@phdthesis{Joseph2013,
  author    = {Joseph, Arun Antony},
  title     = {Real-time MRI of Moving Spins Using Undersampled Radial FLASH},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-94000},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Nuclear spins in motion is an intrinsic component of any dynamic process when studied using magnetic resonance imaging (MRI). Moving spins define many functional characteristics of the human body such as diffusion, perfusion and blood flow. Quantitative MRI of moving spins can provide valuable information about the human physiology or of a technical system. In particular, phase-contrast MRI, which is based on two images with and without a flow-encoding gradient, has emerged as an important diagnostic tool in medicine to quantify human blood flow. Unfortunately, however, its clinical usage is hampered by long acquisition times which only provide mean data averaged across multiple cardiac cycles and therefore preclude Monitoring the immediate physiological responses to stress or exercise. These limitations are expected to be overcome by real-time imaging which constitutes a primary aim of this thesis. Short image acquisition times, as the core for real-time phase-contrast MRI, can be mainly realized through undersampling of the acquired data. Therefore the development focused on related technical aspects such as pulse sequence design, k-space encoding schemes and image reconstruction. A radial encoding scheme was experimentally found to be robust to motion and less sensitive to undersampling than Cartesian encoding. Radial encoding was combined with a FLASH acquisition technique for building an efficient real-time phase-contrast MRI sequence. The sequence was further optimized through overlapping of gradients to achieve the shortest possible echo time. Regularized nonlinear inverse reconstruction (NLINV), a technique which jointly estimates the image content and its corresponding coil sensitivities, was used for image reconstruction. NLINV was adapted specifically for phase-contrast MRI to produce both Magnitude images and phase-contrast maps. Real-time phase-contrast MRI therefore combined two highly undersampled (up to a factor of 30) radial gradient-echo acquisitions with and without a flow-encoding gradient with modified NLINV reconstructions. The developed method achieved real-time phase-contrast MRI at both high spatial (1.3 mm) and temporal resolution (40 ms). Applications to healthy human subjects as well as preliminary studies of patients demonstrated real-time phase-contrast MRI to offer improved patient compliance (e.g., free breathing) and immediate access to physiological variations of flow parameters (e.g., response to enhanced intrathoracic pressure). In most cases, quantitative blood flow was measured in the ascending aorta as an important blood vessel of the cardiovascular circulation system commonly studied in the clinic. The performance of real-time phase-contrast MRI was validated in comparison to standard Cine phase-contrast MRI using studies of flow phantoms as well as under in vivo conditions. The evaluations confirmed good agreement for comparable results. As a further extension to real-time phase-contrast MRI, this thesis implemented and explored a dual-echo phase-contrast MRI method which employs two sequential gradient echoes with and without flow encoding. The introduction of a flow-encoding gradient in between the two echoes aids in the further reduction of acquisition time. Although this technique was efficient under in vitro conditions, in vivo studies showed the influence of additional motion-induced Phase contributions. Due to these additional temporal phase information, the approach showed Little promise for quantitative flow MRI. As a further method three-dimensional real-time phase-contrast MRI was developed in this thesis to visualize and quantify multi-directional flow at about twice the measuring time of the standard real-time MRI method, i.e. at about 100 ms temporal resolution. This was achieved through velocity mapping along all three physical gradient directions. Although the method is still too slow to adequately cover cardiovascular blood flow, the preliminary results were found to be promising for future applications in tissues and organ systems outside the heart. Finally, future developments are expected to benefit from the adaptation of model-based reconstruction techniques to real-time phase-contrast MRI.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Reis2022,
  author    = {Reis, Felix},
  title     = {Realization and Spectroscopy of the Quantum Spin Hall Insulator Bismuthene on Silicon Carbide},
  doi       = {10.25972/OPUS-25825},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-258250},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Topological matter is one of the most vibrant research fields of contemporary solid state physics since the theoretical prediction of the quantum spin Hall effect in graphene in 2005. Quantum spin Hall insulators possess a vanishing bulk conductivity but symmetry-protected, helical edge states that give rise to dissipationless charge transport. The experimental verification of this exotic state of matter in 2007 lead to a boost of research activity in this field, inspired by possible ground-breaking future applications. However, the use of the quantum spin Hall materials available to date is limited to cryogenic temperatures owing to their comparably small bulk band gaps. In this thesis, we follow a novel approach to realize a quantum spin Hall material with a large energy gap and epitaxially grow bismuthene, i.e., Bi atoms adopting a honeycomb lattice, in a \((\sqrt{3}\times\sqrt{3})\) reconstruction on the semiconductor SiC(0001). In this way, we profit both from the honeycomb symmetry as well as the large spin-orbit coupling of Bi, which, in combination, give rise to a topologically non-trivial band gap on the order of one electronvolt. An in-depth theoretical analysis demonstrates that the covalent bond between the Si and Bi atoms is not only stabilizing the Bi film but is pivotal to attain the quantum spin Hall phase. The preparation of high-quality, unreconstructed SiC(0001) substrates sets the basis for the formation of bismuthene and requires an extensive procedure in ultra-pure dry H\(_2\) gas. Scanning tunneling microscopy measurements unveil the (\(1\times1\)) surface periodicity and smooth terrace planes, which are suitable for the growth of single Bi layers by means of molecular beam epitaxy. The chemical configuration of the resulting Bi film and its oxidation upon exposure to ambient atmosphere are inspected with X-ray photoelectron spectroscopy. Angle-resolved photoelectron spectroscopy reveals the excellent agreement of probed and calculated band structure. In particular, it evidences a characteristic Rashba-splitting of the valence bands at the K point. Scanning tunneling spectroscopy probes signatures of this splitting, as well, and allows to determine the full band gap with a magnitude of \(E_\text{gap}\approx0.8\,\text{eV}\). Constant-current images and local-density-of-state maps confirm the presence of a planar honeycomb lattice, which forms several domains due to different, yet equivalent, nucleation sites of the (\(\sqrt{3}\times\sqrt{3}\))-Bi reconstruction. Differential conductivity measurements demonstrate that bismuthene edge states evolve at atomic steps of the SiC substrate. The probed, metallic local density of states is in agreement with the density of states expected from the edge state's energy dispersion found in density functional theory calculations - besides a pronounced dip at the Fermi level. By means of temperature- and energy-dependent tunneling spectroscopy it is shown that the spectral properties of this suppressed density of states are successfully captured in the framework of the Tomonaga-Luttinger liquid theory and most likely originate from enhanced electronic correlations in the edge channel.},
  subject      = {Zweidimensionales Material},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Foertig2013,
  author    = {F{\"o}rtig, Alexander},
  title     = {Recombination Dynamics in Organic Solar Cells},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-83895},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Neben herk{\"o}mmlichen, konventionellen anorganischen Solarzellen — haupts{\"a}chlich auf Silizium basierend — ist die Organische Photovoltaik (OPV) auf dem besten Wege in naher Zukunft eine kosteng{\"u}nstige, umweltfreundliche, komplement{\"a}re Technolgie darzustellen. Die Produktionskosten, die Lebenszeit der Solarzellen sowie deren Wirkungsgrad m{\"u}ssen dabei weiter optimiert werden, um einen Markteintritt der OPV zu erm{\"o}glichen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Effizienz organischer Solarzellen und deren Limitierung durch die Rekombination von Ladungstr{\"a}gern. Um funktionsf{\"a}hige Zellen zu untersuchen, werden zeitaufgel{\"o}ste Experimente wie die Messung der transienten Photospannung (TPV), des transienten Photostroms (TPC), die Ladungsextraktion (CE) sowie die time delayed collection field (TDCF) Methode angewandt. Untersucht werden sowohl fl{\"u}ssig prozessierte als auch aufgedampfte Proben, unterschiedliche Materialzusammensetzungen und verschiedene Probengeometrien. Das Standardmaterialsystem der OPV, P3HT:PC61BM, wird bei verschiedenen emperaturen und Beleuchtungsst{\"a}rken auf die Lebenszeit und Dichte der photogenerierten Ladungstr{\"a}ger {\"u}berpr{\"u}ft. F{\"u}r den Fall spannungsunabh{\"a}ngiger Generation von Ladungstr{\"a}gern zeigt sich die Anwendbarkeit der Shockley-Gleichung auf organische Solarzellen. Des Weiteren wird ein konsistentes Modell erl{\"a}utert, welches den Idealtit{\"a}tsfaktor direkt mit der Rekombination von freien mit gefangenen, exponentiell verteilten Ladungstr{\"a}gern verkn{\"u}pft. Ein Ansatz, bekannt unter der Bezeichung j=V Rekonstruktion, erm{\"o}glicht es, den leistungslimitierenden Verlustmechanismus in unbehandelten und thermisch geheizten P3HT:PC61BM Solarzellen zu identifizieren. Dieses Verf ahren, welches TPV, CE und TDCF Messungen beinhaltet, wird auf Proben basierend auf dem neuartigen, low-band gap Polymer PTB7 in Verbindung mit dem Fulleren PC71BM ausgeweitet. W{\"a}hrend in der Zelle hergestellt aus reinem Chlorbenzol betr{\"a}chtliche geminale wie nichtgeminale Verluste zu beobachten sind, erleichtert die Zugabe eines L{\"o}sungsmittelzusatzes die Polaronenpaartrennung, was zu einer starken Reduktion geminaler Verluste f{\"u}hrt. In einer Kooperation mit dem IMEC Institut in Leuven, werden abschließend die beiden bedeutensten Probenarchitekturen organischer Solarzellen, die planare und die Misch{\"u}bergang Struktur, jeweils basierend auf CuPC und C60, bez{\"u}glich nichtgeminaler Rekombination und Ladungstr{\"a}gerverteilung miteinander verglichen. Neben den beiden experimentellen Techniken um TPV und CE werden makroskopische Simulationen herangezogen, um den Ursprung unterschiedlichen Voc vs. Lichtintensit{\"a}t-Verhaltens zu erkl{\"a}ren.},
  subject      = {Organische Solarzelle},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Gessler2016,
  author    = {Geßler, Jonas},
  title     = {Reduktion des Modenvolumens von Mikrokavit{\"a}ten im Regime der schwachen und starken Kopplung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-144558},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Ziel dieser Arbeit war die Reduktion des Modenvolumens in Mikrokavit{\"a}ten. Ein klei-nes Modenvolumen ist f{\"u}r die St{\"a}rke der Licht-Materie-Wechselwirkung wesentlich, weil dadurch z.B. die Schwelle f{\"u}r koh{\"a}rente Lichtemission gesenkt werden kann [1]. Der Purcell-Faktor, ein Maß f{\"u}r die Rate der spontanen Emission, wird durch ein mi-nimales Modenvolumen maximiert [2, 3]. Im Regime der starken Kopplung steigt mit Abnahme des Modenvolumens die Rabi-Aufspaltung und damit die maximale Tempe-ratur, bei der das entsprechende Bauteil funktioniert [4, 5]. Spektrale Eigenschaften treten deutlicher hervor und machen die Funktion der Struktur stabiler gegen{\"u}ber st{\"o}-renden Einfl{\"u}ssen. Der erste Ansatz, das Modenvolumen einer Mikrokavit{\"a}t zu reduzieren, zielte darauf, die Eindringtiefe der optischen Mode in die beiden Bragg-Spiegel einer Mikrokavit{\"a}t zu minimieren. Diese h{\"a}ngt im Wesentlichen vom Kontrast der Brechungsindizes der alternierenden Schichten eines Bragg-Spiegels ab. Ein maximaler Kontrast kann durch alternierende Schichten aus Halbleiter und Luft erreicht werden. Theoretisch kann auf diese Weise das Modenvolumen in vertikaler Richtung um mehr als einen Faktor 6 im Vergleich zu einer konventionellen Galliumarsenid/Aluminiumgalliumarsenid Mikro-kavit{\"a}t reduziert werden. Zur Herstellung dieser Strukturen wurden die aluminiumhal-tigen Schichten einer Galliumarsenid/Aluminiumgalliumarsenid Mikrokavit{\"a}t voll-st{\"a}ndig entfernt und so der Brechungsindexkontrast maximiert. Die Schichtdicken sind dabei entsprechend anzupassen, um weiterhin die Bragg-Bedingung zu erf{\"u}llen. Die Herstellung einer freitragenden Galliumarsenid/Luft-Mikrokavit{\"a}t konnte so erfolg-reich demonstriert werden. Die Photolumineszenz der Bauteile weist diskrete Reso-nanzen auf, deren Ursache in der begrenzten lateralen Gr{\"o}ße der Strukturen liegt. In leistungsabh{\"a}ngigen Messungen kann durch ausgepr{\"a}gtes Schwellenverhalten und auf-l{\"o}sungsbegrenzte spektrale Linienbreiten Laseremission nachgewiesen werden. Wegen der Abh{\"a}ngigkeit der photonischen Resonanz vom genauen Brechungsindex in den freitragenden Schichten eignen sich die vorgestellten Strukturen auch zur Bestimmung von Brechungsindizes. Alternativ kann die photonische Resonanz durch Einbringen verschiedener Gase in die freitragenden Schichten abgestimmt werden. Beides konnte mit Erfolg nachgewiesen werden. Der Nachteil dieses Ansatzes liegt vor allem darin, dass ein elektrischer Betrieb der so gefertigten Strukturen nicht m{\"o}glich ist. Hier bie-tet der zweite Ansatz eine bestm{\"o}gliche L{\"o}sung. Das alternative Konzept f{\"u}r den oberen Bragg-Spiegel einer konventionellen Galli-umarsenid/Aluminiumgalliumarsenid Mikrokavit{\"a}t ist das der Tamm-Plasmonen. Der photonische Einschluss wird hier durch einen unteren Bragg-Spiegel und einem d{\"u}n-nen oberen Metallspiegel erreicht. An der Grenzfl{\"a}che vom Halbleiter zum Metall bil-den sich die optischen Tamm-Plasmonen aus. Dabei kann der Metallspiegel gleichzei-tig auch als elektrischer Kontakt genutzt werden. Die Kopplung von Quantenfilm-Exzitonen an optische Tamm-Plasmonen wird in dieser Arbeit erfolgreich demons-triert. Im Regime der starken Kopplung wird mittels Stark-Effekt eine vollst{\"a}ndige elektro-optische Verstimmung, d.h. vom Bereich positiver bis hin zur negativen Ver-stimmung, des Quantenfilm-Exzitons gegen{\"u}ber der Tamm-Plasmonen Mode nachge-wiesen. Die Messungen best{\"a}tigen entsprechend des reduzierten Modenvolumens (Faktor 2) eine erh{\"o}hte Rabi-Aufspaltung. Dabei sind die spektrale Verschiebung und die Oszillatorst{\"a}rke des Quantenfilm-Exzitons konsistent mit der Theorie und mit Li-teraturwerten. Der wesentliche Nachteil des Ansatzes liegt in der maximalen G{\"u}te, die durch den großen Extinktionskoeffizienten des Metallspiegels limitiert ist.},
  subject      = {Galliumarsenidlaser},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hoelscher2012,
  author    = {H{\"o}lscher, Uvo Christoph},
  title     = {Relaxations-Dispersions-Bildgebung in der Magnetresonanztomographie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-79554},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Das Ziel dieser Promotion ist der Aufbau eines dreMR Setups f{\"u}r einen klinischen 1,5T Scanner, das die Relaxations-Dispersions-Bildgebung erm{\"o}glicht, und die anschließende Ergr{\"u}ndung von m{\"o}glichst vielen Anwendungsfeldern von dreMR. Zu der Aufgabe geh{\"o}rt die Bereitstellung der zugrunde liegenden Theorie, der Bau des experimentellen Setups (Offset-Spule und Stromversorgung) sowie die Programmierung der n{\"o}tigen Software. Mit dem gebauten Setup konnten zwei große Anwendungsfelder — dreMR Messungen mit und ohne Kontrastmitteln — untersucht werden.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Knapp2019,
  author    = {Knapp, Alexander Gerhard},
  title     = {Resonant Spin Flip Raman-Spectroscopy of Electrons and Manganese-Ions in the n-doped Diluted Magnetic Semiconductor (Zn,Mn)Se:Cl},
  doi       = {10.25972/OPUS-18609},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-186099},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Main focus of the present dissertation was to gain new insight about the interaction between magnetic ions and the conduction band of diluted magnetic semiconductors. This interaction in magnetic semiconductors with carrier concentrations near the metal-insulator transition (MIT) in an external magnetic field is barely researched. Hence, n-doped Zn1-xMnxSe:Cl samples were studied. Resonant Raman spectroscopy was employed at an external magnetic field between 1T and 7T and a temperature of 1.5K. The resulting magnetization of the material amplifies the splitting of states with opposite spins both in the valence and the conduction band. This is known as the "giant-Zeeman-effect". In this thesis, the resonance of the electron spin flip process, i.e. the enhancement of the signal depending on the excitation energy, was used as an indicator to determine the density of states of the charge carriers. The measured resonance profiles of each sample showed a structure, which consist of two partially overlapping Gaussian curves. The analysis of the Gaussian curves revealed that their respective maxima are separated independent of the magnetic field strenght by about 5 meV, which matches the binding energy of the donor bound exciton (D0, X). A widening of the full width at half maximum of the resonance profile was observed with increasing magnetic field. A detailed analysis of this behavior showed that the donor bound exciton spin flip resonance primarily accounts for the widening for all samples with doping concentrations below the metal insulator transition. A model was proposed for the interpretation of this observation. This is based on the fundamental assumptions of a spatially random distribution of the manganese ions on the group-II sublattice of the ZnSe crystal and the finite extension of the excitons. Thus, each exciton covers an individual quantity of manganese ions, which manifest as a local manganese concentration. This local manganese concentration is normally distributed for a set of excitons and hence, the evaluation of the distribution allows the determination of exciton radii Two trends were identified for the (D0, X) radii. The radius of the bound exciton decreases with increasing carrier concentration as well as with increasing manganese concentration. The determination of the (D0, X) radii by the use of resonant spin flip Raman spectroscopy and also the observation of the behavior of the (D0, X) radius depending on the carrier concentration, was achieved for the first time. For all samples with carrier concentrations below the metal-insulator transition, the obtained (X0) radii are up to a factor of 5.9 larger than the respective (D0, X) radii. This observation is explained by the unbound character of the (X0). For the first time, such an observation could be made by Raman spectroscopy.Beside the resonance studies, the shape of the Raman signal of the electron spin flip was analyzed. Thereby an obvious asymmetry of the signal, with a clear flank to lower Raman shifts, was observed. This asymmetry is most pronounced, when the spin flip process is excited near the (D0, X) resonance. To explain this observation, a theoretical model was introduced in this thesis. Based on the asymmetry of the resonantly excited spin flip signal, it was possible to estimate the (D0, X) radii, too. At external magnetic fields between 1.25T and 7T, the obtained radii lie between 2.38nm and 2.75nm. Additionally, the asymmetry of the electron spin flip signal was observed at different excitation energies. Here it is striking that the asymmetry vanishes with increasing excitation energy. At the highest excitation energy, where the electron spin flip was still detectable, the estimated radius of the exciton is 3.92nm. Beside the observations on the electron spin flip, the resonance behavior of the spin flip processes in the d-shell of the incorporated Mn ions was studied in this thesis. This was performed for the direct Mn spin flip process as well as for the sum process of the longitudinal optical phonon with the Mn spin flip. For the Stokes and anti-Stokes direct spin flip process and for the Stokes sum process, each the resonance curve is described by considering only one resonance mechanism. In contrast, resonance for the sum process in which an anti-Stokes Mn spin flip is involved, consists of two partially overlapping resonances due to different mechanisms. A detailed analysis of this resonance profile showed that for (Zn,Mn)Se at the chosen experimental parameters, an incoming and outgoing resonance can be achieved, separated by a few meV. Hereby, at a specific excitation energy range and a high excitation power, it was possible to achieve an inversion of the anti-Stokes to Stokes intensity, because only the anti-Stokes Mn spin flip process was enhanced resonantly.},
  subject      = {Raman-Spektroskopie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Weick2015,
  author    = {Weick, Stefan},
  title     = {Retrospektive Bewegungskorrektur zur hochaufgel{\"o}sten Darstellung der menschlichen Lunge mittels Magnetresonanztomographie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-124084},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Ziel dieser Arbeit war es, das gesamte Lungenvolumen in hoher dreidimensionaler Aufl{\"o}sung mittels der MRT darzustellen. Um trotz der niedrigen Protonendichte der Lunge und der geforderten hohen Aufl{\"o}sung ausreichend Signal f{\"u}r eine verl{\"a}ssliche Diagnostik zu erhalten, sind Aufnahmezeiten von einigen Minuten n{\"o}tig. Um die Untersuchung f{\"u}r den Patienten angenehmer zu gestalten oder auf Grund der eingeschr{\"a}nkten F{\"a}higkeit eines Atemstopps {\"u}berhaupt erst zu erm{\"o}glichen, war eine Anforderung, die Aufnahmen in freier Atmung durchzuf{\"u}hren. Dadurch entstehen allerdings Bewegungsartefakte, die die Diagnostik stark beeintr{\"a}chtigen und daher m{\"o}glichst vermieden werden m{\"u}ssen. F{\"u}r eine Bewegungskompensation der Daten muss die auftretende Atembewegung detektiert werden. Die Bewegungsdetektion kann durch externe Messger{\"a}te (Atemgurt oder Spirometer) oder durch eine zus{\"a}tzliche Anregungen erfolgen (konventionelle Navigatoren) erfolgen. Nachteile dieser Methoden bestehen darin, dass die Bewegung w{\"a}hrend der Atmung nicht direkt verfolgt wird, dass elektronische Messger{\"a}te in die N{\"a}he des Tomographen gebracht werden und das die Patienten zus{\"a}tzlich vorbereitet und eingeschr{\"a}nkt werden. Des Weiteren erfordert eine zus{\"a}tzliche Anregung extra Messzeit und kann unter Umst{\"a}nden die Magnetisierung auf unterw{\"u}nschte Weise beeinflussen. Um die angesprochenen Schwierigkeiten der Bewegungsdetektion zu umgehen, wurden in dieser Arbeit innerhalb einer Anregung einer 3d FLASH-Sequenz sowohl Bilddaten- als auch Navigatordaten aufgenommen. Als Navigator diente dabei das nach der Rephasierung aller bildgebenden Gradienten entstehende Signal (DC Signal). Das DC Signal entspricht dabei der Summe aller Signale, die mit einem bestimmten Spulenelement detektiert werden k{\"o}nnen. Bewegt sich beispielsweise die Leber bedingt durch die Atmung in den Sensitivit{\"a}tsbereich eines Spulenelementes, wird ein st{\"a}rkeres DC Signal detektiert werden. Je nach Positionierung auf dem K{\"o}rper kann so die Atembewegung mit einzelnen r{\"a}umlich lokalisierten Spulenelementen nachverfolgt werden. Am DC Signalverlauf des f{\"u}r die Bewegungskorrektur ausgew{\"a}hlten Spulenelementes sind dann periodische Signalschwankungen zu erkennen. Zus{\"a}tzlich k{\"o}nnen aus dem Verlauf Expirations- von Inspirationszust{\"a}nden unterschieden werden, da sich Endexpirationszust{\"a}nde im Regelfall durch eine l{\"a}ngere Verweildauer auszeichnen. Grunds{\"a}tzlich kann das DC Signal vor oder nach der eigentlichen Datenaufnahme innerhalb einer Anregung aufgenommen werden. Auf Grund der kurzen Relaxationszeit T∗2 des Lungengewebes f{\"a}llt das Signal nach der RF Anregung sehr schnell ab. Um m{\"o}glichst viel Signal zu erhalten sollten, wie in dieser Arbeit gezeigt wurde, innerhalb einer Anregung zuerst die Bilddaten und danach die Navigatordaten aufgenommen werden. Dieser Ansatz f{\"u}hrt zu einer Verk{\"u}rzung der Echozeit TE um 0.3 ms und damit zu einem SNR Gewinn von etwa 20 \%. Gleichzeitig ist das verbleibende Signal nach der Datenakquisition und Rephasierung der bildgebenden Gradienten noch ausreichend um die Atembewegung zu erfassen und somit eine Bewegungskorrektur der Daten (Navigation) zu erm{\"o}glichen. Um eine retrospektive Bewegungskorrektur durchf{\"u}hren zu k{\"o}nnen, m{\"u}ssen Akzeptanzbedingungen (Schwellenwerte) f{\"u}r die Datenauswahl festgelegt werden. Bei der Wahl des Schwellenwertes ist darauf zu achten, dass weder zu wenige noch zu viele Daten akzeptiert werden. Akzeptiert man sehr wenige Daten, zeichnen sich die Rekonstruktionen durch einen scharfen {\"U}bergang zwischen Lunge und Diaphragma aus, da man sehr wenig Bewegung in den Rekonstruktionen erlaubt. Gleichzeitig erh{\"o}ht sich allerdings das Risiko, dass nach der Navigation Linien fehlen. Dies f{\"u}hrt zu Einfaltungsartefakten, die in Form von gest{\"o}rten Bildintensit{\"a}ten in den Rekonstruktionen zu sehen sind und die diagnostische Aussagekraft einschr{\"a}nken. Um Einfaltungsartefakte zu vermeiden sollte der Schwellenwert so gew{\"a}hlt werden, dass nach der Datenauswahl keine Linien fehlen. Aus dieser Anforderung l{\"a}sst sich ein maximaler Schwellenwert ableiten. Akzeptiert man dagegen sehr viele Daten, zeichnen sich die Rekonstruktionen durch erh{\"o}htes Signal und das vermehrte Auftreten von Bewegungsartefakten aus. In diesem Fall m{\"u}sste der Arzt entscheiden, ob Bewegungsartefakte die Diagnostik zu stark beeinflussen. W{\"a}hlt man den Schwellenwert so, dass weder Linien fehlen noch zu viel Bewegung erlaubt wird, erh{\"a}lt man Rekonstruktionen die sich durch einen scharfen Diaphragma{\"u}bergang auszeichnen und in denen noch kleinste Gef{\"a}ße auch in der N{\"a}he des Diaphragmas deutlich zu erkennen sind. Hierf{\"u}r haben sich Schwellenwerte, die zu einer Datenakzeptanz von ca. 40 \% f{\"u}hren als g{\"u}nstig erwiesen. Um Einfaltungsartefakte auf Grund der retrospektiven Datenauswahl zu verhindern, muss das Bildgebungsvolumen mehrfach abgetastet werden. Dadurch wird gew{\"a}hrleistet, dass f{\"u}r die letztendliche Rekonstruktion ausreichend Daten zur Verf{\"u}gung stehen, wobei mehrfach akzeptierte Daten gemittelt werden. Dies spielt auf Grund der niedrigen Protonendichte der Lunge eine wesentliche Rolle in der Rekonstruktion hochaufgel{\"o}ster Lungendatens{\"a}tze. Weiterhin f{\"u}hrt das Mitteln von mehrfach akzeptierten Daten zu einer Unterdr{\"u}ckung der sogenannten Ghost Artefakte, was am Beispiel der Herzbewegung in der Arbeit gezeigt wird. Da die Messungen unter freier Atmung durchgef{\"u}hrt werden und keine zus{\"a}tzlichen externen Messger{\"a}te angeschlossen werden m{\"u}ssen, stellte die Untersuchung f{\"u}r die Patienten in dieser Arbeit kein Problem dar. Im ersten Teil dieser wurde Arbeit gezeigt, dass sich mit Hilfe des DC Signales als Navigator und einer retrospektiven Datenauswahl das gesamte Lungenvolumen in hoher dreidimensionaler Aufl{\"o}sung von beispielsweise 1.6 x 1.6 x 4 mm3 innerhalb von 13 min. darstellen l{\"a}sst. Die Anwendbarkeit der vorgestellten Methode zur Bewegungskorrektur wurde neben Probanden auch an Patienten demonstriert. Da wie bereits beschrieben das Bildgebungsvolumen mehrfach abgetastet werden muss, wiederholt sich auch die Abfolge der f{\"u}r die Bildgebung verantwortlichen Gradienten periodisch. Da sich der Atemzyklus aber auch periodisch wiederholt, kann es zu Korrelationen zwischen der Atmung und den wiederholten Messungen kommen. Dies f{\"u}hrt dazu, dass auch nach vielen wiederholten Messungen immer noch gr{\"o}ßere Bereiche fehlender Linien im k-Raum bleiben, was zu Artefakten in den Rekonstruktionen f{\"u}hrt. Dies konnte im Falle der konventionellen Bewegungskorrektur in den Gatingmasken, die die Verteilung und H{\"a}ufigkeit der einzelnen akzeptierten Phasenkodierschritte im k-Raum zeigen, beobachtet werden. Da eine vors{\"a}tzliche Unterbrechung der Atemperiodizit{\"a}t (der Patient wird dazu angehalten, seine Atemfrequenz w{\"a}hrend der Messung absichtlich zu variieren) zur Vermeidung der angesprochenen Korrelationen nicht in Frage kommt, musste die Periodizit{\"a}t in der Datenaufnahme unterbrochen werden. In dieser Arbeit wurde dies durch eine quasizuf{\"a}llige Auswahl von Phasen- und Partitionskodiergradienten erreicht, da Quasizufallszahlen so generiert werden, dass sie unabh{\"a}ngig von ihrer Anzahl einen Raum m{\"o}glichst gleichf{\"o}rmig ausf{\"u}llen. Die quasizuf{\"a}llige Datenaufnahme f{\"u}hrt deshalb dazu, das sowohl akzeptierte als auch fehlende Linien nach der Bewegungskorrektur homogen im k-Raum verteilt auftreten. Vergleicht man das auftreten von Ghosting zeichnen sich die quasizuf{\"a}lligen Rekonstruktionen im Vergleich zur konventionellen Datenaufnahme durch eine verbesserte Reduktion von Ghost Artefakten aus. Dies ist auf die homogene Verteilung mehrfach akzeptierter Linien im k-Raum zur{\"u}ckzuf{\"u}hren. Die homogenere Verteilung von fehlenden Linien im k-Raum f{\"u}hrt weiterhin zu einer wesentlich stabileren Rekonstruktion fehlender Linien mit parallelen MRT-Verfahren (z.B. iterativem Grappa). Dies wird umso deutlicher je h{\"o}her der Anteil fehlender Linien im k-Raum wird. Im Falle der konventionellen Datenaufnahme werden die zusammenh{\"a}ngenden Bereiche fehlender Linien immer gr{\"o}ßer, was eine erfolgreiche Rekonstruktion mit iterativem Grappa unm{\"o}glich macht. Im Falle der quasizuf{\"a}lligen Datenaufnahme dagegen k{\"o}nnen auch Datens{\"a}tze in denen 40\% der Linien fehlen einfaltungsartefaktfrei rekonstruiert werden. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurde gezeigt, wie die Stabilit{\"a}t der iterativen Grappa Rekonstruktion im Falle der quasizuf{\"a}lligen Datenaufnahme f{\"u}r eine erhebliche Reduktion der gesamten Messzeit genutzt werden kann. So ist in einer Messzeit von nur 74s die Rekonstruktion eines artefaktfreien und bewegungskorrigierten dreidimensionalen Datensatzes der menschlichen Lunge mit einer Aufl{\"o}sung von 2 x 2 x 5 mm3 m{\"o}glich. Des Weiteren erlaubt die quasizuf{\"a}llige Datenaufnahme in Kombination mit iterativem Grappa die Rekonstruktion von Datens{\"a}tzen unterschiedlicher Atemphasen von Inspiration bis Expiration (4D Bildgebung). Nach einer Messzeit von 15min. wurden 19 unterschiedliche Atemzust{\"a}nde rekonstruiert, wobei sich der Anteil der fehlenden Linien zwischen 0 und 20 \% lag. Im Falle der konventionellen Datenaufnahme w{\"a}re eine wesentlich l{\"a}ngere Messzeit n{\"o}tig gewesen, um {\"a}hnliche Ergebnisse zu erhalten. Zum Schluss soll noch ein Ausblick {\"u}ber m{\"o}gliche Weiterentwicklungen und Anwendungsm{\"o}glichkeiten, die sich aus den Erkenntnissen dieser Arbeit ergeben haben, gegeben werden. So k{\"o}nnte das quasizuf{\"a}llige Aufnahmeschema um eine Dichtegewichtung erweitert werden. Hierbei w{\"u}rde der zentrale k-Raum Bereich etwas h{\"a}ufiger als die peripheren Bereiche akquiriert werden. Dadurch sollte die iterative Grappa Rekonstruktion noch stabiler funktionieren und Ghost Artefakte besser reduziert werden. Die Verteilung der Linien sollte allerdings nicht zu inhomogen werden, um gr{\"o}ßere L{\"u}cken im k-Raum zu vermeiden. Dar{\"u}ber hinaus k{\"o}nnte die vorgestellte Methode der Bewegungskompensation auch f{\"u}r die Untersuchung anderer Organe oder K{\"o}rperteile verwendet werden. Voraussetzung w{\"a}re lediglich das Vorhandensein dezidierter Spulenanordnungen, mit denen die Bewegung nachverfolgt werden kann. So ist beispielsweise eine dynamische Bildgebung des frei und aktiv bewegten Knies m{\"o}glich, wobei zwischen Beugung und Streckung durch die erste Ableitung des zentralen k-Raum Signales unterschieden werden kann. Dies kann zus{\"a}tzliche Diagnoseinformationen liefern oder f{\"u}r Verlaufskontrollen nach Operationen benutzt werden [15]. Eine Weiterentwicklung mit hohem klinischen Potential k{\"o}nnte die Kombination der in dieser Arbeit vorgestellten retrospektiven Bewegungskorrektur mit einer Multi- Gradienten-Echo Sequenz darstellen. Hierzu musste die bestehende Sequenz lediglich um eine mehrfache Abfolge von Auslesegradienten innerhalb einer Anregung erweitert werden. Dies erm{\"o}glicht eine bewegungskorrigierte voxelweise Bestimmung der transversalen Relaxationszeit T∗2 in hoher r{\"a}umlicher Aufl{\"o}sung. Unter zus{\"a}tzlicher Sauerstoffgabe kann es zu einer Ver{\"a}nderung von T∗2 kommen, die auf den sogenannten BOLD Effekt (Blood Oxygen Level Dependent) zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Aus dieser {\"A}nderung k{\"o}nnten R{\"u}ckschl{\"u}sse auf hypoxische Tumorareale gezogen werden. Da diese eine erh{\"o}hte Strahlenresistenz aufweisen, k{\"o}nnte auf diese Bereiche innerhalb des Tumors eine erh{\"o}hte Strahlendosis appliziert und so m{\"o}glicherweise Behandlungsmisserfolge reduziert werden. Gleichzeitig kann durch die 4D Bildgebung eine m{\"o}gliche Tumorbewegung durch die Atmung erfasst und diese Information ebenfalls in der Bestrahlungsplanung benutzt werden. Die Lungen MRT k{\"o}nnte somit um eine hochaufgel{\"o}ste dreidimensionale funktionelle Bildgebung erweitert werden.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Rueckert2023,
  author    = {R{\"u}ckert, Martin Andreas},
  title     = {Rotationsdriftspektroskopie},
