rinde (Cortex) eine {\"a}hnlich hohe Perfusion aufweist wie das Myokard. Gleichzeitig f{\"u}hren Nierenerkrankungen oftmals zu schlechter Kontrastmittelvertr{\"a}glichkeit, da diese bei Niereninsuffizienz u.U. zu lange im K{\"o}rper verweilen und die Niere weiter sch{\"a}digen. Auch deshalb sind die kontrastmittelfreien Spin-Labeling-Methoden hier interessant. Die FAIR-ASL-Technik ist jedoch an M{\"a}usen in koronaler Ansicht f{\"u}r die Niere schlecht geeignet auf Grund des geringen Unterschieds zwischen dem markierten und dem Vergleichsexperiment. Als L{\"o}sung f{\"u}r dieses Problem wurde vorgeschlagen, die Markierungsschicht senkrecht zur Messschicht zu orientieren. Hiermit konnte die Sensitivit{\"a}t gesteigert und gleichzeitig die Variabilit{\"a}t der Methode deutlich verringert werden. Mit Hilfe von kontrastmittelgest{\"u}tzten Messungen konnten auch das regionale Blutvolumen und das Extrazellularvolumen bestimmt werden. In den letzten Jahren hat das Interesse an Extrazellularvolumenmessungen zugenommen, da das Extrazellularvolumen stellvertretend f{\"u}r diffuse Fibrose gemessen werden kann, die bis dahin nichtinvasiven Methoden nicht zug{\"a}nglich war. Die bisher in der Literatur verwendeten Quantifizierungsmethoden missachten den Einfluss, den das H{\"a}matokrit auf den ECV-Wert hat. Es wurde eine neue Korrektur vorgeschlagen, die allerdings zus{\"a}tzlich zur ECV-Messung auch eine RBV-Messung ben{\"o}tigt. Durch gleichzeitige Messung beider Volumenanteile konnte auch erstmals das Extrazellulare-Extravaskul{\"a}re-Volumen bestimmt werden. Eine g{\"a}nzlich andere kontrastmittelbasierte Methode in der MRT ist die Messung des chemischen Austauschs. Hierbei wirkt das Kontrastmittel nicht direkt beschleunigend auf die Relaxation, sondern der Effekt des Kontrastmittels wird gezielt durch HF-Pulse an- und ausgeschaltet. Durch den chemischen Austausch kann die Auswirkung der HF-Pulse akkumuliert werden. Bislang wurde bei solchen Messungen ein negativer Kontrast erzeugt, der ohne zus{\"a}tzliche Vergleichsmessungen schwer detektierbar war. Im letzten Teil dieser Arbeit konnte eine neue Methode zur Messung des chemischen Austauschs gezeigt werden, die entgegen der aus der Literatur bekannten Methoden nicht S{\"a}ttigung, sondern Anregung {\"u}bertr{\"a}gt. Diese {\"A}nderung erlaubt es, einen echten positiven chemischen Austausch-Kontrast zu erzeugen, der nicht zwingend ein Vergleichsbild ben{\"o}tigt. Gleichzeitig erm{\"o}glicht die Technik, dadurch dass Anregung {\"u}bertragen wird, die Phase der Anregung zu kontrollieren und nutzen. Eine m{\"o}gliche Anwendung ist die Unterscheidung verschiedener Substanzen in einer Messung. In der Summe wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene robuste Methoden eta- bliert, die die M{\"o}glichkeiten der quantitativen physiologischen MRT erweitern.},
subject = {Kernspintomografie},
language = {de}
}
@phdthesis{Gram2023,
author = {Gram, Maximilian},
title = {Neue Methoden der Spin-Lock-basierten Magnetresonanztomographie: Myokardiale T\(_{1ρ}\)-Quantifizierung und Detektion magnetischer Oszillationen im nT-Bereich},
doi = {10.25972/OPUS-32255},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-322552},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2023},
abstract = {Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung neuer, robuster Methoden der Spin-Lock-basierten MRT. Im Fokus stand hierbei vorerst die T1ρ-Quantifizierung des Myokards im Kleintiermodell. Neben der T1ρ-Bildgebung bietet Spin-Locking jedoch zus{\"a}tzlich die M{\"o}glichkeit der Detektion ultra-schwacher, magnetischer Feldoszillationen. Die Projekte und Ergebnisse, die im Rahmen dieses Promotionsvorhabens umgesetzt und erzielt wurden, decken daher ein breites Spektrum der Spin-lock basierten Bildgebung ab und k{\"o}nnen grob in drei Bereiche unterteilt werden. Im ersten Schritt wurde die grundlegende Pulssequenz des Spin-Lock-Experimentes durch die Einf{\"u}hrung des balancierten Spin-Locks optimiert. Der zweite Schritt war die Entwicklung einer kardialen MRT-Sequenz f{\"u}r die robuste Quantifizierung der myokardialen T1ρ-Relaxationszeit an einem pr{\"a}klinischen Hochfeld-MRT. Im letzten Schritt wurden Konzepte der robusten T1ρ-Bildgebung auf die Methodik der Felddetektion mittels Spin-Locking {\"u}bertragen. Hierbei wurden erste, erfolgreiche Messungen magnetischer Oszillationen im nT-Bereich, welche lokal im untersuchten Gewebe auftreten, an einem klinischen MRT-System im menschlichen Gehirn realisiert.},
subject = {Kernspintomografie},
language = {de}
}
@phdthesis{Winter2018,
author = {Winter, Patrick},
title = {Neue Methoden zur Quantitativen Kardiovaskul{\"a}ren MR-Bildgebung},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-174023},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2018},
abstract = {Herzkreislauferkrankungen stellen die h{\"a}ufigsten Todesursachen in den Industrienationen dar. Die Entwicklung nichtinvasiver Bildgebungstechniken mit Hilfe der Magnetresonanz-Tomografie (MRT) ist daher von großer Bedeutung, um diese Erkrankungen fr{\"u}hzeitig zu erkennen und um die Entstehungsmechanismen zu erforschen. In den letzten Jahren erwiesen sich dabei genetisch modifzierte Mausmodelle als sehr wertvoll, da sich durch diese neue Bildgebungsmethoden entwickeln lassen und sich der Krankheitsverlauf im Zeitraffer beobachten l{\"a}sst. Ein große Herausforderung der murinen MRT-Bildgebung sind die die hohen Herzraten und die schnelle Atmung. Diese erfordern eine Synchronisation der Messung mit dem Herzschlag und der Atmung des Tieres mit Hilfe von Herz- und Atemsignalen. Konventionelle Bildgebungstechniken verwenden zur Synchronisation mit dem Herzschlag EKG Sonden, diese sind jedoch insbesondere bei hohen Feldst{\"a}rken (>3 T) sehr st{\"o}ranf{\"a}llig. In dieser Arbeit wurden daher neue Bildgebungsmethoden entwickelt, die keine externen Herz- und Atemsonden ben{\"o}tigen, sondern das MRT-Signal selbst zur Bewegungssynychronisation verwenden. Mit Hilfe dieser Technik gelang die Entwicklung neuer Methoden zur Flussbildgebung und der 3D-Bildgebung, mit denen sich das arterielle System der Maus qualitativ und quantitativ erfassen l{\"a}sst, sowie einer neuen Methode zur Quantisierung der longitudinalen Relaxationszeit T1 im murinen Herzen. Die in dieser Arbeit entwickelten Methoden erm{\"o}glichen robustere Messungen des Herzkreislaufsystems. Im letzten Kapitel konnte dar{\"u}ber hinaus gezeigt werden dass sich die entwickelten Bildgebungstechniken in der Maus auch auf die humane Bildgebung {\"u}bertragen lassen.},
subject = {Kernspintomografie},
language = {de}
}
@phdthesis{Benkert2015,
author = {Benkert, Thomas},
title = {Neue Steady-State-Techniken in der Magnetresonanztomographie},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-115381},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2015},
abstract = {Die bSSFP-Sequenz kombiniert kurze Akquisitionszeiten mit einem hohen Signal-zu-Rausch-Verh{\"a}ltnis, was sie zu einer vielversprechenden Bildgebungsmethode macht. Im klinischen Alltag ist diese Technik jedoch bisher - abgesehen von vereinzelten Anwendungen - kaum etabliert. Die Hauptgr{\"u}nde hierf{\"u}r sind Signalausl{\"o}schungen in Form von Bandingartefakten sowie der erzielte T2/T1-gewichtete Mischkontrast. Das Ziel dieser Dissertation war die Entwicklung von Methoden zur L{\"o}sung der beiden genannten Limitationen, um so eine umfassendere Verwendung von bSSFP f{\"u}r die MR-Diagnostik zu erm{\"o}glichen. Magnetfeldinhomogenit{\"a}ten, die im Wesentlichen durch Suszeptibilit{\"a}tsunterschiede oder Imperfektionen seitens der Scannerhardware hervorgerufen werden, {\"a}ußern sich bei der bSSFP-Bildgebung in Form von Bandingartefakten. Mit DYPR-SSFP (DYnamically Phase-cycled Radial bSSFP) wurde ein Verfahren vorgestellt, um diese Signalausl{\"o}schungen effizient zu entfernen. W{\"a}hrend f{\"u}r bereits existierende Methoden mehrere separate bSSFP-Bilder akquiriert und anschließend kombiniert werden m{\"u}ssen, ist f{\"u}r die Bandingentfernung mittels DYPR-SSFP lediglich die Aufnahme eines einzelnen Bildes notwendig. Dies wird durch die neuartige Kombination eines dynamischen Phasenzyklus mit einer radialen Trajektorie mit quasizuf{\"a}lligem Abtastschema erm{\"o}glicht. Die notwendigen Bestandteile k{\"o}nnen mit geringem Aufwand implementiert werden. Des Weiteren ist kein spezielles Rekonstruktionsschema notwendig, was die breite Anwendbarkeit des entwickelten Ansatzes erm{\"o}glicht. Konventionelle Methoden zur Entfernung von Bandingartefakten werden sowohl bez{\"u}glich ihrer Robustheit als auch bez{\"u}glich der notwendigen Messzeit {\"u}bertroffen. Um die Anwendbarkeit von DYPR-SSFP auch jenseits der gew{\"o}hnlichen Bildgebung zu demonstrieren, wurde die Methode mit der Fett-Wasser-Separation kombiniert. Basierend auf der Dixon-Technik konnten so hochaufgel{\"o}ste Fett- sowie Wasserbilder erzeugt werden. Aufgrund der Bewegungsinsensitiv{\"a}t der zugrunde liegenden radialen Trajektorie konnten die Messungen unter freier Atmung durchgef{\"u}hrt werden, ohne dass nennenswerte Beeintr{\"a}chtigungen der Bildqualit{\"a}t auftraten. Die erzielten Ergebnisse am Abdomen zeigten weder Fehlzuordnungen von Fett- und Wasserpixeln noch verbleibende Bandingartefakte. Ein Nachteil der gew{\"o}hnlichen Dixon-basierten Fett-Wasser-Separation ist es, dass mehrere separate Bilder zu verschiedenen Echozeiten ben{\"o}tigt werden. Dies f{\"u}hrt zu einer entsprechenden Verl{\"a}ngerung der zugeh{\"o}rigen Messzeit. Abhilfe schafft hier die Verwendung einer Multiecho-Sequenz. Wie gezeigt werden konnte, erm{\"o}glicht eine derartige Kombination die robuste, bandingfreie Fett-Wasser-Separation in klinisch akzeptablen Messzeiten. DYPR-SSFP erlaubt die Entfernung von Bandingartefakten selbst bei starken Magnetfeldinhomogenit{\"a}ten. Dennoch ist es m{\"o}glich, dass Signalausl{\"o}schungen aufgrund des Effekts der Intravoxeldephasierung verbleiben. Dieses Problem tritt prim{\"a}r bei der Bildgebung von Implantaten oder am Ultrahochfeld auf. Als Abhilfe hierf{\"u}r wurde die Kombination von DYPR-SSFP mit der sogenannten z-Shim-Technik untersucht, was die Entfernung dieser Artefakte auf Kosten einer erh{\"o}hten Messzeit erm{\"o}glichte. Die mit DYPR-SSFP akquirierten radialen Projektionen weisen aufgrund des angewendeten dynamischen Phasenzyklus leicht verschiedene Signallevel und Phasen auf. Diese Tatsache zeigt sich durch inkoh{\"a}rente Bildartefakte, die sich jedoch durch eine Erh{\"o}hung der Projektionsanzahl effektiv reduzieren lassen. Folglich bietet es sich in diesem Kontext an, Anwendungen zu w{\"a}hlen, bei denen bereits intrinsisch eine verh{\"a}ltnism{\"a}ßig hohe Anzahl von Projektionen ben{\"o}tigt wird. Hierbei hat sich gezeigt, dass neben der hochaufgel{\"o}sten Bildgebung die Wahl einer 3D radialen Trajektorie eine aussichtsreiche Kombination darstellt. Die in der vorliegenden Arbeit vorgestellte 3D DYPR-SSFP-Technik erlaubte so die isotrope bandingfreie bSSFP-Bildgebung, wobei die Messzeit im Vergleich zu einer gew{\"o}hnlichen bSSFP-Akquisition konstant gehalten werden konnte. Verbleibende, durch den dynamischen Phasenzyklus hervorgerufene Artefakte konnten effektiv mit einem Rauschunterdr{\"u}ckungsalgorithmus reduziert werden. Anhand Probandenmessungen wurde gezeigt, dass 3D DYPR-SSFP einen aussichtsreichen Kandidaten f{\"u}r die Bildgebung von Hirnnerven sowie des Bewegungsapparats darstellt. W{\"a}hrend die DYPR-SSFP-Methode sowie die darauf beruhenden Weiterentwicklungen effiziente L{\"o}sungen f{\"u}r das Problem der Bandingartefakte bei der bSSFP-Bildgebung darstellen, adressiert die vorgestellte RA-TOSSI-Technik (RAdial T-One sensitive and insensitive Steady-State Imaging) das Problem des bSSFP-Mischkontrasts. Die M{\"o}glichkeit der Generierung von T2-Kontrasten basierend auf der bSSFP-Sequenz konnte bereits in vorausgehenden Arbeiten gezeigt werden. Hierbei wurde die Tatsache ausgenutzt, dass der T1-Anteil des Signalverlaufs nach Beginn einer bSSFP-Akquisition durch das Einf{\"u}gen von Inversionspulsen in ungleichm{\"a}ßigen Abst{\"a}nden aufgehoben werden kann. Ein so akquiriertes Bild weist folglich einen reinen, klinisch relevanten T2-Kontrast auf. Die im Rahmen dieser Arbeit vorgestellte Methode basiert auf dem gleichen Prinzip, jedoch wurde anstelle einer gew{\"o}hnlichen kartesischen Trajektorie eine radiale Trajektorie in Kombination mit einer KWIC-Filter-Rekonstruktion verwendet. Somit k{\"o}nnen bei gleichbleibender oder sogar verbesserter Bildqualit{\"a}t aus einem einzelnen, mit RA-TOSSI akquirierten Datensatz verschiedene T2-Wichtungen als auch gew{\"o}hnliche T2/T1-Wichtungen generiert werden. Mittels Variation der Anzahl der eingef{\"u}gten Inversionspulse konnte ferner gezeigt werden, dass es neben den besagten Wichtungen m{\"o}glich ist, zus{\"a}tzliche Kontraste zu generieren, bei denen verschiedene Substanzen im Bild ausgel{\"o}scht sind. Diese Substanzen k{\"o}nnen am Beispiel der Gehirnbildgebung Fett, graue Masse, weiße Masse oder CSF umfassen und zeichnen sich neben den reinen T2-Kontrasten durch eine {\"a}hnlich hohe klinische Relevanz aus. Die m{\"o}gliche Bedeutung der vorgestellten Methode f{\"u}r die klinische Verwendung wurde durch Messungen an einer Gehirntumorpatientin demonstriert. Zusammenfassend l{\"a}sst sich sagen, dass die im Rahmen dieser Dissertation entwickelten Techniken einen wertvollen Beitrag zur L{\"o}sung der eingangs beschriebenen Probleme der bSSFP-Bildgebung darstellen. Mit DYPR-SSFP akquirierte Bilder sind bereits mit bestehender, kommerzieller Rekonstruktionssoftware direkt am Scanner rekonstruierbar. Die Software f{\"u}r die Rekonstruktion von RA-TOSSI-Datens{\"a}tzen wurde f{\"u}r Siemens Scanner implementiert. Folglich sind beide Methoden f{\"u}r klinische Studien einsetzbar, was gleichzeitig den Ausblick dieser Arbeit darstellt.},
subject = {Kernspintomografie},
language = {de}
}
@phdthesis{Baerwald2013,
author = {Baerwald, Philipp},
title = {Neutrinos from gamma-ray bursts, and the multi-messenger connection},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-85333},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2013},
abstract = {In this work, we take a look at the connection of gamma-ray bursts (GRBs) and ultra-high-energy cosmic rays (UHECR) as well as the possibilities how to verify this connection. The currently most promising approach is based on the detection of high-energy neutrinos, which are associated with the acceleration of cosmic rays. We detail how the prompt gamma-ray emission is connected to the prediction of a neutrino signal. We focus on the interactions of photons and protons in this regard. At the example of the current ANTARES GRB neutrino analysis, we show the differences between numerical predictions and older analytical methods. Moreover, we discuss the possibilities how cosmic ray particles can escape from GRBs, assuming that UHECR are entirely made up of protons. For this, we compare the commonly assumed neutron escape model with a new component of direct proton escape. Additionally, we will show that the different components, which contribute to the cosmic ray flux, strongly depend on the burst parameters, and test the applicability on some chosen GRBs. In a further step, we continue with the considerations regarding the connection of GRBs and UHECR by connecting the GRB source model with the cosmic ray observations using a simple cosmic ray propagation code. We test if it is possible to achieve the observed cosmic ray energy densities with our simple model and what the consequences are regarding the prompt GRB neutrino flux predictions as well as the cosmogenic neutrinos. Furthermore, we consider the question of neutrino lifetime and how it affects the prompt GRB neutrino flux predictions. In a final chapter, we show that it is possible to apply the basic source model with photohadronic interactions to other types of sources, using the example of the microquasar Cygnus X-3.},
subject = {Neutrino},
language = {en}
}
@phdthesis{Purea2008,
author = {Purea, Edmund Armin},
title = {New Methods and Applications in Nuclear Magnetic Resonance Microscopy using small RF Coils},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-31066},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2008},
abstract = {Nuclear magnetic resonance (NMR) imaging is a well-established imaging technique. If the achieved spatial resolution is below 100 um, it is usually denoted as magnetic resonance microscopy (MRM). The spatial resolution limit is on the order of a few um. As a downside, high resolution imaging is usually time-consuming and technological requirements are very sumptuous. Furthermore, miniaturization of the radiofrequency (RF) coil leading to a so-called microcoil is necessary; it also brings along detrimental effects. Therefore, there is a high potential for optimizing present MRM methods. Hence it is the aim of this work to improve and further develop present methods in MRM with focus on the RF coil and to apply those methods on new biological applications. All experiments were conducted on a Bruker 17.6 T system with a maximum gradient strength of 1 T/m and four RF receiver channels. Minimizing the RF coil dimensions, leads to increased artefacts due to differences in magnetic susceptibility of the coil wire and surrounding air. Susceptibility matching by immersing the coil in FC-43 is the most common approach that fulfills the requirements of most applications. However, hardly any alternatives are known for cases where usage of FC-43 is not feasible due to its specific disadvantages. Two alternative substances (bromotricholoromethane and Fomblin Y25) were presented and their usability was checked by susceptibility determination and demonstration experiments after shimming under practical conditions. In a typical MRM microcoil experiment, the sample volume is significantly smaller than the maximum volume usable for imaging. This mismatch has been optimized in order to increase the experiment efficiency by increasing the number of probe coils and samples used. A four-channel probehead consisting of four individual solenoid coils suited for cellular imaging of Xenopus laevis oocytes was designed, allowing simultaneous acquisition from four samples. All coils were well isolated and allowed quantitative image acquisition with the same spatial resolution as in single coil operation. This method has also been applied in other studies for increased efficiency: using X. laevis oocytes as a single cell model, the effect of chemical fixation on intracellular NMR relaxation times T1 and T2 and on diffusion was studied for the first time. Significant reduction of relaxation times was found in all cell compartments; after reimmersion in buffer, values return close to the initial values, but there were small but statistically significant differences due to residual formaldehyde. Embryos of the same species have been studied morphologically in different developmental stages. Wild type embryos were compared to embryos that had experienced variations in protein levels of chromosomal proteins HMGN and H1A. Significant differences were found between wild type and HMGN-modified embryos, while no difference was observed between wild type and H1-modified embryos. These results were concordant with results obtained from light microscopy and histology. The technique of molecular imaging was also performed on X. laevis embryos. Commercially available antibodies coupled to ultrasmall superparamagnetic iron oxide (USPIO) dextrane coated particles (MACS) served as a specific probe detectable by MRM, the aim being the detection of tissue specific contrast variations. Initially, the relaxivity of MACS was studied and compared to Resovist and VSOP particles. The iron concentration was determined quantitatively by using a general theoretical approach and results were compared to values obtained from mass spectroscopy. After incubation with MACS antibodies, intraembryonal relaxation times were determined in different regions of the embryo. These values allowed determination of local iron oxide particle concentrations, and specific binding could be distinguished from unspecific binding. Although applications in this work were focused on X. laevis oocytes and embryos, 3D-imaging on a beewolf head was also carried out in order to visualize the postpharyngeal gland. Additionally, an isolated beewolf antenna was imaged with a spatial resolution of (8 um)^3 for depiction of the antennal glands by using a microcoil that was specially designed for this sample. The experiments carried out in this work show that commercially available MRM systems can be significantly optimized by using small sample-adapted RF coils and by parallel operation of multiple coils, by which the sample throughput and thus time-efficiency is increased. With this optimized setup, practical use was demonstrated in a number of new biological applications.},