  doi       = {10.25972/OPUS-26863},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-268631},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Die wachsende Verf{\"u}gbarkeit von magnetischen Nanopartikeln (MNPs) mit funktionalisierten Partikeloberfl{\"a}chen er{\"o}ffnet weitreichende M{\"o}glichkeiten f{\"u}r chemische, biologische und klinische Analysemethoden. Durch Funktionalisierung kann eine gezielte Interaktion mit Molek{\"u}len bewirkt werden, die im Allgemeinen auch die Beweglichkeit der MNPs ver{\"a}ndern. Methoden zur Charakterisierung von MNPs wie bspw. AC-Suszeptometrie, Magnetorelaxometrie (MRX) oder Magnetic Particle Spectroscopy (MPS) k{\"o}nnen diese {\"A}nderung der Beweglichkeit bei MNPs messen, wenn es sich um MNPs handelt, deren magnetisches Moment im Partikel fixiert ist. Damit ist mit funktionalisierten MNPs indirekt auch die spezifische Messung von Molek{\"u}lkonzentrationen m{\"o}glich. MNPs k{\"o}nnen zudem in biokompatibler Form hergestellt werden und sind dadurch auch als in-vivo Marker einsetzbar. Das 2005 das erste Mal ver{\"o}ffentlichte Magnetic Particle Imaging (MPI) kann als ein mittels Gradientenfeldern um die r{\"a}umliche Kodierung erweitertes MPS betrachtet werden. Dank biokompatibler MNPs handelt es sich dabei um eine in-vivo-taugliche, nicht-invasive Bildgebungsmethode. Mit funktionalisierten MNPs als Marker ist damit im Prinzip auch molekulare Bildgebung m{\"o}glich, die durch Detektion der beteiligten Molek{\"u}le (Biomarker) Stoffwechselprozesse r{\"a}umlich abbilden kann. Im Vergleich zur Bildgebung von Gewebe- und Knochenstrukturen lassen sich die diagnostischen M{\"o}glichkeiten durch molekulare Bildgebung erheblich erweitern. Rotationsdriftspektroskopie (Rotational Drift Spectroscopy, RDS) ist eine in dieser Arbeit entwickelte Methode f{\"u}r die induktive Messung der Beweglichkeit von MNPs in fl{\"u}ssiger Suspension. Es verwendet die Rotationsdrift von MNPs in rotierenden magnetischen Feldern als Grundlage und bietet das Potential die {\"A}nderungen der Beweglichkeit von MNPs mit einer Empfindlichkeit messen zu k{\"o}nnen, welche potentiell um mehrere Gr{\"o}ßenordnungen h{\"o}her sein kann als mit den oben erw{\"a}hnten Verfahren. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Verwendbarkeit dieses Effekts als Spektroskopiemethode. Die Eigenschaften des RDS-Signals sind jedoch auch als Grundlage f{\"u}r r{\"a}umliche Kodierung vielversprechend. In weiterf{\"u}hrenden Projekten soll daher auch die Entwicklung von Rotationsdriftbildgebung (Rotating Drift Imaging, RDI) als ein nicht-invasives Verfahren f{\"u}r molekulare Bildgebung angestrebt werden. Der Grundgedanke von RDS entlehnt sich aus einem in 2006 ver{\"o}ffentlichten Sensordesign basierend auf magnetische Mikropartikel in einem schwachen rotierenden Magnetfeld. Das rotierende Magnetfeld ist dabei so schwach gew{\"a}hlt, dass sich das Partikel aufgrund der viskosen Reibung nicht mehr synchron mit dem externen Feld drehen kann. Die Frequenz der resultierenden asynchronen Rotationsdrift liegt unterhalb der Frequenz des externen Rotationsfelds und ist Abh{\"a}ngig von der viskosen Reibung. Aufgrund dieser Abh{\"a}ngigkeit k{\"o}nnen {\"A}nderungen im Reibungskoeffizienten des Partikels {\"u}ber {\"A}nderungen in der Rotationsdriftfrequenz gemessen werden. RDS zielt darauf ab, diese Rotationsdrift bei suspendierten MNPs {\"u}ber deren makroskopische Magnetisierung messen zu k{\"o}nnen. Damit wird u.a. auch die nicht-invasive Messung von MNPs innerhalb opaker biologischer Proben m{\"o}glich. MNP-Suspensionen sind großzahlige Nanopartikel-ensembles und k{\"o}nnen nicht wie ein einzelnes Mikropartikel gemessen werden. F{\"u}r die induktive Messung ist vor dem Start eine Ausrichtung aller magnetischen Momente n{\"o}tig, da sich deren makroskopische Magnetisierung andernfalls zu Null addiert. Aufgrund von Rotationsdiffusion bleibt diese Ausrichtung nur eine begrenzte Zeit bestehen, so dass auch die eigentliche Messung des RDS-Signals nur eine begrenzte Zeit m{\"o}glich ist. Diese Ausrichtung wurde in den ersten Experimenten durch einen kurzen Magnetfeldpuls erzeugt. In der Empfangsspule ist die Induktion durch das Rotationsfeld typischer Weise um mehrere Gr{\"o}ßenordnungen h{\"o}her als das zu erwartende Signal und muss durch einen Tiefpass unterdr{\"u}ckt werden. In diesem Tiefpassfilter ruft jedoch die Einkopplung des Anfangspulses eine Pulsantwort hervor, die ebenso mehrere Gr{\"o}ßenordnungen des zu erwartenden Signals betragen kann und {\"a}hnlich langsam wie typische Signale abklingt. Die Unterdr{\"u}ckung dieser Pulsantwort stellte in den ersten Experimenten die gr{\"o}ßte H{\"u}rde da. Der erste Aufbau hatte eine Relaisschaltung zur Pulsunterdr{\"u}ckung und resultierte in einer Totzeit von 3 ms zwischen Anfangspuls und Start der Messung. Aufgrund dieser Totzeit waren die ersten Messungen auf gr{\"o}ßere Agglomerate und Sedimente von MNPs beschr{\"a}nkt, da nur in diesem Fall eine hinreichend lange Zerfallsdauer der Probenmagnetisierung vorlag. Das Verhalten derartiger Partikelsysteme ist jedoch aufgrund von mechanischer und magnetischer Interpartikelwechselwirkung vergleichsweise komplex und theoretisch schwer modellierbar. Das prim{\"a}re Zielsystem f{\"u}r RDS hingegen, Eindom{\"a}nenpartikel mit im Partikel fixierter Magnetisierung und Punktsymmetrie bzgl. des Reibungstensors, erlaubt die Aufstellung einer parametrisierten Funktion f{\"u}r den Signalverlauf. Es erm{\"o}glicht somit aufgrund der besseren Berechenbarkeit eine solidere Auswertung des RDS-Signals. Um Eindom{\"a}nenpartikel in w{\"a}ssriger Suspension mit typischen Partikeldurchmessern um 100 nm messen zu k{\"o}nnen ist eine Verk{\"u}rzung der Totzeit auf mindestens 1/10 erforderlich. Prinzipiell kann diese Problematik durch die Verwendung schneller Halbleiterschalter in Verbindung mit einer pr{\"a}zise abstimmbaren induktiven Entkopplung des Spulensystems gemindert werden. Simulationen des RDS-Signals f{\"u}r verschiedene RDS-Sequenzen zeigen jedoch noch zwei weitere M{\"o}glichkeiten auf, die ohne aufw{\"a}ndigen Eingriffe in der Hardware auskommen. Zum einen kann durch orthogonales Frequenzmischen mit geeignetem Frequenz- und Phasenverh{\"a}ltnis eine Ausrichtung der magnetischen Momente bewirkt werden. Da die ben{\"o}tigten Frequenzen vollst{\"a}ndig im Sperrband des Tiefpassfilters liegen k{\"o}nnen, l{\"a}sst sich damit die Pulsantwort bei hinreichend „weichem" Umschalten zwischen der Polarisierungssequenz und der RDS-Sequenz vollst{\"a}ndig vermeiden. Dar{\"u}ber hinaus zeigt sich, dass es bei Anwesenheit eines schwachen Offsetfelds (< 10 \% der Rotationsfeldamplitude) zu einer Ausrichtung der magnetischen Momente kommt, wenn das magnetische Rotationsfeld seine Richtung {\"a}ndert und diese {\"A}nderung nicht abrupt erfolgt, sondern das Rotationsfeld {\"u}bergangsweise in ein linear oszillierendes Feld {\"u}bergeht. Hingegen wird die Wirkung des Offsetfelds durch das Rotationsfeld vor und nach dem Wechsel nahezu vollst{\"a}ndig neutralisiert, so dass damit das St{\"o}rsignale generierende Schalten eines Offsetfelds ersetzt werden kann. Es ist auf diese Weise nicht m{\"o}glich, Echosequenzen zu erzeugen, da hier bei der f{\"u}r Echosequenzen ben{\"o}tigten Richtungsumkehr des Rotationsfelds die zuvor aufgepr{\"a}gte Phasenverteilung durch das Offsetfeld zerst{\"o}rt wird und somit anstelle einer Signalechogenerierung eine neue RDS-Messung gestartet wird. Obwohl es Echosequenzen mit Anfangspuls erlauben, mehr MNP Parameter zu messen, bietet dieser Ansatz dennoch entscheidende Vorteile. So ergibt sich eine massive Vereinfachung der Hardware und es sind bei gleicher Rotationsfrequenz deutlich h{\"o}here Wiederholraten m{\"o}glich. Die Vermeidung von Schaltvorg{\"a}ngen durch die Verwendung von Offsetfeldern erm{\"o}glicht es, mit dem urspr{\"u}nglichem Aufbau auch Partikelsysteme zu untersuchen, deren Relaxationszeit weit unter 3 ms liegt. Hier zeigt sich, dass sich f{\"u}r unterschiedliche Partikelsysteme teils sehr charakteristische Signalmuster ergeben. Diese lassen sich grob in drei Kategorien einteilen. Die erste Kategorie sind suspendierte Eindom{\"a}nenpartikel mit einer nicht vernachl{\"a}ssigbaren Relaxationszeit. Hier handelt es sich um das bevorzugte Zielsystem f{\"u}r RDS, das durch die Langevin-Gleichung beschrieben werden kann. Die zweite Kategorie sind Partikelsysteme, bei denen die Relaxationsdauer vernachl{\"a}ssigbar ist. In diesem Fall kann der Signalverlauf mit der Langevinfunktion beschrieben werden. Die dritte Kategorie umfasst alle {\"u}brigen Partikelsysteme, insbesondere Suspensionen von MNP-Clustern, die u.a. aufgrund von Interpartikelwechselwirkung komplexe Signalverl{\"a}ufe ergeben, die sich praktisch nicht berechnen lassen. Spektroskopische Untersuchungen sind damit dennoch durch das Anlegen entsprechender Referenzdatenbanken m{\"o}glich (Fingerprinting). Multiparametrisches RDS, d.h. die Wiederholung der Messung f{\"u}r z.B. unterschiedliche Amplituden oder unterschiedliche Viskosit{\"a}ten des Suspensionsmediums, erzeugt aufgrund mehrerer nichtlinearer Abh{\"a}ngigkeiten massive Unterschiede im resultierenden multidimensionalen Datensatz. Das verspricht die Erreichbarkeit hoher spektroskopischer Trennsch{\"a}rfen bei geeigneter Partikel- und Sequenzoptimierung. Die Simulationen und experimentellen Ergebnisse dieser Arbeit zeigen grunds{\"a}tzliche H{\"u}rden und M{\"o}glichkeiten f{\"u}r das ebenfalls in dieser Arbeit eingef{\"u}hrte RDS auf. Es zeigt damit grundlegende Aspekte auf, die f{\"u}r die Entwicklung von RDS-Hardware und die Optimierung von MNP-Suspensionen n{\"o}tig sind. Mit RDS wird in weiterf{\"u}hrenden Arbeiten die Entwicklung von hochempfindlichen Bioassays und die Erweiterung um die r{\"a}umliche Kodierung angestrebt (RDI), da der zugrunde liegende Effekt zugleich sehr vielversprechend als Grundlage f{\"u}r molekulare Bildgebung ist.},
  subject      = {Magnetteilchen},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Stahl2010,
  author    = {Stahl, Andreas},
  title     = {R{\"o}ntgenstrukturuntersuchungen an spintronischen Halbleiter- und Halbmetall-D{\"u}nnschichtsystemen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-49309},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {In dieser Arbeit wurden die strukturellen Eigenschaften von spintronischen Halbleiter- und Halbmetall-D{\"u}nnschichtsystemen untersucht. Mit R{\"o}ntgenreflektivit{\"a}tsmessungen konnten die Schichtdicken und Grenzfl{\"a}chenrauigkeiten der Mehrschichtsysteme sehr genau bestimmt werden. Hierf{\"u}r wurde die Software Fewlay verwendet, welche den Parratt-Formalismus zur Berechnung der Reflektivit{\"a}t nutzt. An reziproken Gitterkarten, die an m{\"o}glichst hoch indizierten Bragg-Reflexen gemessen wurden, konnte das Relaxationsverhalten der Schichtsysteme untersucht werden.},
  subject      = {Halbleiterschicht},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Brandt2004,
  author    = {Brandt, Rainer},
  title     = {Sauer katalysierte, unterkritisch getrocknete Resorcin-Formaldehyd-Aerogele und daraus abgeleitete Kohlenstoff-Aerogele},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-15795},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Resorcin-Formaldehyd (RF) Aerogele sind feinstpor{\"o}se organische Stoffe, die {\"u}ber einen katalysierten Sol-Gel-Prozeß und anschließende Trocknung gewonnen werden. In ihrem chemischen Aufbau sind sie den Phenoplasten oder Phenolharzen sehr {\"a}hnlich. Durch Erhitzung auf {\"u}ber 900 K unter Schutzgas lassen sich die organischen Aerogele in elektrisch leitf{\"a}hige Kohlenstoff (C) Aerogele umwandeln. Durch die Menge der w{\"a}ßrigen Verd{\"u}nnung, sowie die Art und Konzentration des eingesetzten Katalysators, l{\"a}ßt sich die Poren- und Partikelgr{\"o}ße sowie die Porosit{\"a}t des im Sol-Gel-Prozeß entstehenden Gels beeinflussen. Aufgrund dieser M{\"o}glichkeit, die Eigenschaften der RF- und C-Aerogele „maßzuschneidern", bieten sich Einsatz- und Optimierungsm{\"o}glichkeiten bei zahlreichen technischen Anwendungen: z.B. bei Isolationsmaterialien, bei der Gasw{\"a}sche und in der Elektrochemie als Elektrodenmaterial f{\"u}r Batterien und Kondensatoren, sowie zur Elektrolyse. Bisherige systematische Untersuchungen unter Variation der Katalysator- und Monomerkonzentration beschr{\"a}nkten sich zumeist auf mit Na2CO3 basisch katalysierte RF- und C-Aerogele. Um metallische Verunreinigungen zu vermeiden, die sich beispielsweise beim Einsatz von C-Aerogelen als Substrat f{\"u}r Halbleiter st{\"o}rend auswirken, wurde in der vorliegenden Arbeit die Wirkung von carbonsauren Katalysatoren, insbesondere Essigs{\"a}ure und vereinzelt auch Ameisens{\"a}ure, auf die Strukturen und Eigenschaften der entstehenden Aerogele systematisch untersucht. Da im Hinblick auf sp{\"a}tere Anwendungen stets eine vereinfachte unterkritische Trocknung mit Austausch des Porenwassers durch Aceton durchgef{\"u}hrt wurde, wurde zum Vergleich auch eine entsprechend getrocknete Probenserie Na2CO3-katalysierter RF- und C-Aerogele hergestellt und untersucht. Strukturelle Untersuchungen mittels REM, R{\"o}ntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) und Gassorptionsmessungen ergaben {\"a}hnlich wie bei basisch katalysierten Aerogelen eine Abnahme des Prim{\"a}rpartikeldurchmessers mit steigendem Katalysatorgehalt und best{\"a}tigten damit die Wirksamkeit der protoneninduzierten Katalyse, welche ab etwa pH = 5 einsetzen sollte. Allerdings zeigte sich, daß der essigsaure Katalysator weniger wirksam ist als Na2CO3, so daß zur Herstellung sehr fein strukturierter Aerogele mit geringen Dichten und Strukturen im nm-Bereich extrem hohe Katalysatorkonzentrationen bis in die Gr{\"o}ßenordnung der Stoffmenge des w{\"a}ssrigen L{\"o}sungsmittels n{\"o}tig sind. Wie auch bei basischer Katalyse mit geringer Katalysatorkonzentration, ergaben Variationen der Monomerkonzentration bei den essigsauer katalysierten Proben eine Poren- und Partikelverkleinerung mit zunehmendem Monomergehalt, jedoch mit gr{\"o}ßerer Verteilungsbreite als bei der basischen Katalyse. Bei der Na2CO3-Katalyse mit hohen Katalysatorkonzentrationen und bei unterkritischer Trocknung, kompensierte die mit sinkender Monomerkonzentration stark ansteigende trocknungsbedingte Schrumpfung die zu erwartende Porosit{\"a}tszunahme, so daß sich bei einheitlicher Katalysator- und verschiedenen Monomerkonzentrationen kaum strukturelle und Dichte{\"a}nderungen einstellten. Die schwach essigsauer katalysierten Proben zeigten im Vergleich zu den basischen eine stark ver{\"a}nderte Morphologie. W{\"a}hrend bei letzteren die Kontaktstellen zwischen den Prim{\"a}rpartikeln mit steigendem Partikeldurchmesser immer sp{\"a}rlicher ausfallen, gibt es bei carbonsauer katalysierten RF- und C-Aerogelen auch bei Prim{\"a}rpartikeln im µm-Bereich ein ausgepr{\"a}gtes Halswachstum. Weiterhin haben die µm-großen Prim{\"a}rpartikel basisch katalysierter RF-Aerogele ein clusterartiges Erscheinungsbild, w{\"a}hrend man bei essigsauer katalysierten kugelrunde Prim{\"a}rpartikel findet. Zur Untersuchung des Gelierprozesses wurden einige Proben mit ver{\"a}nderten Gelierzeiten und -temperaturen hergestellt. So konnte festgestellt werden, daß die Verweildauer bei Zimmertemperatur im Zusammenhang mit dem Prim{\"a}rpartikelwachstum steht, w{\"a}hrend bei h{\"o}heren Temperaturen die Vernetzung der Prim{\"a}rpartikeln untereinander gef{\"o}rdert wird. Zu kurze Gelierzeiten und ein Verzicht auf h{\"o}here Temperaturen f{\"u}hrt zu einer sehr starken Schrumpfung bei der unterkritischen Trocknung und damit zu nahezu unpor{\"o}sen harzartigen Materialien.},
  subject      = {Aerogel},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schreyer2015,
  author    = {Schreyer, Manuel},
  title     = {Search for supersymmetry in events containing light leptons, jets and missing transverse momentum in \(\sqrt{s}\) = 8 TeV pp collisions with the ATLAS detector},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-120863},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {The results of two analyses searching for supersymmetry (SUSY) in data of the ATLAS experiment are presented in this thesis. The data were recorded in proton-proton collisions at the Large Hadron Collider in 2012 at a centre of mass energy of \(\sqrt{s}\)=8 TeV and correspond to an integrated luminosity of 20.3 fb\(^{-1}\). The first search is performed in signatures containing an opposite-sign electron or muon pair, which is compatible with originating from a Z boson decay, in addition to jets and large missing transverse momentum. The analysis targets the production of squarks and gluinos in R-parity conserving (RPC) models with SUSY breaking via General Gauge Mediation (GGM). The main Standard Model (SM) backgrounds are \(t\overline t\), WW, W+t and Z to \(\tau \tau\) processes which are entirely estimated from data using different-flavour events. Besides that, the SM production of Z bosons in association with jets and large fake missing momentum from mismeasurements plays a role and is predicted with the data-driven jet smearing method. Backgrounds from events with fake leptons are estimated with the data-driven matrix method. WZ/ZZ production as well as smaller background contributions are determined from Monte-Carlo simulations. The search observes an excess of data over the SM prediction with a local significance of 3.0 \(\sigma\) in the electron channel, 1.7 \(\sigma\) in the muon channel and 3.0 \(\sigma\) when the two channels are added together. The results are used to constrain the parameters of the GGM model. The second analysis uses the already published results of an ATLAS search for SUSY in events with one isolated electron or muon, jets and missing transverse momentum to reinterpret them in the context of squark and gluino production in SUSY models with R-parity violating (RPV) \(LQ\overline D\)-operators. In contrast to RPC models, the lightest SUSY particle (LSP) is not stable but decays into SM particles. "Standard" analyses often do not consider SUSY models with RPV although they are in principle sensitive to them. The exclusion limits on the squark and gluino mass obtained from the reinterpretation extend up to 1200 GeV. These are the first results by any ATLAS SUSY search which systematically cover a wide range of RPV couplings in the case of prompt LSP decays. However, the analysis is not sensitive to the full parameter space of the \(LQ\overline D\)-model and reveals gaps in the ATLAS SUSY program which have to be closed by dedicated search strategies in the future.},
  subject      = {Supersymmetrie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Blaimer2005,
  author    = {Blaimer, Martin},
  title     = {Selbstkalibrierende Verfahren in der parallelen Magnetresonanztomographie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-24022},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {In der klinischen Magnetresonanztomographie (MRT) spielt neben dem Bildkontrast und der r{\"a}umlichen Aufl{\"o}sung, die Messzeit eine sehr wichtige Rolle. Auf Grund schneller Bildgebungsmethoden und technischer Fortschritte in der Ger{\"a}teentwicklung konnten die Aufnahmezeiten bis auf wenige Sekunden reduziert werden. Somit wurde die MRT zu einem der wichtigsten Verfahren in der klinischen Diagnostik. Der gr{\"o}ßte Fortschritt f{\"u}r eine weitere Verk{\"u}rzung der Aufnahmezeiten erfolgte durch die Einf{\"u}hrung von Partiell-Parallelen-Akquisitions (PPA) Techniken in den sp{\"a}ten 1990er Jahren. Inzwischen sind PPA-Verfahren etabliert und stehen auch f{\"u}r den Einsatz im klinischen Alltag zur Verf{\"u}gung. Die Grundlage aller PPA-Verfahren bildet eine Anordnung von mehreren Empfangsdetektoren, welche gleichzeitig und unabh{\"a}ngig voneinander ein Objekt abbilden. Das Signal jedes einzelnen Detektors enth{\"a}lt dabei je nach Position eine gewisse r{\"a}umliche Information. Eine Messzeitverk{\"u}rzung wird im Allgemeinen dadurch erzielt, dass die Menge der aufzunehmenden Daten reduziert wird. Dies f{\"u}hrt zu Fehler behafteten Bildern auf Grund von fehlenden Daten. Alle g{\"a}ngigen PPA-Verfahren benutzen die in der Detektoranordnung inh{\"a}rente r{\"a}umliche Information, um mit geeigneten Algorithmen die Fehler behafteten Bilder zu korrigieren. Die beiden erfolgreichsten Ans{\"a}tze stellen momentan das "Sensitivity Encoding" (SENSE) Verfahren und die "Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisitions" (GRAPPA) Methode dar. Die Leistungsf{\"a}higkeit von PPA-Methoden ist allerdings beschr{\"a}nkt. Zun{\"a}chst begrenzt die Anzahl der Einzeldetektoren den maximal erreichbaren Messzeitgewinn. Weiterhin f{\"u}hrt der Einsatz von PPA-Verfahren zu einer Verringerung des Signal-zu-Rausch-Verh{\"a}ltnis (englisch: signal-to-noise ratio, SNR). Im Allgemeinen ist das SNR um den Faktor der Wurzel des Beschleunigungsfaktors verringert. Ein zus{\"a}tzlicher SNR-Verlust entsteht durch den Rekonstruktionsprozess und ist stark abh{\"a}ngig von der geometrischen Anordnung der Detektoren. Auf Grund dieser Verluste ist der Einsatz von PPA-Methoden auf Applikationen mit bereits hohem intrinsischen SNR beschr{\"a}nkt. In dieser Arbeit werden Erweiterungen von PPA-Verfahren vorgestellt, um deren Leistungsf{\"a}higkeit weiter zu verbessern. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der selbstkalibrierenden GRAPPA-Methode, welche die fehlenden Daten im reziproken Bildraum, dem so genannten k-Raum, rekonstruiert. Zun{\"a}chst wird der Einsatz von GRAPPA f{\"u}r die 3D-Bildgebung beschrieben. In der 3D-Bildgebung ist es f{\"u}r die Rekonstruktionsqualit{\"a}t von PPA-Methoden vorteilhaft, die Daten entlang zweier Raumrichtungen zu reduzieren. GRAPPA war bisher auf Experimente mit Datenrekonstruktion in nur einer Richtung beschr{\"a}nkt. Es wird gezeigt, dass sich durch Kombination mit SENSE der Vorteil einer zwei-dimensionalen Datenreduktion erstmals auch f{\"u}r GRAPPA benutzen l{\"a}sst. Weiterhin wird eine Neuformulierung der GRAPPA-Rekonstruktion als Matrixoperation vorgestellt. Dieser Formalismus wird als GRAPPA-Operator Formalismus bezeichnet und erlaubt es, ein gemessenes Signal im k-Raum zu verschieben, um fehlende Daten zu rekonstruieren. Eigenschaften und Beziehungen zwischen unterschiedlichen Verschiebungen werden beschrieben und daraus resultierende Anwendungen f{\"u}r die 2D- und 3D-Bildgebung pr{\"a}sentiert. Im Allgemeinen arbeiten alle konventionellen PPA-Verfahren ausschließlich auf der Rekonstruktionsseite. Somit ist die Bildqualit{\"a}t und damit der erzielbare Messzeitgewinn nur durch die Geometrie der Detektoranordnung beeinflussbar. In der Mehrschicht-MRT l{\"a}sst sich diese Abh{\"a}ngigkeit von der Detektoranordnung reduzieren, indem Bildartefakte bereits w{\"a}hrend der Datenaufnahme gezielt ver{\"a}ndert werden. Auf diese Weise kann der SNR-Verlust aufgrund des Rekonstruktionsprozesses minimiert werden. Dieses Konzept der kontrollierten Einfaltungen (englisch: Controlled Aliasing in Parallel Imaging Results in Higher Acceleration, CAIPIRINHA) wird f{\"u}r den Einsatz in der dynamischen Herzbildgebung vorgestellt. Bei geringen Beschleunigungsfaktoren kann mit CAIPIRINHA im Gegensatz zu den {\"u}blichen PPA-Verfahren eine Bildqualit{\"a}t erzielt werden, welche keine signifikanten Einbußen gegen{\"u}ber konventionellen Experimenten aufweist.},
  subject      = {Magnetische Resonanz},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Loeffler2008,
  author    = {L{\"o}ffler, Andreas},
  title     = {Selbstorganisiertes Wachstum von (Ga)InAs/GaAs-Quantenpunkten und Entwicklung von Mikroresonatoren h{\"o}chster G{\"u}te f{\"u}r Experimente zur starken Exziton-Photon-Kopplung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-30323},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Als erster Schritt wurde der dreidimensionale optische Einschluss der Mikroresonatoren verbessert. Eine h{\"o}here G{\"u}te der Strukturen konnte vor allem durch Weiterentwicklung des Herstellungsprozesses erzielt werden. Der {\"A}tzprozess der T{\"u}rmchen wurde so optimiert, um m{\"o}glichst glatte und senkrechte Seitenw{\"a}nde der Resonatoren zu erreichen. Dies reduziert Streu- und Beugungsverluste an den Seitenw{\"a}nden der Mikroresonatoren und verbessert deren optischen Einschluss. Des Weiteren wurde der epitaktische Schichtaufbau der Resonatoren sowie die Wachstumsparameter der einzelnen Halbleiterschichten optimiert. Somit konnte der Q-Faktor der Resonatoren zum Beispiel durch die Verwendung von Spiegeln mit einer h{\"o}heren Reflektivit{\"a}t und einem angepassten V/III-Verh{\"a}ltnis bei den verschiedenen Epitaxieschichten weiter erh{\"o}ht werden. F{\"u}r einen aktiven Mikroresonator mit 26 (30) Spiegelpaaren im oberen (unteren) DBR und einem Durchmesser von 4 µm wurden somit Rekordwerte f{\"u}r den Q-Faktor von ca. 90000 erreicht. Parallel hierzu wurden Analysen zum Wachstum von selbstorganisierten GaInAs-Quantenpunkten auf GaAs-Substraten angestellt. Hierbei war sowohl die Entstehung der dreidimensionalen Wachstumsinseln als auch deren optische Eigenschaften Gegenstand der Untersuchungen. Die morphologischen Eigenschaften der Quantenpunkte wurde mittels Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie analysiert, womit die optischen Eigenschaften durch Photolumineszenz- und Photoreflexionsmessungen untersucht wurden. Die optischen und vor allem die geometrischen Eigenschaften der selbstorganisiert gewachsenen GaInAs-Quantenpunkte konnten entscheidend verbessert werden. Durch die Verwendung von einer gering verspannten Nukleationsschicht mit einem Indiumgehalt von 30 \% konnte die Fl{\"a}chendichte der Quantenpunkte auf 6 - 9 x 10^9 cm^-2 verringert und ihre geometrischen Abmessungen auf typische L{\"a}ngen von 50 - 100 nm und Breiten von ca. 30 nm erh{\"o}ht werden. Durch den reduzierten Indiumgehalt wird die Gitterfehlanpassung zwischen den Quantenpunkten und der umgebenden Matrix verkleinert. Die verringerte Verspannung beim Quantenpunktwachstum f{\"u}hrt zu einer erh{\"o}hten Migrationsl{\"a}nge der abgeschiedenen Atome auf der Oberfl{\"a}che, was wiederum zur Bildung von gr{\"o}ßeren Quantenpunkten mit geringerer Fl{\"a}chendichte f{\"u}hrt. Schließlich wurden die gewonnenen Erkenntnisse {\"u}ber das MBE-Wachstum von Mikroresonatoren, ihre Prozessierung und das selbstorganisierte Inselwachstum von GaInAs auf GaAs als Basis f{\"u}r die Herstellung weiterer Proben verwendet. Es wurden nun beide Bereiche miteinander verkn{\"u}pft und gering verspannte GaInAs-Quantenpunkte in die Mikroresonatoren eingewachsen. Die hohen G{\"u}ten der realisierten Mikrokavit{\"a}ten in Kombination mit Quantenpunkten mit vergr{\"o}ßerten Abmessungen und geringen Dichten machen diese Strukturen zu idealen Kandidaten f{\"u}r die Grundlagenforschung im Bereich der Quantenelektrodynamik. Als H{\"o}hepunkt erm{\"o}glichten diese Strukturen zum ersten Mal den Nachweis einer starken Wechselwirkung zwischen Licht und Materie in einem Halbleiter. F{\"u}r den Fall der gering verspannten vergr{\"o}ßerten Quantenpunkte im Regime der starken Kopplung konnte eine Vakuum-Rabi-Aufspaltung von ca. 140 µeV zwischen der Resonatormode und dem Quantenpunkt-Exziton beobachtet werden. Durch die verbesserten G{\"u}ten der Kavit{\"a}ten konnte das Regime der starken Wechselwirkung ebenfalls f{\"u}r kleinere Quantenpunkte erreicht werden. Eine Rabi-Aufspaltung von ca. 60 µeV wurde zum Beispiel f{\"u}r kreisrunde GaInAs-Quantenpunkte mit einem Indiumgehalt von 43 \% und Durchmessern zwischen 20 und 25 nm gemessen. Das Regime der starken Kopplung erm{\"o}glicht es weiterhin, R{\"u}ckschl{\"u}sse auf die Oszillatorst{\"a}rke der eingewachsenen Quantenpunkte zu ziehen. So konnte zum Beispiel f{\"u}r die vergr{\"o}ßerten Quantenpunktstrukturen eine Oszillatorst{\"a}rke von ca. 40 - 50 abgesch{\"a}tzt werden. Dagegen weisen die leicht verkleinerten Quantenpunkte mit einem Indiumgehalt von 43 \% nur eine Oszillatorst{\"a}rke von ca. 15 - 20 auf. Des Weiteren wurden f{\"u}r einen sp{\"a}teren elektrischen Betrieb der Bauteile dotierte Mikroresonatoren hergestellt. Die hohen G{\"u}ten der dotierten T{\"u}rmchen erm{\"o}glichten ebenso die Beobachtung von klaren quantenelektrodynamischen Effekten im elektrischen Betrieb. Die untersuchten elektrisch gepumpten Mikroresonatoren mit kleinen GaInAs-Quantenpunkten in der aktiven Schicht operierten im Regime der schwachen Kopplung und zeigten einen deutlichen Purcell-Effekt mit einem Purcell-Faktor von ca. 10 im Resonanzfall. Durch den Einsatz von vergr{\"o}ßerten GaInAs-Quantenpunkten konnte ebenfalls im elektrischen Betrieb das Regime der starken Wechselwirkung mit einer Rabi-Aufspaltung von 85 µeV erreicht werden.},
  subject      = {Quantenpunkt},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Slobodskyy2006,
  author    = {Slobodskyy, Taras},
  title     = {Semimagnetic heterostructures for spintronics},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-21011},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {F{\"u}r zuk{\"u}nftige Technologien ist die Erforschung von der verwendeten Teilchen n{\"o}tig. Spintronik ist ein modernes Gebiet der Physik, welches neben der Ladung auch die Spineigenschaften als zus¨atzlichen Freiheitsgrad nutzbar macht. Der "conductivity mismatch" stellt ein fundamentales Problem f{\"u}r elektrische Spininjektion aus einem ferromagnetischem Metal in einen diffusiven Halbleiter dar. Daher m{\"u}ssen andere Methoden f{\"u}r die Injektion spin-polarisierter Ladungstr{\"a}ger benutzt werden. Mit einem Tunnelkontakt ist es m{\"o}glich, eine hoch spin-polarisierte, Raumtemperatur Tunnel-Injektion zu erzielen. Wir benutzten einen neuen Ansatz und verwendeten magnetische RTDs zur Spinmanipulation. In dieser Arbeit wurden die Eigenschaften von magnetischen, resonanten Tunneldioden (RTDs) aus rheinen II-VI-Halbleitern in ihrer Verwendung f{\"u}r die Spintronik beschrieben. Wachstumsbedingungen wurden optimiert, um das Peak-to-Valley-Verh{\"a}ltnis zu vergr{\"o}ßern. Das Design der RTDs wurde optimiert, um spinbezogene Transporteffekte beobachten zu k{\"o}nen. Mit einem externen Magnetfeld war Spinmanipulation m{\"o}glich. Selbstorganisierte CdSe Quanten-Strukturen wurden hergestelt und mit optischen Techniken untersucht. Sie w{\"u}rden in (Zn,Be)Se Tunnelbarrieren eingebettet, so dass ihre Eigenschaften durch resonantes Tunneln zug{\"a}nglich wurden.},
  subject      = {Heterostruktur-Bauelement},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schallenberg2004,
  author    = {Schallenberg, Timo},
  title     = {Shadow mask assisted heteroepitaxy of compound semiconductor nanostructures},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-10290},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Shadow Mask assisted Molecular Beam Epitaxy (SMMBE) is a technique enabling selected area epitaxy of semiconductor heterostructures through shadow masks. The objective of this work was the development of the SMMBE technique for the reliable fabrication of compound semiconductor nanostructures of high structural and optical quality. In order to accomplish this, technological processes have been developed and optimized. This, in combination with model calculations of the basic kinetic growth processes has enabled the fabrication of high quality quantum structures. A high spatial precision and control of the incidence regions of the molecular beams during the SMMBE process are required for the fabrication of nanostructures. One of the technological developments to this effect, which has substantially enhanced the versatility of SMMBE, is the introduction of a new type of freestanding shadow masks: Growth through such a mask with different incidence angles of the molecular beams is equivalent to employing different mechanical masks, but is much more accurate since the precision of mechanical alignment is limited. A consistent model has been developed, which successfully explains the growth dynamics of molecular beam epitaxy through shadow masks. The redistribution of molecular fluxes under shadow masks may affect the growth rates on selected areas of the substrate drastically. In the case of compound semiconductors, reactions between the constituent species play important roles in controlling the growth rates as a function of the growth parameters. The predictions of the model regarding the growth of II-VI and III-V compounds have been tested experimentally and the dependence of the growth rates on the growth parameters has been verified. Moreover, it has been shown, that selected area epitaxy of II-VI and III-V compounds are governed by different surface kinetics. Coexisting secondary fluxes of both constituent species and the apparent non-existence of surface diffusion are characteristic for SMMBE of II-VI compounds. In contrast, III-V SMMBE is governed by the interplay between secondary group-V flux and the surface migration of group-III adatoms. In addition to the basic surface kinetic processes described by the model, the roles of orientation and strain-dependent growth dynamics, partial shadow, and material deposition on the mask (closure of apertures) have been discussed. The resulting advanced understanding of the growth dynamics (model and basic experiments) in combination with the implementation of technical improvements has enabled the development and application of a number of different processes for the fabrication of both II-VI and III-V nanostructures. In addition to specific material properties, various other phenomena have been exploited, e.g., self-organization. It has been shown that, e.g., single quantum dots and quantum wires can be reliably grown. Investigations performed on the SMMBE nanostructures have demonstrated the high positional and dimensional precision of the SMMBE technique. Bright cathodoluminescence demonstrates that the resulting quantum structures are of high structural and optical quality. In addition to these results, which demonstrate SMMBE as a prospective nanofabrication technique, the limitations of the method have also been discussed, and various approaches to overcome them have been suggested. Moreover, propositions for the fabrication of complex quantum devices by the multiple application of a stationary shadow mask have been put forward. In addition to selected area growth, the shadow masks can assist in etching, doping, and in situ contact definition in nanoscale selected areas. Due to the high precision and control over the dimensions and positions of the grown structures, which at the same time are of excellent chemical, crystal, and optical quality, SMMBE provides an interesting perspective for the fabrication of complex quantum devices from II-VI and III-V semiconductors.},