subject = {Magnetische Resonanz},
language = {en}
}
@phdthesis{Raghuraman2020,
author = {Raghuraman, Sairamesh},
title = {New RF coil arrays for Static and Dynamic Musculoskeletal Magnetic Resonance Imaging},
doi = {10.25972/OPUS-20416},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-204165},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2020},
abstract = {Magnetic Resonance Imaging at field strengths up to 3 T, has become a default diagnostic modality for a variety of disorders and injuries, due to multiple reasons ranging from its non-invasive nature to the possibility of obtaining high resolution images of internal organs and soft tissues. Despite tremendous advances, MR imaging of certain anatomical regions and applications present specific challenges to be overcome. One such application is MR Musculo-Skeletal Imaging. This work addresses a few difficult areas within MSK imaging from the hardware perspective, with coil solutions for dynamic imaging of knee and high field imaging of hand. Starting with a brief introduction to MR physics, different types of RF coils are introduced in chapter 1, followed by sections on design of birdcage coils, phased arrays and their characterization in chapter 2. Measurements, calculations and simulations, done during the course of this work, have been added to this chapter to give a quantitative feel of the concepts explained. Chapter 3 deals with the construction of a phased array receiver for dynamic imaging of knee of a large animal model, i.e. minipig, at 1.5 T. Starting with details on the various aspects of an application that need to be considered when an MR RF array is designed, the chapter details the complex geometry of the region of interest in a minipig and reasons that necessitate a high density array. The sizes of the individual elements that constitute the array have been arrived at by studying the ratio of unloaded to loaded Q factors and choosing a size that provides the best ratio but still maintains a uniform SNR throughout the movement of the knee. To have a minimum weight and to allow mechanical movement of the knee, the Preamplifiers were located in a separate box. A movement device was constructed to achieve adjustable periodic movement of the knee of the anesthetized animal. The constructed array has been characterized for its SNR and compared with an existing product coil to show the improvement. The movement device was also characterized for its reproducibility. High resolution static images with anatomical details marked have been presented. The 1/g maps show the accelerations possible with the array. Snapshots of obtained dynamic images trace the cruciate ligaments through a cycle of movement of the animal's knee. The hardware combination of a high density phased array and a movement device designed for a minipig's knee was used as a 'reference' and extended in chapter 4 for a human knee. In principle the challenges are similar for dynamic imaging of a human knee with regards to optimization of the elements, the associated electronics and the construction of the movement device. The size of the elements were optimized considering the field penetration / sensitivity required for the internal tissues. They were distributed around the curvature of the knee keeping in mind the acceleration required for dynamic imaging and the direction of the movement. The constructed movement device allows a periodic motion of the lower half of the leg, with the knee placed within the coil, enabling visualization of the tissues inside, while the leg is in motion. Imaging has been performed using dynamic interleaved acquisition sequence where higher effective TR and flip angles are achieved due to a combination of interleaving and segmentation of the sequence. The movement device has been characterized for its reproducibility while the SNR distribution of the constructed RF array has been compared with that of a commercially available standard 8 channel array. The results show the improvement in SNR and acceleration with the constructed geometry. High resolution static images, dynamic snapshots and the 3D segmentation of the obtained images prove the usefulness of the complete package provided in the design, for performing dynamic imaging at a clinically relevant field strength. A simple study is performed in chapter 5 to understand the effects of changes in overlap for coil configurations with different loads and at different frequencies. The noise levels of individual channels and the correlation between them are plotted against subtle changes in overlap, at 64 and 123 MHz. SNR for every overlap setup is also measured and plotted. Results show that achieving critical overlap is crucial to obtain the best possible SNR in those coil setups where the load offered by the sample is low. Chapter 6 of the thesis work deals with coil design for high field imaging of hand and wrists at 7 T, with an aim to achieve ultra high resolution imaging. At this field strength due to the increase in dielectric effects and the resulting decrease in homogeneity, whole body transmit coils are impractical and this has led engineers to design local transmit coils, for specific anatomies. While transmit or transceive arrays are usually preferred, to mitigate SAR effects, the spatial resolution obtained is limited. It is shown that a solution to this, with regards to hand imaging, can be a single volume transmit coil, along with high density receive arrays optimized for different regions of the hand. The use of a phased array for reception provides an increased SNR / penetration under high resolution. A volume transmit coil could pose issues in homogeneity at 7 T, but the specific anatomy of hand and wrist, with comparatively less water content, limits dielectric effects to have homogeneous B_1+ profile over the hand. To this effect, a bandpass birdcage and a 12 channel receive array are designed and characterized. Images of very high spatial resolution (0.16 x 0.16 x 0.16 mm3) with internal tissues marked are presented. In vivo 1/g maps show that an acceleration of up to 3 is possible and the EM simulation results presented show the uniform field along with SAR hotspots in the hand. To reduce the stress created due to the 'superman' position of imaging, provisions in the form of a holder and a hand rest have been designed and presented. Factors that contributed to the stability of the presented design are also listed, which would help future designs of receive arrays at high field strengths. In conclusion, the coils and related hardware presented in this thesis address the following two aspects of MSK imaging: Dynamic imaging of knee and High resolution imaging of hand / wrist. The presented hardware addresses specific challenges and provides solutions. It is hoped that these designs are steps in the direction of improving the existing coils to get a better knowledge and understanding of MSK diseases such as Rheumatoid Arthritis and Osteoarthritis. The hardware can aid our study of ligament reconstruction and development. The high density array and transmit coil design for hand / wrist also demonstrates the benefits of the obtained SNR at 7 T while maintaining SAR within limits. This design is a contribution towards optimizing hardware at high field strength, to make it clinically acceptable and approved by regulatory bodies.},
subject = {MRI},
language = {en}
}
@phdthesis{Schlereth2020,
author = {Schlereth, Raimund},
title = {New techniques and improvements in the MBE growth of Hg-containing narrow gap semiconductors},
doi = {10.25972/OPUS-20079},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-200790},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2020},
abstract = {The subject of this thesis is the growth of Hg\(_{1-x}\)Cd\(_2\)Te layers via molecular beam epitaxy (MBE). This material system gives rise to a number of extraordinary physical phenomena related to its electronic band structure and therefore is of fundamental interest in research. The main results can be divided into three main areas, the implementation of a temperature measurement system based on band edge thermometry (BET), improvements of CdTe virtual substrate growth and the investigation of Hg\(_{1-x}\)Cd\(_2\)Te for different compositions.},
subject = {Halbleiter},
language = {en}
}
@phdthesis{Langhojer2009,
author = {Langhojer, Florian},
title = {New techniques in liquid-phase ultrafast spectroscopy},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-39337},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2009},
abstract = {Contents List of Publications 1 Introduction 2 Basic concepts and instrumentation 2.1 Mathematical description of femtosecond laser pulses 2.2 Optical quantities and measurements 2.2.1 Intensity 2.2.2 Absorbance and Beer-Lambert law 2.3 Laser system 2.4 General software framework for scientific data acquisition and simulation 2.4.1 Core components 2.4.2 Program for executing a single measurement sequence 2.4.3 Scan program 2.4.4 Evolutionary algorithm optimization program 2.4.5 Applications of the software framework 2.5 Summary 3 Generation of ultrabroadband femtosecond pulses in the visible 3.1 Nonlinear optics 3.1.1 Nonlinear polarization and frequency conversion 3.1.2 Phase matching 3.2 Optical parametric amplification 3.3 Noncollinear optical parametric amplifier 3.4 Considerations and experimental design of NOPA 3.4.1 Options for broadening the NOPA bandwidth 3.4.2 Experimental setup 3.5 NOPA pulse characterization 3.5.1 Second harmonic generation frequency-resolved optical gating 3.5.2 Transient grating frequency-resolved optical gating 3.6 Compression and shaping methods for NOPA pulses 3.6.1 Grating compressor 3.6.2 Prism compressor 3.6.3 Chirped mirrors 3.6.4 Detuned zero dispersion compressor 3.6.5 Deformable mirror pulse shaper 3.6.6 Liquid crystal pulse shaper 3.7 Liquid crystal pulse shaper 3.7.1 Femtosecond pulse shapers 3.7.2 Experimental design and parameters 3.7.3 Optical setup of the LC pulse shaper 3.7.4 Calibrations of the pulse shaper 3.8 Adaptive pulse compression 3.8.1 Closed loop pulse compression 3.8.2 Open loop pulse compression 3.9 Conclusions 4 Coherent optical two-dimensional spectroscopy 4.1 Introduction 4.2 Theory of third order nonlinear optical spectroscopies 4.2.1 Response function, electric fields, and signal field 4.2.2 Signal detection with spectral interferometry 4.2.3 Evaluation of two-dimensional spectra and phasing 4.2.4 Selection and classification of terms in induced nonlinear polarization 4.2.5 Oscillatory character of measured signal 4.3 Previous experimental implementations 4.4 Inherently phase-stable setup using conventional optics only 4.4.1 Manipulation of pulse pairs as a basis for stability 4.4.2 Experimental setup 4.4.3 Measurement procedure 4.4.4 Data evaluation 4.5 First experimental results 4.5.1 Demonstration of phase stability 4.5.2 2D spectrum of Nile Blue at room temperature 4.6 Summary and outlook 5 Product accumulation for ultrasensitive femtochemistry 5.1 The problem of sensitivity in femtochemistry 5.2 Accumulation for increased sensitivity 5.2.1 Comparison of conventional and accumulative sensitivity 5.2.2 Schematics and illustrative example 5.3 Experimental setup 5.4 Calibration and modeling of accumulation 5.5 Experiments on indocyanine green 5.5.1 Calibration of the setup 5.5.2 Chirped pulse excitation 5.5.3 Adaptive pulse shaping 5.6 Conclusions 6 Ultrafast photoconversion of the green fluorescent protein 6.1 Green fluorescent protein 6.2 Experimental setup for photoconversion of GFP 6.3 Calibration of the setup for GFP 6.3.1 Model for concentration dynamics of involved GFP species 6.3.2 Estimate of sensitivity 6.4 Excitation power study 6.5 Time-resolved two-color experiment 6.6 Time-delayed unshaped 400 nm - shaped 800 nm pulse excitation 6.6.1 Inducing photoconversion with chirped pulses 6.6.2 Photoconversion using third order phase pulses 6.7 Conclusions 7 Applications of the accumulative method to chiral systems 7.1 Introduction 7.2 Chiral asymmetric photochemistry 7.2.1 Continuous-wave circularly polarized light 7.2.2 Controlled asymmetric photochemistry using femtosecond laser pulses 7.3 Sensitive and fast polarimeter 7.3.1 Polarimeter setup 7.3.2 Detected signal I(t) 7.3.3 Angular amplification 7.3.4 Performance of the polarimeter 7.4 Molecular systems and mechanisms for enantioselective quantum control 7.4.1 Binaphthalene derivatives 7.4.2 Photochemical helicene formation 7.4.3 Spiropyran/merocyanine chiroptical molecular switches 7.5 Summary 8 Summary Zusammenfassung Bibliography Acknowledgements},
subject = {Ultrakurzzeitspektroskopie},
language = {en}
}
@phdthesis{BrandensteinKoeth2010,
author = {Brandenstein-K{\"o}th, Bettina},
title = {Nichtlinearer Magnetotransport und memristive Funktionen von nanoelektronischen Bauteilen},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-53643},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2010},
abstract = {Gegenstand dieser Arbeit sind Transportuntersuchungen an nanoelektronischen Bauelementen, wobei der Schwerpunkt in der Analyse von nichtlinearen Transporteigenschaften hybrider Strukturen stand. Zum Einsatz kamen auf GaAs basierende Heterostrukturen mit zum Beispiel kleinen Metallkontakten, die zu Symmetriebrechungen f{\"u}hren. Die Untersuchungen wurden bei tiefen Temperaturen bis hin zu Raumtemperatur durchgef{\"u}hrt. Es kamen zudem magnetische Felder zum Einsatz. So wurden zum einen der asymmetrische Magnetotransport in Nanostrukturen mit asymmetrischer Gateanordnung unter besonderer Ber{\"u}cksichtigung der Phononstreuung analysiert, zum anderen konnte ein memristiver Effekt in InAs basierenden Strukturen studiert werden. Des Weiteren konnte ein beachtlicher Magnetowiderstand in miniaturisierten CrAu-GaAs Bauelementen beobachtet werden, der das Potential besitzt, als Basis f{\"u}r extrem miniaturisierte Sensoren f{\"u}r den Betrieb bei Raumtemperatur eingesetzt zu werden.},
subject = {Magnetowiderstand},
language = {de}
}
@phdthesis{Heidemann2008,
author = {Heidemann, Robin},
title = {Non-Cartesian Parallel Magnetic Resonance Imaging},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-26893},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2008},
abstract = {Besides image contrast, imaging speed is probably the most important consideration in clinical magnetic resonance imaging (MRI). MR scanners currently operate at the limits of potential imaging speed, due to technical and physiological problems associated with rapidly switched gradient systems. Parallel imaging (parallel MRI or pMRI) is a method which allows one to significantly shorten the acquisition time of MR images without changing the contrast behavior of the underlying MR sequence. The accelerated image acquisition in pMRI is accomplished without relying on more powerful technical equipment or exceeding physiological boundaries. Because of these properties, pMRI is currently employed in many clinical routines, and the number of applications where pMRI can be used to accelerate imaging is increasing. However, there is also growing criticism of parallel imaging in certain applications. The primary reason for this is the intrinsic loss in the SNR due to the accelerated acquisition. In addition, other effects can also lead to a reduced image quality. Due to unavoidable inaccuracies in the pMRI reconstruction process, local and global errors may appear in the final reconstructed image. The local errors are visible as noise enhancement, while the global errors result in the so-called fold-over artifacts. The appearance and strength of these negative effects, and thus the image quality, depend upon different factors, such as the parallel imaging method chosen, specific parameters in the method, the sequence chosen, as well as specific sequence parameters. In general, it is not possible to optimize all of these parameters simultaneously for all applications. The application of parallel imaging in can lead to very pronounced image artifacts, i.e. parallel imaging can amplify errors. On the other hand, there are applications such as abdominal MR or MR angiography, in which parallel imaging does not reconstruct images robustly. Thus, the application of parallel imaging leads to errors. In general, the original euphoria surrounding parallel imaging in the clinic has been dampened by these problems. The reliability of the pMRI methods currently implemented is the main criticism. Furthermore, it has not been possible to significantly increase the maximum achievable acceleration with parallel imaging despite major technical advances. An acceleration factor of two is still standard in clinical routine, although the number of independent receiver channels available on most MR systems (which are a basic requirement for the application of pMRI) has increased by a factor of 3-6 in recent years. In this work, a novel and elegant method to address this problem has been demonstrated. The idea behind the work is to combine two methods in a synergistic way, namely non-Cartesian acquisition schemes and parallel imaging. The so-called non-Cartesian acquisition schemes have several advantages over standard Cartesian acquisitions, in that they are often faster and less sensitive to physiological noise. In addition, such acquisition schemes are very robust against fold-over artifacts even in the case of vast undersampling of k-space. Despite the advantages described above, non-Cartesian acquisition schemes are not commonly employed in clinical routines. A reason for that is the complicated reconstruction techniques which are required to convert the non-Cartesian data to a Cartesian grid before the fast Fourier transformation can be employed to arrive at the final MR image. Another reason is that Cartesian acquisitions are routinely accelerated with parallel imaging, which is not applicable for non-Cartesian MR acquisitions due to the long reconstruction times. This negates the speed advantage of non-Cartesian acquisition methods. Through the development of the methods presented in this thesis, reconstruction times for accelerated non-Cartesian acquisitions using parallel imaging now approach those of Cartesian images. In this work, the reliability of such methods has been demonstrated. In addition, it has been shown that higher acceleration factors can be achieved with such techniques than possible with Cartesian imaging. These properties of the techniques presented here lead the way for an implementation of such methods on MR scanners, and thus also offer the possibility for their use in clinical routine. This will lead to shorter examination times for patients as well as more reliable diagnoses.},
subject = {NMR-Bildgebung},
language = {en}
}
@phdthesis{Wagenpfahl2013,
author = {Wagenpfahl, Alexander Johannes},
title = {Numerical simulations on limitations and optimization strategies of organic solar cells},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-90119},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2013},