  subject      = {Verbindungshalbleiter},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kuger2017,
  author    = {Kuger, Fabian},
  title     = {Signal Formation Processes in Micromegas Detectors and Quality Control for large size Detector Construction for the ATLAS New Small Wheel},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-152495},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {The Micromegas technology is one of the most successful modern gaseous detector concepts and widely utilized in nuclear and particle physics experiments. Twenty years of R \& D rendered the technology sufficiently mature to be selected as precision tracking detector for the New Small Wheel (NSW) upgrade of the ATLAS Muon spectrometer. This will be the first large scale application of Micromegas in one of the major LHC experiments. However, many of the fundamental microscopic processes in these gaseous detectors are still not fully understood and studies on several detector aspects, like the micromesh geometry, have never been addressed systematically. The studies on signal formation in Micromegas, presented in the first part of this thesis, focuses on the microscopic signal electron loss mechanisms and the amplification processes in electron gas interaction. Based on a detailed model of detector parameter dependencies, these processes are scrutinized in an iterating comparison between exper- imental results, theory prediction of the macroscopic observables and process simulation on the microscopic level. Utilizing the specialized detectors developed in the scope of this thesis as well as refined simulation algorithms, an unprecedented level of accuracy in the description of the microscopic processes is reached, deepening the understanding of the fundamental process in gaseous detectors. The second part is dedicated to the challenges arising with the large scale Micro- megas production for the ATLAS NSW. A selection of technological choices, partially influenced or determined by the herein presented studies, are discussed alongside a final report on two production related tasks addressing the detectors' core components: For the industrial production of resistive anode PCBs a detailed quality control (QC) and quality assurance (QA) scheme as well as the therefore required testing tools have been developed. In parallel the study on micromesh parameter optimization and production feasibility resulted in the selection of the proposed mesh by the NSW community and its full scale industrial manufacturing. The successful completion of both tasks were im- portant milestones towards the construction of large size Micromegas detectors clearing the path for NSW series production.},
  subject      = {Gasionisationsdetektor},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Pohl2013,
  author    = {Pohl, Christoph},
  title     = {Silicon Based MBE of Manganese-Silicide and Silicon-Suboxide},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-83757},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {The present thesis deals with the fabrication, optimization of growth process and characterization of silicon based materials with molecular beam epitaxy. Two material systems are investigated in the course of this work: silicon/silicon suboxide multilayer structures and mono manganese silicide thin films. Mono manganese silicide (MnSi) is grown on Si(111) substrates with an hydrogen passivated surface, that is prepared by wet chemical processes. The growth start is performed by deposition of an amorphous Mn wetting layer that is subsequently annealed to form a MnSi seed layer on which the MnSi molecular beam epitaxy (MBE) is achieved. An amorphous or a crystalline Si cap layer is deposited onto the MnSi film to finalize the growth process and protect the sample from oxidation. With Raman spectroscopy it is shown that the crystalline cap layer is in fact single crystalline silicon. Results of x-ray diffraction and Raman spectroscopy confirm the growth of mono manganese silicide in contrast to other existing manganese silicide phases. In addition, in-plane and out-of-plane residual strain, and twinning of the MnSi thin film is detected with x-ray diffraction of symmetric and asymmetric reflections. Orientation between the Si substrate and the MnSi film is determined with the parallel lattice planes MnSi(210) and Si(511). Transport measurements show a T^2 dependence of the resistivity below 30K and metallic behavior above, a magneto resistance of 0.9\% and an unusual memory like effect of the resistance for an in-plane magnetic field sweep measurement. Silicon/Silicon suboxide (SiOx) multilayer structures are grown on Si(100) by interrupting the Si growth and oxidizing the surface with molecular oxygen. During oxidation the RHEED pattern changes from the Si(2x1) reconstruction to an amorphous pattern. When silicon growth is resumed a spotty RHEED pattern emerges, indicating a rough, three dimensional surface. The rough surface can be smoothed out with Si growth at substrate temperatures between 600°C and 700°C. Measurements with transmission electron microscopy show that a silicon suboxide layer of about 1nm embedded in single crystalline silicon is formed with the procedure. Multilayer structures are achieved by repeating the oxidation procedure when the Si spacer layer has a smooth and flat surface. The oxygen content of the suboxide layers can be varied between 7.6\% and 26.8\%, as determined with secondary ion mass spectrometry and custom-built simulations models for the x-ray diffraction. Structural stability of the multilayer structures is investigated by x-ray diffraction before and after rapid thermal annealing. For temperatures up to 1000°C the multilayer structures show no modification of the SiOx layer in x-ray diffraction.},
  subject      = {Molekularstrahlepitaxie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Weber2016,
  author    = {Weber, Stefan},
  title     = {Simulation Studies on the New Small Wheel Shielding of the ATLAS Experiment and Design and Construction of a Test Facility for Gaseous Detectors},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-133084},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {In this thesis two main projects are presented, both aiming at the overall goal of particle detector development. In the first part of the thesis detailed shielding studies are discussed, focused on the shielding section of the planned New Small Wheel as part of the ATLAS detector upgrade. Those studies supported the discussions within the upgrade community and decisions made on the final design of the New Small Wheel. The second part of the thesis covers the design, construction and functional demonstration of a test facility for gaseous detectors at the University of W{\"u}rzburg. Additional studies on the trigger system of the facility are presented. Especially the precision and reliability of reference timing signals were investigated.},
  subject      = {Teilchendetektor},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Meyer2015,
  author    = {Meyer, Frank},
  title     = {Soft X-ray Spectroscopic Study of Amino Acid and Salt Solutions},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-124295},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {This thesis focuses on the investigation of the electronic structure of amino acids and salts in aqueous solution using X-ray spectroscopic methods. Both material groups are of fundamental importance with regards to many physiological reactions, especially for the Hofmeister effect which describes the solubility of proteins in salt solutions. Hence, the investigation of the electronic structure of amino acids and the influence of ions on the hydrogen bonding network of liquid water are important milestones to a deeper understanding of the Hofmeister series. Besides investigating the electronic structure of amino acids in aqueous solution, the spectra were used to develop a building block model of the spectral fingerprints of the functional groups and were compared to spectral signatures of suitable reference molecules. In the framework of this thesis, it is shown that the building block approach is a useful tool with allows the interpretation of spectral signatures of considerably more complex molecules In this work, the focus lies on the investigation of the occupied and unoccupied electronic states of molecules in solid state, as well as in aqueous solution. Hereby, different X-ray spectroscopic methods were applied. X-ray emission spectroscopy (XES) was used to probe the occupied electronic structure of the solution, while the unoccupied electronic structure was addressed by using X-ray absorption spectroscopy (XAS). Finally, resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) as a combination of XAS and XES measurements provides the combined information about the unoccupied and occupied molecular levels. The element specific character of the three measurement methods is a feature which allows the investigation of the local electronic structure of a single functional group. With RIXS, also non-equivalent atoms of the same element can be addressed separately. Within this thesis firstly, a library of the XE spectra of all 20 proteinogenic amino acids in zwitterionic form is presented. From this sample-set XES fingerprints of the protonated alpha-amino group NH3+ and the deprotonated carboxylic group COO- were evaluated and used to identify the XES fingerprints of the nitrogen and oxygen containing functional groups of the side chains of the amino acids. The data is discussed based on a building block approach. Furthermore, the XE spectra of the functional groups of lysine and histidine, namely the NH2 group and the C3N2H4 ring structure, are both compared to XE spectra of suitable reference molecules (imidazole, ammonia and methylamine). It is found that the XE and RIXS spectra of the side chains of lysine and histidine show large similarities to the XE spectra of the reference molecules. This agreement in the XE and RIXS spectra allows a qualitative investigation of XE and RIXS spectra of more complex amino acids using the XE and RIXS spectra of suitable reference molecules. The chemical structure of histidine and proline is quite different from the structures of the other proteinogenic amino acids. Due to the unique chemical structure of the side chain which in both cases consists of a heterocyclic ring structure, these two amino acids were investigated in more detail. Zubavichus et al. [1] have shown that amino acids are decomposing while exposed to X-ray radiation of the experiment. The damage is irreversible and molecular fragments can adsorb on the membrane of the experimental setup. This contamination can also create a spectral signature which then overlaps with the signal of the solution and which complicates the interpretation of the data. To record spectra which are free from contributions of adsorbed molecular fragments on the membrane, the adsorption behavior was investigated. In contrast to the solid phase in which the amino acids are present as salts in one electronic conformation, the charge state of the amino acids can be manipulated in aqueous solution by tuning the pH-value. By doing this, all possible charge states are accessible (cation, anion, zwitterion). In this work it is shown that also the spectra of the different charge states can be modeled by the spectra of suitable reference molecules using the building block approach. The spectral changes occurring upon protonation and deprotonation of the functional groups are explored and verified by comparing them to theoretical calculations. The comparison with measurements of pyrrolidine show that the electronic structure which surrounds the nitrogen atom of proline is strongly influenced by the ring structure of the side chain. Furthermore, the proline, pyrrolidine, and histidine molecules are also degrading during the liquid sample measurements. This can be observed by the detection of a new spectral component which increases with the measurement time originating from the window membrane. In all cases, the speed of the agglomeration of molecular fragments at the membrane was observed to be highly sensitive to the pH value of the solution. To understand the Hofmeister series, also the impact of the salt ions have to be investigated. In this study the influence of potassium chloride (KCl) on the hydrogen bond network of water was studied by using non-resonantly excited XES as well as RIXS. A decreased dissociation of hydrogen molecules and changes in the molecular vibrations could be detected. These changes were interpreted with a molecular reorganization of the water molecules and a decreased number of hydrogen bonds.},
  subject      = {Aminos{\"a}uren},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Tcakaev2023,
  author    = {Tcakaev, Abdul-Vakhab},
  title     = {Soft X-ray Spectroscopic Study of Electronic and Magnetic Properties of Magnetic Topological Insulators},
  doi       = {10.25972/OPUS-30378},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-303786},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {After the discovery of three-dimensional topological insulators (TIs), such as tetradymite chalcogenides Bi\$_2\$Se\$_3\$, Bi\$_2\$Te\$_3\$ and Sb\$_2\$Te\$_3\$ - a new class of quantum materials characterized by their unique surface electronic properties - the solid state community got focused on topological states that are driven by strong electronic correlations and magnetism. An important material class is the magnetic TI (MTI) exhibiting the quantum anomalous Hall (QAH) effect, i.e. a dissipationless quantized edge-state transport in the absence of external magnetic field, originating from the interplay between ferromagnetism and a topologically non-trivial band structure. The unprecedented opportunities offered by these new exotic materials open a new avenue for the development of low-dissipation electronics, spintronics, and quantum computation. However, the major concern with QAH effect is its extremely low onset temperature, limiting its practical application. To resolve this problem, a comprehensive understanding of the microscopic origin of the underlying ferromagnetism is necessary. V- and Cr-doped (Bi,Sb)\$_2\$Te\$_3\$ are the two prototypical systems that have been widely studied as realizations of the QAH state. Finding microscopic differences between the strongly correlated V and Cr impurities would help finding a relevant model of ferromagnetic coupling and eventually provide better control of the QAH effect in these systems. Therefore, this thesis first focuses on the V- and Cr-doped (Bi,Sb)\$_2\$Te\$_3\$ systems, to better understand these differences. Exploiting the unique capabilities of x-ray absorption spectroscopy and magnetic circular dichroism (XAS/XMCD), combined with advanced modeling based on multiplet ligand-field theory (MLFT), we provide a detailed microscopic insight into the local electronic and magnetic properties of these systems and determine microscopic parameters crucial for the comparison with theoretical models, which include the \$d\$-shell filling, spin and orbital magnetic moments. We find a strongly covalent ground state, dominated by the superposition of one and two Te-ligand-hole configurations, with a negligible contribution from a purely ionic 3+ configuration. Our findings indicate the importance of the Te \$5p\$ states for the ferromagnetism in (Bi, Sb)\$_2\$Te\$_3\$ and favor magnetic coupling mechanisms involving \$pd\$-exchange. Using state-of-the-art density functional theory (DFT) calculations in combination with XMCD and resonant photoelectron spectroscopy (resPES), we reveal the important role of the \$3d\$ impurity states in mediating magnetic exchange coupling. Our calculations illustrate that the kind and strength of the exchange coupling varies with the impurity \$3d\$-shell occupation. We find a weakening of ferromagnetic properties upon the increase of doping concentration, as well as with the substitution of Bi at the Sb site. Finally, we qualitatively describe the origin of the induced magnetic moments at the Te and Sb sites in the host lattice and discuss their role in mediating a robust ferromagnetism based on a \$pd\$-exchange interaction scenario. Our findings reveal important clues to designing higher \$T_{\text{C}}\$ MTIs. Rare-earth ions typically exhibit larger magnetic moments than transition-metal ions and thus promise the opening of a wider exchange gap in the Dirac surface states of TIs, which is favorable for the realization of the high-temperature QAH effect. Therefore, we have further focused on Eu-doped Bi\$_2\$Te\$_3\$ and scrutinized whether the conditions for formation of a substantial gap in this system are present by combining spectroscopic and bulk characterization methods with theoretical calculations. For all studied Eu doping concentrations, our atomic multiplet analysis of the \$M_{4,5}\$ x-ray absorption and magnetic circular dichroism spectra reveals a Eu\$^{2+}\$ valence, unlike most other rare earth elements, and confirms a large magnetic moment. At temperatures below 10 K, bulk magnetometry indicates the onset of antiferromagnetic ordering. This is in good agreement with DFT results, which predict AFM interactions between the Eu impurities due to the direct overlap of the impurity wave functions. Our results support the notion of antiferromagnetism coexisting with topological surface states in rare-earth doped Bi\$_2\$Te\$_3\$ and corroborate the potential of such doping to result in an antiferromagnetic TI with exotic quantum properties. The doping with impurities introduces disorder detrimental for the QAH effect, which may be avoided in stoichiometric, well-ordered magnetic compounds. In the last part of the thesis we have investigated the recently discovered intrinsic magnetic TI (IMTI) MnBi\$_6\$Te\$_{10}\$, where we have uncovered robust ferromagnetism with \$T_{\text{C}} \approx 12\$ K and connected its origin to the Mn/Bi intermixing. Our measurements reveal a magnetically intact surface with a large moment, and with FM properties similar to the bulk, which makes MnBi\$_6\$Te\$_{10}\$ a promising candidate for the QAH effect at elevated temperatures. Moreover, using an advanced ab initio MLFT approach we have determined the ground-state properties of Mn and revealed a predominant contribution of the \$d^5\$ configuration to the ground state, resulting in a \$d\$-shell electron occupation \$n_d = 5.31\$ and a large magnetic moment, in excellent agreement with our DFT calculations and the bulk magnetometry data. Our results together with first principle calculations based on the DFT-GGA\$+U\$, performed by our collaborators, suggest that carefully engineered intermixing plays a crucial role in achieving a robust long-range FM order and therefore could be the key for achieving enhanced QAH effect properties. We expect our findings to aid better understanding of MTIs, which is essential to help increasing the temperature of the QAH effect, thus facilitating the realization of low-power electronics in the future.},
  subject      = {Topologischer Isolator},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Benkert2017,
  author    = {Benkert, Andreas},
  title     = {Soft x-ray spectroscopic study of methanol and glycine peptides in different physical environments},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-147111},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Ionenspezifische Effekte treten in einer Vielzahl von w{\"a}ssrigen L{\"o}sungen aus Elektrolyten und gr{\"o}ßeren Molek{\"u}len wie Peptiden auf. Die Ionen bewirken dabei {\"A}nderungen in Eigenschaften wie z.B. der Viskosit{\"a}t, den Aktivit{\"a}ten von Enzymen, der Stabilit{\"a}t von Proteinen und deren Ein- bzw. Aussalzverhalten. Typischerweise wird die ionenabh{\"a}ngige Auspr{\"a}gung derartiger Effekte mithilfe der Hofmeister-Serie beschrieben, die urspr{\"u}nglich Ionen nach ihrer F{\"a}higkeit ordnete, die L{\"o}slichkeit von H{\"u}hnereiweis in Wasser zu steigern oder zu unterdr{\"u}cken. Die empirische Abfolge der Ionen in der Hofmeister-Serie kann jedoch bis heute nicht zweifelsfrei erkl{\"a}rt werden. Trotz weitreichender Bem{\"u}hungen, ein molekulares Verst{\"a}ndnis dieses Ph{\"a}nomens zu schaffen, konnte bisher keine Einigung {\"u}ber die zugrundeliegenden Mechanismen und die genauere Bestimmung und Lokalisierung der Wechselwirkung erzielt werden. Die resonante inelastische Weichr{\"o}ntgenstreuung (RIXS) kombiniert die beiden Methoden der R{\"o}ntgenemissions- (XES) und R{\"o}ntgenabsorptionsspektroskopie (XAS). So k{\"o}nnen mit RIXS Informationen sowohl {\"u}ber die besetzten als auch die unbesetzten elektronischen Zust{\"a}nde gesammelt und zu einem umfassenden Bild der elektronischen Struktur des Systems verkn{\"u}pft werden, was diese Methode zu einem vielversprechenden Werkzeug macht, etwas mehr Licht auf die Thematik zu werfen. Die in dieser Arbeit pr{\"a}sentierten Ergebnisse zielen deshalb darauf ab, ein verbessertes Verst{\"a}ndnis der Wechselwirkungen zwischen Salzen und Peptiden in w{\"a}ssriger L{\"o}sung zu schaffen. Hierf{\"u}r wird systematisch der Einfluss verschiedenster physikalischer Umgebungen auf die elektronische Struktur von kleinen Molek{\"u}len (Methanol und von Glycin abgeleitete Peptide) mittels Weichr{\"o}ntgenspektroskopie, unterst{\"u}tzt durch Dichtefunktionaltheorie (DFT) Rechnungen, untersucht. In einem ersten Schritt werden isolierte Molek{\"u}le ohne jeglicheWechselwirkung zu ihrer unmittelbaren Umgebung anhand von Methanol in der Gasphase als Modelsystem untersucht. Hierbei wird insbesondere der lokale und elementspezifische Charakter von RIXS demonstriert und die lokale elektronische Struktur von Methanols Hydroxyl- und Methylgruppe untersucht. Mithilfe von DFT-Rechnungen werden die beobachteten Emissionslinien in den XES-Spektren der Emission bestimmter Molek{\"u}lorbitale zugeordnet und deren relative Emissionsintensit{\"a}ten erl{\"a}utert. F{\"u}r eine resonante Anregung der ersten Resonanz an der Sauerstoff-K-Absorptionskante werden starke Isotopeneffekte beobachtet, die durch dynamische Prozesse an der Hydroxylgruppe erkl{\"a}rt werden k{\"o}nnen. Dies dient als hervorragendes Beispiel f{\"u}r m{\"o}gliche Auswirkungen, die eine lokale {\"A}nderung in der Geometrie oder Symmetrie des Molek{\"u}ls auf dessen elektronische Struktur haben kann. Im weiteren Verlauf dieser Arbeit wird das untersuchte Probensystem um die Aminos{\"a}ure Glycin und deren kleinste Peptide Diglycin und Triglycin, vorerst in ihrer kristallinen Form als Festk{\"o}rper, erweitert. Mithilfe von RIXS-Karten der Stickstoff- und Sauerstoff-K-Absorptionskanten wird erneut, unterst{\"u}tzt durch DFT-Rechnungen, ein umfassendes Bild der elektronischen Struktur der Molek{\"u}le gezeichnet. {\"A}hnlich zum Fall von Methanol werden die Emissionsspektren an der Stickstoff-K-Kante stark von dynamischen Prozessen an der protonierten Aminogruppe der Molek{\"u}le beeinflusst. Zudem wird gezeigt, dass RIXS gezielt dazu verwendet werden kann, das Stickstoffatom in der Peptidbindung anzuregen und die elektronische Struktur in dessen lokaler Umgebung zu untersuchen. Desweiteren wird ein einfaches Baukastenprinzip f{\"u}r XES-Spektren dazu genutzt, die spektralen Anteile der Emission aus {\"U}berg{\"a}ngen an den beiden Stickstoffatomen in Diglycin zu isolieren. In w{\"a}ssriger L{\"o}sung kann eine leichte Ver{\"a}nderung der elektronischen Struktur der Molek{\"u}le durch die Wechselwirkung mit benachbarten Wassermolek{\"u}len, vermutlich an den geladenen funktionellen Gruppen, beobachtet werden. Die Auswirkungen auf die XES-Spektren sind jedoch eher gering. Deutlich gr{\"o}ßere Ver{\"a}nderungen werden beobachtet, wenn man den Protonierungszustand der Molek{\"u}le {\"u}ber den pH-Wert der L{\"o}sung manipuliert. Sowohl die Protonierung der Carboxylgruppe f{\"u}r kleine pH-Werte als auch die Deprotonierung der Aminogruppe in basischer L{\"o}sung f{\"u}hren zu starken Ver{\"a}nderungen in den RIXS-Karten. In einer umfangreichen Untersuchung der XES-Spektren von Glycin als Funktion des pH-Wertes wird gezeigt, dass sich die {\"A}nderungen jedoch nicht nur {\"o}rtlich begrenzt auf die Umgebung der manipulierten funktionellen Gruppe, sondern auch auf die elektronische Struktur in weiter entfernten Bereichen des Molek{\"u}ls auswirken. Als Beispiel f{\"u}r Systeme in denen Hofmeister-Effekte beobachtet werden, werden zu guter Letzt gemischte w{\"a}ssrige L{\"o}sungen aus Diglycin und verschiedenen Salzen untersucht. Um den Einfluss verschiedener Kationen auf die elektronische Struktur der Diglycin Molek{\"u}le zu erfassen wird eine Reihe unterschiedlicher Chloride verwendet, wohingegen eine Reihe von Kaliumsalzen f{\"u}r die Untersuchung verschiedener Anionen herangezogen wird. In beiden F{\"a}llen werden ionenspezifische Auswirkungen auf die XES-Spektren von Diglycin beobachtet, die qualitativ der Sortierung innerhalb der Hofmeister-Serie folgen. Die beobachteten {\"A}nderungen deuten dabei darauf hin, dass Kationen unterschiedlich stark mit dem Sauerstoff in der Peptidbindung und dessen unmittelbarer Umgebung wechselwirken, wohingegen Anionen eine gesteigerte Affinit{\"a}t zur Aminogruppe von Diglycin aufweisen.},
  subject      = {Methanol},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Fuchs2009,
  author    = {Fuchs, Oliver},
  title     = {Soft x-ray spectroscopy of organic molecules and liquids},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-37055},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {In this thesis, soft x-ray absorption spectroscopy (XAS) and resonant inelastic x-ray scattering (RIXS) studies of the electronic structure of selected organic molecules and liquids were carried out. The first part focuses on the used experimental techniques and the development of the instrumentation necessary for these studies, namely a soft x-ray spectrometer, and a temperature-controlled flow-through liquid cell. The former was optimized by a special analytical ray tracing method developed exclusively for this purpose. Due to its high transmission, the spectrometer facilitates a novel experimental approach of recording comprehensive 'RIXS maps', which are 2-dimensional plots of x-ray scattering intensities as a function of both, excitation and emission photon energy. The liquid cell extends these possibilities to the study of liquids, especially the interaction of molecules in liquids and their chemical reactions under well-controlled conditions. Organic molecules have attracted considerable attention in the last decade. The intense research activities related to these materials have two main motivations: on the one hand, organic molecules have a technological application as building blocks of organic semiconductors, while, on the other hand, organic molecules are the functional elements in biological systems. In order to cost-effectively produce optimized organic electronic devices, a fundamental knowledge of the electronic properties of the organic molecules interface is necessary. Therefore, many studies of the electronic structure of potential candidates for organic electronics exist. Two of these candidates, namely C60 and well-ordered multilayers PTCDA on a Ag(111) surface are investigated in this thesis. For the study of C60 molecules, a comprehensive 'RIXS map' was recorded and analyzed. The RIXS map taken in only 25 minutes allows a quantitative analysis of energy losses, yielding for example the HOMO-LUMO distance. It also identifies a core-excitonic state and facilitates a quantitative comparison of its binding energy with that of valence excitons in C60. Furthermore, decay channel-selective partial fluorescence yield XAS spectra can be extracted from the RIXS map, yielding information on the population of the core-excitonic state as a function of excitation energy. As a second model system of organic molecules relevant for organic electronics, PTCDA was chosen. The complex electronic structure of the occupied states of a highly ordered, flat-lying PTCDA multilayer on a Ag(111) surface was investigated by symmetry-resolved resonant x-ray emission spectroscopy. The rapidly occurring beam damage effects were characterized on the basis of irradiation-time dependent series of C and O x-ray emission spectra. Upon varying the excitation energy and emission geometry, atom- and symmetry-specific carbon K emission spectra with negligible beam damage effects were obtained that allow to distinguish between electronic states with sigma and pi symmetry. A density functional theory calculation of the PTCDA molecule reproduces the energy positions of the most prominent emission features remarkably well. In addition, the energy positions of the sigma and pi emissions agree well with the calculated energies of the respective orbitals. In order to shed light on the second aspect of organic molecules, namely their role in biological systems, first a detailed investigation of the electronic structure and proton dynamics of liquid water as the medium of most chemical and biochemical reactions was carried out. Therefore, a comprehensive oxygen K RIXS map of liquid water was recorded and analyzed in great detail. A temperature-dependent comparison with XAS and RIXS data of D2O, NaOH, and NaOD leads to the conclusion, that ultra-fast dissociation takes place in liquid water on the timescale of the oxygen 1s core hole lifetime, resulting in a characteristic spectral contribution in the RIXS spectra. The dissociation is promoted by intact hydrogen bonds with neighboring molecules. In consequence, the rate of dissociation directly depends on the initial hydrogen bond configuration. In the next step towards biologically relevant systems, the nitrogen K edges of the amino acids glycine and histidine were investigated in powderous form as well as in their native environment, namely in aqueous solution. X-ray absorption and emission spectra of the aqueous solutions were analyzed at pH-values of 6 and for glycine also at pH 12 and compared to the spectra of powders. A pH-value of 12 causes deprotonation of the amino group, leading to significant changes in the nitrogen spectra as compared to pH 6. The results from these four examples demonstrate that a wealth of novel information can be obtained by using the new experimental tools developed in this thesis, namely a highly sensitive x-ray spectrometer and a flow-through liquid cell.},
  subject      = {Organisches Molek{\"u}l},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Maier2010,
  author    = {Maier, Florian C.},
  title     = {Spectromicroscopic characterisation of the formation of complex interfaces},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-65062},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Within the framework of this thesis the mechanisms of growth and reorganisation of surfaces within the first few layers were investigated that are the basis for the fabrication of high quality thin films and interfaces. Two model systems, PTCDA/Ag(111) and CdSe/ZnSe quantum dots (QD), were chosen to study such processes in detail and to demonstrate the power and improvements of the aberration corrected spectromicroscope SMART [1] simultaneously. The measurements benefit especially from the enhanced transmission of the microscope and also from its improved resolution. SMART, the first double-aberration corrected instrument of its kind [2], provided comprehensive methods (LEEM/PEEM, μ-LEED, μ-XPS) to study in-situ and in real time the surface reorganisation and to determine morphology, local structure and local chemical composition of the resulting thin film. Complementarily, a commercial AFM [3] was used ex-situ. XPEEM and μ-XPS measurements were made possible by attaching SMART to the high flux density beamline of the soft-X-ray source BESSY-II [4]. PTCDA/Ag(111) - Growth and structure of the first two layers Although PTCDA/Ag(111) is one of the most intensely studied model systems for the growth of organic semiconductor thin films, it still offers new insights into a complex growth behaviour. This study enlightens the temperature dependant influence of morphological features as small as monatomic Ag steps on the growth process of the first two layers. At low temperatures, single Ag steps act as diffusion barriers. But interdiffusion was observed already for the 2nd layer whereas domain boundaries in the 1st PTCDA-layer persist for crystallite growth in the 2nd layer. 1st layer islands are more compact and the more dendritic development of the 2nd layer indicates reduced interaction strength between 2nd and 1st layer. These findings were explained by a model consisting of structural and potential barriers. The second part of the PTCDA study reveals a variety of phases that appears only if at least two layers are deposited. Besides the six known rotational domains of the interface system PTCDA/Ag(111) [5], a further manifold of structures was discovered. It does not only show a surprising striped image contrast, but the 2nd layer also grows in an elongated way along these so-called 'ripples'. The latter show a rather large period and were found in a wide temperature range. Additionally the μ-LEED pattern of such a domain shows a new super-superstructure as well. This phase is explained by a structural model that introduces a rotated, more relaxed domain in the 2nd layer that does not exist in the first layer. Its structural parameters are similar to those of the bulk unitcells of PTCDA. The model is confirmed by the observation of two different rotational domains that grow on top of one single 'substrate' domain in the 1st layer. The orientations of the ripple phases fit as well to the predictions of the model. The growth direction along the ripples corresponds to the short diagonal of the super-superstructure unitcell with diamond-like shape. CdSe/ZnSe - Inverse structuring by sublimation of an α-Te cap With the second model system the formation of CdSe quantum dots (QD) from strained epi-layers was investigated. In this case the structures do not form during deposition, but rather during sublimation of the so-called 'ignition cap'. For these pilot experiments not only the process of QD formation itself was of interest, but also the portability of the preparation and the prevention of contaminations. It was found that the α-Se is well suited for capping and the last step of the QD preparation, the sublimation of the α-Te cap, needs a sufficiently high rate in rise of temperature. Subsequently the cap, the process of desorption and the final surface with the quantum structures were investigated in detail. The cap was deposited by the MBE-group in W{\"u}rzburg as an amorphous Te layer but was found to contain a variety of structures. Holes, cracks, and micro-crystallites within an α-Te matrix were identified. Sublimation of the "ignition cap" was observed in real-time. Thus the discovered cap-structures could be correlated with the newly formed features as, e.g., QDs on the bare CdSe surface. Since CdSe/ZnSe QDs prefer to form in the neighbourhood of the Te μ-crystallites, Te was found to play a major role in their formation process. Different explanations as the impact of Te as a surfactant, an enhanced mobility of adatoms or as stressor nuclei are discussed. The spectromicroscopic characterisation of the CdSe surface with QDs revealed the crystallographic directions. An increased Cd signal of the film was found at positions of former holes. Several possibilities as segregation or surface termination are reviewed, that might explain this slight Cd variation. Therewith, an important step to a detailed understanding of the complex reorganisation process in coating systems could be achieved.},