abstract = {Continuously increasing energy prices have considerably influenced the cost of living over the last decades. At the same time increasingly extreme weather conditions, drought-filled summers as well as autumns and winters with heavier rainfall and worsening storms have been reported. These are possibly the harbingers of the expected approaching global climate change. Considering the depletability of fossil energy sources and a rising distrust in nuclear power, investigations into new and innovative renewable energy sources are necessary to prepare for the coming future. In addition to wind, hydro and biomass technologies, electricity generated by the direct conversion of incident sunlight is one of the most promising approaches. Since the syntheses and detailed studies of organic semiconducting polymers and fullerenes were intensified, a new kind of solar cell fabrication became conceivable. In addition to classical vacuum deposition techniques, organic cells were now also able to be processed from a solution, even on flexible substrates like plastic, fabric or paper. An organic solar cell represents a complex electrical device influenced for instance by light interference for charge carrier generation. Also charge carrier recombination and transport mechanisms are important to its performance. In accordance to Coulomb interaction, this results in a specific distribution of the charge carriers and the electric field, which finally yield the measured current-voltage characteristics. Changes of certain parameters result in a complex response in the investigated device due to interactions between the physical processes. Consequently, it is necessary to find a way to generally predict the response of such a device to temperature changes for example. In this work, a numerical, one-dimensional simulation has been developed based on the drift-diffusion equations for electrons, holes and excitons. The generation and recombination rates of the single species are defined according to a detailed balance approach. The Coulomb interaction between the single charge carriers is considered through the Poisson equation. An analytically non-solvable differential equation system is consequently set-up. With numerical approaches, valid solutions describing the macroscopic processes in organic solar cells can be found. An additional optical simulation is used to determine the spatially resolved charge carrier generation rates due to interference. Concepts regarding organic semiconductors and solar cells are introduced in the first part of this work. All chapters are based on previous ones and logically outline the basic physics, device architectures, models of charge carrier generation and recombination as well as the mathematic and numerical approaches to obtain valid simulation results. In the second part, the simulation is used to elaborate issues of current interest in organic solar cell research. This includes a basic understanding of how the open circuit voltage is generated and which processes limit its value. S-shaped current-voltage characteristics are explained assigning finite surface recombination velocities at metal electrodes piling-up local space charges. The power conversion efficiency is identified as a trade-off between charge carrier accumulation and charge extraction. This leads to an optimum of the power conversion efficiency at moderate to high charge carrier mobilities. Differences between recombination rates determined by different interpretations of identical experimental results are assigned to a spatially inhomogeneous recombination, relevant for almost all low mobility semiconductor devices.},
subject = {Organische Solarzelle},
language = {en}
}
@phdthesis{Fischer2011,
author = {Fischer, Andr{\´e}},
title = {On the Application of Compressed Sensing to Magnetic Resonance Imaging},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-72496},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2011},
abstract = {This thesis investigated the potential of Compressed Sensing (CS) applied to Magnetic Resonance Imaging (MRI). CS is a novel image reconstruction method that emerged from the field of information theory. The framework of CS was first published in technical reports in 2004 by Cand{\`e}s and Donoho. Two years later, the theory of CS was published in a conference abstract and two papers. Cand{\`e}s and Donoho proved that it is possible, with overwhelming probability, to reconstruct a noise-free sparse signal from incomplete frequency samples (e.g., Fourier coefficients). Hereby, it is assumed a priori that the desired signal for reconstruction is sparse. A signal is considered "sparse" when the number of non-zero elements is significantly smaller than the number of all elements. Sparsity is the most important foundation of CS. When an ideal noise-free signal with few non-zero elements is given, it should be understandably possible to obtain the relevant information from fewer Fourier coefficients than dictated by the Nyquist-Shannon criterion. The theory of CS is based on noise-free sparse signals. As soon as noise is introduced, no exact sparsity can be specified since all elements have signal intensities that are non-zero. However, with the addition of little or moderate noise, an approximate sparsity that can be exploited using the CS framework will still be given. The ability to reconstruct noisy undersampled sparse MRI data using CS has been extensively demonstrated. Although most MR datasets are not sparse in image space, they can be efficiently sparsified by a sparsifying transform. In this thesis, the data are either sparse in the image domain, after Discrete Gradient transformation, or after subtraction of a temporally averaged dataset from the data to be reconstructed (dynamic imaging). The aim of this thesis was to identify possible applications of CS to MRI. Two different algorithms were considered for reconstructing the undersampled sparse data with the CS concept. The Nonlinear Conjugate Gradient based technique with a relaxed data consistency constraint as suggested by Lustig et al. is termed Relaxed DC method. An alternative represents the Gradient or Steepest Descent algorithm with strict data consistency and is, therefore, termed the Strict DC method. Chapter 3 presents simulations illustrating which of these two reconstruction algorithms is best suited to recover undersampled sparse MR datasets. The results lead to the decision for the Strict DC method as reconstruction technique in this thesis. After these simulations, different applications and extensions of CS are demonstrated. Chapter 4 shows how CS benefits spectroscopic 19F imaging at 7 T, allowing a significant reduction of measurement times during in vivo experiments. Furthermore, it allows highly resolved spectroscopic 3D imaging in acceptable measurement times for in vivo applications. Chapter 5 introduces an extension of the Strict DC method called CS-CC (CS on Combined Coils), which allows efficient processing of sparse undersampled multi-coil data. It takes advantage of a concept named "Joint Sparsity", which exploits the fact that all channels of a coil array detect the same sparse object weighted with the coil sensitivity profiles. The practical use of this new algorithm is demonstrated in dynamic radial cardiac imaging. Accurate reconstructions of cardiac motion in free breathing without ECG triggering were obtained for high undersampling factors. An Iterative GRAPPA algorithm is introduced in Chapter 6 that can recover undersampled data from arbitrary (Non-Cartesian) trajectories and works solely in the Cartesian plane. This characteristic makes the proposed Iterative GRAPPA computationally more efficient than SPIRiT. Iterative GRAPPA was developed in a preceding step to combine parallel imaging with CS. Optimal parameters for Iterative GRAPPA (e.g. number of iterations, GRAPPA kernel size) were determined in phantom experiments and verified by retrospectively undersampling and reconstructing a radial cardiac cine dataset. The synergistic combination of the coil-by-coil Strict DC CS method and Iterative GRAPPA called CS-GRAPPA is presented in Chapter 7. CS-GRAPPA allows accurate reconstruction of undersampled data from even higher acceleration factors than each individual method. It is a formulation equivalent to L1-SPIRiT but computationally more efficient. Additionally, a comparison with CS-CC is given. Interestingly, exploiting joint sparsity in CS-CC is slightly more efficient than the proposed CS-GRAPPA, a hybrid of parallel imaging and CS. The last chapter of this thesis concludes the findings presented in this dissertation. Future applications expected to benefit from CS are discussed and possible synergistic combinations with other existing MR methodologies for accelerated imaging are also contemplated.},
subject = {NMR-Tomographie},
language = {en}
}
@phdthesis{Ruff2013,
author = {Ruff, Andreas},
title = {On the importance of electronic correlations in potassium-doped organic semiconductors},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-83635},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2013},
abstract = {The present thesis is concerned with the impact of alkali metal-doping on the electronic structure of semiconducting organic thin films. The organic molecular systems which have been studied are the polycyclic aromatic hydrocarbons picene, pentacene, and coronene. Motivated by reports about exceptional behavior like superconductivity and electronic correlations of their alkali metal-doped compounds, high quality films fabricated from the above named molecules have been studied. The electronic structure of the pristine materials and their doped compounds has been investigated using photoelectron spectroscopy. Core level and valence band studies of undoped films yield excellent photoemission spectra agreeing with or even outperforming previously reported data from the literature. Alkali metal-doping manifests itself in a uniform manner in the electronic structure for all probed samples: Opposed to reports from the literature about metallicity and even superconductivity in alkali metal-doped picene, pentacene, and coronene, all films exhibit insulating nature with an energy gap of the order of one electron-volt. Remarkably, this is independent of the doping concentration and the type of dopant, i.e., potassium, cesium, or sodium. Based on the interplay between narrow bandwidths in organic semiconductors and sufficiently high on-molecule Coulomb repulsion, the non-metallicity is attributed to the strong influence of electronic correlations leading to the formation of a Mott insulator. In the case of picene, this is consolidated by calculations using a combination of density functional theory and dynamical mean-field theory. Beyond the extensive considerations regarding electronic correlations, further intriguing aspects have been observed. The deposition of thin picene films leads to the formation of a non-equilibrium situation between substrate and film surface. Here, the establishment of a homogeneous chemical potential is hampered due to the only weak van der Waals-interactions between the molecular layers in the films. Consequently, spectral weight is measurable above the reference chemical potential in photoemission. Furthermore, it has been found that the acceptance of additional electrons in pentacene is limited. While picene and coronene are able to host up to three extra electrons, in pentacene the limit is already reached for one electron. Finally, further extrinsic effects, coming along with alkali metal-doping, have been scrutinized. The oxidation of potassium atoms induced by the reaction with molecular oxygen in the residual gas of the ultra-high vacuum system turned out to significantly influence the electronic structure of alkali metal-doped picene and coronene. Moreover, also the applied X-ray and UV irradiation caused a certain impact on the photoemission spectra. Surprisingly, both effects did not play a role in the studies of potassium-doped pentacene.},
subject = {Organischer Halbleiter},
language = {en}
}
@phdthesis{Vaeth2016,
author = {V{\"a}th, Stefan Kilian},
title = {On the Role of Spin States in Organic Semiconductor Devices},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-141894},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2016},
abstract = {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.},
subject = {Organischer Halbleiter},
language = {en}
}
@phdthesis{Blumenstein2012,
author = {Blumenstein, Christian},
title = {One-Dimensional Electron Liquid at a Surface: Gold Nanowires on Ge(001)},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-72801},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2012},
abstract = {Selbstorganisierte Nanodr{\"a}hte auf Halbleiteroberfl{\"a}chen erm{\"o}glichen die Untersuchung von Elektronen in niedrigen Dimensionen. Interessanterweise werden die elektronischen Eigenschaften des Systems von dessen Dimensionalit{\"a}t bestimmt, und das noch {\"u}ber das Quasiteilchenbild hinaus. Das quasi-eindimensionale (1D) Regime zeichnet sich durch eine schwache laterale Kopplung zwischen den Ketten aus und erm{\"o}glicht die Ausbildung einer Peierls Instabilit{\"a}t. Durch eine Nesting Bedingung in der Fermi Fl{\"a}che kommt es zu einer Bandr{\"u}ckfaltung und damit zu einem isolierenden Grundzustand. Dies wird begleitet von einer neuen {\"U}berstruktur im Realraum, die mit dem Nestingvektor korrespondiert. In fr{\"u}heren Nanodrahtsystemen wurde ein solcher Effekt gezeigt. Dazu geh ̈oren Indium Ketten auf Si(111) und die Gold rekonstruierten Substrate Si(553) und Si(557). Die Theorie sagt jedoch einen weiteren Zustand voraus, der nur im perfekten 1D Grenzfall existiert und der bei geringster Kopplung mit h{\"o}heren Dimensionen zerst{\"o}rt wird. Dieser Zustand wird Tomonaga-Luttinger Fl{\"u}ssigkeit (TLL) genannt und f{\"u}hrt zu einem Zusammenbruch des Quasiteilchenbildes der Fermi-Fl{\"u}ssigkeit. Hier sind nur noch kollektive Anregungen der Elektronen erlaubt, da die starke laterale Einschr{\"a}nkung zu einer erh{\"o}hten Kopplung zwischen den Teilchen f{\"u}hrt. Dadurch treten interessante Effekte wie Spin-Ladungs-Trennung auf, bei dem sich die Ladung und der Spin eines Elektrons entkoppeln und getrennt voneinander durch den Nanodraht bewegen k{\"o}nnen. Bis heute wurde solch ein seltener Zustand noch nicht an einer Oberfl{\"a}che beobachtet. In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz zur Herstellung von besser definierten 1D Ketten gew{\"a}hlt. Dazu wird die Au-rekonstruierte Ge(001) Nanodraht-Oberfl{\"a}che untersucht. F{\"u}r die Pr{\"a}paration des Substrates wird ein neues Rezept entwickelt, welches eine langreichweitig geordnete Oberfl{\"a}che erzeugt. Um das Wachstum der Nanodr{\"a}hte zu optimieren wird das Wachstums-Phasendiagramm ausgiebig untersucht. Außerdem werden die strukturellen Bausteine der Ketten sehr genau beschrieben. Es ist bemerkenswert, dass ein struktureller Phasen{\"u}bergang der Ketten oberhalb von Raumtemperatur gefunden wird. Aufgrund von spektroskopischen Untersuchungen kann eine Peierls Instabilit{\"a}t als Ursache ausgeschlossen werden. Es handelt sich um einen 3D-Ising-Typ {\"U}bergang an dem das Substrat ebenfalls beteiligt ist. Die Untersuchungen zur elektronischen Struktur der Ketten zeigen zwei deutliche Erkennungsmerkmale einer TLL: Ein potenzgesetzartiger Verlauf der Zustandsdichte und universales Skalenverhalten. Daher wird zum ersten Mal eine TLL an einer Oberfl{\"a}che nachgewiesen, was nun gezielt lokale Untersuchungen und Manipulationen erm{\"o}glicht. Dazu geh{\"o}ren (i) Dotierung mit Alkalimetallen, (ii) die Untersuchung von Kettenenden und (iii) die einstellbare Kopplung zwischen den Ketten durch zus{\"a}tzliche Goldatome. Damit wird ein wichtiger Beitrag zu theoretischen Vorhersagen und Modellen geliefert und somit das Verst{\"a}ndnis korrelierter Elektronen vorangetrieben.},
subject = {Nanodraht},
language = {en}
}
@phdthesis{Gottscholl2022,
author = {Gottscholl, Andreas Paul},
title = {Optical Accessible Spin Defects in Hexagonal Boron Nitride: Identification, Control and Application of the Negatively Charged Boron Vacancy VB-},
doi = {10.25972/OPUS-27432},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-274326},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2022},
abstract = {In this work, a bridge was built between the so-far separate fields of spin defects and 2D systems: for the first time, an optically addressable spin defect (VB-) in a van der Waals material (hexagonal boron nitride) was identified and exploited. The results of this thesis are divided into three topics as follows: 1.) Identification of VB-: In the scope of this chapter, the defect ,the negatively charged boron vacancy VB-, is identified and characterized. An initialization and readout of the spin state can be demonstrated optically at room temperature and its spin Hamiltonian contributions can be quantified. 2.) Coherent Control of VB-: A coherent control is required for the defect to be utilized for quantum applications, which},
subject = {Bornitrid},
language = {en}
}
@phdthesis{Kern2014,
author = {Kern, Johannes},
title = {Optical and electrical excitation of nanoantennas with atomic-scale gaps},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-115492},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2014},
abstract = {Nano-antennas are an emerging concept for the manipulation and control of optical fields at the sub-wavelength scale. In analogy to their radio- and micro-wave counterparts they provide an efficient link between propagating and localized fields. Antennas operating at optical frequencies are typically on the order of a few hundred nanometer in size and are fabricated from noble metals. Upon excitation with an external field the electron gas inside the antenna can respond resonantly, if the dimensions of the antenna are chosen appropriate. Consequently, the resonance wavelength depends on the antenna dimensions. The electron-density oscillation is a hybrid state of electron and photon and is called a localized plasmon resonance. The oscillating currents within the antenna constitute a source for enhanced optical near-fields, which are strongly localized at the metal surface. A particular interesting type of antennas are pairs of metal particles separated by a small insulating gap. For anti-symmetric gap modes charges of opposite sign reside across the gap. The dominating field-components are normal to the metal surface and due to the boundary conditions they are sizable only inside the gap. The attractive Coulomb interaction increases the surface-charge accumulation at the gap and enhanced optical fields occur within the insulating gap. The Coulomb interaction increases with decreasing gap size and extreme localization and strongest intensity enhancement is expected for small gap sizes. In this thesis optical antennas with extremely small gaps, just slightly larger than inter-atomic distances, are investigated by means of optical and electrical excitation. In the case of electrical excitation electron tunneling across the antenna gap is exploited. At the beginning of this thesis little was known about the optical properties of antennas with atomic scale gaps. Standard measurement techniques of field confinement and enhancement involving well-separated source, sample and detector are not applicable at atomic length-scales due to the interaction of the respective elements. Here, an elegant approach has been found. It is based on the fact that for closely-spaced metallic particles the energy splitting of a hybridized mode pair, consisting of symmetric and anti-symmetric mode, provides a direct measure for the Coulomb interaction over the gap. Gap antennas therefore possess an internal ruler which sensitively reports the size of the gap. Upon self-assembly side-by-side aligned nanorods with gap sizes ranging from 2 to 0.5nm could be obtained. These antennas exhibit various symmetric and anti-symmetric modes in the visible range. In order to reveal optical modes of all symmetries a novel scattering setup has been developed and is successfully applied. Careful analysis of the optical spectra and comparison to numerical simulations suggests that extreme field confinement and localization can occur in gaps down to 0.5 nm. This is possibly the limit of plasmonic enhancement since for smaller gaps electron tunneling as well as non-locality of the dielectric function affect plasmonic resonances. The strongly confined and intense optical fields provided by atomic-scale gaps are ideally suited for enhanced light-matter interaction. The interplay of intense optical-frequency fields and static electric fields or currents is of great interest for opto-electronic applications. In this thesis a concept has been developed, which allows for the electrical connection of optical antennas. By means of numerical simulations the concept was first verified for antennas with gap sizes on the order of 25 nm. It could be shown, that by attaching the leads at positions of a field minimum the resonant properties are nearly undisturbed. The resonance wavelengths shift only by a small amount with respect to isolated antennas and the numerically calculated near-field intensity enhancement is about 1000, which is just slightly lower than for an unconnected antenna. The antennas are fabricated from single-crystalline gold and exhibit superior optical and electrical properties. In particular, the conductivity is a factor of 4 larger with respect to multi-crystalline material, the resistance of the gap is as large as 1 TOhm and electric fields of at least 10^8 V/m can be continuously applied without damage. Optical scattering spectra reveal well-pronounced and tunable antenna resonances, which demonstrates the concept of electrically-connected antennas also experimentally. By combining atomic-scale gaps and electrically-connected optical antennas a novel sub-wavelength photon source has been realized. To this end an antenna featuring an atomic scale gap is electrically driven by quantum tunneling across the antenna gap. The optical frequency components of this fluctuating current are efficiently converted to photons by the antenna. Consequently, light generation and control are integrated into a planar single-material nano-structure. Tunneling junctions are realized by positioning gold nanoparticles into the antenna gap, using an atomic force microscope. The presence of a stable tunneling junction between antenna and particle is demonstrated by measuring its distinct current-voltage characteristic. A DC voltage is applied to the junction and photons are generated by inelastically tunneling electrons via the enhanced local density of photonic states provided by the antenna resonance. The polarization of the emitted light is found to be along the antenna axis and the directivity is given by the dipolar antenna mode. By comparing electroluminescence and scattering spectra of different antennas, it has been shown that the spectrum of the generated light is determined by the geometry of the antenna. Moreover, the light generation process is enhanced by two orders of magnitude with respect to a non-resonant structure. The controlled fabrication of the presented single-crystalline structures has not only pushed the frontiers of nano-technology, but the extreme confinement and enhancement of optical fields as well as the light generation by tunneling electrons lays a groundwork for a variety of fundamental studies and applications. Field localization down to the (sub-)nanometer scale is a prerequisite for optical spectroscopy with near-atomic resolution. Indeed, recently first pioneering experiments have achieved molecular resolution exploiting plasmon-enhanced Raman scattering. The small modal volume of antennas with atomic-scale gaps can lead to light-matter interaction in the strong coupling regime. Quantum electro-dynamical effects such as Rabi splitting or oscillations are likely when a single emitter is placed into resonant structures with atomic-scale gaps. The concept of electrically-connected optical antennas is expected to be widely applied within the emerging field of electro-plasmonics. The sub-wavelength photon source developed during this thesis will likely gain attention for future plasmonic nanocircuits. It is envisioned that in such a circuit the optical signal provided by the source is processed at ultrafast speed and nanometer-scales on the chip and is finally converted back into an electronic signal. An integrated optical transistor could be realized by means of photon-assisted tunneling. Moreover, it would be interesting to investigate, if it is possible to imprint the fermionic nature of electrons onto photons in order to realize an electrically-driven source of single photons. Non-classical light sources with the potential for on-chip integration could be built from electrically-connected antennas and are of great interest for quantum communication. To this end single emitters could be placed in the antenna gap or single electron tunneling could be achieved by means of a single-channel quantum point contact or the Coulomb-blockade effect.},
subject = {Nanooptik},
language = {en}
}
@phdthesis{Margapoti2010,
author = {Margapoti, Emanuela},
title = {Optical properties of thermally annealed CdZnSe/ZnSe quantum dots},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-52946},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2010},
abstract = {see: pdf-file},
subject = {Physik},
language = {en}
}
@phdthesis{Fuchs2015,
author = {Fuchs, Franziska},
title = {Optical spectroscopy on silicon vacancy defects in silicon carbide},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-124071},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2015},
abstract = {This work sheds light on different aspects of the silicon vacancy in SiC: (1) Defect creation via irradiation is shown both with electrons and neutrons. Optical properties have been determined: the excitation of the vacancy is most efficient at excitation wavelengths between 720nm and 800nm. The PL decay yields a characteristic excited state lifetime of (6.3±0.6)ns. (2) Defect engineering, meaning the controlled creation of vacancies in SiC with varying neutron fluence. The defect density could be engineered over eight orders of magnitude. On the one hand, in the sample with highest emitter density, the huge PL signal could even be enhanced by factor of five via annealing mechanisms. On the other hand, in the low defect density samples, single defects with photostable room temperature NIR emission were doubtlessly proven. Their lifetime of around 7ns confirmed the value of the transient measurement. (3) Also electrical excitation of the defects has been demonstrated in a SiC LED structure. (4) The investigations revealed for the first time that silicon vacancies can even exist SiC nanocrystals down to sizes of about 60 nm. The defects in the nanocrystals show stable PL emission in the NIR and even magnetic resonance in the 600nm fraction. In conclusion, this work ascertains on the one hand basic properties of the silicon vacancy in silicon carbide. On the other hand, proof-of-principle measurements test the potential for various defect-based applications of the vacancy in SiC, and confirm the feasibility of e.g. electrically driven single photon sources or nanosensing applications in the near future.},
subject = {Siliciumcarbid},
language = {en}
}
@phdthesis{Gorenflot2014,
author = {Gorenflot, Julien Fran{\c{c}}ois},
title = {Optical study of the excited states in the semiconducting polymer poly(3-hexylthiophene) for photovoltaic applications},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-116730},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2014},
abstract = {In the course of this dissertation, we have presented the interest of using spectroscopic methods to unravel the physics of polymer semiconductors in photovoltaic applications. Applying photoluminescence and photoinduced absorption spectroscopy to the reference system P3HT:PCBM has enabled us to study the major steps of photocurrent generation in organic bulk heterojunctions, from excitons generation to charges extraction and loss mechanisms and thus to improve the understanding of those mechanisms. The exciton binding energy, is the first obstacle to overcome for photocurrent generation in organic solar cell and the reason for the use of two materials, whose heterojunction act as a driving force for charge separation. We developed an original photoluminescence-detected field-induced exciton quenching method to investigate this energy. Absorption and photoluminescence spectra of pure P3HT show that, while both amorphous and crystalline domains participate in absorption, the energy is then transferred to the crystalline domains, from where the photoluminescence is exclusively originating. The field dependence of this photoluminescence showed that an energy of no less than 420 meV is necessary to split excitons into non photon-emitting species. Comparing those results with energy levels obtained by absorption and photoelectron spectroscopies, confirmed that the formation of those species is only a first step toward dissociation into free charges. Indeed, photoemission spectroscopy and the onset of photocurrent upon increasing the photon energy in a pure P3HT solar cell, concomitantly show that the energy level of a pair of free polarons is located 0.7 eV above the one of the exciton. The comprehensive analysis of those results originating from those different method enable us to draw a global picture of the states and energies involved in free polarons generation in pure material. This work has been widely acknowledged by the scientific community, published in Physical Review B in 2010 [1] and presented in national [2] and international [3] conferences. The spectroscopy of excited states is used to detect the presence of wanted species (charges) and potentially unwanted neutral species upon photoexcitation. As such, it offers us the possibility to qualify the efficiency of charge generation and, if any, identify the competing processes and the generation of unwanted species. In the frame of the European Marie Curie Research Network SolarNType,[4] this possibility was used - in combination with morphological, charge transport and devices characterizationsn - to study a number of new donor:acceptor blends. Thanks to those techniques, we were able to not only quantify the potential of those blends, but also to provide the chemist laboratories with a precious and detailed feedback on the strengths and weakness of the molecules, regarding charge generation, transport and extraction. The detailed study of terrylene-3,4:11,12-bis(dicarboximide) as electron acceptor for solar cells application was published in the peer review journal Synthetic Metals and was chosen to illustrate the cover page of the issue [5]. Finally, in the last chapter, we have used time resolved photoinduced absorption to improve the understanding of the charge carrier loss mechanisms in P3HT:PCBM active layers. This comprehension is of prime importance because, the fact that this recombination is far weaker than expected from the Langevin theory, enable polarons to travel further without recombining and thus to build thicker and more efficient devices. A comprehensive analysis of steady-state PIA spectra of pure P3HT, indicates that probing at 980 nm at a temperature between 140 and 250 K enables to monitor specifically polaron densities in both neat P3HT and P3HT:PCBM. Applying this finding to transient absorption enabled us to monitor, for the first time, the bimolecular recombination in pure P3HT, and to discover that - in sharp contrast with the blend - this recombination was in agreement with the Langevin theory. Moreover, it enables us to pinpoint the important role played by the existence of two materials and of energetical traps in the slow recombination and high recombination orders observed in the blend. This work has been published in the Journal of Applied Physics.[6] Those new insights in the photophysics of polymer:fullerene photoactive layers could have a strong impact on the future developement of those materials. Consistent measurements of the binding energy of excitons and intermediate species, would enable to clarify the role played by excess thermal energy in interfacial states dissociation. Better understanding of blends morphology and its influence on solar cells parameters and in particular on recombination could enable to reproduce the conditions of limited recombination on material systems offering some promising performances but with only limited active layer thicknesses. However, due to the number of parameters involved, further experimentation is required, before we can reach a quantitative modeling of bimolecular recombination. [1] Deibel et al., Phys. Rev. B, 81:085202, 2010 [2] Gorenflot et al., Deutsche Physikalische Gesellschaft Fr{\"u}hjahrstagung 2010, CPP20:10, Regensburg, Germany, 2010 [3] Gorenflot et al., International Conference of Synthetic Metals, 7Ax:05, Kyoto, Japan, 2010 [4] Marie-Curie RTN "SolarNTyp" Contract No. MRTN-CT-2006-035533 [5] Gorenflot et al., Synth. Met., 161(23{24):2669-2676, 2012 [6] Gorenflot et al., J. Appl. Phys., 115(14):144502, 2014},
subject = {Organische Solarzelle},
language = {en}
}
@phdthesis{Feichtner2017,
author = {Feichtner, Thorsten},
title = {Optimal Design of Focusing Nanoantennas for Light : Novel Approaches: From Evolution to Mode-Matching},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-140604},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2017},
abstract = {Optische Antennen arbeiten {\"a}hnlich wie Antennen f{\"u}r Radiowellen und wandeln elektromagnetische Strahlung in elektrische Wechselstr{\"o}me um. Ladungsdichteansammlungen an der Antennen-Oberfl{\"a}che f{\"u}hren zu starken und lokalisierten Nahfeldern. Da die meisten optischen Antennen eine Ausdehnung von wenigen hundert Nanometern besitzen, erm{\"o}glichen es ihre Nahfelder, Licht auf ein Volumen weit unterhalb des Beugungslimits zu fokussieren, mit Intensit{\"a}ten, die mehrere Gr{\"o}ßenordnungen {\"u}ber dem liegen, was man mit klassischer beugender und reflektierender Optik erreichen kann. Die Aufgabe, die Abstrahlung eines Quantenemitters zu maximieren, eines punktf{\"o}rmigen Objektes, welches einzelne Photonen absorbieren und emittieren kann, ist identisch mit der Aufgabe, die Feldintensit{\"a}t am Ort des Quantenemitters zu maximieren. Darum ist es erstrebenswert, den Fokus optischer Antennen zu optimieren Optimierte Radiofrequenz-Antennen, welche auf Gr{\"o}ßenordnungen von wenigen 100 Nanometern herunterskaliert werden, zeigen bereits eine gute Funktionalit{\"a}t. Jedoch liegen optische Frequenzen in der N{\"a}he der Plasmafrequenz von den Metallen, die f{\"u}r optische Antennen genutzt werden und die Masse der Elektronen kann nicht mehr vernachl{\"a}ssigt werden. Dadurch treten neue physikalische Ph{\"a}nomene auf. Es entstehen gekoppelte Zust{\"a}nde aus Licht und Ladungsdichte-Schwingungen, die sogenannten Plasmonen. Daraus folgen Effekte wie Volumenstr{\"o}me und k{\"u}rzere effektive Wellenl{\"a}ngen. Zus{\"a}tzlich f{\"u}hrt die endliche Leitf{\"a}higkeit zu thermischen Verluste. Das macht eine Antwort auf die Frage nach der optimalen Geometrie f{\"u}r fokussierende optische Antennen schwer. Jedoch stand vor dieser Arbeit der Beweis noch aus, dass es f{\"u}r optische Antennen bessere Alternativen gibt als herunterskalierte Radiofrequenz-Konzepte. In dieser Arbeit werden optische Antennen auf eine bestm{\"o}gliche Fokussierung optimiert. Daf{\"u}r wird ein Ansatz gew{\"a}hlt, welcher bei Radiofrequenz-Antennen f{\"u}r komplexe Anwendungsfelder (z.B. isotroper Breitbandempfang) schon oft Erfolg hatte: evolution{\"a}re Algorithmen. Die hier eingef{\"u}hrte erste Implementierung erlaubt eine große Freiheit in Bezug auf Partikelform und Anzahl, da sie quadratische Voxel auf einem planaren, quadratischen Gitter beliebig anordnet. Die Geometrien werden in einer bin{\"a}ren Matrix codiert, welche als Genom dient und somit Methoden wie Mutation und Paarung als Verbesserungsmechanismus erlaubt. So optimierte Antennen-Geometrien {\"u}bertreffen vergleichbare klassische Dipol-Geometrien um einen Faktor von Zwei. Dar{\"u}ber hinaus l{\"a}sst sich aus den optimierten Antennen ein neues Funktionsprinzip ableiten: ein magnetische Split-Ring-Resonanz kann mit Dipol-Antennen leitend zu neuartigen und effektiveren Split-Ring-Antennen verbunden werden, da sich ihre Str{\"o}me nahe des Fokus konstruktiv {\"u}berlagern. Im n{\"a}chsten Schritt wird der evolution{\"a}re Algorithmus so angepasst, so die Genome real herstellbare Geometrien beschreiben. Zus{\"a}tzlich wird er um eine Art ''Druckertreiber'' erweitert, welcher aus den Genomen direkt Anweisungen zur fokussierten Ionenstrahl-Bearbeitung von einkristallinen Goldflocken erstellt. Mit Hilfe von konfokaler Mikroskopie der Zwei-Photonen-Photolumineszenz wird gezeigt, dass Antennen unterschiedlicher Effizienz reproduzierbar aus dem evolution{\"a}ren Algorithmus heraus hergestellt werden k{\"o}nnen. Außerdem wird das Prinzip der Split-Ring-Antenne verbessert, indem zwei Ring-Resonanzen zu einer Dipol-Resonanz hinzugef{\"u}gt werden. Zu guter Letzt dient die beste Antenne des zweiten evolution{\"a}re Algorithmus als Inspiration f{\"u}r einen neuen Formalismus zur Beschreibung des Leistungs{\"u}bertrages zwischen einer optischen Antenne und einem Punkt-Dipol, welcher sich als "dreidimensionaler Moden{\"u}berlapp" beschreiben l{\"a}sst. Damit k{\"o}nnen erstmals intuitive Regeln f{\"u}r die Form einer optischen Antenne aufgestellt werden. Die G{\"u}ltigkeit der Theorie wird analytisch f{\"u}r den Fall eines Dipols nahe einer metallischen Nano-Kugel gezeigt. Das vollst{\"a}ndige Problem, Licht mittels einer optischen Antenne zu fokussieren, l{\"a}sst sich so auf die Erf{\"u}llung zweier Moden{\"u}berlapp-Bedingungen reduzieren -- mit dem Feld eines Punktdipols, sowie mit einer ebenen Welle. Damit lassen sich zwei Arten idealer Antennenmoden identifizieren, welche sich von der bekannten Dipol-Antennen-Mode grundlegend unterscheiden. Zum einen l{\"a}sst sich dadurch die Funktionalit{\"a}t der evolution{\"a}ren und Split-Ring-Antennen erkl{\"a}ren, zum lassen sich neuartige plasmonische Hohlraum-Antennen entwerfen, welche zu besserer Fokussierung von Licht f{\"u}hren. Dies wird numerisch im direkten Vergleich mit einer klassischen Dipolantennen-Geometrie gezeigt.},
subject = {Physik},
language = {en}
}
@phdthesis{Schwedhelm2009,
author = {Schwedhelm, Kai Florian},
title = {Optimierte Methoden der Magnetresonanz-Spektroskopie zur molekularen Charakterisierung neuartiger Wirkstoffe gegen Infektionskrankheiten},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-38535},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2009},