  subject      = {Halbleiterschicht},
  language  = {en}
}
@phdthesis{CrespoVidal2023,
  author    = {Crespo Vidal, Can Raphael},
  title     = {Spectroscopic investigation of the three-dimensional topological insulators (MnBi\(_2\)Te\(_4\))(Bi\(_2\)Te\(_3\))\(_n\) and HgTe: band structure, orbital symmetries, and influence of the cation \(d\)-states},
  doi       = {10.25972/OPUS-31293},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-312931},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {This thesis examines the electronic properties of two materials that promise the realization and observation of novel exotic quantum phenomena. For this purpose, angle-resolved photoemission forms the experimental basis for the investigation of the electronic properties. Furthermore, the magnetic order is investigated utilizing X-ray dichroism measurements. First, the bulk and surface electronic structure of epitaxially grown HgTe in its three-dimensional topological insulator phase is investigated. In this study, synchrotron radiation is used to address the three-dimensional band structure and orbital composition of the bulk states by employing photon-energy-dependent and polarization-dependent measurements, respectively. In addition, the topological surface state is examined on in situ grown samples using a laboratory photon source. The resulting data provide a means to experimentally localize the bulk band inversion in momentum space and to evidence the momentum-dependent change in the orbital character of the inverted bulk states. Furthermore, a rather new series of van der Waals compounds, (MnBi\(_2\)Te\(_4\))(Bi\(_2\)Te\(_3\))\(_n\), is investigated. First, the magnetic properties of the first two members of the series, MnBi\(_2\)Te\(_4\) and MnBi\(_4\)Te\(_7\), are studied via X-ray absorption-based techniques. The topological surface state on the two terminations of MnBi\(_4\)Te\(_7\) is analyzed using circular dichroic, photon-energy-dependent, and spin-resolved photoemission. The topological state on the (MnBi\(_2\)Te\(_4\))-layer termination shows a free-standing Dirac cone with its Dirac point located in the bulk band gap. In contrast, on the (Bi\(_2\)Te\(_3\))-layer termination the surface state hybridizes with the bulk valences states, forming a spectral weight gap, and exhibits a Dirac point that is buried within the bulk continuum. Lastly, the lack of unambiguous evidence in the literature showing a temperature-dependent mass gap opening in these magnetic topological insulators is discussed through MnBi\(_2\)Te\(_4\).},
  subject      = {ARPES},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Baumgaertner2023,
  author    = {Baumg{\"a}rtner, Kiana Jasmin},
  title     = {Spectroscopic Investigation of the Transient Interplay at Hybrid Molecule-Substrate Interfaces after Photoexcitation: Ultrafast Electronic and Atomic Rearrangements},
  doi       = {10.25972/OPUS-33053},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-330531},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {This thesis is aimed at establishing modalities of time-resolved photoelectron spectroscopy (tr-PES) conducted at a free-electron laser (FEL) source and at a high harmonic generation (HHG) source for imaging the motion of atoms, charge and energy at photoexcited hybrid organic/inorganic interfaces. Transfer of charge and energy across interfaces lies at the heart of surface science and device physics and involves a complex interplay between the motion of electrons and atoms. At hybrid organic/inorganic interfaces involving planar molecules, such as pentacene and copper(II)-phthalocyanine (CuPc), atomic motions in out-of-plane direction are particularly apparent. Such hybrid interfaces are of importance to, e.g., next-generation functional devices, smart catalytic surfaces and molecular machines. In this work, two hybrid interfaces - pentacene atop Ag(110) and copper(II)-phthalocyanine (CuPc) atop titanium disulfide (1T-TiSe2) - are characterized by means of modalities of tr-PES. The experiments were conducted at a HHG source and at the FEL source FLASH at Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY (Hamburg, Germany). Both sources provide photon pulses with temporal widths of ∼ 100 fs and thus allow for resolving the non-equilibrium dynamics at hybrid interfaces involving both electronic and atomic motion on their intrinsic time scales. While the photon energy at this HHG source is limited to the UV-range, photon energies can be tuned from the UV-range to the soft x-ray-range at FLASH. With this increased energy range, not only macroscopic electronic information can be accessed from the sample's valence and conduction states, but also site-specific structural and chemical information encoded in the core-level signatures becomes accessible. Here, the combined information from the valence band and core-level dynamics is obtained by performing time- and angle-resolved photoelectron spectroscopy (tr-ARPES) in the UV-range and subsequently performing time-resolved x-ray photoelectron spectroscopy (tr-XPS) and time-resolved photoelectron diffraction (tr-XPD) in the soft x-ray regime in the same experimental setup. The sample's bandstructure in energy-momentum space and time is captured by a time-of-flight momentum microscope with femtosecond temporal and sub-{\AA}ngstr{\"o}m spatial resolutions. In the investigated systems, out-of-equilibrium dynamics are traced that are connected to the transfer of charge and energy across the hybrid interfaces. While energetic shifts and complementary population dynamics are observed for molecular and substrate states, the shapes of involved molecular orbitals change in energy-momentum space on a subpicosecond time scale. In combination with theory support, these changes are attributed to iiiatomic reorganizations at the interface and transient molecular structures are reconstructed with sub-{\AA}ngstr{\"o}m precision. Unique to the material combination of CuPc/TiSe2, a structural rearrangement on the macroscopic scale is traced simultaneously: ∼ 60 \% of the molecules undergo a concerted, unidirectional in-plane rotation. This surprising observation and its origin are detailed in this thesis and connected to a particularly efficient charge transfer across the CuPc/TiSe2 interface, resulting in a charging of ∼ 45 \% of CuPc molecules.},
  subject      = {ARPES},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Glawion2010,
  author    = {Glawion, Sebastian},
  title     = {Spectroscopic Investigations of Doped and Undoped Transition Metal Oxyhalides},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-53169},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {In this thesis the electronic and magnetic structure of the transition metal oxyhalides TiOCl, TiOBr and VOCl is investigated. The main experimental methods are photoemission (PES) and x-ray absorption (XAS) spectroscopy as well as resonant inelastic x-ray scattering (RIXS). The results are compared to density-functional theory, and spectral functions from dynamical mean-field theory and different kinds of model calculations. Questions addressed here are those of the dimensionality of the magnetic and electronic interactions, the suitability of the oxyhalides as prototypical strongly correlated model systems, and the possibility to induce a filling-controlled insulator-metal transition. It turns out that TiOCl is a quasi-one-dimensional system with non-negligible two-dimensional coupling, while the one-dimensional character is already quite suppressed in TiOBr. In VOCl no signatures of such one-dimensional behavior remain, and it is two-dimensional. In all cases, frustrations induced by the crystal lattice govern the magnetic and electronic properties. As it turns out, although the applied theoretical approaches display improvements compared to previous studies, the differences to the experimental data still are at least partially of qualitative instead of quantitative nature. Notably, using RIXS, it is possible for the first time in TiOCl to unambiguously identify a two-spinon excitation, and the previously assumed energy scale of magnetic excitations can be confirmed. By intercalation of alkali metal atoms (Na, K) the oxyhalides can be doped with electrons, which can be evidenced and even quantified using x-ray PES. In these experiments, also a particular vertical arrangement of dopants is observed, which can be explained, at least within experimental accuracy, using the model of a so-called "polar catastrophe". However, no transition into a metallic phase can be observed upon doping, but this can be understood qualitatively and quantitatively within an alloy Hubbard model due to the impurity potential of the dopants. Furthermore, in a canonical way a transfer of spectral weight can be observed, which is a characteristic feature of strongly correlated electron systems. Overall, it can be stated that the transition metal oxyhalides actually can be regarded as prototypical Mott insulators, yet with a rich phase diagram which is far from being fully understood.},
  subject      = {{\"U}bergangsmetall},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Shuvaev2012,
  author    = {Shuvaev, Alexey},
  title     = {Spectroscopic study of manganites with magnetoelectric coupling},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-78719},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {The present thesis is devoted to the spectroscopic study of rare earth manganites RMnO3 (R = Gd, Dy, Tb, Eu(1 - x)Y(x)) in the submillimeter frequency range. A dynamic manifestation of a strong magnetoelectric coupling in these systems is the existence of electromagnons - spin waves excited by the electric component of the electromagnetic wave. The exact analytical solution of the Landau-Lifshitz equations obtained for cycloidal antiferromagnets builds the bridge between the inelastic neutron scattering and the optical experiments. A semi-quantitative agreement is achieved between the theory and the results by these two experimental techniques. Two suggested mechanisms of the magnetoelectric coupling, the inverse Dzyaloshinskii-Moriya (IDM) interaction and the symmetric Heisenberg exchange (HE) striction, are introduced in a perturbative manner. The qualitative conclusions regarding both static and dynamic electric properties are also in agreement with the experiment. GdMnO3 is the system in which the electromagnons were first detected at low frequencies. Far infrared measurements in GdMnO3 presented here have confirmed the existence of a second high frequency electromagnon at 75 reciprocal centimeter. The detection of an additional mode suggests the existence of at least short range ferroelectric order. Such order has not been observed in static experiments so far. The electromagnons in Eu(1 - x)Y(x)MnO3 helped to clarify the role of the rare earth magnetism. As the Y(3+) ions are diamagnetic and Eu(3+) ions possess Van Vleck paramagnetism only, it is the Mn subsystem that is primarily responsible for the magnetoelectric properties of rare earth manganites. The electromagnons in DyMnO3 and TbMnO3 do not change their excitation conditions upon the flop of the spin cycloid in external magnetic fields. This fact still lacks consistent theoretical explanation. Detailed measurements on TbMnO3 of different orientations have allowed to prove the existence of the IDM electromagnon. The study of DyMnO3 in external magnetic fields has shown that, depending on the Dy ordering, the electromagnons and static electric polarization can be either enhanced or suppressed. Thus, the magnetic order of rare earth moments still plays an important role. As a general result of the present work, the IDM interaction is capable to describe the static electric polarization and the weak electro-active excitation in the high-field phase of TbMnO3. The HE model is successful in explaining the high frequency electromagnon, including its excitation conditions and the spectral weight. However, both models are still unable to describe the energy and the spectral weight of the low frequency electromagnon. Further theoretical and experimental efforts are required in this direction.},
  subject      = {Manganverbindungen},
  language  = {en}
}
@phdthesis{AlBaidhani2018,
  author    = {Al-Baidhani, Mohammed},
  title     = {Spectroscopy as a tool to investigate the high energy optical properties of nanostructured magnetically doped topological insulator},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-157221},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {In this dissertation the electronic and high-energy optical properties of thin nanoscale films of the magnetic topological insulator (MTI) (V,Cr)y(BixSb1-x)2-yTe3 are studied by means of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and electron energy-loss spectroscopy (EELS). Magnetic topological insulators are presently of broad interest as the combination of ferromagnetism and spin-orbit coupling in these materials leads to a new topological phase, the quantum anomalous Hall state (QAHS), with dissipation less conduction channels. Determining and controlling the physical properties of these complex materials is therefore desirable for a fundamental understanding of the QAHS and for their possible application in spintronics. EELS can directly probe the electron energy-loss function of a material from which one can obtain the complex dynamic dielectric function by means of the Kramers-Kronig transformation and the Drude-Lindhard model of plasmon oscillations. The XPS core-level spectra in (V,Cr)y(BixSb1-x)2-yTe3 are analyzed in detail with regards to inelastic background contributions. It is shown that the spectra can be accurately described based on the electron energy-loss function obtained from an independent EELS measurement. This allows for a comprehensive and quantitative analysis of the XPS data, which will facilitate future core-level spectroscopy studies in this class of topological materials. From the EELS data, furthermore, the bulk and surface optical properties were estimated, and compared to ab initio calculations based on density functional theory (DFT) performed in the GW approximation for Sb2Te3. The experimental results show a good agreement with the calculated complex dielectric function and the calculated energy-loss function. The positions of the main plasmon modes reported here are expected to be generally similar in other materials in this class of nanoscale TI films. Hence, the present work introduces EELS as a powerful method to access the high-energy optical properties of TI thin films. Based on the presented results it will be interesting to explore more systematically the effects of stoichiometry, magnetic doping, film thickness and surface morphology on the electron-loss function, potentially leading to a better understanding of the complex interplay of structural, electronic, magnetic and optical properties in MTI nanostructures.},
  subject      = {Topologischer Isolator},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Scheiderer2019,
  author    = {Scheiderer, Philipp},
  title     = {Spectroscopy of Prototypical Thin Film Mott Materials},
  doi       = {10.25972/OPUS-18635},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-186358},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {The rich phase diagram of transition metal oxides essentially roots in the many body physics arising from strong Coulomb interactions within the underlying electron system. Understanding such electronic correlation effects remains challenging for modern solid state physics, therefore experimental data is required for further progress in the field. For this reason, spectroscopic investigations of prototypical correlated materials are the scope of this thesis. The experimental methods focus on photoelectron spectroscopy, and the test materials are the correlated metal SrVO\(_3\) and the Mott insulator LaTiO\(_3\), both of which are fabricated as high quality thin films. In SrVO\(_3\) thin films, a reduction of the film thickness induces a dimensional crossover from the metallic into the Mott insulating phase. In this thesis, an extrinsic chemical contribution from a surface over-oxidation is revealed that emerges additionally to the intrinsic change of the effective bandwidth usually identified to drive the transition. The two contributions are successfully disentangled by applying a capping layer that prevents the oxidation, allowing for a clean view on the dimensional crossover in fully stoichiometric samples. Indeed, these stoichiometric layers exhibit a higher critical thickness for the onset of the metallic phase than the bare and therefore over-oxidized thin films. For LaTiO\(_3\) thin films, the tendency to over-oxidize is even stronger. An uncontrolled oxygen diffusion from the substrate into the film is found to corrupt the electronic properties of LaTiO\(_3\) layers grown on SrTiO\(_3\). The Mott insulating phase is only detected in stoichiometric films fabricated on more suitable DyScO\(_3\) substrates. In turn, it is demonstrated that a \(controlled\) incorporation of excess oxygen ions by increasing the oxygen growth pressure is an effective way of \(p\) doping the material which is used to drive the band filling induced Mott transition. Gaining control of the oxygen stoichiometry in both materials allows for a systematic investigation of correlation effects in general and of the Mott transition in particular. The investigations are realized by various photoelectron spectroscopy techniques that provide a deep insight into the electronic structure. Resonant photoemission not only gives access to the titanium and vanadium related partial density of states of the valence band features, but also shows how the corresponding signal is enhanced by tuning the photon energy to the \(L\) absorption threshold. The enhanced intensity turns out to be very helpful for probing the Fermi surface topology and band dispersions by means of angular-resolved photoemission. The resulting momentum resolved electronic structure verifies central points of the theoretical description of the Mott transition, viz. the renormalization of the band width and a constant Luttinger volume in a correlated metal as the Mott phase is approached.},
  subject      = {{\"U}bergangsmetalloxide},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Niehoerster2022,
  author    = {Nieh{\"o}rster, Thomas},
  title     = {Spektral aufgel{\"o}ste Fluoreszenzlebensdauer-Mikroskopie mit vielen Farben},
  doi       = {10.25972/OPUS-29657},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-296573},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Die Fluoreszenzmikroskopie ist eine vielseitig einsetzbare Untersuchungsmethode f{\"u}r biologische Proben, bei der Biomolek{\"u}le selektiv mit Fluoreszenzfarbstoffen markiert werden, um sie dann mit sehr gutem Kontrast abzubilden. Dies ist auch mit mehreren verschiedenartigen Zielmolek{\"u}len gleichzeitig m{\"o}glich, wobei {\"u}blicherweise verschiedene Farbstoffe eingesetzt werden, die {\"u}ber ihre Spektren unterschieden werden k{\"o}nnen. Um die Anzahl gleichzeitig verwendbarer F{\"a}rbungen zu maximieren, wird in dieser Arbeit zus{\"a}tzlich zur spektralen Information auch das zeitliche Abklingverhalten der Fluoreszenzfarbstoffe mittels spektral aufgel{\"o}ster Fluoreszenzlebensdauer-Mikroskopie (spectrally resolved fluorescence lifetime imaging microscopy, sFLIM) vermessen. Dazu wird die Probe in einem Konfokalmikroskop von drei abwechselnd gepulsten Lasern mit Wellenl{\"a}ngen von 485 nm, 532nm und 640nm angeregt. Die Detektion des Fluoreszenzlichtes erfolgt mit einer hohen spektralen Aufl{\"o}sung von 32 Kan{\"a}len und gleichzeitig mit sehr hoher zeitlicher Aufl{\"o}sung von einigen Picosekunden. Damit wird zu jedem detektierten Fluoreszenzphoton der Anregungslaser, der spektrale Kanal und die Ankunftszeit registriert. Diese detaillierte multidimensionale Information wird von einem Pattern-Matching-Algorithmus ausgewertet, der das Fluoreszenzsignal mit zuvor erstellten Referenzpattern der einzelnen Farbstoffe vergleicht. Der Algorithmus bestimmt so f{\"u}r jedes Pixel die Beitr{\"a}ge der einzelnen Farbstoffe. Mit dieser Technik konnten pro Anregungslaser f{\"u}nf verschiedene F{\"a}rbungen gleichzeitig dargestellt werden, also theoretisch insgesamt 15 F{\"a}rbungen. In der Praxis konnten mit allen drei Lasern zusammen insgesamt neun F{\"a}rbungen abgebildet werden, wobei die Anzahl der Farben vor allem durch die anspruchsvolle Probenvorbereitung limitiert war. In anderen Versuchen konnte die sehr hohe Sensitivit{\"a}t des sFLIM-Systems genutzt werden, um verschiedene Zielmolek{\"u}le voneinander zu unterscheiden, obwohl sie alle mit demselben Farbstoff markiert waren. Dies war m{\"o}glich, weil sich die Fluoreszenzeigenschaften eines Farbstoffmolek{\"u}ls geringf{\"u}gig in Abh{\"a}ngigkeit von seiner Umgebung {\"a}ndern. Weiterhin konnte die sFLIM-Technik mit der hochaufl{\"o}senden STED-Mikroskopie (STED: stimulated emission depletion) kombiniert werden, um so hochaufgel{\"o}ste zweifarbige Bilder zu erzeugen, wobei nur ein einziger gemeinsamer STED-Laser ben{\"o}tigt wurde. Die gleichzeitige Erfassung von mehreren photophysikalischen Messgr{\"o}ßen sowie deren Auswertung durch den Pattern-Matching-Algorithmus erm{\"o}glichten somit die Entwicklung von neuen Methoden der Fluoreszenzmikroskopie f{\"u}r Mehrfachf{\"a}rbungen.},
  subject      = {Fluoreszenzmikroskopie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Groh2006,
  author    = {Groh, Ullrich},
  title     = {Spektromikroskopische Untersuchungen an organischen Nanostrukturen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-21071},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Die Struktur und die elektronischen Eigenschaften organischer Halbleiter sind f{\"u}r die Herstellung organischer Bauelemente von entscheidender Bedeutung. Da diese gerade durch das Wachstum der organischen Molek{\"u}lfilme nachhaltig beeinflusst werden, ist ein Verst{\"a}ndnis der Wachstumsmechanismen zur Herstellung organischer Halbleiterbauelemente unabdingbar. Von besonderem Interesse sind die ultrad{\"u}nnen organischen Filme, die aus nur wenigen Molek{\"u}llagen bestehen. Gerade bei diesen kommt es auf die homogene Dichte der Filme, Dom{\"a}nen, Kristallite sowie deren Grenzen und Orientierungen an. In dieser Arbeit werden das Wachstum und die entstehenden Strukturen zweier organischer Molek{\"u}le untersucht: PTCDA und das eng mit diesem verwandte NTCDA. Als Substrate kommen die (111)-Oberfl{\"a}chen von Silber- und Gold-Einkristallen zum Einsatz. Bei allen vier Modellsystemen bilden die Molek{\"u}le lateral hochgeordnete Filme auf den Oberfl{\"a}chen aus. Die Untersuchungen wurden mit dem Spektromikroskop mit Aberrationskorrektur f{\"u}r viele relevanten Techniken (SMART) an der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II durchgef{\"u}hrt. Dieses Ger{\"a}t erlaubt, die unterschiedlichsten Untersuchungsmethoden der Oberfl{\"a}chenphysik ortsaufgel{\"o}st und in Echtzeit an einer Probe in situ anzuwenden. Es kamen sowohl mikroskopische (Hg-PEEM, X-PEEM, LEEM), beugende (LEED), als auch spektroskopische Methoden (NEXAFS, PES) zum Einsatz. F{\"u}r PTCDA ergeben die Experimente, dass es in Abh{\"a}ngigkeit von der Substrattemperatur auf beiden Oberfl{\"a}chen ein Franck-van der Merwe- (Lage-f{\"u}r-Lage-) oder ein Stranski-Krastanov-Wachstum (dreidimensionale Inseln auf einem geschlossenen Film) zeigt. In beiden F{\"a}llen sind die Molek{\"u}le innerhalb der einzelnen Lagen und Inseln parallel zum Substrat orientiert. Das Wachstum wird neben der Substrattemperatur auch nachhaltig von der Morphologie des Substrates beeinflusst, da die Filme auf ebenen Terrassen schneller wachsen als auf Stufenkanten oder -b{\"u}ndeln. Die Beweglichkeit der Molek{\"u}le erkl{\"a}rt den Einfluss beider Wachstumsfaktoren. Die hohe laterale Ordnung der Filme spiegelt sich auch in sehr großen Dom{\"a}nen wider. Auf Ag(111) ist die PTCDA-Monolage chemisorptiv, auf Au(111), so wie die Multilagen beider Systeme, physisorptiv gebunden. Beim NTCDA konnte das Wachstum der relaxierten Monolage auf der Ag(111)-Oberfl{\"a}che sowie der Phasen{\"u}bergang zur komprimierten Monolage direkt beobachtet werden. Innerhalb beider Strukturen sind die Molek{\"u}le parallel zur Substratoberfl{\"a}che orientiert. Die anschließend aufwachsende Bilage ist bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur metastabil und nur unter andauerndem Molek{\"u}lfluss beobachtbar. F{\"u}r die Bilage wird ein mittlerer Verkippungswinkel der Molek{\"u}le gegen{\"u}ber der Substratoberfl{\"a}che von etwa 45° gefunden. Die anschließend aufwachsenden dreidimensionalen Inseln zeigen unterschiedliche Orientierungen und bestehen jeweils aus einer einzigen Dom{\"a}ne. Die Ausbildung so großer Dom{\"a}nen im Mikrometerbereich wird dadurch erkl{\"a}rt, dass die Molek{\"u}le oberhalb der Monolage in einer volumenartigen Phase in dreidimensionalen Inseln wachsen. Basierend auf ortsaufgel{\"o}sten NEXAFS- und LEED-Messungen wird ein Strukturmodell vorgeschlagen, das die Messungen mit einer einzigen volumenartigen Phase erkl{\"a}ren kann, wobei die Kristallite eine einheitliche Ausrichtung senkrecht zur Substratoberfl{\"a}che aufweisen, bez{\"u}glich der Oberfl{\"a}chennormalen jedoch gegeneinander verdreht sind. Ob jedoch die Ausrichtung aller Inseln gleich dieser ist, ob einzelne Inseln unterschiedliche Ausrichtungen zeigen, oder ob sogar eine Art von Polymorphismus vorliegt, l{\"a}sst sich mit den vorliegenden Ergebnissen nicht endg{\"u}ltig kl{\"a}ren, auch wenn alles auf ein Vorhandensein einer Mischung der Modelle hindeutet. Die auf beiden Oberfl{\"a}chen beobachtete hohe Beweglichkeit der Molek{\"u}le deutet auf eine schwache laterale Korrugation des vertikalen Potenzials hin.},
  subject      = {Halbleiterbauelement},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Braun2016,
  author    = {Braun, Tristan},
  title     = {Spektroskopie an positionierten III-V-Halbleiterquantenpunkten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-146151},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Viele Forschergruppen konzentrieren sich derzeit auf die Entwicklung von neuartigen Technologien, welche den Weg f{\"u}r die kommerzielle Nutzung einer Quantenkommunikation bereiten sollen. Erste Erfolge konnten dabei insbesondere auf dem Gebiet der Quantenschl{\"u}sselverteilung erzielt werden. In diesem Bereich nutzt man die Eigenschaft einzelner, ununterscheidbarer Photonen nicht kopiert werden zu k{\"o}nnen, um eine abh{\"o}rsichere {\"U}bertragung sensibler Daten zu realisieren. Als Lichtquellen daf{\"u}r eignen sich Halbleiter-Quantenpunkte. Diese Quantenpunkte lassen sich außerdem leicht in komplexe Halbleiter-Mikrostrukturen integrieren und sind somit besonders interessant f{\"u}r die Entwicklung solch fortschrittlicher Technologien, welche f{\"u}r eine abh{\"o}rischere Kommunikation notwendig sind. Basierend auf diesem Hintergrund wurden in der vorliegenden Arbeit Halbleiter-Quantenpunkte spektroskopisch hinsichtlich ihres Potentials als Quanten-Lichtquelle f{\"u}r die Quantenkommunikation untersucht. Dabei wurden die Quantenpunkte aus InAs/GaAs und InP/GaInP unter anderem in einem speziellen Verfahren deterministisch positioniert und letztendlich in eine photonische Mikrostruktur integriert, welche aus einer Goldscheibe und einem dielektrischen Spiegel besteht. Als Grundcharakterisierungsmittel kam haupts{\"a}chlich die Mikrophotolumineszenzspektroskopie zur Bestimmung der Emissionseigenschaften zum Einsatz. Weiterf{\"u}hrend wurden Photonen-Korrelationsmessungen zweiter Ordnung durchgef{\"u}hrt, um den Nachweis einer Quanten-Lichtquelle zu erbringen. Einfluss eines RTA-Prozesses auf die Emissionseigenschaften von InAs/GaAs-Quantenpunkten Zur Untersuchung des Einflusses eines Rapid-Thermal-Annealing-Prozesses auf die elektronischen Eigenschaften und die Oszillatorst{\"a}rke selbstorganisierter InAs/GaAs-Quantenpunkte wurden Mikrophotolumineszenzmessungen an verschiedenen Proben im externen Magnetfeld von bis zu 5 T durchgef{\"u}hrt. Die Quantenpunkte wurden dabei in einem besonderen Verfahren gewachsen, bei dem die nominelle Quantenpunkth{\"o}he durch eine bestimmte Bedeckungsschichtdicke vorgegeben wurde. Insgesamt wurden drei Proben mit Schichtdicken von 2 nm, 3 nm und 4 nm hergestellt, die jeweils nachtr{\"a}glich bei Temperaturen von 750° C bis 850° C f{\"u}r f{\"u}nf Minuten ausgeheilt wurden. Anhand polarisationsaufgel{\"o}ster Spektroskopie konnten aus den aufgenommenen Quantenpunktspektren die Zeemanaufspaltung und die diamagnetische Verschiebung extrahiert und damit der effektive Land{\´e} g-Faktor sowie der diamagnetische Koeffizient bestimmt werden. Die Auswertung der Zeemanaufspaltung zeigte, dass sowohl h{\"o}here Ausheiltemperaturen als auch dickere Bedeckungsschichten zu einer drastischen Abnahme der absoluten g-Faktoren sorgen. Dies l{\"a}sst darauf schließen, dass eine dickere Bedeckungsschicht zu einer st{\"a}rkeren Interdiffusion der Atome und einer steigenden Ausdehnung der Quantenpunkte f{\"u}r ex-situ Ausheilprozesse f{\"u}hrt. Im Gegensatz dazu steigen die diamagnetischen Koeffizienten der Quantenpunkte mit zunehmender Ausheiltemperatur, was auf eine Ausdehnung der Exzitonwellenfunktion hindeutet. Außerdem wurden mittels zeitaufgel{\"o}ster Mikrophotolumineszenzspektroskopie die Lebensdauern am Quantenpunktensemble bestimmt und eine Abnahme dieser mit steigender Temperatur festgestellt. Sowohl {\"u}ber die Untersuchungen des diamagnetischen Koeffizienten als auch {\"u}ber die Analyse der Lebensdauer konnte schließlich die Oszillatorst{\"a}rke der Quantenpunkte ermittelt werden. Beide Messverfahren lieferten innerhalb der Fehlergrenzen {\"a}hnliche Ergebnisse. Die h{\"o}chste Oszillatorst{\"a}rke \(f_{\chi}=34,7\pm 5,2\) konnte f{\"u}r eine Schichtdicke von d = 3 nm und einer Ausheiltemperatur von 850° C {\"u}ber den diamagnetischen Koeffizienten berechnet werden. Im Falle der Bestimmung {\"u}ber die Lebensdauer ergab sich ein maximaler Wert von \(f_{\tau}=25,7\pm 5,7\). Dies entspricht einer deutlichen Steigerung der Oszillatorst{\"a}rke im Vergleich zu den Referenzproben um einem Faktor gr{\"o}ßer als zwei. Des Weiteren konnte eine Ausdehnung der Schwerpunktswellenfunktion der Exzitonen um etwa 70\% festgestellt werden. Insgesamt betrachtet, l{\"a}sst sich durch ex-situ Rapid-Thermal-Annealing-Prozesse die Oszillatorst{\"a}rke nachtr{\"a}glich deutlich erh{\"o}hen, wodurch InAs/GaAs-Quantenpunkte noch interessanter f{\"u}r Untersuchungen im Regime der starken Kopplung werden. Temperatur- und Leistungsabh{\"a}ngigkeit der Emissionseigenschaften positionierter InAs/GaAs Quantenpunkte Um einen Einblick in den Ablauf des Zerfallsprozesses eines Exzitons in positionierten Quantenpunkten zu bekommen, wurden temperatur- und leistungsabh{\"a}ngige Messungen durchgef{\"u}hrt. Diese Quantenpunkte wurden in einem speziellen Verfahren deterministisch an vorher definierten Stellen gewachsen. Anhand der Temperaturserien konnten dann R{\"u}ckschl{\"u}sse auf die auftretenden Verlustkan{\"a}le in einem Quantenpunkt und dessen Emissionseigenschaften gezogen werden. Dabei wurden zwei dominante Prozesse als Ursache f{\"u}r den Intensit{\"a}tsabfall bei h{\"o}heren Temperaturen identifiziert. Die Anhebung der Elektronen im Grundzustand in die umgebende Barriere oder in delokalisierte Zust{\"a}nde in der Benetzungsschicht sorgt f{\"u}r die anf{\"a}ngliche Abnahme der Intensit{\"a}t bei niedrigeren Temperaturen. Der starke Abfall bei h{\"o}heren Temperaturen ist dagegen dem Aufbruch der exzitonischen Bindung und der thermischen Aktivierung der Ladungstr{\"a}ger in das umgebende Substratmaterial geschuldet. Hierbei lassen sich exemplarisch f{\"u}r zwei verschiedene Quantenpunkte die Aktivierungsenergien \(E_{2A}=(102,2\pm 0,4)\) meV und \(E_{2B}=(163,2\pm 1,3)\) meV bestimmen, welche in etwa den Lokalisierungsenergien der Exzitonen in dem jeweiligen Quantenpunkt von 100 meV bzw. 144 meV entsprechen. Weiterhin deckte die Auswertung des Intensit{\"a}tsprofils der Exzitonemission die Streuung der Exzitonen an akustischen und optischen Phononen als Hauptursache f{\"u}r die Zunahme der Linienbreite auf. F{\"u}r hohe Temperaturen dominierte die Wechselwirkung mit longitudinalen optischen Phononen den Verlauf und es konnten f{\"u}r das InAs/GaAs Materialsystem typische Phononenenergien von \(E_{LOA}=(30,9\pm 4,8)\) meV und \(E_{LOB}=(32,2\pm 0,8)\) meV bestimmt werden. In abschließenden Messungen der Leistungsabh{\"a}ngigkeit der Linienbreite wurde festgestellt, dass spektrale Diffusion die inh{\"a}rente Grenze f{\"u}r die Linienbreite bei niedrigen Temperaturen setzt. Optische Spektroskopie an positionierten InP/GaInP-Quantenpunkten Weiterhin wurden positionierte InP/GaInP-Quantenpunkte hinsichtlich der Nutzung als Quanten-Lichtquelle optisch spektroskopiert. Zun{\"a}chst wurden die Emissionseigenschaften der Quantenpunkte in grundlegenden Experimenten analysiert. Leistungs- und polarisationsabh{\"a}ngige Messungen ließen dabei die Vermutung sowohl auf exzitonische als auch biexzitonische Zerfallsprozesse zu. Weiterhin brachten die Untersuchungen der Polarisation einen ungew{\"o}hnlich hohen Polarisationsgrad der Quantenpunktemission hervor. Aufgrund von lokalen Ordnungsph{\"a}nomenen in der umgebenden GaInP-Matrix wurden im Mittel {\"u}ber 66 Quantenpunkte der Grad der Polarisation von Exziton und Biexziton zu \(p_{Mittel}=(93^{+7}_{-9})\)\% bestimmt. Des Weiteren wiesen die Quantenpunkte eine sehr hohe Feinstrukturaufspaltung von \(\Delta_{FSS}^{Mittel}=(300\pm 130)\) µeV auf, welche sich nur durch eine stark anisotrope Quantenpunktform erkl{\"a}ren l{\"a}sst. Durch Auto- und Kreuzkorrelationsmessungen zweiter Ordnung wurden dann sowohl der nicht-klassische Einzelphotonencharakter von Exziton und Biexziton als auch erstmalig f{\"u}r diese Strukturen der kaskadierte Zerfall der Biexziton-Exziton-Kaskade demonstriert. Hierbei wurden \(g^{(2)}(0)\)-Werte von bis 0,08 erreicht. Diese Ergebnisse zeigen das Potential von positionierten InP/GaInP-Quantenpunkten als Grundbausteine f{\"u}r Quanten-Lichtquellen, insbesondere in Bezug auf den Einsatz in der Quantenkommunikation. Realisierung einer Einzelphotonenquelle auf Basis einer Tamm-Plasmonen-Struktur Nachdem die vorangegangen Untersuchungen die Eignung der positionierten InP/GaInP-Quantenpunkte als Emitter einzelner Photonen demonstrierten, befasst sich dieser Teil nun mit der Integration dieser Quantenpunkte in eine Tamm-Plasmonen-Struktur zur Realisierung einer effizienten Einzelphotonenquelle. Diese Strukturen bestehen aus einem dielektrischen Spiegel aus 30,5 AlGaAs/AlAs-Schichtpaaren und einer einigen Zehn Nanometer dicken Goldschicht, zwischen denen die Quantenpunkte eingebettet sind. Anhand von Messungen an einer planaren Tamm-Plasmonen-Struktur wurde das Bauteil charakterisiert und neben der Exziton- und Biexzitonemission der Zerfall eines Trions beobachtet, was durch Polarisations- und Korrelationsmessungen nachgewiesen wurde. Um eine Verst{\"a}rkung der Einzelphotonenemission durch die Kopplung der Teilchen an eine lokalisierte Tamm-Plasmonen-Mode demonstrieren zu k{\"o}nnen, wurde ein Bereich der Probe mit mehreren Goldscheiben von Durchmessern von 3-6 µm abgerastert und die Lichtintensit{\"a}t aufgenommen. Unterhalb der untersuchten Goldscheiben konnte eine signifikante Erh{\"o}hung des Lumineszenzsignals festgestellt werden. Eine quantitative Analyse eines einzelnen Quantenpunktes mittels einer Temperaturserie lieferte dabei eine maximale Emissionsrate von \(\eta_{EPQ}^{Max}=(6,95\pm 0,76)\) MHz und damit eine Effizienz von \((6,95\pm 0,76)\)\% solch einer Einzelphotonenquelle unter gepulster Anregung bei 82 MHz. Dies entspricht einer deutlichen Verbesserung der Effizienz im Vergleich zu Quantenpunkten im Volumenmaterial und sogar zu denen in einer planaren DBR-Resonatorstruktur. Positionierte InP/GaInP-Quantenpunkte in einer Tamm-Plasmonen-Struktur bilden somit eine vielversprechende Basis f{\"u}r die Realisierung hocheffizienter Einzelphotonenquellen.},