abstract = {In diesem Projekt wurde die Wechselwirkung des PPIase-Enzyms MIP mit Kollagen IV unter- sucht. MIP ist maßgeblich f{\"u}r die Infekti{\"o}sit{\"a}t von Legionella pneumophila verantwortlich, einem Bakterium, welches im Menschen schwere Lungenentz{\"u}ndungen ausl{\"o}sen kann. Das Enzym zeigt eine hohe Affinit{\"a}t gegen{\"u}ber einem kurzen Peptidsequenzabschnitt in Kolla- gen IV (genannt „P290"), welches unter anderem im Epithel der Lunge zu finden ist. Die Interaktionsoberfl{\"a}che der Molek{\"u}le wurde durch den Einsatz eines paramagnetischen Spin-Labels in NMR-Experimenten charakterisiert. Mit Hilfe von Docking und Molek{\"u}ldy- namiksimulationen konnte aus diesen Daten ein Modell des MIP-Kollagen-Komplexes be- rechnet werden. Es wurde gezeigt, dass MIP als Dimer in der Lage ist, nach Kollagen IV zu „greifen" und sich dann an das Molek{\"u}l heranzuziehen. Wahrscheinlich dient dieser Mechanismus der Adh{\"a}- sion von L. pneumophila an die Wirtszelle. Neben der zuvor postulierten Destabilisierung von Kollagen IV durch MIP, welche hier nicht beobachtet wurde, k{\"o}nnte die Adh{\"a}sion ein wichtiger Faktor f{\"u}r die Virulenz von L. pneumophila sein. Weiterhin wurde die inhibitorische Wirkung des isolierten Peptids P290 auf die biologische PPIase-Aktivit{\"a}t von MIP untersucht. Durch NMR-Messungen und anschließenden Mole- k{\"u}ldynamiksimulationen konnte gezeigt werden, dass P290 sich stabil in die Bindungsta- sche von MIP einlagert und durch den Sequenzabschnitt -CYS130-PRO131---TRP134- das Enzym blockiert. Die {\"u}brigen Aminos{\"a}uren in P290 dienen der Stabilisierung des Kom- plexes und sorgen f{\"u}r die Selektivit{\"a}t von P290, welches, im Unterschied zu bekannten Wirkstoffen, das humane Homolog zu MIP nicht inhibiert. Die Vorhersagen der Simulatio- nen konnten durch ein Peptid Microarray und Messungen der enzymatischen Aktivit{\"a}t von MIP in PPIase-Assays best{\"a}tigt werden. Die Ergebnisse wurden zur Optimierung von P290 eingesetzt, indem die Peptidsequenz durch den Austausch zweier Aminos{\"a}uren ver{\"a}ndert und das Molek{\"u}l zu einem Ring geschlossen wurde. Die entstandene Struktur besitzt deut- lich verbesserte Bindungseigenschaften und k{\"o}nnte k{\"u}nftig als Basis f{\"u}r eine neue Klasse von Wirkstoffen gegen L. pneumophila dienen. In diesem Projekt wurde eine Methode zur Aufkl{\"a}rung der Molek{\"u}lstruktur neuartiger Wirkstoffe gegen Malaria im Komplex mit ihrem paramagnetischen Zielmolek{\"u}l etabliert und weiterentwickelt. Die Vorgehensweise leitet intermolekulare Distanzinformationen aus der sog. paramagnetischen Relaxation ab, einem Effekt, der den Einsatz klassischer Me- thoden zur Molek{\"u}lstrukturaufkl{\"a}rung mittels NMR verhindert. Es werden drei Parameter durch NMR-Spektroskopie bestimmt: 1. die longitudinale Relaxationszeit der Wasserstoff- atome in Wirkstoffmolek{\"u}l, 2. die effektive Korrelationszeit des Komplexes und 3. der Spin- Zustand des Eisenions im Zielmolek{\"u}l. Mit Hilfe dieser Messmethode konnte die Komplexstruktur mehrerer bekannter Medika- mente gegen Malaria aufgekl{\"a}rt werden. Weiterhin wurden zwei neue Klassen von Wirkstof- fen untersucht, die C,C-gekoppelten Naphthylisoquinolin-Alkaloide und die N,C-gekoppelte Naphthylisoquinolin-Alkaloide. In {\"U}bereinstimmung mit theoretischen Vorhersagen aus der Literatur lagern sich die Wirkstoffe stets um einen Winkel geneigt und in Richtung des Randes des Zielmolek{\"u}ls verschoben an. Diese Konfiguration maximiert die attraktiven \&\#960;- \&\#960;-Wechselwirkungen zwischen den Molek{\"u}len. Aufgrund der gewonnenen Ergebnisse aus NMR, UV-Spektroskopie und Massenspektrome- trie konnte die Existenz eines bisher nicht bekannten Tetramer-Komplexes nachgewiesen werden, welcher eine wichtige Zwischenstufe in der Biokristallisation von H{\"a}mozoin durch die Malariaparasiten darstellen k{\"o}nnte, und Ansatzpunkte f{\"u}r den weiterhin nicht vollst{\"a}n- dig bekannten Wirkmechanismus der meisten Antimalaria-Wirkstoffe liefert. F{\"u}r die Naphthylisoquinolin-Alkaloide zeigte sich weiterhin, dass Wasser eine essenzielle Rolle in der Komplexbildung spielt. In Molek{\"u}ldynamiksimulationen der N,C-gekoppelten Naphthylisoquinolin-Alkaloide konnte die Entstehung einer Wasserstoffbr{\"u}cke zwischen Wirkstoff und Zielmolek{\"u}l gezeigt werden, welche einen zus{\"a}tzlichen Weg der Komplex- stabilisierung neben den bereits bekannten \&\#960;-\&\#960;-Wechselwirkungen aufzeigt. Die N,C-NIQs konnten erstmals auch bei einem pH-Wert von 5,6 beobachtet werden, einer chemischen Umgebung wie sie auch in-vivo in der Verdauungsvakuole des Malariaparasiten herrscht.},
subject = {NMR-Spektroskopie},
language = {de}
}
@phdthesis{Huggenberger2012,
author = {Huggenberger, Alexander},
title = {Optimierung von positionierten In(Ga)As-Quantenpunkten zur Integration in Halbleiter-Mikroresonatoren},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-78031},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2012},
abstract = {Diese Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der Herstellung von positionierten In(Ga)As-Quantenpunkten zur Integration in Halbleiter-Mikroresonatoren. Dazu wurden systematisch die optischen Eigenschaften - insbesondere die Linienbreite und die Feinstrukturaufspaltung der Emission einzelner Quantenpunkte - optimiert. Diese Optimierung erfolgt im Hinblick auf die Verwendung der Quantenpunkte in Lichtquellen zur Realisierung einer Daten{\"u}bertragung, die durch Quantenkryptographie abh{\"o}rsicher verschl{\"u}sselt wird. Ein gekoppeltes Halbleitersystem aus einem Mikroresonator und einem Quantenpunkt kann zur Herstellung von Einzelphotonenquellen oder Quellen verschr{\"a}nkter Photonen verwendet werden. In dieser Arbeit konnten positionierte Quantenpunkte skalierbar in Halbleiter-Mikroresonatoren integriert werden. In(Ga)As-Quantenpunkte auf GaAs sind ein h{\"a}ufig untersuchtes System und k{\"o}nnen heutzutage mit hoher Kristallqualit{\"a}t durch Molekularstrahlepitaxie hergestellt werden. Um die Emission der Quantenpunkte gerichtet erfolgen zu lassen und die Auskoppeleffizienz der Bauteile zu erh{\"o}hen, wurden Mikros{\"a}ulenresonatoren oder photonische Kristallresonatoren eingesetzt. Die Integration in diese Resonatoren erfolgt durch Ausrichtung an Referenzstrukturen, wodurch dieses Verfahren skalierbar. Die Strukturierung der Substrate f{\"u}r die Herstellung von positionierten Quantenpunkten wurde durch optische Lithographie und Elektronenstrahllithographie in Kombination mit unterschiedlichen {\"A}tztechniken erreicht. F{\"u}r den praktischen Einsatz solcher Strukturen wurde ein Kontaktierungsschema f{\"u}r den elektrischen Betrieb entwickelt. Zur Verbesserung der optischen Eigenschaften der positionierten Quantenpunkte wurde ein Wachstumsschema verwendet, das aus einer optisch nicht aktiven In(Ga)As-Schicht und einer optisch aktiven Quantenpunktschicht besteht. F{\"u}r die Integration einzelner Quantenpunkte in Halbleiter-Mikroresonatoren wurden positionierte Quantenpunkte auf einem quadratischen Gitter mit einer Periode von 200 nm bis zu 10 mum realisiert. Eine wichtige Kenngr{\"o}ße der Emission einzelner Quantenpunkte ist deren Linienbreite. Bei positionierten Quantenpunkten ist diese h{\"a}ufig aufgrund spektraler Diffusion gr{\"o}ßer als bei selbstorganisierten Quantenpunkten. Im Verlauf dieser Arbeit wurden unterschiedliche Ans{\"a}tze und Strategien zur {\"U}berwindung dieses Effekts verfolgt. Dabei konnte ein minimaler Wert von 25 mueV f{\"u}r die Linienbreite eines positionierten Quantenpunktes auf einem quadratischen Gitter mit einer Periode von 2 μm erzielt werden. Die statistische Auswertung vieler Quantenpunktlinien ergab eine mittlere Linienbreite von 133 mueV. Die beiden Ergebnisse zeugen davon, dass diese Quantenpunkte eine hohe optische Qualit{\"a}t besitzen. Die FSS der Emission eines Quantenpunktes sollte f{\"u}r die direkte Erzeugung polarisationsverschr{\"a}nkter Photonen m{\"o}glichst klein sein. Deswegen wurden unterschiedliche Ans{\"a}tze diskutiert, um die FSS einer m{\"o}glichst großen Zahl von Quantenpunkten systematisch zu reduzieren. Die FSS der Emission von positionierten In(Ga)As-Quantenpunkten auf (100)-orientiertem Galliumarsenid konnte auf einen minimalen Wert von 9.8 mueV optimiert werden. Ein anderes Konzept zur Herstellung positionierter Quantenpunkte stellt das Wachstum von InAs in ge{\"a}tzten, invertierten Pyramiden in (111)-GaAs dar In (111)- und (211)-In(Ga)As sollte aufgrund der speziellen Symmetrie des Kristalls bzw. der piezoelektrischen Felder die FSS verschwinden. Mit Hilfe von Quantenpunkten auf solchen Hochindex-Substraten konnten FSS von weniger als 5 mueV gemessen werden. Bis zu einem gewissen Grad kann die Emission einzelner Quantenpunkte durch laterale elektrische Felder beeinflusst werden. Besonders die beobachtete Reduzierung der FSS positionierter In(Ga)As-Quantenpunkte auf (100)-orientiertem GaAs von ca. 25 mueV auf 15 mueV durch ein laterales, elektrisches Feld ist viel versprechend f{\"u}r den k{\"u}nftigen Einsatz solcher Quantenpunkte in Quellen f{\"u}r verschr{\"a}nkte Photonen. Durch die Messung der Korrelationsfunktion wurde die zeitliche Korrelation der Emission von Exziton und Biexziton nachgewiesen und das Grundprinzip zum Nachweis eines polarisationsverschr{\"a}nkten Zustandes gezeigt. In Zusammenarbeit mit der Universit{\"a}t Tokyo wurde ein Konzept entwickelt, mit dem k{\"u}nftig Einzelquantenpunktlaser skalierbar durch Kopplung positionierter Quantenpunkte und photonischer Kristallkavit{\"a}ten hergestellt werden k{\"o}nnen. Weiterhin konnte mit Hilfe eines elektrisch kontaktierten Mikros{\"a}ulenresonators bei spektraler Resonanz von Quantenpunktemission und Kavit{\"a}tsmode eine Steigerung der spontanen Emission nachgewiesen werden. Dieses System ließ sich bei geeigneten Anregungsbedingungen auch als Einzelphotonenquelle betreiben, was durch den experimentell bestimmten Wert der Autokorrelationsfunktion f{\"u}r verschwindende Zeitdifferenzen nachgewiesen wurde.},
subject = {Quantenpunkt},
language = {de}
}
@phdthesis{Ullherr2021,
author = {Ullherr, Maximilian},
title = {Optimization of Image Quality in High-Resolution X-Ray Imaging},
doi = {10.25972/OPUS-23117},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-231171},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2021},
abstract = {The SNR spectra model and measurement method developed in this work yield reliable application-specific optima for image quality. This optimization can either be used to understand image quality, find out how to build a good imaging device or to (automatically) optimize the parameters of an existing setup. SNR spectra are here defined as a fraction of power spectra instead of a product of device properties. In combination with the newly developed measurement method for this definition, a close correspondence be- tween theory and measurement is achieved. Prior approaches suffer from a focus on theoretical definitions without fully considering if the defined quantities can be measured correctly. Additionally, discrepancies between assumptions and reality are common. The new approach is more reliable and complete, but also more difficult to evaluate and interpret. The signal power spectrum in the numerator of this fraction allows to model the image quality of different contrast mechanisms that are used in high-resolution x-ray imaging. Superposition equations derived for signal and noise enable understanding how polychromaticity (or superposition in general) affects the image quality. For the concept of detection energy weighting, a quantitative model for how it affects im- age quality was found. It was shown that—depending on sample properties—not detecting x-ray photons can increase image quality. For optimal computational energy weighting, more general formula for the optimal weight was found. In addition to the signal strength, it includes noise and modulation transfer. The novel method for measuring SNR spectra makes it possible to experimentally optimize image quality for different contrast mechanisms. This method uses one simple measurement to obtain a measure for im- age quality for a specific experimental setup. Comparable measurement methods typically require at least three more complex measurements, where the combination may then give a false result. SNR spectra measurements can be used to: • Test theoretical predictions about image quality optima. • Optimize image quality for a specific application. • Find new mechanisms to improve image quality. The last item reveals an important limitation of x- ray imaging in general: The achievable image quality is limited by the amount of x-ray photons interacting with the sample, not by the amount incident per detector area (see section 3.6). If the rest of the imaging geometry is fixed, moving the detector only changes the field of view, not the image quality. A practical consequence is that moving the sample closer to the x-ray source increases image quality quadratically. The results of a SNR spectra measurement represent the image quality only on a relative scale, but very reliable. This relative scale is sufficient for an optimization problem. Physical effects are often already clearly identifiable by the shape of the functional relationship between input parameter and measurement result. SNR spectra as a quantity are not well suited for standardization, but instead allow a reliable optimization. Not satisfying the requirements of standardization allows to use methods which have other advantages. In this case, the SNR spectra method describes the image quality for a specific application. Consequently, additional physical effects can be taken into account. Additionally, the measurement method can be used to automate the setting of optimal machine parameters. The newly proposed image quality measure detection effectiveness is better suited for standardization or setup comparison. This quantity is very similar to measures from other publications (e.g. CNR(u)), when interpreted monochromatically. Polychromatic effects can only be modeled fully by the DE(u). The measurement processes of both are different and the DE(u) is fundamentally more reliable. Information technology and digital data processing make it possible to determine SNR spectra from a mea- sured image series. This measurement process was designed from the ground up to use these technical capabilities. Often, information technology is only used to make processes easier and more exact. Here, the whole measurement method would be infeasible without it. As this example shows, using the capabilities of digital data processing much more extensively opens many new possibilities. Information technology can be used to extract information from measured data in ways that analog data processing simply cannot. The original purpose of the SNR spectra optimization theory and methods was to optimize high resolution x-ray imaging only. During the course of this work, it has become clear that some of the results of this work affect x-ray imaging in general. In the future, these results could be applied to MI and NDT x-ray imaging. Future work on the same topic will also need to consider the relationship between SNR spectra or DE(u) and sufficient image quality.This question is about the minimal image quality required for a specific measurement task.},
subject = {Bildqualit{\"a}t},
language = {en}
}
@phdthesis{Wagner2003,
author = {Wagner, Joachim},
title = {Optische Charakterisierung von II-VI-Halbleiter-Oberfl{\"a}chen in Kombination mit First-Principles-Rechnungen},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-8722},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2003},
abstract = {In dieser Arbeit sind Methoden der optischen Spektroskopie, insbesondere die Ramanspektroskopie (RS) und die Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie (RAS), angewandt worden, um die Oberfl{\"a}chen von II-VI Halbleitern zu charakterisieren. F{\"u}r die experimentellen Untersuchungen wurde eine eigens f{\"u}r diesen Zweck entwickelte UHV-Optikkammer benutzt. Diese einzigartige M{\"o}glichkeit, II-VI Halbleiterproben aus einer state-of-the-art MBE-Anlage mit einer UHV-Optikanlage zu kombinieren hat gezeigt, dass optische Spektroskopie sehr gut daf{\"u}r geeignet ist, strukturelle Eigenschaften, z.B. Rekonstruktionen, und chemische Bindungen an Oberfl{\"a}chen, sowie die damit verbundene Schwingungsdynamik zu analysieren. Neben den experimentellen Arbeiten wurden u. a. first principles Rechnungen mittels der Dichtefunktionaltheorie im Rahmen der Lokalen-Dichte-Approximation durchgef{\"u}hrt. Damit konnten f{\"u}r die Oberfl{\"a}chen einerseits ihre geometrischen Eigenschaften, d.h die atomare Anordnung der Oberfl{\"a}chenatome, und andererseits auch ihre Dynamik, d.h. die Schwingungsfrequenzen und die Auslenkungsmuster der an der Rekonstruktion beteiligten Atome der Oberfl{\"a}che und der oberfl{\"a}chennahen Schichten, im Rahmen der Frozen-Phonon-N{\"a}herung bestimmt werden. Die Kombination von experimenteller und theoretischer Vibrationsbestimmung von Oberfl{\"a}chen bietet also, neben den klassischen Oberfl{\"a}chen-Analysemethoden wie RHEED, LEED, XPS, Auger und SXRD, ein zus{\"a}tzliches Werkzeug zur Charakterisierung von Oberfl{\"a}chen. Da die Frozen-Phonon-N{\"a}herung nicht elementarer Bestandteil des hier benutzten DFT-Programmcodes fhi96md ist, wurde diese Erweiterung im Rahmen dieser Arbeit durchgef{\"u}hrt. Die theoretische Berechnung von Schwingungsfrequenzen mit dynamischen Matrizen ist in einem Unterkapitel dargestellt. Die so berechneten Schwingungsfrequenzen f{\"u}r verschiedene Oberfl{\"a}chen-Rekonstruktionen konnten erfolgreich am Beispiel der reinen BeTe(100)-Oberfl{\"a}che mit den experimentell mit der UHV-Ramanspektroskopie beobachteten Frequenzen verglichen werden. So gelang erstmalig die optische identifizierung von rekonstruktionsinduzierten Eigenschwingungen einer Oberfl{\"a}che. Nach detaillierter Kenntnis der BeTe(100)-Oberfl{\"a}che wurde die Ramanspektroskopie als Sonde benutzt, um die Entwicklung der BeTe-Oberfl{\"a}che bei unterschiedlichen Behandlungen (Modifikation) zu verfolgen. Dabei dienten die fr{\"u}heren Ergebnisse als Referenzpunkte, um die modifizierten Spektren zu erkl{\"a}ren. Zus{\"a}tzlich wurde ein Konzept zur Passivierung der Te-reichen BeTe(100)-Oberfl{\"a}che entwickelt, um diese Proben ohne einen technisch aufwendigen UHV-Transportbeh{\"a}lter {\"u}ber gr{\"o}ssere Entfernungen transportieren zu k{\"o}nnen (z.B. zu Experimenten an einem Synchrotron). Mit der RAS wurden auch die Oberfl{\"a}chen von weiteren Gruppe II-Telluriden, n{\"a}mlich die Te-reiche (2x1) CdTe(100)-Oberfl{\"a}che, die Te-reiche (2x1) MnTe(100)-Oberfl{\"a}che und die Hg-reiche c(2x2) HgTe(100)-Oberfl{\"a}che untersucht. Schließlich wurde der Wachstumsstart von CdSe auf der BeTe(100)-Oberfl{\"a}che im Bereich weniger Monolagen (1-5 ML) CdSe analysiert, wobei die hohe Empfindlichkeit der Ramanspektroskopie bereits den Nachweis einer Monolage CdSe erlaubte.},
subject = {Zwei-Sechs-Halbleiter},
language = {de}
}
@phdthesis{Weinlaeder2003,
author = {Weinl{\"a}der, Helmut},
title = {Optische Charakterisierung von Latentw{\"a}rmespeichermaterialien zur Tageslichtnutzung},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-7872},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2003},