  subject      = {Drei-F{\"u}nf-Halbleiter},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Manger2008,
  author    = {Manger, Matthias},
  title     = {Spektroskopie kollektiver Zyklotron- und Intersubband-Resonanzen von Quanten-Hall-Systemen in GaAs},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-37684},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stand das Studium der langwelligen Magneto-Kollektivmoden quasi-zweidimensionaler Elektronengase (Q2DEG) in GaAs. Diese Anregungen, die sich in Zyklotronresonanzen und Magneto-Intersubband-Resonanzen untergliedern, wurden mittels der Ferninfrarot-Fourierspektroskopie in einem Magnetfeldregime 0 T \&\#8804; B \&\#8804; 17 T untersucht. Die Zyklotronresonanz wurde {\"u}ber einen sehr weiten und umfassenden Dichtebereich von 1x10^11 cm^-2 bis 1.2x10^12 cm^-2 im Temperaturintervall 0.3 K < T < 80 K vermessen. Dabei kamen grundlegend unterschiedliche Proben-Strukturen mit Elektronenbeweglichkeiten im Bereich 5x10^5 cm^2/Vs bis 7x10^6 cm^2/Vs zum Einsatz, die unter unterschiedlichen Optimierungsgesichtspunkten hergestellt wurden. Mit den verf{\"u}gbaren Proben und Parametern konnten mittels der Zyklotronresonanz die Regimes des Integralen (IQHE) und des Fraktionalen Quanten-Hall-Effektes (FQHE) abgedeckt und die bei hohen Temperaturen dominierenden Polaron-Renormierungen grundlegend charakterisiert werden. Zur Analyse und Interpretation der experimentellen Daten wurden theoretische Modelle zur mehrkomponentigen Zyklotronresonanz unte r den Aspekten der Polaron-Renormierung, der Leitungsband-Nichtparabolizit{\"a}t, der Streuung an St{\"o}rstellen, der Abschirmung, sowie der Elektron-Elektron-Wechselwirkung und den mit ihr zusammenh{\"a}ngenden Grundzust{\"a}nden entwickelt und mit diesen numerische Modell- und Anpassungsrechnungen durchgef{\"u}hrt. Die Magneto-Intersubband-Resonanzen wurden im Regime des IQHE experimentell untersucht. Dabei wurde die Gitterkopplertechnik zur Ankopplung des Lichtfeldes an diese Anregungen eingesetzt. Zum Verst{\"a}ndnis und zur Interpretation der Messergebnisse wurden die selbstkonsistenten Gleichungen zur Berechnung der Magneto-Landau-Subband-Struktur und der dazu kompatiblen Dichteantwort im Rahmen der Hartree-Fock- (HFA) bzw. der zeitabh{\"a}ngigen Hartree-Fock-N{\"a}herung (TDHFA) aufgestellt und der numerische L{\"o}sungsweg dargelegt. Anhand von Anpassungsrechnungen wurde daraufhin die Magnetfeldabh{\"a}ngigkeit der Intersubband-Resonanzen analysiert.},
  subject      = {Galliumarsenid-Bauelement},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Pfaff2016,
  author    = {Pfaff, Florian Georg},
  title     = {Spektroskopie und hochaufl{\"o}sende Mikroskopie zur Analyse der Grenzfl{\"a}cheneigenschaften in SrTiO\(_3\)-basierten Heterostrukturen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-145023},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {> In oxidischen Heterostrukturen kann es zur Ausbildung unerwarteter elektronischer und magnetischer Phasen kommen. Ein bekanntes Beispiel ist das Heterostruktursystem LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\), an dessen Grenzfl{\"a}che ein zweidimensionalen Elektronensystem (2DES) entsteht, sofern die LaAlO\(_3\)-Filmdicke einen kritischen Wert von mindestens vier Einheitszellen aufweist. {\"A}hnliches Verhalten konnte an der Heterostruktur γ-Al\(_2\)O\(_3\)/SrTiO\(_3\) beobachtet werden. Die gemessenen Elektronenbeweglichkeiten und Fl{\"a}chenladungstr{\"a}gerdichten {\"u}bertreffen hierbei die in LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\) um mehr als eine Gr{\"o}ßenordnung. Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der Herstellung sowie der Analyse dieser beiden Heterostruktursysteme. Die Hauptaspekte sind dabei die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften an der Grenzfl{\"a}che sowie das Verst{\"a}ndnis der zugrundeliegenden Mechanismen. > > Im Hinblick auf das Wachstum wird demonstriert, dass die f{\"u}r LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\) etablierte Wachstumsroutine der gepulsten Laserablation sowie die zur {\"U}berwachung des Schichtwachstums verwendete Methode der Beugung hochenergetischer Elektronen in Reflexion (RHEED) f{\"u}r das γ-Al\(_2\)O\(_3\)-Wachstum modifiziert werden m{\"u}ssen. So kann gezeigt werden, dass durch eine geeignete Variation der Wachstumsgeometrie die Resonanz von Oberfl{\"a}chenwellen, welche im Falle des γ-Al\(_2\)O\(_3\)-Wachstums die Beobachtung von RHEED-Oszillationen erschwert, vermieden werden kann und somit auch hier die {\"U}berwachung des heteroepitaktischen Schichtwachstum mittels Elektronenbeugung m{\"o}glich wird. > > F{\"u}r die Ausbildung des 2DES in LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\) wird das Szenario der elektronischen Rekonstruktion als m{\"o}gliche Ursache diskutiert, wonach das divergierende Potential innerhalb des polaren LaAlO\(_3\)-Films durch einen Ladungstransfer von der Probenoberfl{\"a}che in die obersten Atomlagen des unpolaren SrTiO\(_3\)-Substrats kompensiert wird. Zudem sind die Eigenschaften der Heterostruktur von den Wachstumsparametern abh{\"a}ngig. So wird in der vorliegenden Arbeit eine deutliche Zunahme der Ladungstr{\"a}gerkonzentration und der r{\"a}umliche Ausdehnung der leitf{\"a}higen Schicht insbesondere f{\"u}r Proben, welche bei sehr niedrigen Sauerstoffhintergrunddr{\"u}cken gewachsen wurden, gezeigt und auf die Erzeugung von Sauerstofffehlstellen innerhalb des Substrats zur{\"u}ckgef{\"u}hrt. Dar{\"u}ber hinaus wird erstmalig die Herstellung atomar scharfer Grenzfl{\"a}chen mit sehr geringer Defektdichte selbst bei sehr niedrigen Wachstumsdr{\"u}cken belegt und erstmals auch direkt elektronenmikroskopisch nachgewiesen. Es werden allenfalls vernachl{\"a}ssigbare Effekte der Sauerstoffkonzentration auf charakteristische, strukturelle Merkmale der Probe beobachtet. Desweiteren zeigt diese Arbeit erstmalig eine von den Wachstumsbedingungen abh{\"a}ngige Gitterverzerrung des Films, was in {\"U}bereinstimmung mit Rechnungen auf Basis der Dichtefunktionaltheorie einen Hinweis auf ein komplexes Zusammenspiel von elektronischer Rekonstruktion, Sauerstofffehlstellen an der LaAlO\(_3\)-Oberfl{\"a}che und einer Verzerrung der Kristallstruktur als Ursache f{\"u}r die Entstehung des 2DES in LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\) liefert. > > Neben der mikroskopischen Analyse des 2DES in LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\) wird die elektronische Struktur dieses Systems zudem mithilfe der resonanten inelastischen R{\"o}ntgenstreuung charakterisiert. Die vorliegende Dissertation zeigt dabei, neben dem Nachweis lokalisierter Ladungstr{\"a}ger vor dem Einsetzen metallischen Verhaltens ab einer kritischen Schichtdicke von vier Einheitszellen, die Existenz eines Raman- und eines fluoreszenzartigen Signals in Abh{\"a}ngigkeit der verwendeten Photonenenergie, was wiederum auf einen unterschiedlichen elektronischen Charakter im Zwischenzustand zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden kann. Gest{\"u}tzt wird diese Interpretation durch vergleichbare Messungen an γ- Al\(_2\)O\(_3\)/SrTiO\(_3\). In diesem System finden sich zudem ebenfalls Anzeichen lokalisierter Ladungstr{\"a}ger unterhalb der kritischen Schichtdicke f{\"u}r metallisches Verhalten, was ein Hinweis auf einen mit LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\) vergleichbaren Grundzustand sein k{\"o}nnte. > > Weitere Messungen mithilfe der resonanten Photoelektronenspektroskopie erm{\"o}glichen zudem eine direkte Beobachtung und Analyse der Ti 3d-Valenzelektronen. Messungen an LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\) und γ-Al\(_2\)O\(_3\)/SrTiO\(_3\) liefern dabei Hinweise auf verschiedene elektronische Ti 3d-artige Zust{\"a}nde. Diese werden zum einen den mobilen Ladungstr{\"a}gern des 2DES zugeschrieben, zum anderen als lokalisierte Elektronen in der N{\"a}he von Sauerstofffehlstellen identifiziert. Eine Analyse des Resonanzverhaltens sowie der spektralen Form der beobachteten Signale zeigt quantitative Unterschiede, was auf einen unterschiedlichen treibenden Mechanismus in beiden Systemen hindeutet und im Hin- blick auf den Einfluss von Sauerstofffehlstellen auf das System diskutiert wird. Zudem zeigen impulsaufgel{\"o}ste Messungen der Zust{\"a}nde am chemischen Potential eine unterschiedliche Intensit{\"a}tsverteilung im k -Raum. Dies wird im Zusammenhang mit Matrixelementeffekten diskutiert und kann vermutlich auf Photoelektronendiffraktion bedingt durch die unterschiedliche Kristallstruktur des Filmmaterials, zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden.},
  subject      = {{\"U}bergangsmetalloxide},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kartaeusch2015,
  author    = {Kart{\"a}usch, Ralf},
  title     = {Spektroskopische Flussmessung an Pflanzen mittels mobilem Magnetresonanztomographen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-125820},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {The main objective of this dissertation was the development of a flow sensor which is specialized on flow measurements of plants. Hence, an accessible mobile magnet and the receiver/transfer hardware have been developed. Additionally, software to control the MR-console has been written. The AC-method was advanced to acquire slow flow profiles. This enables acquiring flow in plants. Additionally, in cooperation with the working group "Lipid Motobolism" of the IPK-Gatersleben studies have been carried out to measure the influence of the ear of wheat on the water transport mechanism. Furthermore, a new technique based on the Bloch-Siegert-effect has been developed which reduces the influence of eddy currents. This simplifies flow measurements that suffer heavily from eddy currents. Hardware development An accessible mobile magnet with a field strength of 0.42 T has been build. The field homogeneity is 0.5 ppm in 1 cm³. In comparison to the existing closed magnet system at the chair EP5 this is an improvement of a factor 40. Those enhancements have been achieved by an adjusted design of the magnet which has been optimized by computer simulations. The implementation of ferrite pole shoes reduced the eddy currents by a factor 7 in comparison to the usually used iron pole shoes. Therefore, phase sensitive flow measurements using fast switching magnet field gradients could be carried out. A foldable coil has been refined to achieve an accessible receiver system. This coil has been used as a transmit/receiver unit. Furthermore, the SNR of measurements in thin plant stalks was enhanced by a constructed system that could be directly wrapped around the stalk. Additionally, two systems to reduce noise in plant measurements have been developed. Those systems can reduce the noise by a factor 92. This was necessary because the longish plant stems guides electric noise from outside of the case into the receiver coil. Both noise reduction systems, the electromagnetic shielding and the common mode rejection, removed the noise to the same level. Flow measurement In the present work a refinement of the AC-method [36] enabled for the first time acquiring quantitative flow profiles. Hence, it was possible to measure slow velocity in the range of 200 µm/s. The precondition was the replacement of the sinusoidal gradient profile by a trapezoid gradient shape. Those allowed increasing the slew rate of the gradients and therefore shorten the total duration of the ramp which finally allows higher encoding strengths. Additionally, due to intervals without applied gradients, more efficient RF-pulses can be used and more data points can be acquired in an echo. The measured flow profiles correlated to the simulation results. The accurate flow profiles have been achieved by a new evaluation technique and a phase correction mechanism. The newly developed extension to imaging enabled spatially encoded spectral flow measurements. Therefore, the location of xylem and phloem can be spatially separated. In the measurement of the black alder this becomes apparent. Here the shape of dicotyledonous plants, which is described in chapter 5.1, is visible. Additionally, due to the spatial separation of the flow directions (up/down) qualitative flow measurements are possible. In pixels where opposite flow directions can spatially be resolved the difference between the left and the right side of the flow spectra yields the total flow without static water. Due to the phase corrections technique in combination with the automatically frequency calibration, long term flow measurements were possible. Therefore, the response of plants on influences like changes in the illumination have been observed in measurements over a duration of nine days. Here flow changes below 200 µm/s can be detected. Bloch-Siegert phase encoding In this work a new spatial phase encoding technique (BS-SET) using a B1-gradient in combination with far off-resonant radio frequency pulses has been demonstrated. Based on the Bloch-Siegert Shift an eddy current free B1-gradient was used to encode images and apply flow encoding. The BS-gradient induces a phase shift which depends on B1² using a constant gradient. Therefore, adapted reconstructions have been developed that provide undistorted images using this nonlinear encoding. Alternatively, a B1-gradient has been developed where the profile of the B1-field follows a square root shape. This supplies a linear phase encoding removing the need for an adapted reconstruction and enables using this technique for flow encoding.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Liedtke2011,
  author    = {Liedtke, Moritz Nils},
  title     = {Spektroskopische Untersuchung neuartiger Fullerenakzeptoren f{\"u}r organische Solarzellen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-70726},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {In dieser Arbeit habe ich mich haupts{\"a}chlich mit der optischen Spektroskopie im sichtbaren bis nahinfraroten Bereich an Akzeptoren f{\"u}r organische bulk-heterojunction Polymer-Fulleren Solarzellen besch{\"a}ftigt. Dabei f{\"u}hrte ich sowohl Untersuchungen an reinen Fullerenproben als auch Gemischen dieser mit Polymeren durch. Erg{\"a}nzend sind Messungen zur Morphologie, den Spinzust{\"a}nden und der Solarzellenleistung erfolgt. Erreicht werden sollte, die generelle Eignung neuartiger Akzeptoren f{\"u}r organische Solarzellen festzustellen, die photoinduzierten spektroskopischen Signaturen von optisch angeregten Anionen auf Fullerenen verschiedener Gr{\"o}ße zu finden und zu interpretieren sowie zum Abschluss die Abl{\"a}ufe der Ladungstr{\"a}gergeneration in Polymer:Lu3N@C80 Solarzellen nachzuvollziehen und dadurch die Ursache der vergleichsweise geringen Stromdichte in diesen Zellen zu verstehen, die 25 \% geringer ist als in P3HT:PC60BM Solarzellen. Die Ergebnisse sind, dass C70-C70 Dimer Fullerene sehr gute Akzeptoren darstellen, die neben einer etwas besseren Absorption als C60 basierte Akzeptoren im Bereich um 500 nm sehr gute F{\"a}higkeiten als Elektronenakzeptoren zeigen. Die Messung an Fullerenen verschiedener Gr{\"o}ße, um Anionensignaturen zu finden, hat deutliche Signaturen f{\"u}r C60- bei 1.18 eV und f{\"u}r C70- bei 0.92 eV erbracht. Weniger einfach zu finden und interpretieren sind die Signaturen von C80- und C84-. Aufgrund der geringen Signalst{\"a}rke sowie spezieller Eigenheiten der zur Verf{\"u}gung stehenden Fullerene konnte ich nur einen ungef{\"a}hren Bereich von 0.7~eV bis 0.4~eV f{\"u}r die Anionensignaturen absch{\"a}tzen. Allerdings zeigt sich f{\"u}r alle Fullerene eine Rotverschiebung der Anionensignaturen hin zu niedrigeren Energien mit steigender Zahl der Kohlenstoffatome pro Fulleren. Die umfangreichste Untersuchung habe ich an dem Molek{\"u}l Lu3N@C80 in seiner Funktion als Elektronenakzeptor in P3HT:Lu3N@C80 Solarzellen gemacht. W{\"a}hrend das Molek{\"u}l in Kombination mit P3HT eine hohe Leerlaufspannung von 835 mV erzeugt, ergeben diese Zellen geringere Stromdichten. Mein Ziel war es, die Prozesse zu identifizieren und zu verstehen, die daf{\"u}r verantwortlich zeichnen. Aus der Kombination verschiedener Messmethoden, erg{\"a}nzt mit generellen Erkenntnissen zu endohedralen Fullerenen aus der Literatur, ließ es zu, einen intramolekularen Elektronentransfer von den Lutetiumatomen innerhalb des C80 auf das Fulleren als Ursache zu identifizieren. Die in dieser Arbeit gewonnenen Daten liefern weitere Indizien, dass die Verwendung von C70 basierten Fullerenen eine gute Option zur Verbesserung des Wirkungsgrads von organischen Solarzellen sein kann, trotz der h{\"o}heren Herstellungskosten. Die gefundenen Anionensignaturen auf den Fullerenen bieten einen weiteren Ansatz, die Anregungsabl{\"a}ufe in verschiedenen bulk-heterojunctions {\"u}ber spektroskopische Messungen nachzuvollziehen. Abschließend habe ich mit meinen Messungen an Lu3N@C80 einen generell zu beachtenden Effekt aufgezeigt, der bei der zuk{\"u}nftigen Synthese funktionaler Akzeptoren {\"a}hnlicher Art ber{\"u}cksichtigt werden sollte, um eine optimale Leistungsf{\"a}higkeit solcher Molek{\"u}le zu gew{\"a}hrleisten. W{\"a}hrend die Projekte {\"u}ber die Dimer Akzeptoren und das Lu3N@C80 Molek{\"u}l abgeschlossen wurden, sind bei der Untersuchung der Anionen, speziell auf großen Fullerenen, noch Fragen offen, und es w{\"a}ren zus{\"a}tzliche Nachweise w{\"u}nschenswert. Dies k{\"o}nnte mit spinsensitiven und zeitaufgel{\"o}sten Messmethoden, die am Lehrstuhl vorhanden sind, an den hier schon vorgestellten Materialien erreicht werden. Eine weitere M{\"o}glichkeit w{\"a}re es zu versuchen, PC81\$BM zu bekommen und dies zu untersuchen, auch in Gemischen mit noch mehr verschiedenen Polymeren mittels photoinduzierter Absorption.},
  subject      = {Organische Solarzellen},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Klaas2019,
  author    = {Klaas, Martin},
  title     = {Spektroskopische Untersuchungen an elektrisch und optisch erzeugten Exziton-Polariton-Kondensaten},
  doi       = {10.25972/OPUS-17689},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-176897},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Eine technologisch besonders vielversprechende Art von Mikrokavit{\"a}ten besteht aus einem optisch aktiven Material zwischen zwei Spiegeln, wobei das Licht auf Gr{\"o}ße seiner Wellenl{\"a}nge eingesperrt wird. Mit diesem einfachen Konzept Licht auf Chipgr{\"o}ße einzufangen entstand die M{\"o}glichkeit neue Ph{\"a}nomene der Licht-Materie Wechselwirkung zu studieren. Der Oberfl{\"a}chenemitter (VCSEL), welcher sich das ver{\"a}nderte Strahlungsverhalten aufgrund der schwachen Kopplung und stimulierten Emission zu Nutze macht, ist bereits l{\"a}nger kommerziell sehr erfolgreich. Er umfasst ein erwartetes Marktvolumen von ca. 5.000 Millionen Euro bis 2024, welches sich auf verschiedenste Anwendungen im Bereich von Sensorik und Kommunikationstechnologie bezieht. Dauerhaft hohe Wachstumsraten von 15-20\% pro Jahr lassen auf weiteres langfristiges Potential von Mikrokavit{\"a}ten in der technologischen Gesellschaft der n{\"a}chsten Generation hoffen. Mit fortschreitender Entwicklung der Epitaxie-Verfahren gelang es Kavit{\"a}ten solcher Qualit{\"a}t herzustellen, dass zum ersten Mal das Regime der starken Kopplung erreicht wurde. Starke Kopplung bedeutet in diesem Fall die Bildung eines neuen Quasiteilchens zwischen Photon und Exziton, dem Exziton-Polariton (Polariton). Dieses Quasiteilchen zeigt eine Reihe interessanter Eigenschaften, welche sowohl aus der Perspektive der Technologie, als auch aus der Sicht von Grundlagenforschung interessant sind. Bei systemabh{\"a}ngigen Teilchendichten erlaubt das Polariton ebenfalls die Erzeugung von koh{\"a}rentem Licht {\"u}ber den Exziton-Polariton-Kondensatszustand (Kondensat), den Polariton-Laser. Die Eigenschaften des emittierten Lichtes {\"a}hneln denen eines VCSELs, allerdings bei einigen Gr{\"o}ßenordnungen geringerem Energieverbrauch, bzw. niedrigerer Laserschwelle, bei Wahl geeigneter Verstimmung von Exziton und Photon. Diese innovative Entwicklung kann daher unter anderem neue M{\"o}glichkeiten f{\"u}r besonders energiesparende Anwendungen in der Photonik er{\"o}ffnen. Die vorliegende Doktorarbeit soll zur Erweiterung des Forschungsstandes in diesem Gebiet zwischen Photonik und Festk{\"o}rperphysik beitragen und untersucht zum einen den anwendungsorientierten Teil des Feldes mit Studien zur elektrischen Injektion, beleuchtet aber auch den interessanten Phasen{\"u}bergang des Systems {\"u}ber seine Koh{\"a}renz- und Spineigenschaften. Es folgt eine knappe {\"u}berblicksartige Darstellung der Ergebnisse, die in dieser Arbeit genauer ausgearbeitet werden. Rauschanalyse und die optische Manipulation eines bistabilen elektrischen Polariton-Bauelements Aufbauend auf der Realisierung eines elektrischen Polariton-Lasers wurde in dieser Arbeit ein optisches Potential in das elektrisch betriebene Kondensat mit einem externen Laser induziert. Dieses optische Potential erm{\"o}glicht die Manipulation der makroskopischen Besetzung der Grundzustandswellenfunktion, welches sich als ver{\"a}ndertes Emissionsbild im Realraum darstellt. Der polaritonische Effekt wird {\"u}ber Verschiebung der Emissionslinie zu h{\"o}heren Energien durch Wechselwirkung des Exzitonanteils nachgewiesen. Diese experimentellen Beobachtungen konnten mit Hilfe eines Gross-Pitaevskii-Differentialgleichungsansatzes erl{\"a}utert und theoretisch nachgebildet werden. Weiterhin zeigt der elektrische Polariton-Laser eine Bistabilit{\"a}t in seiner Emissionskennlinie an der polaritonischen Kondensationsschwelle. Die Hysterese hat ihren physikalischen Ursprung in der Lebenszeitabh{\"a}ngigkeit der Ladungstr{\"a}ger von der Dichte des Ladungstr{\"a}gerreservoirs durch die progressive Abschirmung des inneren elektrischen Feldes. In dieser Arbeit wird zum tieferen Verst{\"a}ndnis der Hysterese ein elektrisches Rauschen {\"u}ber den Anregungsstrom gelegt. Dieses elektrische Rauschen befindet sich auf der Mikrosekunden-Zeitskala und beeinflusst die Emissionscharakteristik, welche durch die Lebensdauer der Polaritonen im ps-Bereich bestimmt wird. Mit steigendem Rauschen wird ein Zusammenfall der Hysterese beobachtet, bis die Emissionscharakteristik monostabil erscheint. Diese experimentellen Befunde werden mit einem gekoppelten Ratengleichungssystem sowie mit Hilfe einer Gauss-verteilten Zufallsvariable in der Anregung modelliert und erkl{\"a}rt. Die Hysterese erm{\"o}glicht außerdem den Nachweis eines optischen Schalteffekts {\"u}ber eine zus{\"a}tzliche Ladungstr{\"a}gerinjektion mit einem Laser weit {\"u}ber der Bandkante des Systems, um den positiven R{\"u}ckkopplungseffekt zu erzeugen. Im Bereich der Hysterese wird das System auf den unteren Zustand elektrisch angeregt und dann mit Hilfe eines nicht-resonanten Laserpulses in den Kondensatszustand gehoben. Polaritonfluss geleitet durch Kontrolle der lithographisch definierten Energielandschaft Polaritonen k{\"o}nnen durch den photonischen Anteil weiterhin in Wellenleiterstrukturen eingesperrt werden, worin sie bei der Kondensation gerichtet entlang des Kanals mit nahe Lichtgeschwindigkeit fließen. Dies geschieht mit der Besonderheit {\"u}ber ihren Exzitonanteil stark wechselwirken zu k{\"o}nnen. Die M{\"o}glichkeit durch Lithographie solche eindimensionalen Kan{\"a}le zu definieren, wurde bereits in verschiedenen Prototypen f{\"u}r Polaritonen benutzt und untersucht. In dieser Arbeit werden zwei verschiedene, neue Ans{\"a}tze zur Lenkung von gerichtetem Polaritonfluss vorgestellt: zum einen {\"u}ber die sogenannte Josephson-Kopplung zwischen zwei Wellenleitern, realisiert {\"u}ber halbge{\"a}tzte Spiegel und zum anderen {\"u}ber eine Mikroscheibe gekoppelt an zwei Wellenleiter. Der Begriff der Josephson-Kopplung ist hier angelehnt an den bekannten Effekt in Supraleitern, welcher ph{\"a}nomenologische {\"A}hnlichkeiten aufweist. Die Verwendung in der Polaritonik ist historisch gewachsen. Die Josephson-Kopplung erm{\"o}glicht die Beobachung von Oszillationen des Polariton-Kondensats zwischen den Wellenleitern, in Abh{\"a}ngigkeit der verbleibenden Anzahl Spiegelpaare zwischen den Strukturen, wodurch eine definierte Selektion des Auskopplungsarms erm{\"o}glicht wird. Die Mikroscheibe funktioniert {\"a}hnlich einer Resonanztunneldiode. Sie erm{\"o}glicht eine Energieselektion der transmittierten Moden durch die Diskretisierung der Zust{\"a}nde in den niederdimensionalen Strukturen. Es ergibt sich die Bedingung, dass nur energetisch gleiche Niveaus zwischen Struktur{\"u}berg{\"a}ngen koppeln k{\"o}nnen. Gleichzeitig erlaubt die Mikroscheibenanordnung eine Umkehrung der Flussrichtung. Koh{\"a}renzeigenschaften und die Photonenstatistik von Polariton-Kondensaten unter photonischen Einschlusspotentialen Die Koh{\"a}renzeigenschaften der Emission von Polariton-Kondensaten ist seit l{\"a}ngerem ein aktives Forschungsfeld. Die noch ausstehenden Fragen betreffen die Beobachtung hoher Abweichungen von traditionellen, auf Inversion basierenden Lasersystemen (z.B. VCSELs). Diese haben selbst bei schwellenlosen Lasern einen Wert der Autokorrelationsfunktion zweiter Ordnung von Eins. Polariton-Kondensate jedoch zeigen erh{\"o}hte Werte in der Autokorrelationsfunktion, welches auf einen Mischzustand zwischen koh{\"a}rentem und thermischem Licht hinweist. In dieser Arbeit wurde ein systematischer Weg untersucht, die Koh{\"a}renzeigenschaften des Polariton-Kondensats denen eines traditionellen Lasers anzun{\"a}hern. Dies geschieht {\"u}ber den lateralen photonischen Einschluss der Kondensate mittels lithographisch definierter Mikrot{\"u}rmchen mit verschiedenen Durchmessern. In Koh{\"a}renzmessungen wird der Einfluss dieser Ver{\"a}nderung der Energielandschaft der Polariton-Kondensate auf die Autokorrelationseigenschaften zweiter Ordnung untersucht. Es wird ein direkter Zusammenhang zwischen großem Einschlusspotential und guten Korrelationseigenschaften nachgewiesen. Der Effekt wird theoretisch {\"u}ber den ver{\"a}nderten Einfluss der Phononen auf das Polariton-Relaxationsverhalten erkl{\"a}rt. Durch die st{\"a}rkere Lokalisierung der Polaritonwellenfunktion in kleineren Mikrot{\"u}rmchen wird die Streuwahrscheinlichkeit erh{\"o}ht, was eine effizientere Relaxation in den Grundzustand erm{\"o}glicht. Dies verhindert zu starke Besetzungsfluktuationen der Grundmode in der Polariton-Lebenszeit, was bisher als Grund f{\"u}r die erh{\"o}hte Autokorrelation postuliert wurde. Weiterhin wird eine direkte Messung der Photonenstatistik eines Polaritonkondensats entlang steigender Polaritondichte im Schwellbereich vorgestellt. Die Photonenstatistik eines thermischen Emitters zeigt einen exponentiellen Verlauf, w{\"a}hrend ein reiner Laser Poisson-verteilt emittiert. Der Zwischenbereich, der f{\"u}r einen Laser am {\"U}bergang zwischen thermischer und koh{\"a}renter Lichtquelle vorhergesagt wird, kann durch eine {\"U}berlagerung der beiden Zust{\"a}nde beschrieben werden. {\"U}ber eine Anpassungsfunktion der gemessenen Verteilungsfunktionen kann der Phasen{\"u}bergang des Kondensats mit Hilfe dem Anteil der koh{\"a}renten Partikel im System verfolgt werden. Dadurch, dass der gemessene {\"U}bergang dem Paradigma der thermisch-koh{\"a}renten Zust{\"a}nde folgt, wurde nachgewiesen, dass bei r{\"o}tlicher Verstimmung die Interaktionen keinen signifikanten Anteil an der Ausbildung von Koh{\"a}renz im Polaritonsystem spielen. Polarisationskontrolle von Polariton-Kondensaten Die Polarisationseigenschaften des durch Polaritonenzerfall emittierten Lichts korrespondieren zum Spinzustand der Quasiteilchen. Unterhalb der Kondensationsschwelle ist diese Emission durch Spin-Relaxation der Ladungstr{\"a}ger unpolarisiert und oberhalb der Schwelle bildet sich unter bestimmten Voraussetzungen lineare Polarisation als Ordnungsparameter des Phasen{\"u}bergangs aus. Der Prozess der stimulierten Streuung kann die (zirkulare) Polarisation des Lasers auch bei Anregung auf h{\"o}heren Energien auf dem unteren Polaritonast erhalten. Dies resultiert aus sehr schneller Einnahme des Grundzustands, welche eine Spin-Relaxation verhindert. Bisher wurde, nach unserem Kenntnisstand, nur teilweise Erhaltung zirkularer Polarisation unter nicht-resonanter Anregung beobachtet. In dieser Arbeit wird vollst{\"a}ndige zirkulare Polarisationserhaltung, energetisch 130 meV vom Kondensatszustand entfernt angeregt, nachgewiesen. Diese Polarisationserhaltung setzt an der Kondensationsschwelle ein, was auf den Erhalt durch stimulierte Streuung hinweist. Unter dieser Voraussetzung der Spinerhaltung erzeugt die linear polarisierte Anregung (als {\"U}berlagerung zirkularem Lichts beider Orientierungen) elliptisch polarisiertes Licht. Dies geschieht, weil eine linear polarisierte Anregung durch Fokussierung eines Objektivs leicht elliptisch wird. Der Grad der Elliptizit{\"a}t wird sowohl durch die Verstimmung zwischen Photon und Exziton Mode beeinflusst, als auch durch die Dichte im System. Dies kann erkl{\"a}rt werden {\"u}ber das spezielle Verhalten der Relaxationsprozesse auf dem unteren Polaritonast, welche von der transversal-elektrischen und transversal-magnetischen (TE-TM) energetischen Aufspaltung abh{\"a}ngen. Weiterhin werden elliptische Mikrot{\"u}rmchen untersucht, um den Einfluss dieses asymmetrischen photonischen Einschlusses auf die Kondensatseigenschaften herauszuarbeiten. Die Ellipse zwingt das Kondensat zu einer linearen Polarisation, welche sich entlang der langen Achse des T{\"u}rmchens ausrichtet. In asymmetrischen Mikrot{\"u}rmchen ist die Grundmode aufgespalten in zwei linear polarisierte Moden entlang der beiden orthogonal zueinander liegenden Hauptachsen, wobei die l{\"a}ngere Achse das linear polarisierte Energieminimum des Systems bildet. Der Grad der linearen Polarisation nimmt mit geringerem Mikrot{\"u}rmchendurchmesser und gr{\"o}ßerer Ellipzit{\"a}t zu. Dies geschieht durch erh{\"o}hten energetischen Abstand der beiden Moden. Bei Ellipsen mit einem langen Hauptachsendurchmesser von 2 Mikrometer und einem Achsenverh{\"a}ltnis von 3:2 kann ein nahezu vollst{\"a}ndig linear polarisierter Zustand eines Polariton-Kondensats nachgewiesen werden. Damit wurde erforscht, dass auch unter nicht-resonanter Anregung Exziton-Polariton-Kondensate experimentell und theoretisch jeglichen Spinzustand unter entsprechenden Anregungsbedingungen annehmen k{\"o}nnen.},
  subject      = {Exziton-Polariton},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Gruene2022,
  author    = {Gr{\"u}ne, Jeannine},
  title     = {Spin States and Efficiency-Limiting Pathways in Optoelectronic Materials and Devices},
  doi       = {10.25972/OPUS-29340},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-293405},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {This thesis addresses the identification and characterization of spin states in optoelectronic materials and devices using multiple spin-sensitive techniques. For this purpose, a systematic study focussing on triplet states as well as associated loss pathways and excited state kinetics was carried out. The research was based on comparing a range of donor:acceptor systems, reaching from organic light emitting diodes (OLEDs) based on thermally activated delayed fluorescence (TADF) to organic photovoltaics (OPV) employing fullerene and multiple non-fullerene acceptors (NFAs). By developing new strategies, e.g., appropriate modeling, new magnetic resonance techniques and experimental frameworks, the influence of spin states in the fundamental processes of organic semiconductors has been investigated. Thereby, the combination of techniques based on the principle of electron paramagnetic resonance (EPR), in particular transient EPR (trEPR) and optically detected magnetic resonance (ODMR), with all-optical methods, such as transient electroluminescence (trEL) and transient absorption (TA), has been employed. As a result, excited spin states, especially molecular and charge transfer (CT) states, were investigated in terms of kinetic behavior and associated pathways, which revealed a significant impact of triplet states on efficiency-limiting processes in both optoelectronic applications.},
  subject      = {Elektronenspinresonanz},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Bentmann2012,
  author    = {Bentmann, Hendrik},
  title     = {Spin-Bahn-Kopplung in Grenzschichten: Mikroskopische Zusammenh{\"a}nge und Strategien zur Manipulation},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-76963},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Einfluss der Spin-Bahn-Kopplung (SBK) auf die zweidimensionale elektronische Struktur von Festk{\"o}rperoberfl{\"a}chen und -grenzfl{\"a}chen. Aufgrund der strukturellen Inversionsasymmetrie kann die SBK in derartigen Systemen eine Spinaufspaltung der elektronischen Zust{\"a}nde herbeif{\"u}hren und eine charakteristische impulsabh{\"a}ngige Spinstruktur induzieren (Rashba-Effekt). Die Studien in dieser Arbeit sind zum einen darauf gerichtet, das physikalische Verst{\"a}ndnis der mikroskopischen Zusammenh{\"a}nge, die die Spinaufspaltung und die Spinorientierung elektronischer Zust{\"a}nde an Grenzfl{\"a}chen bestimmen, zu verbessern. Des Weiteren sollen M{\"o}glichkeiten zur Manipulation der SBK durch kontrollierte Variationen chemischer und struktureller Grenzfl{\"a}chenparameter erforscht werden. Als Modellsysteme f{\"u}r diese Fragestellungen dienen die isostrukturellen Oberfl{\"a}chenlegierungen BiCu2 und BiAg2, deren elektronische Struktur mittels winkelaufgel{\"o}ster Photoelektronenspektroskopie (ARPES) und spinaufgel{\"o}ster ARPES untersucht wird. Die Resultate der Experimente werden mithilfe von ab initio-Rechnungen und einfacheren Modellbetrachtungen interpretiert. Die Arbeit schließt mit einer ausblickenden Pr{\"a}sentation von Experimenten zu dem topologischen Isolator Bi2Se3(0001). Vergleichende ARPES-Messungen zu BiAg2/Ag(111) und BiCu2/Cu(111) zeigen, dass bereits geringe Unterschiede in der Grenzschichtmorphologie die Gr{\"o}ße der Spinaufspaltung in der elektronischen Struktur um ein Vielfaches ver{\"a}ndern k{\"o}nnen. Zudem belegen spinaufgel{\"o}ste Experimente eine invertierte Spinorientierung der elektronischen Zust{\"a}nde in BiCu2 im Vergleich mit dem Referenzsystem Au(111). Beide Resultate k{\"o}nnen durch eine theoretische Analyse des Potentialprofils und der elektronischen Ladungsverteilung senkrecht zu der Grenzfl{\"a}che in Kombination mit einfachen Modellbetrachtungen verstanden werden. Es stellt sich heraus, dass Asymmetrien in der Ladungsverteilung das direkte mikroskopische Bindeglied zwischen der Spinstruktur des elektronischen Systems und den strukturellen und chemischen Parametern der Grenzschicht bilden. Weitergehende ARPES-Experimente zeigen, dass die spinabh{\"a}ngige elektronische Struktur zudem signifikant durch die Symmetrie des Potentials parallel zu der Grenzfl{\"a}chenebene beeinflusst wird. Eine Manipulation der SBK wird in BiCu2 durch die Deposition von Adatomen erreicht. Hierdurch gelingt es, die Spinaufspaltung sowohl zu vergr{\"o}ßern (Na-Adsorption) als auch zu verringern (Xe-Adsorption). ARPES-Experimente an dem tern{\"a}ren Schichtsystem BiAg2/Ag/Au(111) belegen erstmalig eine Kopplung zwischen elektronischen B{\"a}ndern mit entgegengesetztem Spincharakter in einem zweidimensionalen System mit Spinaufspaltung (Interband-Spin-Bahn-Kopplung). Der zugrundeliegende Kopplungsmechanismus steht in bemerkenswerter Analogie zu den Auswirkungen der SBK auf die spinpolarisierte elektronische Struktur in ferromagnetischen Systemen. Variationen in der Schichtdicke des Ag-Substratfilms erlauben es, die St{\"a}rke der Interband-SBK zu manipulieren.},
  subject      = {Spin-Bahn-Wechselwirkung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Maass2017,
  author    = {Maaß, Henriette},
  title     = {Spin-dependence of angle-resolved photoemission from spin-orbit split surface states},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-151025},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Spin- and angle-resolved photoelectron spectroscopy is the prime method to investigate spin polarized electronic states at solid state surfaces. In how far the spin polarization of an emitted photoelectron reflects the intrinsic spin character of an electronic state is the main question in the work at hand. It turns out that the measured spin polarization is strongly influenced by experimental conditions, namely by the polarization of the incoming radiation and the excitation energy. The photoemission process thus plays a non-negligible role in a spin-sensitive measurement. This work is dedicated to unravel the relation between the result of a spin-resolved measurement and the spin character in the ground state and, therefore, to gain a deep understanding of the spin-dependent photoemission process. Materials that exhibit significant spin-splittings in their electronic structure, owing to a strong spin-orbit coupling, serve as model systems for the investigations in this work. Therefore, systems with large Rashba-type spin-splittings as BiTeI(0001) and the surface alloys BiAg2/Ag(111) and PbAg2/Ag(111) are investigated. Likewise, the surface electronic structure of the topological insulators Bi2Te2Se(0001) and Bi2Te3(0001) are analyzed. Light polarization dependent photoemission experiments serve as a probe of the orbital composition of electronic states. The knowledge of the orbital structure helps to disentangle the spin-orbital texture inherent to the different surface states, when in addition the spin-polarization is probed. It turns out that the topological surface state of Bi2Te2Se(0001) as well as the Rashba-type surface state of BiTeI(0001) exhibit chiral spin-textures associated with the p-like in-plane orbitals. In particular, opposite chiralities are coupled to either tangentially or radially aligned p-like orbitals, respectively. The results presented here are thus evidence that a coupling between spin- and orbital part of the wave function occurs under the influence of spin-orbit coupling, independent of the materials topology. Systematic photon energy dependent measurements of the out-of-plane spin polarization of the topological surface state of Bi2Te3(0001) reveal a strong dependence and even a reversal of the sign of the photoelectron spin polarization with photon energy. Similarly, the measured spin component perpendicular to the wave vector of the surface state of BiAg2/Ag(111) shows strong modulations and sign reversals when the photon energy is changed. In BiAg2/Ag(111) the variations in the photoelectron spin polarization are accompanied by significant changes and even a complete suppression of the photoemission intensity from the surface state, indicating that the variations of the spin polarization are strongly related to the photoemission cross section. This relation is finally analyzed in detail by employing a simple model, which is based on an evaluation of the transition matrix elements that describe the presented experiments. The model shows that the underlying cause for the observed photoelectron spin reversals can be found in the coupling of the spin structure to the spatial part of the initial state wave function, revealing the crucial role of spin-orbit interaction in the initial state wave function. The model is supported by ab initio photoemission calculations, which show strong agreement with the experimental results.},
  subject      = {Photoelektronenspektroskopie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Frey2011,
  author    = {Frey, Alexander},
  title     = {Spin-Dependent Tunneling and Heterovalent Heterointerface Effects in Diluted Magnetic II-VI Semiconductor Heterostructures},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-78133},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {The contribution of the present thesis consists of three parts. They are centered around investigating certain semiconductor heterointerfaces relevant to spin injection, exploring novel, diluted magnetic single barrier tunneling structures, and further developing diluted magnetic II-VI resonant tunneling diodes.},
  subject      = {Zwei-Sechs-Halbleiter},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Lentze2009,
  author    = {Lentze, Michael},
  title     = {Spin-flip Raman Untersuchungen an semimagnetischen II-VI Halbleiter-Quantentr{\"o}gen und Volumenproben},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-34834},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Im Zentrum dieser Arbeit standen ramanspektroskopische Untersuchungen der elektronischen spin-flip-{\"U}berg{\"a}nge an semimagnetischen (Zn,Mn)Se Proben. Hierbei wurden sowohl Quantentrogstrukturen untersucht als auch volumenartige Proben. Ziel der Forschung war dabei, ein tieferes Verst{\"a}ndnis der Wechselwirkungen der magnetischen Ionen mit den Leitungsbandelektronen der Materialien zu gewinnen. Im Hinblick auf m{\"o}gliche zuk{\"u}nftige spin-basierte Bauelemente lag das Hauptaugenmerk auf dem Einfluss von n-Dotierung bis zu sehr hohen Konzentration. Hierf{\"u}r standen verschiedene Probenreihen mit unterschiedlichen Dotierungskonzentrationen zur Verf{\"u}gung.},
  subject      = {Dotierter Halbleiter},
  language  = {de}
}
@phdthesis{EliasdosSantos2021,
  author    = {Elias dos Santos, Graciely},
  title     = {Spin-Orbit Torques and Galvanomagnetic Effects Generated by the 3D Topological Insulator HgTe},
  doi       = {10.25972/OPUS-24797},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-247971},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {In meiner Dissertation besch{\"a}ftigte ich mich mit der Frage, ob der 3D topologische Isolator Quecksilbertellurid (3D TI HgTe) ein geeignetes Material f{\"u}r Spintronik-Anwendungen ist. Wir untersuchten Spin-Bahn-Drehmomente, die auf Elektronen beim Tunneln zwischen HgTe und einem angrenzenden Ferromagneten (Permalloy) einwirken. Zun{\"a}chst setzten wir die Methode der Ferromagnetresonanz (SOT-FMR) f{\"u}r diese Untersuchungen ein. Im ersten Teil der Dissertation werden die Leser in die mathematische Beschreibung von Spin- Bahn-Drehmomenten in einem Hybridsystem bestehend aus topologischem Isolator (TI) und Ferromagnet (FM) eingef{\"u}hrt. Des Weiteren werden die Probenherstellung und der Messaufbau f{\"u}r SOT-FMR Messungen besprochen. Unsere SOT-FMR Messungen ergaben, dass bei tiefen Temperaturen (T = 4.2 K) die Normalkomponente (bezogen auf der TI-Oberfl{\"a}che) des Drehmoments groß war. Bei Raumtemperatur konnten im Signal beide Komponenten (parallel und normal zur TI-Oberfl{\"a}che) beobachtet werden. Aus der Symmetrie der Mixing-Spannung (Abbildungen 3.14 und 3.15) schlossen wir, dass 3D TI HgTe ein Spin-Bahn-Drehmoment auf das Elektronensystem des Permalloys {\"u}bertr{\"a}gt. Unsere Untersuchungen zeigten dar{\"u}ber hinaus, dass die Effizienz dieser {\"U}bertragung mit der anderer vorhandener topologischen Isolatoren vergleichbar ist (siehe Abb. 3.17). Abschließend wurden parasit{\"a}re Effekte bei der Absch{\"a}tzung des Spin-Bahn-Drehmoments bzw. andere Interpretationen des Messsignals und seiner Komponenten (z.B., Thermospannungen) ausf{\"u}hrlich diskutiert. Obwohl die hier gezeigten Ergebnisse vermehrt darauf hinweisen, dass der 3D TI HgTe m{\"o}glicherweise effizient f{\"u}r die Anwendung von Spin-Drehmomenten in angrezenden Ferromagneten ist [1], wird dem Leser weiderholt klargemacht, dass parasit{\"a}re Effekte eventuelle das korrekte Schreiben und Lesen der Information in Ferromagneten verunreignigt. Diese sollten auch bei der Interpretation von publizierten Resultaten besonders hohen Spin-Bahn-Drehmoment{\"u}bertragungen in der Literatur ber{\"u}cksichtigt werden [1-3]. Die Nachteile der SOT-FMR-Messmethode f{\"u}hrten zu einerWeiterentwicklung unseres Messkonzepts, bei dem der Ferromagnet durch eine Spin-Valve-Struktur ersetzt wurde. In dieser Messanordnung ist der Stromfluss durch den 3D TI im Gegensatz zu den vorangegangenen Messungen bekannt und die Widerstands{\"a}nderung der Spin-Valve-Struktur kann durch den GMR-Effekt ausgelesen werden. Die Ausrichtung der Magnetisierung des Ferromagneten in den SOT-FMR-Experimenten erforderte es, ein magnetisches Feld von bis zu 300 mT parallel zur TI-Oberfl{\"a}che anzulegen. Motiviert durch diesen Umstand, untersuchten wir den Einfluss eines parallelen Magnetfelds auf den Magnetowiderstand in 3D TI HgTe. Die {\"u}berraschenden Resultate dieser Messungen werden im zweiten Teil der Dissertation beschrieben. Obwohl nichtmagnetisches Quecksilbertellurid untersucht wurde, oszillierte der transversale Magnetowiderstand (Rxy) mit dem Winkel � zwischen der Magnetfeldrichtung (parallel zur Oberfl{\"a}che) und der elektrischen Stromflussrichtung im topologischen Isolator. Dieser Effekt ist eine typische Eigenschaft von ferromagnetischen Materialien und wird planarer Hall-Effekt (PHE) genannt[4, 5]. Magnetowiderstands- (MR-)Oszillationen wurden ebenfalls sowohl im L{\"a}ngswiderstand (Rxx) und im transversalen Widerstand (Rxy) {\"u}ber einen weiten Bereich von magnetischen Feldst{\"a}rken und Ladungstr{\"a}gerdichten des topologischen Isolators beobachtet. Der PHE wurde bereits zuvor in einem anderen TI-Material (Bi2-xSbxTe3) beschrieben [6]. Als physikalischer Mechanismus wurde von den Autoren Elektronenstreuung an magnetisch polarisierten Streuzentren vorgeschlagen. Wir diskutierten sowohl diesen Erkl{\"a}rungsansatz als auch andere Theorievorschl{\"a}ge in der Literatur [7, 8] kritisch. In dieser Doktorarbeit haben wir versucht, der PHE des 3D TI HgTe durch die Asymmetrie in der Bandstruktur dieses Materials zu erkl{\"a}ren. In k.p Bandstrukturrechnungen mit einer 6-Orbital-Basis zeigten wir, dass das Zwischenspiel von Rashba- und Dresselhaus-Spin-Bahn- Wechselwirkung mit dem magnetischen Feld parallel zur TI-Oberfl{\"a}che zu einer Verformung der Fermikontur des Valenzbands von 3D TI-HgTe f{\"u}hrt, welche ihrerseits eine Anisotropie des Leitf{\"a}higkeit bedingt. Die ben{\"o}tigten Magnetfeldst{\"a}rken in diesem Modell waren mit bis zu 40 T jedoch etwa eine Gr{\"o}ßenordnung gr{\"o}ßer als jene in unseren Experimenten. Des Weiteren lieferte eine direkte Berechnung der Zustandsdichten f{\"u}r Bin k I und Bin ? I bisher keine klaren Resultate. Die komplizierte Abh{\"a}ngigkeit der Rashba-Spin-Bahn-Kopplung f{\"u}r p-leitendes HgTe [9] machte es außerdem schwierig, diesen Term in die Bandstrukturrechnung zu inkludieren. Trotz umfangreicher Bem{\"u}hungen, den Ursprung der galvanomagnetischen Effekte im 3D TI HgTe zu verstehen, konnte in dieser Arbeit der Mechanismus des PHE und der MR-Oszillationen nicht eindeutig bestimmt werden. Es gelang jedoch, einige aus der Literatur bekannte Theorien f{\"u}r den PHE und die MR-Oszillationseffekte in topologischen Isolatoren auszuschließen. Die Herausforderung, eine vollst{\"a}ndige theoretische Beschreibung zu entwickeln, die allen experimentellen Aspekten (PHE, Gatespannungsabh{\"a}ngigkeit und MR-Oszillationen) gerecht wird, bleibt weiter bestehen. Abschließend m{\"o}chte die Autorin ihre Hoffnung ausdr{\"u}cken, den Lesern die Komplexit{\"a}t der Fragestellung n{\"a}her gebracht zu haben und sie in die Kunst elektrischer Messungen an topologischen Isolatoren bei angelegtem parallelem Magnetfeld initiiert zu haben.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Koenig2007,
  author    = {K{\"o}nig, Markus},
  title     = {Spin-related transport phenomena in HgTe-based quantum well structures},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-27301},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Within the scope of this thesis, spin related transport phenomena have been investigated in HgTe/HgCdTe quantum well structures. This material exhibits peculiar band structure properties, which result in a strong spin-orbit interaction of the Rashba type. An inverted band structure, i.e., a reversed ordering of the energy states in comparison to common semiconductors, is obtained for quantum well layers above a critical thickness. Furthermore, the band structure properties can be controlled in the experiments by moderate gate voltages. Most prominently, the type of carriers in HgTe quantum wells can be changed from n to p due to the narrow energy gap. Along with the inverted band structure, this unique transition is the basis for the demonstration of the Quantum Spin Hall state, which is characterized by the existence of two one-dimensional spin-polarized edge states propagating in opposite directions, while the Fermi level in the bulk is in the energy gap. Since elastic scattering is suppressed by time reversal symmetry, a quantized conductance for charge and spin transport is predicted. Our experiments provide the first experimental demonstration of the QSH state. For samples with characteristic dimensions below the inelastic mean free path, charge conductance close to the expected value of 2e^2/h has been observed. Strong indication for the edge state transport was found in the experiments as well. For large samples, potential fluctuations lead to the appearance of local n-conducting regions which are considered to be the dominant source of backscattering. When time reversal symmetry is broken in a magnetic field, elastic scattering becomes possible and conductance is significantly suppressed. The suppression relies on a dominant orbital effect in a perpendicular field and a smaller Zeeman-like effect present for any field direction. For large perpendicular fields, a re-entrant quantum Hall state appears. This unique property is directly related to the non-trivial QSH insulator state. While clear evidence for the properties of charge transport was provided, the spin properties could not be addressed. This might be the goal of future experiments. In another set of experiments, the intrinsic spin Hall effect was studied. Its investigation was motivated by the possibility to create and to detect pure spin currents and spin accumulation. A non-local charging attributed to the SHE has been observed in a p-type H-shaped structure with large SO interaction, providing the first purely electrical demonstration of the SHE in a semiconductor system. A possibly more direct way to study the spin Hall effects opens up when the spin properties of the QSH edge states are taken into account. Then, the QSH edge states can be used either as an injector or a detector of spin polarization, depending on the actual configuration of the device. The experimental results indicate the existence of both intrinsic SHE and the inverse SHE independently of each other. If a spin-polarized current is injected from the QSH states into a region with Rashba SO interaction, the precession of the spin can been observed via the SHE. Both the spin injection and precession might be used for the realization of a spin-FET similar to the one proposed by Datta and Das. Another approach for the realization of a spin-based FET relies on a spin-interference device, in which the transmission is controlled via the Aharonov-Casher phase and the Berry phase, both due to the SO interaction. In the presented experiments, ring structures with tuneable SO coupling were studied. A complex interference pattern is observed as a function of external magnetic field and gate voltage. The dependence on the Rashba splitting is attributed to the Aharonov-Casher phase, whereas effects due to the Berry phase remain unresolved. This interpretation is confirmed by theoretical calculations, where multi-channel transport through the device has been assumed in agreement with the experimental results. Thus, our experiments provide the first direct observation of the AC effect in semiconductor structures. In conclusion, HgTe quantum well structures have proven to be an excellent template for studying spin-related transport phenomena: The QSHE relies on the peculiar band structure of the material and the existence of both the SHE and the AC effect is a consequence of the substantial spin-orbit interaction. While convincing results have been obtained for the various effects, several questions can not be fully answered yet. Some of them may be addressed by more extensive studies on devices already available. Other issues, however, ask, e.g., for further advances in sample fabrication or new approaches by different measurements techniques. Thus, future experiments may provide new, compelling insights for both the effects discussed in this thesis and, more generally, other spin-orbit related transport properties.},
  subject      = {Spin-Bahn-Wechselwirkung},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Weissenseel2022,
  author    = {Weißenseel, Sebastian G{\"u}nter},
  title     = {Spin-Spin Interactions and their Impact on Organic Light-Emitting Devices},
  doi       = {10.25972/OPUS-25745},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-257458},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {This work investigates the correlations between spin states and the light emission properties of organic light-emitting diodes (OLEDs), which are based on the principle of thermally activated delayed fluorescence. The spin-spin interactions responsible for this mechanism are investigated in this work using methods based on spin-sensitive electron paramagnetic resonance (EPR). In particular, this method has been applied to electrically driven OLEDs. The magnetic resonance has been detected by electroluminescence, giving this method its name: electroluminescence detected magnetic resonance (ELDMR). Initial investigations on a novel deep blue TADF emitter were performed. Furthermore, the ELDMR method was used in this work to directly detect the spin states in the OLED. These measurements were further underlined by time-resolved experiments such as transient electro- and photoluminescence.},
  subject      = {Elektronenspinresonanz},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wichmann2012,
  author    = {Wichmann, Tobias},
  title     = {Spulen-Arrays mit bis zu 32 Empfangselementen f{\"u}r den Einsatz an klinischen NMR-Ger{\"a}ten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-79358},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {In dieser Arbeit wurden f{\"u}r spezielle Anwendungen an klinischen MR-Ger{\"a}ten optimierte Phased-Array-Spulen entwickelt. Das Ziel war, durch die Verwendung neuer Spulen entweder neue Anwendungsgebiete f{\"u}r klinische MR-Ger{\"a}te zu er{\"o}ffnen oder bei bestehenden Applikationen die Diagnosem{\"o}glichkeiten durch eine Kombination von h{\"o}herem SNR und kleineren g-Faktoren im Vergleich zu bestehenden Spulen zu verbessern. In Kapitel 3 wurde untersucht, ob es durch den Einsatz neu entwickelter, dedizierter Kleintierspulen sinnvoll m{\"o}glich ist, Untersuchungen an Kleintieren an klinischen MR-Ger{\"a}ten mit einer Feldst{\"a}rke von 1,5T durchzuf{\"u}hren. Der Einsatz dieser Spulen verspricht dem klinischen Anwender Studien an Kleintieren durchf{\"u}hren zu k{\"o}nnen, bei denen er den gleichen Kontrast wie bei einer humanen Anwendung erh{\"a}lt und gleichzeitig Kontrastmittel sowie Sequenzen, die klinisch erprobt sind, einzusetzen. Durch die gew{\"a}hlten geometrischen Abmessungen der Spulen ist es m{\"o}glich, Zubeh{\"o}r von dedizierten Tier-MR-Ger{\"a}ten, wie z. B. Tierliegen oder EKG- bzw. Atemtriggereinheiten, zu verwenden. Durch Vorversuche an f{\"u}r Ratten dimensionierten Spulen wurden grundlegende Zusammenh{\"a}nge zwischen verwendetem Entkopplungsmechanismus und SNR bzw. Beschleunigungsf{\"a}higkeit erarbeitet. F{\"u}r Ratten wurde gezeigt, dass in akzeptablen Messzeiten von unter f{\"u}nf Minuten MR-Messungen des Abdomens in sehr guter Bildqualit{\"a}t m{\"o}glich sind. Ebenfalls gezeigt wurde die M{\"o}glichkeit durch den Einsatz von paralleler Bildgebung sowie Kontrastmitteln hochaufgel{\"o}ste Angiographien durchzuf{\"u}hren. Es stellte sich heraus, dass bei 1,5T dedizierte M{\"a}usespulen bei Raumtemperatur von den SNR-Eigenschaften am Limit des sinnvoll Machbaren sind. Trotzdem war es m{\"o}glich, auch f{\"u}r M{\"a}use ein 4-Kanal-Phased-Array zu entwickeln und den Einsatz bei kontrastmittelunterst{\"u}tzten Applikationen zu demonstrieren. Insgesamt wurde gezeigt, dass durch den Einsatz von speziellen, angepassten Kleintierspulen auch Tieruntersuchungen an klinischen MR-Ger{\"a}ten mit niedriger Feldst{\"a}rke durchf{\"u}hrbar sind. Obwohl sich die Bestimmung der Herzfunktion an MR-Ger{\"a}ten im klinischen Alltag zum Goldstandard entwickelt hat, ist die MR-Messung durch lange Atemanhaltezyklen f{\"u}r einen Herzpatienten sehr m{\"u}hsam. In Kapitel 4 wurde deswegen die Entwicklung einer 32-Kanal-Herzspule beschrieben, welche den Komfort f{\"u}r Patienten deutlich erh{\"o}hen kann. Schon mit einem ersten Prototypen f{\"u}r 3T war es m{\"o}glich, erstmals Echtzeitbildgebung mit leicht reduzierter zeitlicher Aufl{\"o}sung durchzuf{\"u}hren und damit auf das Atemanhalten komplett zu verzichten. Dies erm{\"o}glicht den Zugang neuer Patientengruppen, z. B. mit Arrythmien, zu MR-Untersuchungen. Durch eine weitere Optimierung des Designs wurde das SNR sowie das Beschleunigungsverm{\"o}gen signifikant gesteigert. Bei einem Beschleunigungsfaktor R = 5 in einer Richtung erh{\"a}lt man z. B. gemittelt {\"u}ber das gesamte Herz ein ca. 60 \% gesteigertes SNR zu dem Prototypen. Die Kombination dieser Spule zusammen mit neuentwicklelten Methoden wie z. B. Compressed- Sensing stellt es in Aussicht, die Herzfunktion zuk{\"u}nftig in der klinischen Routine in Echtzeit quantifizieren zu k{\"o}nnen. In Kapitel 5 wurde die Entwicklung einer optimierten Brustspulen f{\"u}r 3T beschrieben. Bei Vorversuchen bei 1,5T wurden Vergleiche zwischen der Standardspule der Firma Siemens Healthcare und einem 16-Kanal-Prototypen durchgef{\"u}hrt. Trotz gr{\"o}ßerem Spulenvolumen zeigt die Neuentwicklung sowohl hinsichtlich SNR als auch paralleler Bildgebungseigenschaften eine signifikante Verbesserung gegen{\"u}ber der Standardspule. Durch die Einhaltung aller Kriterien f{\"u}r Medizinprodukte kann diese Spule auch f{\"u}r den klinischen Einsatz verwendet werden. Mit den verbesserten Eigenschaften ist es beispielsweise m{\"o}glich, bei gleicher Messdauer eine h{\"o}here Aufl{\"o}sung zu erreichen. Aufgrund des intrinsischen SNR-Vorteils der 3 T-Spule gegen{\"u}ber der 1,5 T-Spule ist es dort sogar m{\"o}glich, bei h{\"o}heren Beschleunigungsfaktoren klinisch verwertbare Schnittbilder zu erzeugen. Zusammenfassend wurden f{\"u}r alle drei Applikationen NMR-Empfangsspulen entwickelt, die im Vergleich zu den bisher verf{\"u}gbaren Spulen, hinsichtlich SNR und Beschleunigungsverm{\"o}gen optimiert sind und dem Anwender neue M{\"o}glichkeiten bieten.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schummer2021,
  author    = {Schummer, Bernhard},
  title     = {Stabilisierung von CdS Nanopartikeln mittels Pluronic P123},
  doi       = {10.25972/OPUS-23844},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-238443},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Ziel dieser Arbeit war die Stabilisierung von Cadmiumsulfid CdS mit Pluronic P123, einem Polymer. CdS ist ein Halbleiter, der zum Beispiel in der Photonik und bei optischen Anwendungen eingesetzt wird und ist deshalb {\"a}ußerst interessant, da seine Bandl{\"u}cke als Nanopartikel verschiebbar ist. F{\"u}r die Photovoltaik ist es ein attraktives Material, da es im sichtbaren Licht absorbiert und durch die Bandl{\"u}ckenverschiebung effektiver absorbieren kann. Dies ist unter dem Namen Quantum Size Effekt bekannt. Als Feststoff ist CdS f{\"u}r einen solchen Anwendungsbereich weniger geeignet, zumal der Effekt der Bandl{\"u}ckenverschiebung dort nicht auftritt. Wissenschaftler bem{\"u}hen sich deshalb CdS als Nanopartikeln zu stabilisieren, weil CdS in w{\"a}ssrigen L{\"o}sungen ein stark aggregierendes System, also stark hydrophob ist. Es wurden zwei Kriterien f{\"u}r die erfolgreiche Stabilisierung von CdS festgelegt. Zum einen muss das Cds homogen im Medium verteilt sein und darf nicht agglomerieren. Zum anderen, m{\"u}ssen die CdS Nanopartikel kleiner als 100 A sein. In meiner Arbeit habe ich solche Partikel hergestellt und stabilisiert, d.h. verhindert, dass die Partikel weiterwachsen und gleichzeitig ihre Bandl{\"u}cke verschoben wird. Die Herausforderung liegt nicht in der Herstellung, aber in der L{\"o}sung von CdS im Tr{\"a}gerstoff, da CdS in den meisten Fl{\"u}ssigkeiten nicht l{\"o}slich ist und ausf{\"a}llt. Die Stabilisierung in w{\"a}ssrigen L{\"o}sungen wurde das erste Mal durch Herrn Prof. Dr. Rempel mit Ethylendiamintetraessigs{\"a}ure EDTA erfolgreich durchgef{\"u}hrt. Mit EDTA k{\"o}nnen jedoch nur sehr kleine Konzentrationen stabilisiert werden. Zudem k{\"o}nnen Parameter wie Gr{\"o}ße und Geschwindigkeit der Reaktion beim Stabilisieren der CdS-Nanopartikel nicht angepasst oder beeinflusst werden. Dieses Problem ist dem, vieler medizinischer Wirkstoffe sehr {\"a}hnlich, die in hohen Konzentrationen verabreicht werden sollen, aber nicht oder nur schwer in Wasser l{\"o}slich sind (Bsp. Kurkumin). Ein vielversprechender L{\"o}sungsweg ist dort, die Wirkstoffe in große Tr{\"a}gerpartikel (sog. Mizellen) einzuschleusen, die ihrerseits gut l{\"o}slich sind. In meiner Arbeit habe ich genau diesen Ansatz f{\"u}r CdS verfolgt. Als Tr{\"a}gerpartikel/Mizelle wurde das bekannte Copolymer Pluronic P123 verwendet. Aus dieser Pluronic Produktreihe wird P123 gew{\"a}hlt, da es die gr{\"o}ßte Masse bei gleichzeitig h{\"o}chstem Anteil von Polypropylenoxid PPO im Vergleich zur Gesamtkettenl{\"a}nge hat. P123 ist ein tern{\"a}res Polyether oder Dreiblockkopolymer und wird von BASAF industriell produziert. Es besteht aus drei B{\"o}cken, dem mittlere Block Polypropylenoxid PPO und den beiden {\"a}ußeren Bl{\"o}cken Polyethylenoxid PEO. Der Buchstabe P steht f{\"u}r past{\"o}s, die ersten beiden Ziffern in P123 mit 300 multipliziert ergeben das molare Gewicht und die letzte Ziffer mit 10 multipliziert entspricht dem prozentualen Gewichtsanteil PEO. Die Bildung von Mizellen aus den P123 Molek{\"u}len kann bewusst {\"u}ber geringe Temperatur{\"a}nderungen gesteuert werden. Bei ungef{\"a}hr Raumtemperatur liegen Mizellen vor, die sich bei h{\"o}heren Temperaturen von sph{\"a}rischen in wurmartige Mizellen umwandeln. Oberhalb einer Konzentration von 30 Gewichtsprozent wtp bilden die Mizellen außerdem einen Fl{\"u}ssigkristall. Ich habe in meiner Arbeit zun{\"a}chst P123 mit Hilfe von R{\"o}ntgenstreuung untersucht. Anders als andere Methoden gibt R{\"o}ntgenstreuung direkten Aufschluss {\"u}ber die Morphologie der Stoffe. R{\"o}ntgenstreuung kann die Mischung von P123 mit CdS abbilden und l{\"a}sst darauf schließen, ob das Ziel erreicht werden konnte, stabile CdS Nanopartikel in P123 zu binden. F{\"u}r die Stabilisierung der Nanopartikel ist es zun{\"a}chst notwendig die richtigen Temperaturen f{\"u}r die Ausgangsl{\"o}sungen und gemischten L{\"o}sungen zu finden. Dazu muss P123 viel genauer untersucht werden, als der momentane Kenntnisstand in der Literatur. Zu diesem Zweck als auch f{\"u}r die Analyse des stabilisierten CdS habe ich ein neues Instrument am LRM entwickelt, sowie eine temperierbare Probenumgebung f{\"u}r Fl{\"u}ssigkeiten f{\"u}rs Vakuum, um morphologische Eigenschaften aus Streuamplituden und -winkeln zu entschl{\"u}sseln. Diese R{\"o}ntgenstreuanlage wurde konzipiert und gebaut, um auch im Labor P123 in kleinen Konzentrationen messen zu k{\"o}nnen. R{\"o}ntgenkleinwinkelstreuung eignet sich besonders als Messmethode, da die Probe mit einer hohen statistischen Relevanz in Fl{\"u}ssigkeit und in verschiedenen Konzentrationen analysiert werden kann. F{\"u}r die Konzentrationen 5, 10 und 30 wtp konnte das temperaturabh{\"a}ngige Verhalten von P123 pr{\"a}zise mit R{\"o}ntgenkleinwinkelstreuung SAXS gemessen und dargestellt werden. F{\"u}r 5 wtp konnten die Gr{\"o}ßen der Unimere und Mizellen bestimmt werden. Trotz der nicht vorhandenen Absolutkalibration f{\"u}r diese Konzentration konnten dank des neu eingef{\"u}hrten Parameters kappa eine Dehydrierung der Mizellen mit steigender Temperatur abgesch{\"a}tzt, sowie eine Hysterese zwischen dem Heizen und Abk{\"u}hlen festgestellt werden. F{\"u}r die Konzentration von 10 wtp wurden kleinere Temperaturschritte gew{\"a}hlt und die Messungen zus{\"a}tzlich absolut kalibriert. Es wurden die Gr{\"o}ßen und Streul{\"a}ngendichten SLD der Unimere und Mizellen pr{\"a}zise bestimmt und ein vollst{\"a}ndiges Form-Phasendiagramm erstellt. Auch f{\"u}r diese Konzentration konnte eine Hysterese eindeutig an der Gr{\"o}ße, SLD und am Parameter kappa gezeigt werden, sowie eine Dehydrierung des Mizellenkerns. Dies beweist, dass der Parameter kappa geeignet ist, um bei nicht absolut kalibrierten Messungen, Aussagen {\"u}ber die Hydrierung und Hysterese komplexer Kern-H{\"u}lle Modelle zu machen. F{\"u}r die Konzentration von 30 wtp konnte zwischen 23°C und 35°C eine FCC Struktur nachgewiesen werden. Dabei vergr{\"o}ßert sich die Gitterkonstante der FCC Struktur von 260 A auf 289 A in Abh{\"a}ngigkeit der Temperatur. Durch das Mischen zweier L{\"o}sungen, zum einen CdCl2 und 30 wtp P123 und zum anderen Na2S und 30 wtp P123, konnte CdS erfolgreich stabilisiert werden. Mit einer Kamera wurde die Gelbf{\"a}rbung der L{\"o}sung, und somit die Bildung des CdS, in Abh{\"a}ngigkeit der Zeit untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass das Bilden der CdS Nanopartikel je nach Konzentration und Temperierprogramm zwischen 30 und 300 Sekunden dauert und einer logistischen Wachstumsfunktion folgt. H{\"o}here Konzentrationen CdS bewirken einen schnelleren Anstieg der Wachstumsfunktion. Mittels UV-Vis Spektroskopie konnte gezeigt werden, dass die Bandl{\"u}cke von CdS mit steigender Konzentration konstant bei 2,52 eV bleibt. Eine solche Verschiebung der Bandl{\"u}cke von ungef{\"a}hr 0,05 eV im Vergleich zum Festk{\"o}rper, deutet auf einen CdS Partikeldurchmesser von 80A hin. Mit SAXS konnte gezeigt werden, dass sich die fl{\"u}ssigkristalline Struktur des P123 bei zwei verschiedenen Konzentrationen CdS, von 0,005 und 0,1 M, nicht {\"a}ndert. Das CdS wird zwischen den Mizellen, also durch die Bildung des Fl{\"u}ssigkristalls, und im Kern der Mizelle aufgrund seiner Hydrophobizit{\"a}t stabilisiert. Die Anfangs definierten Kriterien f{\"u}r eine erfolgreiche Stabilisierung wurden erf{\"u}llt. P123 ist ein hervorragend geeignetes Polymer, um hydrophobes CdS, sowohl durch die Bildung eines Fl{\"u}ssigkristalls, als auch im Kern der Mizelle zu stabilisieren.},