abstract = {In dieser Arbeit wurde untersucht, inwieweit sich durch den Einsatz von Latentw{\"a}rmespeichermaterialien (kurz PCM = phase change material) Tageslichtelemente realisieren lassen, welche einen Teil der eingestrahlten Solarenergie zwischenspeichern und zeitverz{\"o}gert w{\"a}hrend der Abend- und Nachtstunden wieder an den Innenraum abgeben. Hierdurch lassen sich mehrere Effekte erzielen: Der bei Verglasungen auftretende starke W{\"a}rmeeintrag w{\"a}hrend des Tages wird ged{\"a}mpft und bis in die Abend- und Nachtstunden ausgedehnt. Im Sommer f{\"u}hrt dies zu geringeren K{\"u}hllasten. Die zeitlich verz{\"o}gerten abends auftretenden W{\"a}rmeeintr{\"a}ge k{\"o}nnen bei Bedarf {\"u}ber Nachtl{\"u}ftung abgef{\"u}hrt werden. Im Winter sind die solaren Gewinne zeitlich besser mit den W{\"a}rmeverlusten korreliert was ihren Nutzungsgrad erh{\"o}ht. Dies f{\"u}hrt zu geringerem Heizenergiebedarf. Weiter wird im Winter aufgrund der Erh{\"o}hung der Systemoberfl{\"a}chentemperatur durch den Phasenwechsel des PCM die thermische Behaglichkeit in den Abendstunden vor allem in Systemn{\"a}he gesteigert. Im Sommer bleiben die Oberfl{\"a}chentemperaturen tags{\"u}ber niedrig, sofern ein PCM mit entsprechender Schmelztemperatur (<30°C) gew{\"a}hlt wird, so dass auch zu diesen Zeiten die thermische Behaglichkeit verbessert wird. Es wurden drei Latentw{\"a}rmespeichermaterialien untersucht: ein Paraffin (RT25), sowie zwei Salzhydrate auf Basis von Kalziumchloridhexahydrat (S27) und Lithiumnitrattrihydrat (L30). Aus Messwerten des Transmissions- und Reflexionsgrades im fl{\"u}ssigen Zustand wurden die spektralen Daten der Brechungsindizes ermittelt. Strukturuntersuchungen der PCMs im festen Zustand erfolgten mittels Lichtmikroskopie und anhand von Streuverteilungsmessungen. Diese wurden mit der Mie-Theorie ausgewertet. Es wurde bei allen Materialien die Ausbildung einer Makrostruktur festgestellt, die wiederum mit einer Mikrostruktur unterlegt ist. Die Makrostruktur entsteht durch Grenzfl{\"a}chen Festk{\"o}rper-Luft beim Erstarren und Zusammenziehen der Materialien, die Mikrostruktur durch sehr feine Lufteinschl{\"u}sse und Grenzfl{\"a}chen innerhalb des Festk{\"o}rperger{\"u}sts. W{\"a}hrend die Makrostruktur vor allem bei den Salzhydraten in ihrer Gr{\"o}ße variiert und sich an die Beh{\"a}lterdicke anpasst, liegt die Gr{\"o}ße der Mikrostrukturen bei allen drei Materialien relativ konstant im Bereich um die 5-20 µm. Die Mikrostrukturen sind f{\"u}r die Lichtstreuung verantwortlich. Unter der Annahme, dass die Werte der Brechungsindizes im festen und fl{\"u}ssigen Zustand gleich sind, wurden mit dem 3-Fluss-Modell die spektralen effektiven Streukoeffizienten der festen PCMs bestimmt. Mit den ermittelten Gr{\"o}ßen lassen sich die optischen Eigenschaften der Materialien im festen und fl{\"u}ssigen Zustand f{\"u}r Schichtdicken zwischen 1,5 mm und 4 cm berechnen. Alle drei Materialien zeigen eine hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich und eine starke Absorption im Nahinfraroten. Dieses Verhalten ist f{\"u}r den Einsatz in Tageslichtelementen g{\"u}nstig, da man dort das sichtbare Licht zur Raumausleuchtung nutzen und den nahinfraroten Anteil in Form von W{\"a}rme speichern will. F{\"u}r den Einsatz im Tageslichtelement m{\"u}ssen die PCMs auslaufsicher in Beh{\"a}lter eingebracht werden. Hierf{\"u}r wurden Stegdoppelplatten (SDP) aus Plexiglas verwendet. Zwei Funktionsmuster mit RT25 und S27, bestehend aus einer W{\"a}rmeschutzverglasung, hinter der die PCM-bef{\"u}llten SDPs angebracht waren, wurden unter nat{\"u}rlichen Klimabedingungen vermessen. Die Messdaten dienten zur Validierung eines Simulationsprogramms, mit dem das Verhalten der drei PCM-Tageslichtelemente unter genormten Bedingungen im Sommer- und Winterbetrieb untersucht wurde. Messungen und Simulationsrechnungen ergaben, dass die gew{\"u}nschten Effekte (D{\"a}mpfung der Energiegewinne tags{\"u}ber, Verschiebung der Gewinne vom Tag in die Abend- und Nachtstunden, sowie Verbesserung der thermischen Behaglichkeit) mit den PCM-Tageslichtelementen erreicht werden. Anhand von Optimierungsrechnungen wurde gezeigt, dass die Energieeinkopplung in das PCM erh{\"o}ht werden muss. Dies kann durch Beimengung absorbierender Materialien in das PCM oder durch Verwendung von Beh{\"a}ltern mit h{\"o}herer Absorption geschehen. Bei derart optimierten Tageslichtelementen sind Schichtdicken von rund 5 mm PCM ausreichend. Lichttechnische Untersuchungen ergaben, dass die Tageslichtelemente mit PCM oft ein stark inhomogenes optisches Erscheinungsbild zeigen, vor allem w{\"a}hrend des Phasenwechsels. Deshalb sollten f{\"u}r den Einsatz in der Praxis M{\"o}glichkeiten zur Kaschierung vorgesehen werden. Dies l{\"a}sst sich z.B. durch streuende Beh{\"a}lter erreichen. Problematisch ist die Dichtigkeit der Beh{\"a}lter, vor allem wenn Salzhydrate als PCM verwendet werden. Die Kristalle {\"u}ben beim Wachstum starke Kr{\"a}fte auf die Beh{\"a}lterwandungen aus, so dass diese besonders bei gr{\"o}ßeren Beh{\"a}lterabmessungen dem Druck nicht standhalten und Risse bilden. Hier ist noch Entwicklungsarbeit zu leisten.},
subject = {Tageslichtelement},
language = {de}
}
@phdthesis{Keller2004,
author = {Keller, Dirk},
title = {Optische Eigenschaften ZnSe-basierter zweidimensionaler Elektronengase und ihre Wechselwirkung mit magnetischen Ionen},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-14774},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2004},
abstract = {In dieser Arbeit wurden nichtmagnetische und semimagnetische ZnSe-basierte Quantentr{\"o}ge untersucht. Im Mittelpunkt des Interesses standen hierbei vor allem die Modifikation der optischen Spektren mit einer zunehmenden Modulationsdotierung der Strukturen und der Einfluss von Spinflip-Streuungen der freien Band-Elektronen an den Mn-Ionen auf die Magnetisierung und somit die Zeeman-Aufspaltung der Strukturen. Als experimentelle Methoden wurden Photolumineszenz (PL), Photolumineszenzanregung (PLE) und Reflexionsmessungen verwendet, die in Magnetfeldern von bis zu B=48 T und bei Temperaturen im Bereich von 1.6 K bis 70 K durchgef{\"u}hrt wurden. Dar{\"u}ber hinaus wurde die Abh{\"a}ngigkeit der Spin-Gitter-Relaxationszeit der Mn-Ionen von der Mn-Konzentration und der Elektronengasdichte in den Quantentr{\"o}gen durch zeitaufgel{\"o}ste Lumineszenzmessungen untersucht. Der Einfluss eines Gradienten in der s/p-d-Austauschwechselwirkung auf die Diffusion der Ladungstr{\"a}ger bildet einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit. Als experimentelle Methode wurde hierbei ortsaufgel{\"o}ste Lumineszenz verwendet.},
subject = {Zinkselenid},
language = {de}
}
@phdthesis{Kistner2011,
author = {Kistner, Caroline},
title = {Optische Spektroskopie an elektrisch kontaktierten Mikros{\"a}ulenresonatoren},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-67462},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2011},
abstract = {Der große Fortschritt der Halbleitertechnologie erm{\"o}glichte es in den letzten Jahren quantenoptische Ph{\"a}nomene nicht mehr nur ausschließlich an Atomen, sondern auch in einer Festk{\"o}rpermatrix zu beobachten. Von besonderem Interesse sind dabei Ph{\"a}nomene der Licht-Materie-Wechselwirkung im Kontext der Quantenelektrodynamik in Kavit{\"a}ten. Die {\"a}ußerst aktive Forschung auf diesem Gebiet r{\"u}hrt daher, dass diese Ph{\"a}nomene bei der Realisierung neuartiger Lichtquellen f{\"u}r die Quanteninformationstechnologie ben{\"o}tigt werden. Die Verwirklichung von solchen speziellen Lichtquellen auf Halbleiterbasis besitzt entscheidende Vorteile im Hinblick auf die praktische Anwendbarkeit aufgrund der potentiell hohen Skalierbarkeit und Effizienz. Jedoch kann die erforderliche Licht-Materie-Wechselwirkung nur in qualitativ sehr hochwertigen Halbleiterstrukturen mit quasi nulldimensionalem Ladungstr{\"a}ger- und Lichteinschluss erfolgen. Hierbei wurden in den letzten Jahren enorme technologische Fortschritte bei der Prozessierung von Mikrokavit{\"a}ten mit Quantenpunkten in der aktiven Schicht sowie bei der Beobachtung der gew{\"u}nschten Licht-Materie-Wechselwirkung erzielt. Allerdings erfolgten diese Untersuchungen in erster Linie an optisch mithilfe eines externen Lasers angeregten Strukturen, wohingegen f{\"u}r die Praxis ein elektrischer Betrieb w{\"u}nschenswert ist. Die f{\"u}r die elektrische Anregung von solchen Mikrostrukturen notwendige Kontaktierung kann dar{\"u}ber hinaus zur effizienten Manipulation der Emissionseigenschaften der Quantenemitter mittels eines elektrischen Feldes eingesetzt werden. Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen dieser Arbeit die optischen und elektrischen Eigenschaften von kontaktierten Quantenpunkt-Mikros{\"a}ulenkavit{\"a}ten eingehend untersucht. Ausgangspunkt dieser Mikrokavit{\"a}ten sind planare Schichtstrukturen auf der Basis von GaAs und AlAs mit InGaAs-Quantenpunkten mit variierendem Indiumgehalt in der aktiven Schicht. Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag hierbei auf vertikal elektrisch kontaktierten Mikros{\"a}ulenresonatoren, deren Aufbau vertikal emittierenden Laserdioden {\"a}hnelt. Die Besonderheit der neuartigen Kontaktierung liegt darin, dass aufgrund der Strominjektion durch die Seitenw{\"a}nde im oberen Bereich des Mikros{\"a}ulenresonators die Facette der Struktur frei von jeglichem absorbierenden Material gehalten wird. Hierdurch kann eine effiziente Lichtauskopplung gew{\"a}hrleistet werden. Des Weiteren wurde auch ein Verfahren zur seitlichen Kontaktierung von undotierten Mikros{\"a}ulenresonatoren entwickelt und optimiert, was eine spezielle Manipulation der Quantenpunktemission in einem lateralen elektrischen Feld erlaubt. Als Untersuchungsmethode wird bei allen Experimenten in erster Linie die Mikrolumineszenzspektroskopie bei tiefen Temperaturen verwendet und durch die Methode der Photostromspektroskopie sowie Autokorrelationsmessungen erster und zweiter Ordnung erg{\"a}nzt ...},
subject = {Galliumarsenidlaser},
language = {de}
}
@phdthesis{Schmidt2009,
author = {Schmidt, Thomas},
title = {Optische Untersuchung und Kontrolle der Spindynamik in Mn dotierten II-VI Quantenpunkten},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-36033},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2009},
abstract = {Die vorliegende Arbeit befasste sich mit dem Spin- und dem damit eng verbundenen Polarisationszustand von Ladungstr{\"a}gern in CdSe/ZnSe Quantenpunkten. II-VI Materialsysteme k{\"o}nnen in geeigneter Weise mit dem Nebengruppenelement Mangan gemischt werden. Diese semimagnetischen Nanostrukturen weisen eine Vielzahl von charakteristischen optischen und elektrischen Besonderheiten auf. Verantwortlich daf{\"u}r ist eine Austauschwechselwirkung zwischen dem Spin optisch erzeugter Ladungstr{\"a}ger und den 3d Elektronen der Mn Ionen. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte die Adressierung gezielter Spinzust{\"a}nde durch optische Anregung der Ladungstr{\"a}ger. Die Besetzung unterschiedlicher Spinzust{\"a}nde konnte durch Detektion des Polarisationsgrades der emittierten Photolumineszenz (PL) bestimmt werden. Dabei kamen verschiedene optische Methoden wie zeitaufgel{\"o}ste und zeitintegrierte PL-Spektroskopie sowie Untersuchungen in Magnetfeldern zum Einsatz.},
subject = {Halbleiterschicht},
language = {de}
}
@phdthesis{Zimmermann2006,
author = {Zimmermann, J{\"o}rg},
title = {Optische Wellenleiter und Filter in photonischen Kristallen auf Indiumphosphid-Basis},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-21767},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2006},
abstract = {Im Rahmen dieser Arbeit wurden optische Wellenleiter und Filter in zweidimensionalen photonischen Kristallen auf Indiumphosphid-Basis hergestellt, numerisch modelliert sowie experimentell im f{\"u}r die optische Nachrichtentechnik wichtigen Wellenl{\"a}ngenbereich um 1,55 µm untersucht. Photonische Kristalle weisen eine periodische Variation des Brechungsindex auf. Durch das gezielte Einbringen von Defekten in die periodische Struktur ist eine Manipulation der photonischen Zustandsdichte und somit der Lichtausbreitung m{\"o}glich. Grundbaustein der durchgef{\"u}hrten Untersuchungen ist der lineare Defektwellenleiter in einem triangul{\"a}ren Gitter aus Luftl{\"o}chern in einer Halbleitermatrix, der durch das Auslassen von einer oder mehreren Lochreihen entsteht. Die Wellenf{\"u}hrung in vertikaler Richtung wird durch eine Halbleiterheterostruktur mit einer Wellenleiterkernschicht aus InGaAsP oder InGaAlAs und Mantelschichten mit niedrigerem Brechungsindex realisiert. Die Einbettung des zweidimensionalen Lochgitters in die InP-basierte Halbleiterheterostruktur erlaubt die Integration mit aktiven optoelektronischen Bauteilen wie Sende- und Empfangselementen sowie die Verwendung bestehender Halbleiterstrukturierungstechnologien. Die photonischen Kristall-Wellenleiter wurden mit hochaufl{\"o}sender Elektronenstrahllithographie und einem zweistufigen Trocken{\"a}tzprozess hergestellt. Damit konnten Lochradien von 100 nm und Lochtiefen von 4 µm realisiert werden. Zur experimentellen Untersuchung der hergestellten Strukturen wurden Messpl{\"a}tze f{\"u}r die optische Charakterisierung von Transmission und chromatischer Dispersion von photonischen Kristall-Wellenleitern und -Filtern aufgebaut und die Phasenverschiebungsmethode sowie die Modulationsmethode mit Offset angewendet. Damit konnte erstmals direkt die Gruppenlaufzeitdispersion eines photonischen Kristall-Wellenleiter-Filters gemessen werden. Numerische Untersuchungen wurden mit dem Verfahren der Entwicklung nach ebenen Wellen sowie mit dem FDTD-Verfahren durchgef{\"u}hrt. Die photonischen Kristall-Wellenleiter besitzen mehrere Wellenleitermoden, die teilweise refraktiven (auf Totalreflexion beruhenden) und teilweise diffraktiven (auf Bragg-Reflexion beruhenden) Charakter haben. Je nach Symmetrie treten zwischen den Moden Ministoppb{\"a}nder auf, die sich im Transmissionsspektrum als Intensit{\"a}tseinbr{\"u}che darstellen. Die spektrale Lage dieser Ministoppb{\"a}nder h{\"a}ngt von der Wellenleitergeometrie ab. Messungen an Wellenleitern mit verschiedener L{\"a}nge zeigen eine starke Variation der spektralen Breite der Ministoppb{\"a}nder. Diese kann mit der Theorie der gekoppelten Moden unter Annahme unterschiedlicher D{\"a}mpfungswerte f{\"u}r die gekoppelten Wellenleitermoden erkl{\"a}rt werden. Die entscheidene Wellenleitereigenschaft f{\"u}r praktische Anwendungen ist die Wellenleiterd{\"a}mpfung. Diese wurde mit den Verfahren der Fabry-P{\´e}rot-Resonanzen sowie der L{\"a}ngenvariation experimentell bestimmt. Durch Wahl eines geeigneten Schichtaufbaus und Optimierung der Herstellungsprozesse konnten die f{\"u}r das untersuchte Materialsystem niedrigsten D{\"a}mpfungswerte in photonischen Kristall-Wellenleitern erzielt werden. F{\"u}r W7-, W5- und W3-Wellenleiter wurden D{\"a}mpfungswerte von 0,2 dB/mm, 0,6 dB/mm und 1,5 dB/mm erreicht, die schmaleren W1-Wellenleiter zeigen Verluste von 27 dB/mm. Zwei Typen optischer Wellenleiter-Filter wurden untersucht: Richtkoppler sowie Resonatoren. Photonische Kristall-Wellenleiter-Richtkoppler eignen sich als ultrakompakte Demultiplexer und Kanal-Auslasser. Bei den experimentell realisierten photonischen Kristall-Wellenleiter-Richtkopplern konnte das eingekoppelte Licht je nach Wellenl{\"a}nge in den einen oder anderen Ausgangswellenleiter gelenkt werden. Bei photonischen Kristall-Wellenleitern mit Resonatoren konnten G{\"u}te-Faktoren bis zu 1,5*10^4 bei einem Kanalabstand von 100 GHz realisiert werden. Die Gruppenlaufzeitdispersion in diesen Strukturen variiert zwischen -250 ps/nm und +250 ps/nm, so dass mit einem 420 µm langen photonischen Kristall-Wellenleiter-Filter die Dispersion von 15 km Standardglasfaser bei 1,55 µm Wellenl{\"a}nge kompensiert werden kann. Mit Hilfe von kleinen Temperatur{\"a}nderungen kann die Resonanzkurve verschoben werden. Der demonstrierte photonische Kristall-Wellenleiter-Resonator stellt daher einen miniaturisierten durchstimmbaren Dispersionskompensator dar.},
subject = {Photonischer Kristall},
language = {de}
}
@phdthesis{Pfenning2018,
author = {Pfenning, Andreas Theo},
title = {Optoelektronische Transportspektroskopie an Resonanztunneldioden-Fotodetektoren},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-163205},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2018},
abstract = {Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit optoelektronischer Transportspektroskopie verschiedener Resonanztunneldioden (RTDs). Die Arbeit ist thematisch in zwei Schwerpunktee untergliedert. Im ersten Schwerpunkt werden anhand GaAs-basierter RTD-Fotosensoren f{\"u}r den Telekommunikationswellenl{\"a}ngenbereich um 1,3 µm die Akkumulationsdynamiken photogenerierter Minorit{\"a}tsladungstr{\"a}ger und deren Wirkung auf den RTD-Tunnelstrom untersucht. Im zweiten Schwerpunkt werden GaSb-basierte Al(As)Sb/GaSb-Doppelbarrieren-Quantentrog-RTDs in Hinblick auf ihren Raumtemperaturbetrieb entwickelt und erforscht. Diese legen den Grundstein f{\"u}r die sp{\"a}tere Realisation von RTD-Fotodetektoren im mittleren infraroten (MIR) Spektralbereich. Im Folgenden ist eine kurze inhaltliche Zusammenfassung der einzelnen Kapitel gegeben. Kapitel 1 leitet vor dem Hintergrund eines stark steigenden Bedarfs an verl{\"a}sslichen und sensitiven Fotodetektoren f{\"u}r Telekommunikationsanwendungen sowie f{\"u}r die optische Molek{\"u}l- und Gasspektroskopie in das {\"u}bergeordnete Thema der RTD-Fotodetektoren ein. Kapitel 2 erl{\"a}utert ausgew{\"a}hlte physikalische und technische Grundlagen zu RTD-Fotodetektoren. Ausgehend von einem kurzem {\"U}berblick zu RTDs, werden aktuelle Anwendungsgebiete aufgezeigt und die physikalischen Grundlagen elektrischen Transports in RTDs diskutiert. Anschließend werden Grundlagen, Definitionen und charakteristische Kenngr{\"o}ßen optischer Detektoren und Sensoren definiert. Abschließend werden die physikalischen Grundlagen zum Fotostrom in RTDs beschrieben. In Kapitel 3 RTD-Fotosensor zur Lichtdetektion bei 1,3 µm werden AlGaAs/GaAs-Doppelbarrieren-Quantentrog-Resonanztunneldioden (DBQW-RTDs) mit gitterangepasster, quatern{\"a}rer GaInNAs-Absorptionsschicht als Raumtemperatur-Fotodetektoren f{\"u}r den nahen infraroten (NIR) Spektralbereich bei der Telekommunikationswellenl{\"a}nge von λ=1,3 µm untersucht. RTDs sind photosensitive Halbleiterbauteile, die innerhalb der vergangenen Jahre aufgrund ihrer hohen Fotosensitivit{\"a}t und F{\"a}higkeit selbst einzelne Photonen zu detektieren, ein beachtliches Interesse geweckt haben. Die RTD-Fotosensitivit{\"a}t basiert auf einer Coulomb-Wechselwirkung photogenerierter und akkumulierter Ladungstr{\"a}ger. Diese ver{\"a}ndern das lokale elektrostatische Potential und steuern so einen empfindlichen Resonanztunnelstrom. Die Kenntnis der zugrundeliegenden physikalischen Parameter und deren Spannungsabh{\"a}ngigkeit ist essentiell, um optimale Arbeitspunkte und Bauelementdesigns zu identifizieren. Unterkapitel 3.1 gibt einen {\"U}berblick {\"u}ber das Probendesign der untersuchten RTD-Fotodetektoren, deren Fabrikationsprozess sowie eine Erl{\"a}uterung des Fotodetektionsmechanismus. {\"U}ber Tieftemperatur-Elektrolumineszenz-Spektroskopie wird die effektive RTD-Quantentrog-Breite zu d_DBQW≃3,4 nm bestimmt. Die Quantisierungsenergien der Elektron- und Schwerloch-Grundzust{\"a}nde ergeben sich zu E_Γ1≈144 meV und E_hh1≈39 meV. Abschließend wird der in der Arbeit verwendeten Messaufbau skizziert. In Unterkapitel 3.2 werden die physikalischen Parameter, die die RTD-Fotosensitivit{\"a}t bestimmen, auf ihre Spannungsabh{\"a}ngigkeit untersucht. Die Fotostrom-Spannungs-Kennlinie des RTD-Fotodetektors ist nichtlinear und {\"u}ber drei spannungsabh{\"a}ngige Parametern gegeben: der RTD-Quanteneffizienz η(V), der mittleren Lebensdauer photogenerierter und akkumulierter Minorit{\"a}tsladungstr{\"a}ger (L{\"o}cher) τ(V) und der RTD-I(V)-Kennlinie im Dunkeln I_dark (V). Die RTD Quanteneffizienz η(V) kann {\"u}ber eine Gaußsche-Fehlerfunktion modelliert werden, welche beschreibt, dass Lochakkumulation erst nach {\"U}berschreiten einer Schwellspannung stattfindet. Die mittlere Lebensdauer τ(V) f{\"a}llt exponentiell mit zunehmender Spannung V ab. {\"U}ber einen Vergleich mit thermisch limitierten Lebensdauern in Quantentr{\"o}gen k{\"o}nnen Leitungsband- und Valenzband-Offset zu Q_C \≈0,55 und Q_V≈0,45 abgesch{\"a}tzt werden. Basierend auf diesen Ergebnissen wird ein Modell f{\"u}r die Fotostrom-Spannungs-Kennlinie erstellt, das eine elementare Grundlage f{\"u}r die Charakterisierung von RTD-Photodetektoren bildet. In Unterkapitel 3.3 werden die physikalischen Parameter, die die RTD-Fotosensitivit{\"a}t beschr{\"a}nken, detailliert auf ihre Abh{\"a}ngigkeit gegen{\"u}ber der einfallenden Lichtleistung untersucht. Nur f{\"u}r kleine Lichtleistungen wird eine konstante Sensitivit{\"a}t von S_I=5,82×〖10〗^3 A W-1 beobachtet, was einem Multiplikationsfaktor von M=3,30×〖10〗^5 entspricht. F{\"u}r steigende Lichtleistungen f{\"a}llt die Sensitivit{\"a}t um mehrere Gr{\"o}ßenordnungen ab. Die abfallende, nichtkonstante Sensitivit{\"a}t ist maßgeblich einer Reduktion der mittleren Lebensdauer τ zuzuschreiben, die mit steigender Lochpopulation exponentiell abf{\"a}llt. In Kombination mit den Ergebnissen aus Unterkapitel 3.2 wird ein Modell der RTD-Fotosensitivit{\"a}t vorgestellt, das die Grundlage einer Charakterisierung von RTD-Fotodetektoren bildet. Die Ergebnisse k{\"o}nnen genutzt werden, um die kritische Lichtleistung zu bestimmen, bis zu der der RTD-Fotodetektor mit konstanter Sensitivit{\"a}t betrieben werden kann, oder um den idealen Arbeitspunkt f{\"u}r eine minimale rausch{\"a}quivalente Leistung (NEP) zu identifizieren. Dieser liegt f{\"u}r eine durch theoretisches Schrotrauschen limitierte RTD bei einem Wert von NEP=1,41×〖10〗^(-16) W Hz-1/2 bei V=1,5 V. In Kapitel 4 GaSb-basierte Doppelbarrieren-RTDs werden unterschiedliche Al(As)Sb/GaSb-DBQW-RTDs auf ihre elektrische Transporteigenschaften untersucht und erstmalig resonantes Tunneln von Elektronen bei Raumtemperatur in solchen Resonanztunnelstrukturen demonstriert. Unterkapitel 4.1 beschreibt den Wachstums- und der Fabrikationsprozess der untersuchten AlAsSb/GaSb-DBQW-RTDs. In Unterkapitel 4.2 wird Elektronentransport durch eine AlSb/GaSb-DBQW-Resonanztunnelstruktur untersucht. Bei einer Temperatur von T=4,2 K konnte resonantes Tunneln mit bisher unerreicht hohen Resonanz-zu-Talstrom-Verh{\"a}ltnisse von PVCR=20,4 beobachtet werden. Dies wird auf die exzellente Qualit{\"a}t des Halbleiterkristallwachstums und des Fabrikationsprozesses zur{\"u}ckgef{\"u}hrt. Resonantes Tunneln bei