  subject      = {R{\"o}ntgen-Kleinwinkelstreuung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Klein2009,
  author    = {Klein, Markus},
  title     = {Starke Korrelationen in Festk{\"o}rpern : von lokalisierten zu itineranten Elektronen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-36459},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {In dieser Arbeit wurden mittels winkelaufgel{\"o}ster Photoemission verschiedene Verbindungen mit stark korrelierten Elektronen untersucht. Es wurde gezeigt, dass diese Technik einen direkten Zugang zu den niederenergetischen Wechselwirkungen bietet und dadurch wichtige Informationen {\"u}ber die Vielteilchenphysik dieser Systeme liefert. Die direkte Beobachtung der scharfen Quasiteilchenstrukturen in der N{\"a}he der Fermikante erm{\"o}glichte insbesondere die genaue Betrachtung der folgenden Punkte: 1. Quantenphasen{\"u}bergang: analog zu [27] wurde gezeigt, dass die hochaufgel{\"o}ste PES Zugriff auf die lokale Energieskala TK bietet. Außerdem konnte im Rahmen eines st{\"o}rungstheoretischen Modells allgemein gezeigt werden, wie sich kleine RKKY-St{\"o}rungen auf TK auswirken. Aus der experimentellen Entwicklung von TK(x) in CeCu6-xAux lassen sich mit Hilfe dieses Modells R{\"u}ckschl{\"u}sse auf den Quantenphasen{\"u}bergang bei T = 0 ziehen. 2. Kondogitter: mit Hilfe einer geordneten CePt5/Pt(111)-Oberfl{\"a}chenlegierung wurde demonstriert, dass mit ARPES Kondogittereffekte beobachtet werden k{\"o}nnen. Dazu z{\"a}hlen die Beobachtung von Hybridisierungsbandl{\"u}cken und der starken Renormierung der Bandmassen in der N{\"a}he von EF. Diese Effekte lassen sich, mit Hilfe unterschiedlicher Anregungsenergien und Messungen an einer isostrukturellen LaPt5-Schicht, eindeutig dem Resultat einer d f -Mischung der elektronischen Zust{\"a}nde zuweisen. Anhand von temperaturabh{\"a}ngigenMessungen konnte erstmals der {\"U}bergang von lokalisierten zu koh{\"a}renten Quasiteilchen in einem Kondosystem mittels ARPES beobachtet werden. 3. Phasen{\"u}berg{\"a}nge: bei FeSi und URu2Si2 wurde jeweils gezeigt, dass die ARPES sensitiv f{\"u}r kleinste {\"A}nderungen der elektronischen Struktur in unmittelbarer Umgebung der Fermienergie ist. Es konnten charakteristische Energien und Temperaturen, sowie am Phasen{\"u}bergang beteiligte B{\"a}nder und deren effektive Massen m* quantifiziert werden. Insbesondere wurde gezeigt, dass Heavy-Fermion-B{\"a}nder mit m* = 40 me eine wichtige Rolle beim Hidden-order-Phasen{\"u}bergang in URu2Si2 spielen. 4. Oberfl{\"a}cheneffekte: f{\"u}r alle Proben, außer CeCu6-xAux, musste festgestellt werden, dass Oberfl{\"a}chenzust{\"a}nde betr{\"a}chtliche Anteile am Spektrum besitzen k{\"o}nnen. Daher ist bei jedem Material gr{\"o}ßte Vorsicht bei der Pr{\"a}paration der Oberfl{\"a}che und der Interpretation der Spektren angebracht. Als eine geeignete Methode um Oberfl{\"a}chen und Volumenanteile auseinander zu halten, stellten sich anregungsenergieabh{\"a}ngige Messungen heraus. 5. theoretische Modelle: trotz der Bezeichnung "stark korrelierte Systeme", unterscheiden sich die untersuchten Verbindungen bez{\"u}glich ihrer theoretischen Beschreibung: die Physik der Cersysteme (CeCu6, CePt5/Pt(111)) ist bei T > TK durch lokale St{\"o}rstellen bestimmt und lassen sich somit im Rahmen des SIAM beschreiben. Bei tieferen Temperaturen T < TK treten jedoch Anzeichen von beginnender Koh{\"a}renz auf und geben somit den {\"U}bergang zum PAM wieder. Schwere, dispergierenden B{\"a}nder in URu2Si2 und FeSi zeigen, dass beide Systeme nur mit Hilfe eines geordneten Gitters beschreibbar sind. Insbesondere stellt sich f{\"u}r FeSi heraus, dass eine Erkl{\"a}rung im Kondoisolator-Bild falsch ist und ein Hubbard-Modell-Ansatz angebrachter scheint.},
  subject      = {Kondo-Effekt},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Betzold2022,
  author    = {Betzold, Simon},
  title     = {Starke Licht-Materie-Wechselwirkung und Polaritonkondensation in hemisph{\"a}rischen Mikrokavit{\"a}ten mit eingebetteten organischen Halbleitern},
  doi       = {10.25972/OPUS-26665},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-266654},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Kavit{\"a}ts-Exziton-Polaritonen (Polaritonen) sind hybride Quasiteilchen, die sich aufgrund starker Kopplung von Halbleiter-Exzitonen mit Kavit{\"a}tsphotonen ausbilden. Diese Quasiteilchen weisen eine Reihe interessanter Eigenschaften auf, was sie einerseits f{\"u}r die Grundlagenforschung, andererseits auch f{\"u}r die Entwicklung neuartiger Bauteile sehr vielversprechend macht. Bei Erreichen einer ausreichend großen Teilchendichte geht das System in den Exziton-Polariton-Kondensationszustand {\"u}ber, was zur Emission von laserartigem Licht f{\"u}hrt. Organische Halbleiter als aktives Emittermaterial zeigen in diesem Kontext großes Potential, da deren Exzitonen neben großen Oszillatorst{\"a}rken auch hohe Bindungsenergien aufweisen. Deshalb ist es m{\"o}glich, unter Verwendung organischer Halbleiter selbst bei Umgebungsbedingungen {\"a}ußerst stabile Polaritonen zu erzeugen. Eine wichtige Voraussetzung zur Umsetzung von integrierten opto-elektronischen Bauteilen basierend auf Polaritonen ist der kontrollierte r{\"a}umliche Einschluss sowie die Realisierung von frei konfigurierbaren Potentiallandschaften. Diese Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der Entwicklung und der Untersuchung geeigneter Plattformen zur Erzeugung von Exziton-Polaritonen und Polaritonkondensaten in hemisph{\"a}rischen Mikrokavit{\"a}ten, in die organische Halbleiter eingebettet sind.},
  subject      = {Exziton-Polariton},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Leubner2017,
  author    = {Leubner, Philipp},
  title     = {Strain-engineering of the Topological Insulator HgTe},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-152446},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {The subject of this thesis is the control of strain in HgTe thin-film crystals. Such systems are members of the new class of topological insulator materials and therefore of special research interest. A major task was the experimental control of the strain in the HgTe films. This was achieved by a new epitaxial approach and confirmed by cristallographic analysis and magneto-transport measurements. In this work, strain was induced in thin films by means of coherent epitaxy on substrate crystals. This means that the film adopts the lattice constant of the substrate in the plane of the substrate-epilayer interface. The level of strain is determined by the difference between the strain-free lattice constants of the substrate and epilayer material (the so-called lattice mismatch). The film responds to an in-plane strain with a change of its lattice constant perpendicular to the interface. This relationship is crucial for both the correct interpretation of high resolution X-ray diffraction (HRXRD) measurements, and the precise determination of the band dispersion. The lattice constant of HgTe is smaller than the lattice constant of CdTe. Therefore, strain in HgTe is tensile if it is grown on a CdTe substrate. In principle, compressive strain can be achieved by using an appropriate \(\text{Cd}_{1-x}\text{Zn}_{x}\text{Te}\) substrate. This concept was modified and applied in this work. Epilayers have been fabricated by molecular-beam epitaxy (MBE). The growth of thick buffer layers of CdTe on GaAs:Si was established as an alternative to commercial CdTe and \(text{Cd}_{0.96}\text{Zn}_{0.04}\text{Te}\) substrates. The growth conditions have been optimized by an analysis of atomic force microscopy and HRXRD studies. HRXRD measurements reveal a power-law increase of the crystal quality with increasing thickness. Residual strain was found in the buffer layers, and was attributed to a combination of finite layer thickness and mismatch of the thermal expansion coefficients of CdTe and GaAs. In order to control the strain in HgTe epilayers, we have developed a new type of substrate with freely adjustable lattice constant. CdTe-\(\text{Cd}_{0.5}\text{Zn}_{0.5}\text{Te}\) strained-layer-superlattices have been grown by a combination of MBE and atomic-layer epitaxy (ALE), and have been analyzed by HRXRD. ALE of the \(\text{Cd}_{0.5}\text{Zn}_{0.5}\text{Te}\) layer is self-limiting to one monolayer, and the effective lattice constant can be controlled reproducibly and straightforward by adjusting the CdTe layer thickness. The crystal quality has been found to degrade with increasing Zn-fraction. However, the effect is less drastic compared to single layer \(\text{Cd}_{1-x}\text{Zn}_{x}\text{Te}\) solid solutions. HgTe quantum wells (QWs) sandwiched in between CdHgTe barriers have been fabricated in a similar fashion on superlattices and conventional CdTe and \(\text{Cd}_{0.96}\text{Zn}_{0.04}\text{Te}\) substrates. The lower critical thickness of the CdHgTe barrier material grown on superlattice substrates had to be considered regarding the sample design. The electronic properties of the QWs depend on the strain and thickness of the QW. We have determined the QW thickness with an accuracy of \(\pm\)0.5 nm by an analysis of the beating patterns in the thickness fringes of HRXRD measurements and X-ray reflectometry measurements. We have, for the first time, induced compressive strain in HgTe QWs by an epitaxial technique (i.e. the effective lattice constant of the superlattice is lower compared to the lattice constant of HgTe). The problem of the lattice mismatch between superlattice and barriers has been circumvented by using CdHgTe-ZnHgTe superlattices instead of CdHgTe as a barrier material. Furthermore, the growth of compressively strained HgTe bulk layers (with a thickness of at least 50 nm) was demonstrated as well. The control of the state of strain adds a new degree of freedom to the design of HgTe epilayers, which has a major influence on the band structure of QWs and bulk layers. Strain in bulk layers lifts the degeneracy of the \(\Gamma_8\) bands at \(\mathbf{k}=0\). Tensile strain opens an energy gap, compressive strain shifts the touching points of the valence- and conduction band to positions in the Brillouin zone with finite \(\mathbf{k}\). Such a situation has been realized for the first time in the course of this work. For QWs in the inverted regime, it is demonstrated that compressive strain can be used to significantly enhance the thermal energy gap of the two-dimensional electron gas (2DEG). In addition, semi-metallic and semiconducting behavior is expected in wide QWs, depending on the state of strain. An examination of the temperature dependence of the subband ordering in QWs revealed that the band gap is only temperature-stable for appropriate sample parameters and temperature regimes. The band inversion is always lifted for sufficiently high temperatures. A large number of models investigate the influence of the band gap on the stability of the quantum-spin-Hall (QSH) effect. An enhancement of the stability of QSH edge state conductance is expected for enlarged band gaps. Furthermore, experimental studies on the temperature dependence of the QSH conductance are in contradiction to theoretical predictions. Systematic studies of these aspects have become feasible based on the new flexibility of the sample design. Detailed low-temperature magnetotransport studies have been carried out on QWs and bulk layers. For this purpose, devices have been fabricated lithographically, which consist of two Hall-bar geometries with different dimensions. This allows to discriminate between conductance at the plane of the 2DEG and the edge of the sample. The Fermi energy in the 2DEG has been adjusted by means of a top gate electrode. The strain-induced transition from semi-metallic to semiconducting characteristics in wide QWs was shown. The magnitude of the semi-metallic overlap of valence- and conduction band was determined by an analysis of the two-carrier conductance and is in agreement with band structure calculations. The band gap of the semiconducting sample was determined by measurements of the temperature dependence of the conductance at the charge-neutrality point. Agreement with the value expected from theory has been achieved for the first time in this work. The influence of the band gap on the stability of QSH edge state conductance has been investigated on a set of six samples. The band gap of the set spans a range of 10 to 55 meV. The latter value has been achieved in a highly compressively strained QW, has been confirmed by temperature-dependent conductance measurements, and is the highest ever reported in the inverted regime. Studies of the carrier mobility reveal a degradation of the sample quality with increasing Zn-fraction in the superlattice, in agreement with HRXRD observations. The enhanced band gap does not suppress scattering mechanisms in QSH edge channels, but lowers the conductance in the plane of the 2DEG. Hence, edge state conductance is the dominant conducting process even at elevated temperatures. An increase in conductance with increasing temperature has been found, in agreement with reports from other groups. The increase follows a power-law dependency, the underlying physical mechanism remains open. A cause for the lack of an increase of the QSH edge state conductance with increasing energy gap has been discussed. Possibly, the sample remains insulating even at finite carrier densities, due to localization effects. The measurement does not probe the QSH edge state conductance at the situation where the Fermi energy is located in the center of the energy gap, but in the regime of maximized puddle-driven scattering. In a first set of measurements, it has been shown that the QSH edge state conductance can be influenced by hysteretic charging effects of trapped states in the insulating dielectric. A maximized conductance of \(1.6\ \text{e}^2/\text{h}\) was obtained in a \(58\ \mu\text{m}\) edge channel. Finally, measurements on three dimensional samples have been discussed. Recent theoretical works assign compressively strained HgTe bulk layers to the Weyl semi-metal class of materials. Such layers have been synthesized and studied in magnetotransport experiments for the first time. Pronounced quantum-Hall- and Shubnikov-de-Haas features in the Hall- and longitudinal resistance indicate two-dimensional conductance on the sample surface. However, this conductance cannot be assigned definitely to Weyl surface states, due to the inversion of \(\Gamma_6\) and \(\Gamma_8\) bands. If a magnetic field is aligned parallel to the current in the device, a decrease in the longitudinal resistance is observed with increasing magnetic field. This is a signature of the chiral anomaly, which is expected in Weyl semi-metals.},
  subject      = {Quecksilbertellurid},
  language  = {en}
}
@phdthesis{PonceGarcia2018,
  author    = {Ponce Garcia, Irene Paola},
  title     = {Strategies for optimizing dynamic MRI},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-162622},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {In Magnetic Resonance Imaging (MRI), acquisition of dynamic data may be highly complex due to rapid changes occurred in the object to be imaged. For clinical diagnostic, dynamic MR images require both high spatial and temporal resolution. The speed in the acquisition is a crucial factor to capture optimally dynamics of the objects to obtain accurate diagnosis. In the 90's, partially parallel MRI (pMRI) has been introduced to shorten scan times reducing the amount of acquired data. These approaches use multi-receiver coil arrays to acquire independently and simultaneously the data. Reduction in the amount of acquired data results in images with aliasing artifacts. Dedicated methods as such Sensitivity Encoding (SENSE) and Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisition (GRAPPA) were the basis of a series of algorithms in pMRI. Nevertheless, pMRI methods require extra spatial or temporal information in order to optimally reconstruct the data. This information is typically obtained by an extra scan or embedded in the accelerated acquisition applying a variable density acquisition scheme. In this work, we were able to reduce or totally eliminate the acquisition of the training data for kt-SENSE and kt-PCA algorithms obtaining accurate reconstructions with high temporal fidelity. For dynamic data acquired in an interleaved fashion, the temporal average of accelerated data can generate an artifact-free image used to estimate the coil sensitivity maps avoiding the need of extra acquisitions. However, this temporal average contains errors from aliased components, which may lead to signal nulls along the spectra of reconstructions when methods like kt-SENSE are applied. The use of a GRAPPA filter applied to the temporal average reduces these errors and subsequently may reduce the null components in the reconstructed data. In this thesis the effect of using temporal averages from radial data was investigated. Non-periodic artifacts performed by undersampling radial data allow a more accurate estimation of the true temporal average and thereby avoiding undesirable temporal filtering in the reconstructed images. kt-SENSE exploits not only spatial coil sensitivity variations but also makes use of spatio-temporal correlations in order to separate the aliased signals. Spatio-temporal correlations in kt-SENSE are learnt using a training data set, which consists of several central k-space lines acquired in a separate scan. The scan of these extra lines results in longer acquisition times even for low resolution images. It was demonstrate that limited spatial resolution of training data set may lead to temporal filtering effects (or temporal blurring) in the reconstructed data. In this thesis, the auto-calibration for kt-SENSE was proposed and its feasibility was tested in order to completely eliminate the acquisition of training data. The application of a prior TSENSE reconstruction produces the training data set for the kt-SENSE algorithm. These training data have full spatial resolution. Furthermore, it was demonstrated that the proposed auto-calibrating method reduces significantly temporal filtering in the reconstructed images compared to conventional kt-SENSE reconstructions employing low resolution training images. However, the performance of auto-calibrating kt-SENSE is affected by the Signal-to-Noise Ratio (SNR) of the first pass reconstructions that propagates to the final reconstructions. Another dedicated method used in dynamic MRI applications is kt-PCA, that was first proposed for the reconstruction of MR cardiac data. In this thesis, kt-PCA was employed for the generation of spatially resolved M0, T1 and T2 maps from a single accelerated IRTrueFISP or IR-Snapshot FLASH measurement. In contrast to cardiac dynamic data, MR relaxometry experiments exhibit signal at all temporal frequencies, which makes their reconstruction more challenging. However, since relaxometry measurements can be represented by only few parameters, the use of few principal components (PC) in the kt-PCA algorithm can significantly simplify the reconstruction. Furthermore, it was found that due to high redundancy in relaxometry data, PCA can efficiently extract the required information from just a single line of training data. It has been demonstrated in this thesis that auto-calibrating kt-SENSE is able to obtain high temporal fidelity dynamic cardiac reconstructions from moderate accelerated data avoiding the extra acquisition of training data. Additionally, kt-PCA has been proved to be a suitable method for the reconstruction of highly accelerated MR relaxometry data. Furthermore, a single central training line is necessary to obtain accurate reconstructions. Both reconstruction methods are promising for the optimization of training data acquisition and seem to be feasible for several clinical applications.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Bollmann2013,
  author    = {Bollmann, Stefan},
  title     = {Structural Dynamics of Oligopeptides determined by Fluorescence Quenching of Organic Dyes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-92191},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {For determination of structures and structural dynamics of proteins organic fluorophores are a standard instrument. Intra- and intermolecular contact of biomolecular structures are determined in time-resolved and stationary fluorescence microscopy experiments by quenching of organic fluorophores due to Photoinduced Electron Transfer (PET) and dimerization interactions. Using PET we show in this work that end-to-end contact dynamics of serine-glycine peptides are slowed down by glycosylation. This slow down is due to a change in reaction enthalpy for end-to-end contact and is partly compensated by entropic effects. In a second step we test how dimerization of MR121 fluorophore pairs reports on end-to-end contact dynamics. We show that in aqueous solutions containing strong denaturants MR121 dimerization reports advantageously on contact dynamics for glycine-serine oligopeptides compared to the previously used MR121/tryptophane PET reporters. Then we analyze dimer interactions and quenching properties of different commercially available fluorophores being standards in F{\"o}rster Resonance Energy Transfer (FRET) measurements. Distances in biomolecules are determinable using FRET, but for very flexible biomolecules the analysis of masurement data can be distorted if contact of the two FRET fluorophores is likely. We quantify how strong the quenching of fluorophore pairs with two different or two identical fluorophores is. Dimer spectra and association constants are quantified to estimate if fluophores are applicable in various applications, e.g. in FRET measurements with unstructured peptides and proteins.},
  subject      = {Fluorophore},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Fiedler2018,
  author    = {Fiedler, Sebastian},
  title     = {Strukturelle und elektronische Zusammenh{\"a}nge von inversionsasymmetrischen Halbleitern mit starker Spin-Bahn-Kopplung; BiTeX (X =I, Br, Cl)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-155624},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung und Manipulation von Halbleitern, bei denen die Spin-Bahn-Kopplung (SBK) in Kombination mit einem Bruch der strukturellen Inversionssymmetrie zu einer impulsabh{\"a}ngigen Spinaufspaltung der Bandstruktur f{\"u}hrt. Von besonderem Interesse ist hierbei der Zusammenhang zwischen der spinabh{\"a}ngigen elektronischen Struktur und der strukturellen Geometrie. Dieser wird durch eine Kombination komplement{\"a}rer, oberfl{\"a}chensensitiver Messmethoden - insbesondere Rastertunnelmikroskopie (STM) und Photoelektronenspektroskopie (PES) - an geeigneten Modellsystemen untersucht. Der experimentelle Fokus liegt dabei auf den polaren Halbleitern BiTeX (X =I, Br, Cl). Zus{\"a}tzliche Experimente werden an d{\"u}nnen Schichten der topologischen Isolatoren (TI) Bi1,1-xSb0;9+xSe3 (x = 0. . . 1,1) und Bi2Te2Se durchgef{\"u}hrt. Die inversionsasymmetrische Kristallstruktur in BiTeX f{\"u}hrt zur Existenz zweier nicht-{\"a}quivalenter Oberfl{\"a}chen mit unterschiedlicher Terminierung (Te oder X) und invertierter atomarer Stapelfolge. STM-Aufnahmen der Oberfl{\"a}chen gespaltener Einkristalle belegen f{\"u}r BiTeI(0001) eine Koexistenz beider Terminierungen auf einer L{\"a}ngenskala von etwa 100 nm, die sich auf Stapelfehler im Kristallvolumen zur{\"u}ckf{\"u}hren lassen. Diese Dom{\"a}nen sind groß genug, um eine vollst{\"a}ndig entwickelte Banddispersion auszubilden und erzeugen daher eine Kombination der Bandstrukturen beider Terminierungen bei r{\"a}umlich integrierenden Messmethoden. BiTeBr(0001) und BiTeCl(0001) hingegen zeichnen sich durch homogene Terminierungen auf einer makroskopischen L{\"a}ngenskala aus. Atomar aufgel{\"o}ste STM-Messungen zeigen f{\"u}r die drei Systeme unterschiedliche Defektdichten der einzelnen Lagen sowie verschiedene strukturelle Beeinflussungen durch die Halogene. PES-Messungen belegen einen starken Einfluss der Terminierung auf verschiedene Eigenschaften der Oberfl{\"a}chen, insbesondere auf die elektronische Bandstruktur, die Austrittsarbeit sowie auf die Wechselwirkung mit Adsorbaten. Die unterschiedliche Elektronegativit{\"a}t der Halogene resultiert in verschieden starken Ladungs{\"u}berg{\"a}ngen innerhalb der kovalent-ionisch gebundenen BiTe+ X- Einheitszelle. Eine erweiterte Analyse der Oberfl{\"a}cheneigenschaften ist durch die Bedampfung mit Cs m{\"o}glich, wobei eine {\"A}nderung der elektronischen Struktur durch die Wechselwirkung mit dem Alkalimetall studiert wird. Modifiziert man die Kristallstruktur sowie die chemische Zusammensetzung von BiTeI(0001) nahe der Oberfl{\"a}che durch Heizen im Vakuum, bewirkt dies eine Ver{\"a}nderung der Bandstruktur in zwei Schritten. So f{\"u}hrt zun{\"a}chst der Verlust von Iod zum Verlust der Rashba-Aufspaltung, was vermutlich durch eine Aufhebung der Inversionsasymmetrie in der Einheitszelle verursacht wird. Anschließend bildet sich eine neue Kristallstruktur, die topologisch nichttriviale Oberfl{\"a}chenzust{\"a}nde hervorbringt. Der Umordnungsprozess betrifft allerdings nur die Kristalloberfl{\"a}che - im Volumen bleibt die inversionsasymmetrische Einheitszelle erhalten. Einem derartigen Hybridsystem werden bislang unbekannte elektronische Eigenschaften vorausgesagt. Eine systematische Untersuchung von D{\"u}nnschicht-TIs, die mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) erzeugt wurden, zeigt eine Ver{\"a}nderung der Morphologie und elektronischen Struktur in Abh{\"a}ngigkeit von St{\"o}chiometrie und Substrat. Der Vergleich zwischen MBE und gewachsenen Einkristallen offenbart deutliche Unterschiede. Bei einem der D{\"u}nnschichtsysteme tritt sogar eine lokal inhomogene Zustandsdichte im Bindungsenergiebereich des topologischen Oberfl{\"a}chenzustands auf.},
  subject      = {Rashba-Effekt},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Stadler2009,
  author    = {Stadler, Christoph},
  title     = {Strukturuntersuchungen organischer Monolagen auf Ag(111)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-35930},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {In dieser Arbeit wurden zwei komplement{\"a}re Beugungsverfahren verwendet, um die geometrische Struktur von organischen Adsorbaten (NTCDA und verschiedenen Metall-Pcs) auf Ag(111) zu untersuchen: um die lateralen Strukturparameter zu messen wurde hochaufl{\"o}sende Beugung niederenergetischer Elektronen (SPALEED) verwendet. Die vertikalen Abst{\"a}nde der einzelnen atomaren Spezies von der Silberoberfl{\"a}che wurden mit der Methode der Absorption in stehenden R{\"o}ntgenwellenfeldern (XSW) bestimmt. Aus den Arbeiten von Kilian et al. [43, 42] ist bekannt, daß die relaxierte und komprimierte Monolage NTCDA/Ag(111) einen Ordnungs-Unordnungs-Phasen{\"u}bergang beim Abk{\"u}hlen besitzt. Dazu sollten zu Beginn dieser Arbeit stabile Parameter mithilfe von K{\"u}hlversuchen unter Beobachtung im LEED gefunden werden, um diesen Phasen{\"u}bergang zu reproduzieren. Dies ist nicht gelungen. Es wurden aber die vertikalen Abst{\"a}nde der Kohlenstoff- und Sauerstoffatome der relaxierten Monolage zum Substrat mithilfe von XSW bestimmt. Diese best{\"a}tigen die Messungen von Stanzel et al. [88, 87], die aufgrund des geringen Abstandes auf Chemisorption schließen lassen. Dar{\"u}berhinaus wurde die Methode von Stanzel et al. verfeinert, das Photoelektronensignal (O1s) und das Auger-Signal (OKLL) koh{\"a}rent zu interpretieren. Dabei wurden sowohl die nichtdipolaren Parameter der Photoemission (O1s) als auch der Anteil der durch Sekund{\"a}relektronen induzierten Augerzerf{\"a}lle (OKLL) ber{\"u}cksichtigt und iterativ angepasst. Im Fall von NTCDA ist es m{\"o}glich, anhand der Peakstruktur der O1s-Photoelektronen die Anhydridsauerstoffe von den Carbonylsauerstoffen zu trennen. Diese wurden bei XSW als getrennte Detektionskan{\"a}le verwendet und zeigen f{\"u}r die relaxierte Monolagenstruktur von NTCDA/Ag(111) - {\"a}hnlich wie schon von Hauschild et al. f{\"u}r PTCDA/Ag(111) [29, 30] gemessen - daß die Carbonylsauerstoffe in den Ecken des NTCDA-Molek{\"u}ls um ca. 0:10 n{\"a}her am Substrat liegen als die Anhydridsauerstoffe in der Br{\"u}ckenposition. Solch detaillierten Messungen sind notwendig, um f{\"u}r die Vielzahl von verschiedenen theoretischen ab-initio Methoden und N{\"a}herungsrechnungen ein Maß f{\"u}r deren Genauigkeit bereitzustellen. Bei den relativ großen Einheitszellenund der deshalb hohen Anzahl von Elektronen im organischen Molek{\"u}l und den darunterliegenden Silberatomen haben diese Methoden noch Schwierigkeiten in endlicher Zeit akkurate Ergebnisse zu liefern. Der Hauptteil der Arbeit besch{\"a}ftigte sich mit der geometrischen Struktur von Metall-Phthalocyaninen auf Ag(111). Das Phasendiagramm der Submonolagenstrukturen von SnPc/Ag(111) besteht im wesentlichen aus drei Bereichen in Abh{\"a}ngigkeit der Bedeckung und der Temepratur: Bei Raumtemperatur liegt bei niedrigen Bedeckungen unterhalb von ca. 0.9ML eine gasf{\"o}rmige Phase vor. Zwischen 0.9ML und 1 ML treten inkommensurable Strukturen auf, deren geometrische Parameter mit der Bedeckung variieren. Bei beiden Phasen nimmt der intermolekulare Abstand kontinuierlich mit der Bedeckung ab. Zumindest bei den inkommensurablen Phasen ist das ein klarer Beweis f{\"u}r eine Repulsion zwischen den Molek{\"u}len. Bei tiefen Temperaturen (<45°C) gibt es in einem mittleren Bedeckungsbereich (0.5ML - 0.92ML) eine kommensurable {\"U}berstruktur mit zwei Molek{\"u}len pro Einheitszelle. Es ist sogar m{\"o}glich, von der inkommensurablen Phase (0.9ML...0.92ML) durch Temperaturabsenkung zu dieser etwas dichter gepackten kommensurablen Phase zu gelangen - die Repulsion l{\"a}sst sich also nur mit Hilfe einer Temperatur{\"a}nderung in eine Attraktion zwischen den Molek{\"u}len umschalten. Aufgrund der Abst{\"a}nde der verschiedenen Spezies zum Silbersubstrat konnte die Orientierung der Molek{\"u}le zum Substrat in den verschiedenen Phasen gemessen werden. Sie deuten auf eine chemisorptive Anbindung der Molek{\"u}le. Interessanterweise liegen die Molek{\"u}le in der Monolage alle mit dem Sn-Atom zum Substrat, w{\"a}hrend das Sn-Atom in der kommensurablen Tieftemperaturphase alternierend zum Substrat hinund wegzeigt. Diese Messungen erlauben eine Begr{\"u}ndung der Attraktion und Repulsion zwischen den Molek{\"u}len auf Basis eines Donations-R{\"u}ckdonationsmodells der Bindung der Molek{\"u}le an das Substrat. Sie werden mit den Ergebnissen von CuPc/Ag(111) von Ingo Kr{\"o}ger verglichen [46]. Schließlich werden noch erste Messungen an TiOPc vorgestellt. Die Datenlage bei TiOPc ist noch weniger dicht, es zeigt aber ein {\"a}hnliches Verhalten. Der augenf{\"a}lligste Unterschied zu SnPc ist wohl die stabile Bi-Lage im Fall des TiOPc/Ag(111), die sich nicht durch Tempern vollst{\"a}ndig abl{\"o}sen l{\"a}sst - im Gegensatz zu SnPc/Ag(111). Diese ersten geometrischen Messungen stimulierten neben weiteren SPALEED und XSW Messungen [46, 85] eine Reihe weiterer Untersuchungen in der Gruppe wie UPS, Austrittsarbeits{\"a}nderungen und detaillierte XPS-Messungen an den Rumpfelektronen, die das Donations-R{\"u}ckdonationsmodell und die Orientierung der Molek{\"u}le best{\"a}tigen [108, 71].},
  subject      = {LEED},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Swirski2021,
  author    = {Swirski, Thorben},
  title     = {Studies on the Effect of Gas Contaminations in Micromegas Detectors and Production of Micromegas Detectors for the New Small Wheel of the ATLAS Detector},
  doi       = {10.25972/OPUS-24640},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-246405},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {This work consists of two parts. On the one hand, it describes simulation and measurement of the effect of contaminations of the detector gas on the performance of particle detectors, with special focus on Micromegas detectors. On the other hand, it includes the setup of a production site for the finalization of drift panels which are going to be used in the ATLAS NSW. The first part augments these two parts to give an introduction into the theoretical foundations of gaseous particle detectors.},
  subject      = {Gasionisationsdetektor},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Lutz2018,
  author    = {Lutz, Peter},