Raumtemperatur konnte hingegen nicht beobachtet werden. Dies wird einer Besonderheit des Halbleiters GaSb zugeschrieben, welche daf{\"u}r sorgt, dass bei Raumtemperatur die Mehrheit der Elektronen Zust{\"a}nde am L-Punkt anstelle des Γ Punktes besetzt. Resonantes Tunneln {\"u}ber den klassischen Γ Γ Γ-Tunnelpfad ist so unterbunden. In Unterkapitel 4.3 werden die elektrischen Transporteigenschaften von AlAsSb/GaSb DBQW RTDs mit pseudomorph gewachsenen tern{\"a}ren Vorquantentopfemittern untersucht. Der prim{\"a}re Zweck der Vorquantentopfstrukturen liegt in der Erh{\"o}hung der Energieseparation zwischen Γ- und L-Punkt. So kann Elektronentransport {\"u}ber L- Kan{\"a}le unterdr{\"u}ckt und Elektronenzust{\"a}nde am Γ-Punkt wiederbev{\"o}lkert werden. Zudem ist bei gen{\"u}gend tiefen Vorquantentopfstrukturen aufgrund von Quantisierungseffekten eine Verbesserung der RTD-Transporteigenschaften m{\"o}glich. Strukturen ohne Vorquantentopf-Emitter zeigen ein Tieftemperatur- (T=77 K) Resonanz-zu-Talstrom-Verh{\"a}ltnis von PVCR=8,2, w{\"a}hrend bei Raumtemperatur kein resonantes Tunneln beobachtet werden kann. Die Integration von Ga0,84In0,16Sb- beziehungsweise GaAs0,05Sb0,95-Vorquantentopfstrukturen f{\"u}hrt zu resonantem Tunneln bei Raumtemperatur mit Resonanz-zu-Talstrom-Verh{\"a}ltnissen von PVCR=1,45 und 1,36. In Unterkapitel 4.4 wird die Abh{\"a}ngigkeit der elektrischen Transporteigenschaften von AlAsSb/GaSb RTDs vom As-Stoffmengenanteil des GaAsSb-Emitter-Vorquantentopfs und der AlAsSb-Tunnelbarriere untersucht. Eine Erh{\"o}hung der As-Stoffmengenkonzentration f{\"u}hrt zu einem erh{\"o}hten Raumtemperatur-PVCR mit Werten von bis zu 2,36 bei gleichzeitig reduziertem Tieftemperatur-PVCR. Das reduzierte Tieftemperatur-Transportverm{\"o}gen wird auf eine mit steigendem As-Stoffmengenanteil zunehmend degradierende Kristallqualit{\"a}t zur{\"u}ckgef{\"u}hrt. In Kapitel 5 AlAsSb/GaSb-RTD-Fotosensoren zur MIR-Lichtdetektion werden erstmalig RTD-Fotodetektoren f{\"u}r den MIR-Spektralbereich vorgestellt und auf ihre optoelektronischen Transporteigenschaften hin untersucht. Zudem wird erstmalig ein p-dotierter RTD-Fotodetektor demonstriert. In Unterkapitel 5.1 wird das Probendesign GaSb-basierter RTD-Fotodetektoren f{\"u}r den mittleren infraroten Spektralbereich vorgestellt. Im Speziellen werden Strukturen mit umgekehrter Ladungstr{\"a}gerpolarit{\"a}t (p- statt n-Dotierung, L{\"o}cher als Majorit{\"a}tsladungstr{\"a}ger) vorgestellt. In Unterkapitel 5.2 werden die optischen Eigenschaften der gitterangepassten quatern{\"a}ren GaInAsSb-Absorptionsschicht mittels Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie untersucht. {\"U}ber das Photolumineszenz-Spektrum wird die Bandl{\"u}ckenenergie zu E_Gap≅(447±5) meV bestimmt. Das entspricht einer Grenzwellenl{\"a}nge von λ_G≅(2,77±0,04) µm. Aus dem niederenergetischen monoexponentiellem Abfall der Linienform wird eine Urbach-Energie von E_U=10 meV bestimmt. Der hochenergetische Abfall folgt der Boltzmann-Verteilungsfunktion mit einem Abfall von k_B T=25 meV. In Unterkapitel 5.3 werden die elektrischen Transporteigenschaften der RTD-Fotodetektoren untersucht und mit denen einer n-dotierten Referenzprobe verglichen. Erstmalig wird resonantes Tunneln von L{\"o}chern in AlAsSb/GaSb-DBQW-RTDs bei Raumtemperatur demonstriert. Dabei ist PVCR=1,58. Bei T=4,2 K zeigen resonantes Loch- und Elektrontunneln vergleichbare Kenngr{\"o}ßen mit PVCR=10,1 und PVCR=11,4. Die symmetrische I(V)-Kennlinie der p-dotierten RTD-Fotodetektoren deutet auf eine geringe Valenzbanddiskontinuit{\"a}t zwischen GaSb und der GaInAsSb-Absorptionsschicht hin. Zudem sind die p-dotierten RTDs besonders geeignet f{\"u}r eine sp{\"a}tere Integration mit Typ-II-{\"U}bergittern. In Unterkapitel 5.4 werden die optoelektronischen Transporteigenschaften p-dotierter RTD-Fotodetektoren untersucht. Das vorgestellte neuartige RTD-Fotodetektorkonzept, welches auf resonanten Lochtransport als Majorit{\"a}tsladungstr{\"a}ger setzt, bietet speziell im f{\"u}r den MIR-Spektralbereich verwendeten GaSb-Materialsystem Vorteile, l{\"a}sst sich aber auch auf das InP- oder GaAs- Materialsystem {\"u}bertragen. Die untersuchten p-dotierten Fotodetektoren zeigen eine ausgepr{\"a}gte Fotosensitivit{\"a}t im MIR-Spektralbereich. Fotostromuntersuchungen werden f{\"u}r optische Anregung mittels eines Halbleiterlasers der Wellenl{\"a}nge λ=2,61 µm durchgef{\"u}hrt. Bei dieser Wellenl{\"a}nge liegen fundamentale Absorptionslinien atmosph{\"a}rischen Wasserdampfs. Die Fotostrom-Spannungs-Charakteristik best{\"a}tigt, dass die Fotosensitivit{\"a}t auf einer Modulation des resonanten Lochstroms {\"u}ber Coulomb-Wechselwirkung akkumulierter photogenerierter Minorit{\"a}tsladungstr{\"a}ger (Elektronen) beruht. Es werden Sensitivit{\"a}ten von S_I=0,13 A W-1 ermittelt. Durch eine verbesserte RTD-Quanteneffizienz aufgrund eines optimierten Dotierprofils der Absorptionsschicht l{\"a}sst sich die Sensitivit{\"a}t auf S_I=2,71 A W-1 erh{\"o}hen, was einem Multiplikationsfaktor von in etwa M\≈8,6 entspricht. Gleichzeitig wird jedoch der RTD-Hebelfaktor verringert, sodass n_(RTD p2)=0,42⋅n_(RTD p1). Erstmalig wurde damit erfolgreich Gas-Absorptionsspektroskopie anhand von H2O-Dampf mittels MIR-RTD-Fotodetektor an drei beieinanderliegenden Absorptionslinien demonstriert.},
subject = {Resonanz-Tunneldiode},
language = {de}
}
@phdthesis{Sachs2010,
author = {Sachs, S{\"o}nke},
title = {Organische Halbleiter: Fundamentale Aspekte von Metallkontakten, hochgeordneten Schichten und deren Anwendung in Feldeffekttransistoren},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-48684},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2010},
abstract = {Eingebettet in ein Konzept zum Aufbau eines Hochleistungs-Feldeffekt-Transistors auf der Basis organischer Halbleiter (OFET), werden in der vorliegenden Dissertation fundamentale Aspekte des Aufbaus und der Funktion organischer Halbleiter-Bauelemente erforscht. Die Kenntnis, welche maximale Leistungsf{\"a}higkeit organische Halbleiter in OFETs prinzipiell erreichen k{\"o}nnen, ist von elementarem Interesse, sowohl um Transportmodelle zu verfeinern, als auch um Mechanismen und Optimierungsans{\"a}tze zu finden, mit denen OFETs generell verbessert werden k{\"o}nnen. Es wird das Ziel verfolgt, sich der maximalen Leistungsf{\"a}higkeit eines gegebenen Materialsystems anzun{\"a}hern. Aufwendige Pr{\"a}parationsstrategien werden f{\"u}r dieses Ziel bewusst in Kauf genommen, auch wenn deshalb vermutlich kein direkter Zugang zu Anwendungen er{\"o}ffnet wird. An geeigneten Modellsystemen k{\"o}nnen einzelne wichtige Aspekte, wie die elektronische Struktur an Metallkontakten und im organischen Halbleitervolumen sowie das Wachstum von Schichten und Kristalliten organischer Halbleitermolek{\"u}le auf einkristallinen Isolatorsubstraten charakterisiert werden. Die Ergebnisse dieser grundlegenden Experimente fließen in den Aufbau des geplanten OFETs ein. Auf dem Weg zu einem funktionsf{\"a}higen Bauelement mit bestm{\"o}glichen Eigenschaften wurden wesentliche Fortschritte erzielt. Der erste Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Untersuchung elektronischer Niveaus an Metallkontakt-Grenzfl{\"a}chen und im Volumen des Modellsystems PTCDA/Ag(111) mit Zwei-Photonen-Photoelektronenspektroskopie (2PPE). Die 2PPE-Spektren der PTCDA/Ag(111)-Grenzfl{\"a}che sind dominiert durch einen unbesetzten, parallel zur Grenzfl{\"a}che stark dispersiven Shockley-artigen Grenzfl{\"a}chenzustand (IS), der sich durch die Chemisorption der Molek{\"u}le auf der Ag(111)-Oberfl{\"a}che bildet. Bei der Untersuchung von intramolekular angeregten elektronischen Zust{\"a}nden von PTCDA mit 2PPE zeigen sich im Vergleich zum Untergrund der Spektren schwache Signale, die jedoch mit einer geeigneten Beschreibung des Untergrunds davon separiert werden k{\"o}nnen. Besonders interessant ist in diesem Zusammenhang das LUMO, das bei einer Anregung aus dem HOMO eine um 0,4 eV st{\"a}rkere energetische Absenkung zeigt, als bei der Anregung aus dem HOMO-1. Dies kann durch die unterschiedlichen exzitonischen Zust{\"a}nde, die bei den Anregungen entstehen, erkl{\"a}rt werden. Neben den metallischen Kontakten ist die Grenzfl{\"a}che zwischen organischem Halbleiter und Gate-Isolator entscheidend f{\"u}r die Leistungsf{\"a}higkeit eines OFETs. Am Beispiel des Wachstums von Diindenoperylen-Molek{\"u}len (DIP) auf einkristallinen Al2O3-Substraten wurde die morphologische und strukturelle Ausbildung von organischen Halbleiterschichten mit optischer Mikroskopie und Rasterkraftmikroskopie untersucht. Das Wachstum kann als stark anisotrop charakterisiert werden. Die - im Vergleich zu den Bindungsenergien mit dem Substrat - deutlich gr{\"o}ßeren Bindungsenergien innerhalb der DIP-(001)-Kristallebenen f{\"u}hren bei Substrattemperaturen von 440 K zu einem Wachstum von aufrecht stehenden Molek{\"u}len. Es zeigt sich, dass die w{\"a}hrend des Wachstums herrschende Substrattemperatur einen entscheidenden Einfluss auf die Morphologie der DIP-Schicht hat. So nimmt die Inselgr{\"o}ße von etwa 200 nm bei 350 K auf {\"u}ber 700 nm bei 450 K zu. Außerdem wird ein Ansteigen der Filmrauheit, besonders ab etwa 430 K, beobachtet, das auf den {\"U}bergang zu einem anderen Wachstumsmodus bei diesen Temperaturen hinweist. Bei etwas h{\"o}heren Temperaturen von etwa 460 K wird das Wachstum von DIP-Kristalliten beobachtet. Dabei k{\"o}nnen - abh{\"a}ngig von den gew{\"a}hlten Pr{\"a}parationsparametern - drei unterschiedliche Kristallit-Typen unterschieden werden: „Mesa-Kristallite" mit lateralen Abmessungen von mehreren Mikrometern, „Dendritische Kristallite", die eine verzweigte Struktur aufweisen, die mithilfe der Wachstumskinetik erkl{\"a}rt werden kann und „Schichtkristallite", deren Morphologie sich durch teilweise starke Kr{\"u}mmungen auszeichnet. Insgesamt zeigt sich, dass die Morphologie kristalliner Strukturen durch eine feine Balance der Pr{\"a}parationsparameter Substrattemperatur, Aufdampfrate, Substratmorphologie und Substratreinheit bestimmt wird, so dass kleine {\"A}nderungen dieser Parameter zu deutlich unterschiedlichen Kristallitformen f{\"u}hren. Schließlich wird das Konzept zum Aufbau eines Hochleistungs-OFET vorgestellt und in Details weiterentwickelt. Fortschritte werden in erster Linie bei der Pr{\"a}paration der Gate-Elektrode erzielt, die unter dem Al2O3-Substrat angebracht werden soll. F{\"u}r die Ausd{\"u}nnung des Substrats wird eine Bohrtechnik weiterentwickelt und mit einer nasschemischen {\"A}tzmethode kombiniert, so dass Isolatorst{\"a}rken von unter 10 µm erreicht werden k{\"o}nnen. Erste wenige OFETs wurden auf der Basis dieses Substrats pr{\"a}pariert, allerdings ohne dass die Bauteile Feldeffekte zeigten. Verbesserungsm{\"o}glichkeiten werden diskutiert.},
subject = {Organischer Halbleiter},
language = {de}
}
@phdthesis{Daumer2005,
author = {Daumer, Volker},
title = {Phase coherent transport phenomena in HgTe quantum well structures},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-15538},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2005},
abstract = {Although spintronics has aroused increasing interest, much fundamental research has to be done. One important issue is the control over the electronic spin. Therefore, spin and phase coherent transport are very important phenomena. This thesis describes experiments with mercury based quantum well structures. This narrow gap material provides a very good template to study spin related effects. It exhibits large Zeeman spin splitting and Rashba spin-orbit splitting. The latter is at least four to five times larger than in III-V semiconductors. Initially a short review on the transport theory was presented. The main focus as on quantisation effects that are important to understand the related experiments. Thus, Shubnikov-de Haas and the quantum Hall effect have been analysed. Due to the first fabrication of nanostructures on Hg-based quantum well samples, the observation of ballistic transport effects could be expected. Hence, the Landauer-B¨uttiker theory has been introduced which gives the theoretical background to understand such effects. With respect to the main topic of this thesis, phase coherence has been introduced in detail. Experiments, where coherence effects could be observed, have been explained theoretically. Here, possible measurement setups have been discussed, e.g., a ring shaped structure to investigate the Aharonov-Bohm and related effects. Due to the fact, that all experiments, described in this thesis, were performed on Hg-based samples, the exceptional position of such samples among the \&\#147;classical\&\#148; semiconductors has been clarified. Hg1-xMnx Te quantum wells are type-III QWs in contrast to the type-I QWs formed by e.g., GaAs/AlGaAs heterostructures. With a well width of more than 6 nm and a manganese content of less than 7\% they exhibit an inverted band alignment. Band structure calculations based on self consistent Hartree calculations have been presented. The common description of a diluted magnetic semiconductor with the Brillouin function has been introduced and the experiments to obtain the empiric parameters T0 and S0 have been presented. Rashba spin-orbit splitting and giant Zeeman splitting have been explained theoretically and the magnetic ordering of a spin glass as well as the relevant interactions therein have been discussed. The next chapter describes the first realisation of nanostructures on Hg-based heterostructures. Several material specific problems have been solved, but the unique features of this material system mentioned above justify the effort. Interesting new insight could be found and will be found with these structures. Onto a series of QW samples, cross-shaped structures with several lead widths have been patterned. With the non-local resistance measurement setup, evidence for quasiballistic transport was demonstrated in cross-shaped structures with lead widths down to 0.45 mm. The non-local bend resistance and a regime of rebound trajectories as well as the anomalous Hall effect could be identified. Monte-Carlo simulations of the classical electron trajectories have been performed. A good agreement with the experimental data has been achieved by taking a random scattering process into account. Encouraged by this success the technology has been improved and ring-shaped structures with radii down to 1 mm have been fabricated. Low temperature (below 100 mK), four terminal resistance measurements exhibit clear Aharonov-Bohm oscillations. The period of the oscillations agrees very well with a calculation that takes only the sample geometry into account. One goal using such a structure is the experimental prove of the spin-orbit Berry phase. Therefore an additional Shottky gate on top of the ring was needed. With this structure evidence for the Aharonov-Casher effect was observed. Here, a perpendicular applied electric field causes analogous oscillations as does the magnetic field in the AB effect. A subsequent change in the Rashba SO splitting due to several applied gate voltages while measuring the AB effect should reveal the SO Berry phase. Although initially evidence of a phase change was detected, a clear proof for the direct measurement of the SO Berry phase could not be found. In the future, with an advanced sample structure, e.g., with an additional Hall bar next to the ring, which permits a synchronous measurement of the Rashba splitting, it might be possible to measure the SO Berry phase directly. In manganese doped HgTe QWs two different effects simultaneously cause spin splitting: the giant Zeeman and the Rashba effect. By analysing the Shubnikovde Haas oscillations and the node positions of their beating pattern, it has been possible to separate these two effects. Whereas the Rashba effect can be identified by its dependence on the structure inversion asymmetry, varied by the applied gate voltage, the giant Zeeman splitting is extracted from its strong temperature dependence, because Rashba splitting is temperature independent. The analysis revealed, that the Rashba splitting is larger than or comparable to the giant Zeeman splitting even at moderately high magnetic fields. In an extraordinary HgMnTe QW sample, that exhibits the n= 1 quantum Hall plateau from less than 1 T up to 28 T, the anomalous Hall effect could be excluded. Intense studies on the temperature dependence of the QHE as well as band structure calculations have revealed this extraordinary behaviour to be an ordinary band structure effect of this system. In a series of mesoscopic structures on nonmagnetic and magnetic QWs, an investigation of the universal conductance uctuations have been carried out. In the},
subject = {Quecksilbertellurid},
language = {en}
}
@phdthesis{Mingebach2012,
author = {Mingebach, Markus Harald},
title = {Photocurrent in Organic Solar Cells},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-73569},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2012},
abstract = {A quite new approach to low-cost mass production of flexible solar cells are organic photovoltaics. Even though the device efficiencies increased rapidly during the last years, further imporvements are essential for a successful market launch. One important factor influencing the device efficiency is the photocurrent of a solar cell, which is defined as the difference between the current under illumination and in the dark. In case of organic bulk heterojunction (BHJ) solar cells it is — in contrast to inorganic devices — dependent on the applied bias voltage. The voltage dependence results in a reduced fill factor and thus an even more pronounced influence of the photocurrent on the device efficiency. It is therefore crucial to understand the underlying processes determining the photocurrent in order to be able to further improve the solar cell performance. In a first step the photocurrent of P3HT:PC61BM devices was investigated by a pulsed measurement technique in order to prevent disturbing influences due to device heating under continous illumination. The resulting photocurrent was hyperbolic tangent like and featured a point symmetry, whose origin and meaning were discussed. In addition, the photocurrent was described by a combined model of Braun-Onsager and Sokel-Hughes theory for field dependent polaron pair dissociation and charge extraction, respectively. After this macroscopic view on the photocurrent, the focus of this work moves to the more basic processes determining the photocurrent: charge photogeneration and recombination. In a comparative study the field-dependence of these was investigated by time-delayed collection field (TDCF) measurements for two well-known reference systems, namely P3HT:PC61BM and MDMO-PPV:PC61BM. It was possible to identify two different dominating scenarios for the generation of free charge carriers. The first one — via a thermalized charge transfer state (CTS) — is clearly influenced by geminate recombination and therefore less efficient. In the second scenario, the free charge carriers are either generated directly or via an excited, "hot" CTS. In addition, clear differences in the nongeminate recombination dynamics of both material systems were found. Similar studies were also be presented with two modern low bandgap polymers which only differ by the bridging atom in the cyclopentadithiophene (PCPDTBT:PC71BM vs. Si-PCPDTBT:PC71BM). Such small changes in the chemical structure were already sufficient to affect the charge photogeneration as well as the morphology of the blend. These findings were set into relation to current-voltage characteristics in order to discuss the origin of the clear differences in the solar cell performance of both materials. Another crucial parameter limiting the solar cell efficiency is the builtin potential of a device. Within the range of semiconducting pn-junctions, Mott-Schottky analysis is an established method to determine the built-in potential. As it was originally derived for abrupt pn-junctions, its validity for organic BHJ solar cells — a bipolar, effective medium — was discussed. Experimental findings as well as the contradictions to Mott-Schottky theory indicated, that a direct transfer of this method to organic photovoltaics is not appropriate. Finally, the results obtained in the framework of the MOPS-project (Massengedruckte Organische Papier-Solarzellen) will be presented, in which the first completely roll-to-roll printed paper solar cells were realized.},
subject = {Organische Solarzelle},
language = {en}
}
@phdthesis{Kudriashova2019,
author = {Kudriashova, Liudmila},
title = {Photoluminescence Reveals Charge Carrier Recombination in Organic and Hybrid Semiconductors},
doi = {10.25972/OPUS-19343},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-193437},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2019},
abstract = {In this work, we elucidated recombination kinetics in organic and hybrid semiconductors by steady-state and time-resolved PL spectroscopy. Using these simple and very flexible experimental techniques, we probed the infrared emission from recombining free charge carriers in metal-halide perovskites, as well as the deep blue luminescence from intramolecular charge-transfer states in novel OLED emitters. We showed that similar state diagrams and kinetic models accurately describe the dynamics of excited species in these very different material systems. In Chapters 4 and 5, we focused on lead iodide perovskites (MAPI and FAPI), whose comparatively developed deposition techniques suited the systematic material research. In MAPI, we harnessed the anomalous dependence of transient PL on the laser repetition rate in order to investigate the role of interfaces with the commonly used charge-selective layers: PC60BM, spiro-MeOTAD, and P3HT. The film was deposited on a large precut substrate and separated into several parts, which were then covered with the charge-selective layers. Thereby, the same bulk perovskite structure was maintained for all samples. Consequently, we were able to isolate interface-affected and bulk carrier recombination. The first one dominated the fast component of PL decay up to 300 ns, whereas the last was assigned to the remaining slow component. The laser repetition rate significantly prolonged PL decay in MAPI with additional interfaces while shortening the charge carrier lifetime in the pristine film. We qualitatively explained this effect by a kinetic model that included radiative electron-hole recombination and nonradiative trap-assisted recombination. All in all, we showed that the apparent PL lifetime in MAPI is to large extend defined by the laser repetition rate and by the adjacent interfaces. Further, we studied photon recycling in MAPI and FAPI. We monitored how the microscopic PL transforms while propagating through the thin perovskite film. The emission was recorded within 5orders of magnitude in intensity up to 70μm away from the excitation spot. The Beer-Lambert law previously failed to describe the complex interplay of the intrinsic PL spectrum and the additional red-shifted peak. Therefore, we developed a general numerical model that accounts for self-absorption and diffusion of the secondary charge carriers. A simulation based on this model showed excellent agreement with the experimental spatially resolved PL maps. The proposed model can be applied to any perovskite film, because it uses easily measurable intrinsic PL spectrum and macroscopic absorption coefficient as seeding parameters. In Chapter 6, we conducted an extensive photophysical study of a novel compact deep blue OLED emitter, SBABz4, containing spiro-biacridine and benzonitrile units. We also considered its single-donor monomer counterpart, DMABz4, in order to highlight the structure-property relationships. Both compounds exhibited thermally activated delayed fluorescence (TADF), which was independently proven by oxygen quenching and temperature-dependent transient PL measurements. The spiro-linkage in the double-donor core of SBABz4 rendered its luminescence pure blue compared to the blue-green emission from the single-donor DMABz4. Thus, the core-donor provided desirable color tuning in the deep blue region, as opposed to the common TADF molecular design with core-acceptor. Using PL lifetimes and efficiencies, we predicted EQEmax = 7.1\% for SBABz4-based OLED, whereas a real test device showed EQEmax = 6.8\%. Transient PL was recorded from the solutions and solid films in the unprecedentedly broad dynamic range covering up to 6orders of magnitude in time and 8orders of magnitude in intensity. The stretched exponent was shown to fit the transient PL in the films very well, whereas PL decay in dilute solution was found purely exponential. When the emitter was embedded in the host matrix that prevented aggregation, its TADF properties were superior in comparison with the pure SBABz4 film. Finally, using temperature-dependent transient PL data, we calculated the TADF activation energy of 70 meV. To sum up, this Thesis contributes to the two fascinating topics of the last decade's material research: perovskite absorbers for photovoltaics and TADF emitters for OLEDs. We were lucky to work with the emerging systems and tailor for them new models out of the well-known physical concepts. This was both exciting and challenging. In the end, science of novel materials is always a mess. We hope that we brought there a bit of clarity and light.},
subject = {Time-resolved photoluminescence},
language = {en}
}
@phdthesis{Muench2012,
author = {M{\"u}nch, Steffen},
title = {Photolumineszenz-Spektroskopie an niederdimensionalen Halbleiterstrukturen auf III-V-Basis},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-74104},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2012},
abstract = {Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit optischen Untersuchungen an niederdimensionalen III/V-Halbleiterstrukturen. Dabei werden zun{\"a}chst im ersten Teil selbst-organisiert gewachsene Nanodr{\"a}hte aus InP und GaN bez{\"u}glich ihrer Oberfl{\"a}chen- und Kristallqualit{\"a}t charakterisiert. Dies ist besonders im Hinblick auf zuk{\"u}nftige opto- und nanoelektronische Bauteile von Interesse. Der zweite, grundlagenorientierte Teil der Arbeit ist im Bereich der Quantenoptik angesiedelt und widmet sich magneto-optischen Studien zur Licht-Materie Wechselwirkung in Quantenpunkt-Mikroresonator-Systemen im Regime der starken Kopplung. Oberfl{\"a}chen-Untersuchungen an Halbleiter-Nanodr{\"a}hten Bei diesem Teilaspekt der vorliegenden Arbeit stehen Untersuchungen von Halbleiter-Nanodr{\"a}hten mittels zeitintegrierter und zeitaufgel{\"o}ster Photolumineszenz (PL)-Spektroskopie im Vordergrund. Diese eindimensionalen Nanostrukturen bieten eine vielversprechende Perspektive f{\"u}r die weitere Miniaturisierung in der Mikroelektronik. Da konventionelle Strukturierungsverfahren wie die optische Lithographie zunehmend an physikalische und technologische Grenzen stoßen, sind selbstorganisierte Wachstumsprozesse hierbei von besonderem Interesse. Bei Nanodr{\"a}hten besteht dar{\"u}ber hinaus konkret noch die M{\"o}glichkeit, {\"u}ber ein gezieltes axiales und radiales Wachstum von Heterostrukturen bereits bei der Herstellung komplexere Funktionalit{\"a}ten einzubauen. Auf Grund ihres großen Oberfl{\"a}che-zu-Volumen Verh{\"a}ltnisses sind die elektronischen und optischen Eigenschaften der Nanodr{\"a}hte extrem oberfl{\"a}chensensitiv, was vor allem im Hinblick auf zuk{\"u}nftige Anwendungen im Bereich der Mikro- oder Optoelektronik sowie der Sensorik von essentieller Bedeutung ist. Zur n{\"a}heren Untersuchung der Oberfl{\"a}cheneigenschaften von Nanodr{\"a}hten eignet sich die optische Spektroskopie besonders, da sie als nicht-invasive Messmethode ohne aufw{\"a}ndige Probenpr{\"a}paration schnell n{\"u}tzliche Informationen liefert, die zum Beispiel in der Optimierung des Herstellungsprozesses eingesetzt werden k{\"o}nnen. Quantenoptik an Halbleiter-Mikrokavit{\"a}ten Der zweite Teil dieser Arbeit widmet sich der Licht-Materie-Wechselwirkung in Quantenpunkt-Mikroresonator-Systemen. Dabei ist das Regime der starken Kopplung zwischen Emitter und Resonator, auch im Hinblick auf m{\"o}gliche zuk{\"u}nftige Anwendungen in der Quanteninformationsverarbeitung, von besonderem Interesse. Diese Mikroresonator-T{\"u}rmchen, die auf planaren AlAs/GaAs-Mikroresonatoren mit InGaAs Quantenpunkten in der aktiven Schicht basieren, wurden mittels zeitintegrierter und zeitaufgel{\"o}ster Mikro-PL-Spektroskopie in einem {\"a}ußeren magnetischen Feld in Faraday-Konfiguration untersucht. Grundlegende Untersuchungen von Quantenpunkten im Magnetfeld Zun{\"a}chst wurden InxGa(1-x)As-Quantenpunkte mit unterschiedlichem In-Gehalt (x=30\%, 45\% und 60\%) magneto-optisch untersucht. Aufgrund der gr{\"o}ßeren Abmessungen weisen die Quantenpunkte mit 30\% In-Anteil auch hohe Oszillatorst{\"a}rken auf, was sie besonders f{\"u}r Experimente zur starken Kopplung auszeichnet. Unter dem Einfluss des Magnetfeldes zeigte sich ein direkter Zusammenhang zwischen der lateralen Ausdehnung der Quantenpunkte und ihrer diamagnetischen Verschiebung. Starke Kopplung im magnetischen Feld Neben der M{\"o}glichkeit, das Resonanzverhalten {\"u}ber das externe Magnetfeld zu kontrollieren, zeigte sich eine Korrelation zwischen der Kopplungsst{\"a}rke und dem magnetischen Feld, was auf eine Verringerung der Oszillatorst{\"a}rke im Magnetfeld zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden konnte. Diese steht wiederum im Zusammenhang mit einer Einschn{\"u}rung der Wellenfunktion des Exzitons durch das angelegte Feld. Dieser direkte Einfluss des Magnetfeldes auf die Oszillatorst{\"a}rke erlaubt eine in situ Variation der Kopplungsst{\"a}rke. Photon-Photon-Wechselwirkung bei der starken Kopplung im Magnetfeld Nach der Demonstration der starken Kopplung zwischen entarteten Exziton- und Resonatormoden im Magnetfeld, wurden im weiteren Verlauf Spin-bezogene Kopplungseffekte im Regime der starken Kopplung untersucht. Es ergaben sich im Magnetfeld unter Variation der Temperatur zwei Bereiche der Wechselwirkung zwischen den einzelnen Komponenten von Resonator- und Exzitonenmode. Von besonderem Interesse ist dabei eine beobachtete indirekte Wechselwirkung zwischen den beiden photonischen Moden im Moment der Resonanz, die durch die exzitonische Mode vermittelt wird. Diese sogenannte Spin-vermittelte Photon-Photon-Kopplung stellt ein Bindeglied zwischen eigentlich unabh{\"a}ngigen photonischen Moden {\"u}ber den Spinzustand eines Exzitons dar.},
subject = {Drei-F{\"u}nf-Halbleiter},
language = {de}
}
@phdthesis{Boeckler2010,
author = {B{\"o}ckler, Carolin},
title = {Photon-Exziton Wechselwirkung in Fabry-P{\´e}rot-Mikroresonatoren auf Basis von III-V Halbleitern},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-53543},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2010},
abstract = {Die enormen Fortschritte im Bereich der Halbleiter-Nanotechnologie haben es in den letzten Jahren erlaubt, quantenoptische Ph{\"a}nomene nicht nur in atomaren Systemen, sondern auch mehr und mehr in Festk{\"o}rpern zu beobachten. Von besonderer Bedeutung ist hierbei die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie im Rahmen der Kavit{\"a}t-Quantenelektrodynamik, kurz cQED. Das große Interesse an diesem sehr aktiven Feld der modernen Quantenoptik erkl{\"a}rt sich {\"u}ber die m{\"o}gliche Anwendung von cQED-Effekten in neuartigen Lichtquellen und Elementen der Quanteninformationsverarbeitung. Halbleiterstrukturen zeichnen sich in diesem Zusammenhang durch eine potentiell hohe Skalierbarkeit sowie ein kompaktes und effzientes Design aus. Die gew{\"u}nschte Wechselwirkung kann jedoch nur in qualitativ hochwertigen Halbleiterstrukturen mit quasi nulldimensionalem Licht- und Ladungstr{\"a}gereinschluss realisiert werden. Daher wird weltweit mit hohem technologischen Aufwand an der Realisierung von Mikroresonatoren mit Quantenpunkten als diskrete Photonenemitter geforscht. Erste Erfolge auf diesem Gebiet haben es erlaubt, Licht-Materie-Wechselwirkung im Regime der schwachen, von dissipativen Verlusten gepr{\"a}gten Kopplung zu verwirklichen. Vor diesem Hintergrund besch{\"a}ftigt sich die vorliegende Arbeit mit dem koh{\"a}renten Kopplungsverhalten zwischen einzelnen Quantenpunkt-Exzitonen und dem Vakuumfeld von Mikroresonatoren. Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, den experimentellen Nachweis der starken Kopplung in III-V Fabry-P{\´e}rot Mikroresonatoren mit Quantenpunkten als aktive Schicht zu erbringen. Dar{\"u}ber hinaus wird aber auch die koh{\"a}rente Kopplung von zwei Quantenpunkt-Exzitonen {\"u}ber das Vakuumfeld des Resonators experimentell untersucht. Quantenpunkt-Mikroresonatorstrukturen sind aufgrund ihrer hohen G{\"u}ten und großen Purcell-Faktoren weiterhin pr{\"a}destiniert f{\"u}r den Einsatz als Mikrolaser mit sehr geringer Laserschwelle. Neben der Herstellung und Charakterisierung von Mikrolasern mit großen Q-Faktoren befasst sich die vorliegende Arbeit mit dem Einfluß einzelner Quantenpunkt-Exzitonen auf das Lasing-Verhalten eines Mikroresonators, mit dem Fernziel einen Einzelquantenpunkt-Laser zu realisieren. F{\"u}r die Verwirklichung dieser beiden Hauptziele werden Mikroresonatoren h{\"o}chster G{\"u}te ben{\"o}tigt. Dies stellt enorme Anforderungen an die Technologie der Mikroresonatoren. Der vertikale Aufbau der hier vorgestellten GaAs/AlAs Fabry-P{\´e}rot Mikroresonatoren mit ihren InGaAs-Quantenpunkten als aktive Schicht wird mittels Molekularstrahlepitaxie realisiert....},
subject = {Drei-F{\"u}nf-Halbleiter},
language = {de}
}
@phdthesis{Mahnkopf2005,
author = {Mahnkopf, Sven},
title = {Photonic crystal based widely tunable laser diodes and integrated optoelectronic components},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-13860},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2005},
abstract = {In a first aspect of this work, the development of photonic crystal based widely tunable laser diodes and their monolithic integration with photonic crystal based passive waveguide and coupler structures is explored theoretically and experimentally. In these devices, the photonic crystal is operated in the photonic bandgap which can be used for the realization of effective reflectors and waveguide structures. Such tunable light sources are of great interest for the development of optical network systems that are based on wavelength division multiplexing. In a second aspect of this work, the operation of a photonic crystal block near the photonic band edge is investigated with respect to the so-called superprism effect. After a few introductory remarks that serve to motivate this work, chapter 3 recapitulates some aspects of semiconductor lasers and photonic crystals that are essential for the understanding of this work so that the reader should be readily equipped with the tools to appreciate the results presented in this work.},
subject = {Laserdiode},
language = {en}
}
@phdthesis{Dantscher2006,
author = {Dantscher, Sandra},
title = {Photostromspektroskopie an Nanokontakten : Tunnel- und Einzelmolek{\"u}lkontakte unter Femtosekundenbeleuchtung},
url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-18094},
school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
year = {2006},
abstract = {In dieser Arbeit wurde der lichtinduzierte Ladungstransfer in Nanokontakten untersucht. Dabei wurden sowohl Tunnel- als auch Molek{\"u}lkontakte eingesetzt. Zur Pr{\"a}paration der Tunnelkontakte standen zwei verschiedene Methoden zur Verf{\"u}gung: mechanisch kontrollierte Bruchkontakte und elektromigrierte Nanokontakte. Die Bruchkontakttechnik bietet die M{\"o}glichkeit, den Abstand der Elektroden mit Sub-AA-Genauigkeit zu ver{\"a}ndern, w{\"a}hrend die elektromigrierten Kontakte einen durch die Pr{\"a}parationsbedingungen fest vorgegebenen Abstand haben. Bei den hier untersuchten Molek{\"u}len handelt es sich um Dithiole, die {\"u}ber eine Schwefel-Gold-Bindung an die Elektroden gebunden sind. Die Beleuchtung erfolgte im Fall der Bruchkontakte mit ultrakurzen Laserpulsen bei 800 nm und durch Frequenzverdopplung bei 400 nm. Durch Fokussierung auf einen Radius von ca. 100 mum wurden Spitzenintensit{\"a}ten von 10^7 Wcm^-2 (800 nm) bzw. 10^6 Wcm^-2 (400 nm) erreicht. Die Bruchkontakte (Tunnel- und Molek{\"u}lkontakte) waren bis zu den auftretenden Maximalintensit{\"a}ten von 10^7 Wcm^-2 stabil. F{\"u}r alle untersuchten Tunnelkontakte konnte eine lichtinduzierte Stromkomponente von bis zu 1 nA nachgewiesen werden. Sie ist proportional zum jeweils fließenden mittleren DC-Strom und betr{\"a}gt typischerweise einige Prozent davon. Dieser Strom wurde auf die thermische Ausdehnung der Elektroden auf Grund der dort durch Absorption deponierten Lichtenergie zur{\"u}ckgef{\"u}hrt. Aus der relativen Gr{\"o}ße des lichtinduzierten Signals und einem Wert der Austrittsarbeit von Gold von ca. 4,7 eV ergibt sich eine Expansion jeder Elektrode um etwa 1 pm. Dies ist in guter {\"U}berinstimmung mit einem einfachen thermischen Modell der freitragenden Elektroden. Bei einigen Kontakten wurde noch eine weitere lichtinduzierte Stromkomponente in der Gr{\"o}ßenordnung einiger pA gefunden, die nicht von der angelegten Biasspannung abh{\"a}ngt, aber linear mit der Laserleistung zunimmt. Ein Modell, das diese Befunde erkl{\"a}rt, geht von einer asymmetrischen Anregung in den beiden Elektroden aus. Somit ergibt sich ein Nettostrom angeregter Elektronen in eine Richtung. Die dazugeh{\"o}rige gemessene Quanteneffizienz liegt nahe bei 1, was ein Indiz auf einen Beitrag von sekund{\"a}ren heißen Elektronen zum Strom ist. Auch bei den Molek{\"u}lkontakten konnte eine lichtinduzierte Stromkomponente identifiziert werden, die linear von der Laserintensit{\"a}t abh{\"a}ngt. Sie wird, {\"a}hnlich wie im Fall der Tunnelkontakte, der thermisch verursachten Expansion der Elektroden zugeschrieben, allerdings ließ sich der genaue Prozess bisher noch nicht erkl{\"a}ren. Es ist anzunehmen, dass die Zunahme der Elektrodenl{\"a}nge durch eine Umordnung auf atomarer L{\"a}ngenskala in der vordersten Spitze der Goldelektrode kompensiert wird, da dies der duktilste Bereich des gesamten Kontakts ist. Der genaue Prozess konnte jedoch noch nicht gekl{\"a}rt werden. Messungen, die den Elektrodenabstand um einige AA ver{\"a}nderten, lieferten weitere Indizien f{\"u}r die Komplexit{\"a}t der Molek{\"u}lkontakte. So trat in manchen F{\"a}llen eine starke Korrelation zwischen Ver{\"a}nderungen des mittleren DC-Stroms und des lichtinduzierten Signals auf, was auf einen einzelnen Transportpfad f{\"u}r beide Signale hindeutet. Andererseits ver{\"a}nderten sich die beiden Str{\"o}me teilweise aber auch unabh{\"a}ngig voneinander, was nur durch mehrere parallele Transportkan{\"a}le im Kontakt erkl{\"a}rt werden kann. Zus{\"a}tzlich zum thermisch verursachten lichtinduzierten Signal wurden, wie im Fall der Tunnelkontakte, biasspannungsunabh{\"a}ngige Str{\"o}me identifiziert. Sie sind in der gleichen Gr{\"o}ßenordnung wie in Tunnelkontakten und werden somit der gleichen Ursache zugeschrieben, n{\"a}mlich einer asymmetrischen Anregung in den Metallelektroden, die zu einem Nettostrom in einer Richtung f{\"u}hrt. Im zweiten Teil der Arbeit wurden elektromigrierte Tunnelkontakte untersucht. Da diese Kontakte einen sehr großen Elektrodenabstand in der Gr{\"o}ßenordnung von 30 nm aufwiesen, konnte nur bei Kombination von einer Biasspannung von mehreren Volt mit Femtosekundenbeleuchtung ein Strom im Bereich von 100 fA detektiert werden. Durch Verbesserung der Fokussierung im Vergleich zu den Experimenten an den Bruchkontakten wurden Spitzenintensit{\"a}ten von 10^11 Wcm^-2 erreicht. Die lichtinduzierten Tunnelstr{\"o}me zeigen eine quadratische Intensit{\"a}tsabh{\"a}ngigkeit, was einem Zwei-Photonen-Prozess entspricht, sowie eine ebenfalls nichtlineare Spannungsabh{\"a}ngigkeit. Zur Beschreibung der Daten wurde das Modell einer Multiphotonen-Photofeldemission verwendet, das auf der Fowler-Nordheim-Formel f{\"u}r Feldemission basiert. Durch geeignete Wahl der Modellparameter (Elektrodenabstand, Kr{\"u}mmungsradius der Elektrodenspitze und Barrierenh{\"o}he im Tunnelkontakt) war es m{\"o}glich, die Spannungsabh{\"a}ngigkeit des lichtinduzierten Signals zu reproduzieren.},
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