  title     = {Surface and Interface Electronic Structure in Ferroelectric BaTiO\(_3\)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-159057},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Transition metal oxides (TMO) represent a highly interesting material class as they exhibit a variety of different emergent phenomena including multiferroicity and superconductivity. These effects result from a significant interplay of charge, spin and orbital degrees of freedom within the correlated d-electrons. Oxygen vacancies (OV) at the surface of certain d0 TMO release free charge carriers and prompt the formation of a two-dimensional electron gas (2DEG). Barium titanate (BaTiO3) is a prototypical and promising d0 TMO. It displays ferroelectricity at room temperature and features several structural phase transitions, from cubic over tetragonal (at room temperature) and orthorhombic to rhombohedral. The spontaneous electric polarization in BaTiO3 can be used to manipulate the physical properties of adjacent materials, e.g. in thin films. Although the macroscopic properties of BaTiO3 are studied in great detail, the microscopic electronic structure at the surface and interface of BaTiO3 is not sufficiently understood yet due to the complex interplay of correlation within the d states, oxygen vacancies at the surface, ferroelectricity in the bulk and the structural phase transitions in BaTiO3. This thesis investigates the electronic structure of different BaTiO3 systems by means of angle-resolved photoelectron spectroscopy (ARPES). The valence band of BaTiO3 single crystals is systematically characterized and compared to theoretical band structure calculations. A finite p-d hybridization of titanium and oxygen states was inferred at the high binding energy side of the valence band. In BaTiO3 thin films, the occurrence of spectral weight near the Fermi level could be linked to a certain amount of OV at the surface which effectively dopes the host system. By a systematic study of the metallic surface states as a function of temperature and partial oxygen pressure, a model was established which reflects the depletion and accumulation of charge carriers at the surface of BaTiO3. An instability at T ~ 285K assumes a volatile behavior of these surface states. The ferroelectricity in BaTiO3 allows a control of the electronic structure at the interface of BaTiO3-based heterostructures. Therefore, the interface electronic structure of Bi/BaTiO3 was studied with respect to the strongly spin-orit coupled states in Bi by also including a thickness dependent characterization. The ARPES results, indeed, confirm the presence of Rashba spin-split electronic states in the bulk band gap of the ferroelectric substrate. By varying the film thickness in Bi/BaTiO3, it was able to modify the energy position and the Fermi vector of the spin-split states. This observation is associated with the appearance of an interface state which was observed for very low film thickness. Both spectral findings suggest a significant coupling between the Bi films and BaTiO3.},
  subject      = {Bariumtitanat},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schmid2010,
  author    = {Schmid, Benjamin},
  title     = {Surface preparation and Mn states of (Ga,Mn)As investigated by means of soft- and hard x-ray photoemission spectroscopy},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-50057},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {The present thesis deals with surface treatment, material improvement, and the electronic structure of the diluted magnetic semiconductor (Ga,Mn)As. The two key issues are the preparation of clean surfaces and the observation of potential valence hybridizations in (Ga,Mn)As by means of photoemission spectroscopy. Several cleaning methods are applied individually to (Ga,Mn)As and their e ects are compared in detail by various methods. Based on the results of each method, a sophisticated recipe has been elaborated, which provides clean, stoichiometric, and reconstructed surfaces, even if the sample was exposed to air prior to preparation. Moreover, the recipe works equally well for intentionally oxidized surfaces. The individual advantages of ex-situ wet- chemical etching and in situ ion-milling and tempering can be combined in an unique way. In regard to the post-growth annealing in order to optimize the electronic and magnetic properties of (Ga,Mn)As, the effect of surface segregation of interstitial Mn was quantifed. It turns out that the Mn concentration at the surface increases by a factor 4.3 after annealing at 190 C for 150 h. The removal of the segregated and oxidized species by wet-chemical etching allows a tentative estimate of the content of interstitial Mn. 19-23\% of the overall Mn content in as-grown samples resides on interstitial positions. The complementary results of core level photoemission spectroscopy and resonant photoemission spectroscopy give hints to the fact that a sizeable valence hybridization of Mn is present in (Ga,Mn)As. This outlines that the simple Mn 3d5-con guration is too naive to refect the true electronic structure of substitutional Mn in (Ga,Mn)As. Great similarities in the core level spectra are found to MnAs. The bonding is thus dominantly of covalent, not ionic, character. Transport measurements, in particular for very low temperatures (<10 K), are in agreement with previous results. This shows that at low temperature, the conduction is mainly governed by variable-range hopping which is in line with the presence of an impurity band formed by substitutional Mn. In the light of the presented results, it is therefore concluded that a double-exchange interaction is the dominant mechanism leading to ferromagnetic coupling in (Ga,Mn)As. The valence hybridization and the presents of an impurity band, both of which are inherent properties of substitutional Mn, are indications for a double-exchange scenario, being at variance to a RKKY-based explanation. Contributions from a RKKY-like mechanism cannot definitely be excluded, however, they are not dominant.},
  subject      = {Photoelektronenspektroskopie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Halbig2019,
  author    = {Halbig, Benedikt},
  title     = {Surface Raman Spectroscopy on Ordered Metal Adsorbates on Semiconductor Substrates and Thin Intermetallic Films},
  doi       = {10.25972/OPUS-18138},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-181385},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Surface systems attract great scientific attention due to novel and exotic properties. The atomically structured surfaces lead to a reduced dimensionality which alters electronic correlations, vibrational properties, and their impact on each other. The emerging physical phenomena are not observed for related bulk materials. In this thesis, ordered (sub)monolayers of metal atoms (Au and Sn) on semiconductor substrates (Si(111) and Ge(111)) and ultrathin intermetallic films (CePt5 and LaPt5) on metal substrate (Pt(111)) are investigated by polarized in situ surface Raman spectroscopy. The surface Raman spectra exhibit features of specific elementary excitations like surface phonons and electronic excitations, which are suitable to gain fundamental insights into the surface systems. The Au-induced surface reconstructions (5x2) and (r3xr3) constitute quasi-one- and two-dimensional Au structures on the Si(111) substrate, respectively. The new reconstruction-related Raman peaks are analyzed with respect to their polarization and temperature behavior. The Raman results are combined with firstprinciples calculations to decide between different proposed structural models. The Au-(5x2)/Si(111) reconstruction is best described by the model of Kwon and Kang, while for Au-(r3xr3)/Si(111) the conjugate honeycomb-chained-trimer model is favored. The Sn-induced reconstructions with 1/3 monolayer on Ge(111) and Si(111) are investigated to reveal their extraordinary temperature behavior. Specific surface phonon modes are identified that are predicted within the dynamical fluctuation model. Contrary to Sn/Si(111), the corresponding vibrational mode of Sn/Ge(111) exhibits a nearly harmonic character. The reversible structural phase transition of Sn/Ge(111) from (r3xr3) to (3x3) is observed, while no phase transition is apparent for Sn/Si(111). Moreover, Raman spectra of the closely related systems Sn-(2r3x2r3)/Si(111) and thin films of a-Sn as well as the clean semiconductor surfaces Si(111)-(7x7) and Ge(111)-c(2x8) are evaluated and compared. The CePt5/Pt(111) system hosts 4f electrons whose energy levels are modified by the crystal field and are relevant for a description of the observed Kondo physics. In contrast, isostructural LaPt5/Pt(111) has no 4f electrons. For CePt5/Pt(111), distinct Raman features due to electronic Raman scattering can be unambiguously related to transitions between the crystal-field states which are depth-dependent. This assignment is supported by comparison to LaPt5/Pt(111) and group theoretical considerations. Furthermore, the vibrational properties of CePt5 and LaPt5 reveal interesting similarities but also striking differences like an unusual temperature shift of a vibration mode of CePt5, which is related to the influence of 4f electrons.},
  subject      = {Raman-Spektroskopie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Mahler2022,
  author    = {Mahler, David},
  title     = {Surface states in the topological material HgTe},
  doi       = {10.25972/OPUS-25398},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-253982},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {The motivation for this work has been contributing a step to the advancement of technology. A next leap in technology would be the realization of a scalable quantum computer. One potential route is via topological quantum computing. A profound understanding of topological materials is thus essential. My work contributes by the investigation of the exemplary topological material HgTe. The focus lies on the understanding of the topological surface states (TSS) and new possibilities to manipulate them appropriately. Traditionally top gate electrodes are used to adjust the carrier density in such semi-conductor materials. We found that the electric field of the top gate can further alter the properties of the HgTe layer. The formation of additional massive Volkov-Pankratov states limits the accessibility of the TSS. The understanding of these states and their interplay with the TSS is necessary to appropriately design devices and to ensure their desired properties. Similarly, I observed the existence and stability of TSSs even without a bandgap in the bulk band structure in the inversion induced Dirac semi-metal phase of compressively strained HgTe. The finding of topological surface states in inversion-induced Dirac semi-metals provides a consistent and simple explanation for the observation reported for \(\text{Cd}_3\text{As}_2\). These observations have only been possible due to the high quality of the MBE grown HgTe layers and the access of different phases of HgTe via strain engineering. As a starting point I performed Magneto-transport measurements on 67 nm thick tensilely strained HgTe layers grown on a CdTe substrate. We observed multiple transport channels in this three-dimensional topological insulator and successfully identified them. Not only do the expected topological surface states exist, but also additional massive surface states have been observed. These additional massive surface states are formed due to the electrical field applied at the top gate, which is routinely used to vary the carrier density in the HgTe layer. The additional massive surface states are called Volkov-Pankratov states after B. A. Volkov and O. A. Pankratov. They predicted the existence of similar massive surface states at the interface of materials with mutually inverted bands. We first found indications for such massive Volkov-Pankratov states in high-frequency compressibility measurements for very high electron densities in a fruitful collaboration with LPA in Paris. Magneto-transport measurements and \(k \cdot p\) calculations revealed that such Volkov-Pankratov states are also responsible for the observed whole transport. We also found indications for similar massive VPS in the electron regime, which coexist with the topological surface states. The topological surface states exist over the full investigated gate range including a regime of pure topological insulator transport. To increase the variability of the topological surface states we introduced a modulation doping layer in the buffer layer. This modulation doping layer also enabled us to separate and identify the top and bottom topological surface states. We used the variability of the bulk band structure of HgTe with strain to engineer the band structure of choice using virtual substrates. The virtual substrates enable us to grow compressively strained HgTe layers that do not possess a bandgap, but instead linear crossing points. These layers are predicted to beDirac semi-metals. Indeed I observed also topological surface states and massive Volkov-Pankratov states in the compressively strained Dirac semi-metal phase. The observation of topological surfaces states also in the Dirac semi-metal phase has two consequences: First, it highlights that no bulk bandgap is necessary to observe topological surface states. Second, the observation of TSS also in the Dirac semi-metal phase emphasizes the importance of the underlying band inversion in this phase. I could not find any clear signatures of the predicted disjoint topological surface states, which are typically called Fermi-arcs. The presence of topological surface states and massive Volkov-Pankratov states offer a simple explanation for the observed quantum Hall effect and other two-dimensional transport phenomena in the class of inversion induced Dirac semi-metals, as \(\text{Cd}_3\text{As}_2\). This emphasizes the importance of the inherent bulk band inversion of different topological materials and provides a consistent and elegant explanation for the observed phenomena in these materials. Additionally, it offers a route to design further experiments, devices, and thus the foundation for the induction of superconductivity and thus topological quantum computing. Another possible path towards quantum computing has been proposed based on the chiral anomaly. The chiral anomaly is an apparent transport anomaly that manifests itself as an additional magnetic field-driven current in three-dimensional topological semimetals with a linear crossing point in their bulk band structure. I observed the chiral anomaly in compressively strained HgTe samples and performed multiple control experiments to identify the observed reduction of the magnetoresistance with the chiral anomaly. First, the dependence of the so-called negative magnetoresistance on the angle and strength of the magnetic field has been shown to fit the expectation for the chiral anomaly. Second, extrinsic effects as scattering could be excluded as a source for the observed negative MR using samples with different mobilities and thus impurity concentrations. Third, the necessity of the linear crossing point has been shown by shifting the electrochemical potential away from the linear crossing points, which diminished the negative magnetoresistance. Fourth, I could not observe a negative magnetoresistance in the three-dimensional topological insulator phase of HgTe. These observations together prove the existence of the chiral anomaly and verify compressively strained HgTe as Dirac semi-metal. Surprisingly, the chiral anomaly is also present in unstrained HgTe samples, which constitute a semi-metal with a quadratic band touching point. This observation reveals the relevance of the Zeeman effect for the chiral anomaly due to the lifting of the spin-degeneracy in these samples. Additionally to the chiral anomaly, the Dirac semi-metal phase of compressively strained HgTe showed other interesting effects. For low magnetic fields, a strong weak-antilocalization has been observed. Such a strong weak-anti-localization correction in a three-dimensional layer is surprising and interesting. Additionally, non-trivial magnetic field strength and direction dependencies have been observed. These include a strong positive magnetoresistance for high magnetic fields, which could indicate a metal-insulator transition. On a more device-oriented note, the semi-metal phase of unstrained HgTe constitutes the lower limit of the by strain engineering adjustable minimal carrier density of the topological surface states and thus of very high mobility. To sum up, topological surface states have been observed in the three-dimensional topological insulator phase and the Dirac semi-metal phase of HgTe. The existence and accessibility of topological surface states are thus independent of the existence of a bandgap in the bulk band structure. The topological surface states can be accompanied by massive Volkov-Pankratov states. These VPS are created by electric fields, which are routinely applied to adjust the carrier density in semiconductor devices. The theoretical predicted chiral anomaly has been observed in the Dirac semi-metal phase of HgTe. In contrast to theoretical predictions, no indications for the Fermi-arc called disjoint surface states have been observed, but instead the topological and massive Volkov-Pankratov surface states have been found. These states are thus expected for all inversion-induced topological materials.},
  subject      = {Quecksilbertellurid},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Pollinger2008,
  author    = {Pollinger, Florian},
  title     = {Surface stress and large-scale self-organization at organic-metal interfaces},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-33310},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Anhand von Modellsystemen wurde in dieser Arbeit die Bedeutung elastischer Wechselwirkungen an Organik-Metall Grenzfl{\"a}chen, insbesondere f{\"u}r die Selbstorganisierte Ausbildung periodisch facettierter Strukturen, untersucht. Die {\"A}nderung der Oberfl{\"a}chenspannung w{\"a}hrend der Ausbildung der Grenzfl{\"a}che zwischen 3,4,9,10-Perylentetracarbons{\"a}uredianhydrid (PTCDA) und Ag(111) wurde mit der Biegekristalltechnik gemessen. Es ist bekannt, dass dieses System durch eine chemisorptive Bindung bestimmt wird. In der Tat stimmen Vorzeichen und Bedeckungsabh{\"a}ngigkeit mit Vorhersagen und Experimenten aus der Literatur zu chemisorptiv bestimmten Grenzfl{\"a}chen {\"u}berein. W{\"a}hrend der Einbau von Molek{\"u}len in große Dom{\"a}nen die Oberfl{\"a}chenspannung verringert, f{\"u}hrt das Auftreten von fehlerhaften Dom{\"a}nengrenzen zu einer Erh{\"o}hung der Oberfl{\"a}chenspannung. Die absolute {\"A}nderung der Oberfl{\"a}chenspannung in der H{\"o}he von (0.30 +- 0.10) N/m ist in der relativ schwachen Wechselwirkung des PTCDA Molek{\"u}ls mit einem einzelnen Silberatom begr{\"u}ndet. Es soll jedoch betont werden, dass dieser Wert einer Oberfl{\"a}chenspannungs{\"a}nderung von (2.2 +- 0.2) eV pro Molek{\"u}l entspricht, die damit in derselben Gr{\"o}ßenordnung wie die vermutete Bindungsenergie des Systems liegt. Daher zeigen diese Experimente, dass elastische Wechselwirkungen eine nicht zu vernachl{\"a}ssigende Rolle in dieser ganzen Materialklasse spielen k{\"o}nnen. Dadurch tragen die Experimente eine neue Sichtweise zum Verst{\"a}ndnis dieser Grenzfl{\"a}chen bei. Ferner etablieren sie die Biegekristalltechnik auf dem ganzen Feld der Organik-Metall Grenzfl{\"a}chen, da die Ergebnisse in Einklang mit den wohlbekannten Eigenschaften des Systems liegen. Schon der Nachweis einer Durchbiegung der Probe ist speziell f{\"u}r die Grenzfl{\"a}che PTCDA/Ag(111) von Bedeutung. Dieser Effekt ist der erste experimentelle Nachweis einer strukturellen {\"A}nderung in den obersten Substratatomlagen w{\"a}hrend der Adsorption von PTCDA auf Ag(111). Da eine solche Modifikation nicht zu vernachl{\"a}ssigende Konsequenzen f{\"u}r die Interpretation anderer experimenteller Ergebnisse hat, erscheinen weitere Studien mit anderen, quantitativeren strukturellen Methoden notwendig. Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag jedoch auf der Untersuchung der Ausbildung der langreichweitigen, selbstorganisierten Ordnung der facettierten PTCDA/Ag(10 8 7) Grenzfl{\"a}che. Der reziproke Raum dieser Grenzfl{\"a}che wurde sowohl mit mittelnder hochaufl{\"o}sender Elektronenbeugung (SPA-LEED) als auch mit lokaler Elektronenbeugung in der Mikroskopie niederenergetischer Elektronen (LEEM) kartiert. Außerdem wurden diese reziproken Daten durch mikroskopische LEEM Realraumdaten komplement{\"a}r erg{\"a}nzt um die Morphologie der Grenzfl{\"a}che zu charakterisieren. F{\"u}r die gew{\"a}hlte Pr{\"a}parationsart, Adsorption der Molek{\"u}le auf das 550 K warme Substrat, wurden sechs verschiedene Facettentypen ((111), (532), (743),(954), (13 9 5) und (542)) beobachtet. Diese Facettentypen treten in homogenen, mikrometergroßen Gebieten auf der Oberfl{\"a}che auf, wie Dunkelfeld-LEEM Aufnahmen zeigen. Wenn jedoch die urspr{\"u}ngliche mesoskopische Orientierung der Oberfl{\"a}che lokal von der Durchschnittsorientierung z.B. in Bezug auf die urspr{\"u}ngliche Stufendichte abweicht, werden an dieser Stelle andere Facettentypen gebildet und damit das ansonsten regelm{\"a}ßige Muster gest{\"o}rt. Sowohl der Grad der erreichten Ordnung der facettierten Grenzfl{\"a}che als auch die gebildeten Facettentypen h{\"a}ngen somit stark von der urspr{\"u}nglichen mesoskopischen Morphologie des sauberen Substrates ab. Um das Verst{\"a}ndnis der kinetischen Prozesse zu verbessern wurde die Temperaturabh{\"a}ngigkeit der Ausbildung der Grenzfl{\"a}che in einem Temperaturbereich zwischen 418 K und 612 K untersucht. Bei niedrigen Wachstumstemperaturen traten zus{\"a}tzliche, steilere Facetten mit einem Neigungswinkel von 27° gegen{\"u}ber der (111) Fl{\"a}che auf. Weiterhin wurde mit facetten-sensitivem Dunkelfeld-LEEM die Gr{\"o}ßen- sowie die r{\"a}umliche Verteilung ausgew{\"a}hlter Facettentypen bei den verschiedenen Temperaturen untersucht. Die Nukleationsdichte der Facetten zeigte dabei keine Temperaturabh{\"a}ngigkeit. Eine Diffusionslimitierung der Nukleation kann daher ausgeschlossen werden. Dar{\"u}ber hinaus wurden die Ausmaße der Facetten statistisch ausgewertet. Die absolute Facettengr{\"o}ße folgt einer exponentiellen Verteilung, was auf ein zufallsgetriebenes Wachstum und das Fehlen einer Wechselwirkung der Facetten untereinander hinweist. W{\"a}hrend die Facettenl{\"a}ngen ebenso einer exponentiellen Verteilung unterliegen, ist die Breitenverteilung durch ein Maximum ausgezeichnet. Letztere Verteilung spiegelt den hohen Grad an lateraler Ordnung in dem System wieder. Diese Anisotropie h{\"a}ngt von der Temperatur ab und kann bei Substrattemperaturen {\"u}ber 478 K w{\"a}hrend des Wachstums beobachtet werden. Die Existenz eines Maximums in einer solchen Gr{\"o}ßenverteilung weist auf eine langreichweitige Wechselwirkung hin, die die strukturelle Ordnung induziert. Die Natur dieser langreichweitigen Wechselwirkung wurde mit drei komplement{\"a}ren in-situ Methoden untersucht, wobei jeweils neue Einblicke in die Ausbildung von facettierten Organik-Metall-Grenzfl{\"a}chen gewonnen werden konnten: Die Biegekristalltechnik, hochaufl{\"o}sende Beugung niederenergetischer Elektronen (SPALEED), sowie deren Mikroskopie (LEEM). Die Biegekristalltechnik wurde das erste Mal {\"u}berhaupt auf ein facettierendes System angewendet. Unterhalb der kritischen Temperatur des Facettierungs{\"u}berganges {\"a}hnelt die Oberfl{\"a}chenspannungs{\"a}nderung w{\"a}hrend der Bildung der PTCDA/Ag(10 8 7)-Grenzfl{\"a}chenbildung sowohl in funktionaler Abh{\"a}ngigkeit als auch in der Gr{\"o}ßenordnung der f{\"u}r die Referenzgrenzfl{\"a}che PTCDA/Ag(111) beobachteten. Oberhalb der {\"U}bergangstemperatur beobachtet man jedoch f{\"u}r die ausfacettierte PTCDA/Ag(10 8 7) Grenzfl{\"a}che mit (0.67 +- 0.10) N/m eine bedeutend gr{\"o}ßere Oberfl{\"a}chenspannungs{\"a}nderung als in den vorherigen F{\"a}llen. Zudem {\"a}ndert sich die Oberfl{\"a}chenspannung in klar unterscheidbaren Schritten mit einer eindeutig aufl{\"o}sbaren Feinstruktur aus positiven und negativen Spannungs{\"a}nderungen. Diese einzelnen Phasen in der {\"A}nderung der Oberfl{\"a}chenspannung k{\"o}nnen Stufen in der Entwicklung der Struktur{\"u}berganges dieses Systems zugeordnet werden, die mit den strukturellen Charakterisierungsmethoden beobachtet wurden. Durch diese Identifikation werden morphologischen Objekten, also den Facetten, ein eigener besonderer Spannungscharakter zugeordnet. Somit werden aber auch Spannungsdom{\"a}nen auf der Oberfl{\"a}che identifiziert. Die Existenz dieser Spannungsdom{\"a}nen ist nun aber die Vorraussetzung f{\"u}r die Anwendung von elastizit{\"a}tsbasierten Kontinuumsbeschreibungen des Selbstordnungseffektes. Daher stellen diese Ergebnisse den ersten experimentellen Nachweis dar, dass diese Kontinuumsbeschreibungen der Selbstorganisation tats{\"a}chlich auch auf die gesamte Materialklasse der facettierenden Organik-Metall-Grenzfl{\"a}chen angewendet werden k{\"o}nnen. Zusammengefasst sind diese Ergebnisse starke Beweise daf{\"u}r, dass elastische Wechselwirkungen der physikalische Ursprung der langreichweitigen Ordnung dieses Systems sind. Weiterhin legt die eindeutige Korrelation zwischen strukturellem Phasen{\"u}bergang und Oberfl{\"a}chenspannungs{\"a}nderung auch nahe, dass letzterer ebenso eine wichtige Rolle in der Kinetik des Systems spielt. Tats{\"a}chlich scheint das System zu versuchen die Gesamt{\"a}nderung der Oberfl{\"a}chenspannung w{\"a}hrend der Grenzfl{\"a}chenbildung durch die Bildung von Facettentypen positiven und negativen Charakters zu begrenzen. Daher k{\"o}nnte die Art ihres Beitrags zur Oberfl{\"a}chenspannungs{\"a}nderung dar{\"u}ber entscheiden, ob eine bestimmte Facettenorientierung gebildet wird oder nicht. Auch scheint das System sich bei hohen Bedeckungen unter anderem deshalb erneut umzufacettieren um der Bildung von fehlerhaften Dom{\"a}nengrenzen entgegenzuwirken, die mit einem Anstieg der Oberfl{\"a}chenspannung verbunden w{\"a}ren. Schließlich wurde im Rahmen dieser Arbeit noch das templatunterst{\"u}tzte Wachstum lateraler, heteroorganischer Nanostrukturen untersucht. Dabei wurde ein zweites, typisches molekulares Modellsystem, sogenannte "Selbstassemblierte Monolagen", auf der teilbedeckten PTCDA/Ag(10 8 7) Grenzfl{\"a}che aufgewachsen. Mit Standardmethoden der Oberfl{\"a}chencharakterisierung konnte nachgewiesen werden, dass die grundlegenden Eigenschaften dieses Wachstumsprinzips im Experiment in der Tat erreicht werden.},
  subject      = {Selbstorganisation},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Ziener2008,
  author    = {Ziener, Christian H.},
  title     = {Suszeptibilit{\"a}tseffekte in der Kernspinresonanzbildgebung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-35425},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Das Dephasierungsverhalten und die daraus resultierende Relaxation der Magnetisierung sind Grundlage aller auf der Kernspinresonanz basierenden bildgebenden Verfahren. Das erhaltene Signalder pr{\"a}zedierenden Protonen wird wesentlich von den Eigenschaften des untersuchten Gewebes bestimmt. Insbesondere die durch magnetisierte Stoffe wie z. B. desoxygeniertes Blut (BOLD-Effekt) oder magnetische Nanopartikel erzeugten Suszeptibilit{\"a}tsspr{\"u}nge gewinnen zunehmend Bedeutung in der biomedizinischen Bildgebung. In der vorliegenden Arbeit wurden die Einfl{\"u}sse von Feldinhomogenit{\"a}ten auf das NMR-Signal untersucht.},
  subject      = {Magnetische Kernresonanz},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kiessling2009,
  author    = {Kießling, Tobias},
  title     = {Symmetry and Optical Anisotropy in CdSe/ZnSe Quantum Dots},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-40683},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Halbleiter Quantenpunkte (QDs) erregen immenses Interesse sowohl in der Grundlagen- als auch der anwendungsorientierten Forschung, was sich maßgeblich aus ihrer m{\"o}glichen Nutzung als Fundamentalbausteine in neuartigen, physikalisch nicht-klassischen Bauelementen ergibt, darunter die Nutzung von QDs als gezielt ansteuerbare Lichtquellen zur Erzeugung einzelner Paare polarisationsverschr{\"a}nkter Photonen, was einen Kernbaustein in den intensiv erforschten optischen Quantenkryptographiekonzepten darstellt. Ein goßes Hindernis stellen hierbei die in allen aktuell verf{\"u}gbaren QDs intrinsisch vorhandenen, ausgepr{\"a}gten Asymmetrien dar. Diese sind eine Begleiterscheinung der selbstorganisierten Wachstumsmethoden der QDs und sie treten in verschiedenen Gestalten, wie Formasymmetrie oder inhomogenen Verspannungsverh{\"a}ltnissen innerhalb der QDs, auf. Im Gegenzug verursachen jene Asymmetrien deutliche Anisotropien in den optischen Eigenschaften der QDs, wodurch das optische Ansprechverhalten klassisch beschreibbar wird. Aus Sicht der anwendungsorientierten Forschung stehen Asymmetrien daher im Ruf ungewollte Nebeneffekte zu sein und es wird mit großem Aufwand daran geforscht, diese unter Kontrolle zu bringen. F{\"u}r die Grundlagenforschung sind anisotrope QDs jedoch ein interessantes Modellsystem, da an ihnen fundamentale Quantenphysik beobachtbar ist, wobei anders als in Atomen die einschn{\"u}renden Potentiale nicht zwangsl{\"a}ufig zentralsymmetrisch sein m{\"u}ssen. Auf der Basis winkel- und polarisationsaufgel{\"o}ster Photolumineszenzuntersuchungen (PL) wird die Anisotropie des linearen Polarisationsgrades in der Lumineszenzstrahlung (kurz: optische Anisotropie) der an CdSe/ZnSe-QDs gebundenen Exzitonen untersucht. Es wird gezeigt, dass die Elektron-Loch Austauschwechselwirkung in asymmetrischen QDs zu einer effektiven Umwandlung linearer in zirkulare Polarisationsanteile und umgekehrt f{\"u}hrt. Die experimentellen Befunde lassen sich erfolgreich im Rahmen eines Exziton-Pseudospinformalismus, der auf der durch die Austauschwechselwirkung induzierten Feinstruktur der hellen Exzitonzust{\"a}nde basiert, beschreiben. Dies legt nahe, dass QDs funktionelle Bauelemente in hochintegrierten rein optischen Architekturen jenseits der viel diskutierten nichtklassischen Konzepte darstellen k{\"o}nnen, insbesondere als optische Polarisationskonverter und/oder -modulatoren. Weiterhin wird der Exziton-Pseudospinformalismus in Untersuchungen zur optischen Ausrichtung in QDs genutzt und gezeigt, wie so die anders nicht direkt messbare Symmetrieverteilung eines Ensembles von QDs detektiert werden kann. Diese Messungen stellen ein wertvolles Bindeglied zwischen optischen und strukturellen Untersuchungen dar, da sie einen direkten experimentellen Zugang zum mit topologischen Methoden nicht einsehbaren Anordnungsverhalten eingekapselter QDs liefern. Abschließend wird die optische Anisotropie unter Anlegung eines Magnetfeldes in der QD-Ebene untersucht. Dabei wird beobachtet, dass die Achse der linearen Polarisation der Lumineszenzstrahlung entweder entgegengesetzt zur Magnetfeldrichtung in der Probenebene rotiert oder fest entlang einer gegebenen kristallographischen Achse orientiert ist. Eine qualitative Auswertung der Ergebnisse auf der Basis des exzitonischen Pseudospin-Hamiltonian belegt, dass diese Polarisationsanteile durch isotrope und anisotrope Beitr{\"a}ge des Schwerloch Zeeman Terms begr{\"u}ndet werden, wobei die anisotropen Anteile f{\"u}r ein kritisches Magnetfeld von B=0, 4 T gerade die forminduzierten uni-axialen Polarisationsanteile kompensieren, so dass ein optisches Verhalten resultiert, das man f{\"u}r hochsymmetrische QDs erwarten w{\"u}rde. Zur quantitativen Beschreibung wurde der vollst{\"a}ndige k.p-Hamiltonianin der Basis der Schwerlochexzitonzust{\"a}nde numerisch ausgewertet und damit die optische Polarisation als Funktion der Magnetfeldst{\"a}rke und -orientierung berechnet. Die Modellrechnungen stimmen mit die gemessenen Daten im Rahmen der experimentellen Unsicherheit mit einem jeweils probenspezifischen Parametersatz quantitativ {\"u}berein. Dabei wird gezeigt, dass ein Ensemble von QDs ein optisches Signal, das man f{\"u}r hochsymmetrisches QDs erwarten w{\"u}rde, erzeugen kann ohne dass eine Symmetrisierung der hellen Exzitonzust{\"a}nde stattfindet, wie sie f{\"u}r nicht-klassische Anwednungen notwendig ist. Daraus ergibt sich, dass Konzepte, die Magnetfelder in der Probenebene zur Symmetrisierung des optischen Signals nutzen, mindestens die vier stark durchmischten Schwerlochexzitonzus{\"a}nde ber{\"u}cksichtigen m{\"u}ssen und eine Beschreibung, die nur die beiden hellen Exzitonzust{\"a}nde in Abwesenheit magnetischer Felder beinhaltet, zu kurz greift. F{\"u}r die kontrovers gef{\"u}hrte Diskussion bez{\"u}glich aktueller experimenteller Studien zur Erzeugung polarisationsverschr{\"a}nkter Photonen in asymmetrischen QDs ist daher zu verstehen, dass von solch einer vereinfachten Beschreibung nicht a priori erwartet werden kann, verl{\"a}ssliche Ergebnisse in Bezug auf exzitonische Bellzust{\"a}nde zu erzeugen.},
  subject      = {Quantenpunkt},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wiener2009,
  author    = {Wiener, Matthias},
  title     = {Synthese und Charakterisierung Sol-Gel-basierter Kohlenstoff-Materialien f{\"u}r die Hochtemperatur-W{\"a}rmed{\"a}mmung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-44245},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Synthese, Charakterisierung und Optimierung von Kohlenstoff-Aerogelen (C-Aerogele) f{\"u}r den Einsatz als Hochtemperaturw{\"a}rmed{\"a}mmung (> 1000°C). C-Aerogele sind offenpor{\"o}se monolithische Festk{\"o}rper, die durch Pyrolyse von organischen Aerogelen entstehen. Die Synthese dieser organischen Vorstufen erfolgt {\"u}ber das Sol-Gel-Verfahren. Zur Charakterisierung der Morphologie wurde die innere Struktur der Aerogele mittels Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie, R{\"o}ntgendiffraktometrie (XRD), Raman-Spektroskopie, Stickstoffsorption und R{\"o}ntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) untersucht. Die thermischen Eigenschaften der Aerogele wurden mit Hilfe von Laser-Flash Messungen, dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC), thermographischen und infrarot-optischen (IR) Messungen quantifiziert. Die innere Struktur von Aerogelen besteht aus einem dreidimensionalen Ger{\"u}st von Prim{\"a}rpartikeln, die w{\"a}hrend der Sol-Gel Synthese ohne jede Ordnung aneinander wachsen. Die zwischen den Partikeln befindlichen Hohlr{\"a}ume bilden die Poren. Die mittlere Partikel- und Porengr{\"o}ße eines Aerogels kann durch die Konzentration der Ausgangsl{\"o}sung und der Katalysatorkonzentration einerseits und durch die Synthesetemperatur und -dauer andererseits eingestellt werden. Der Bereich der mittleren Partikel- und Porengr{\"o}ße, der in dieser Arbeit synthetisierten Aerogele, erstreckt sich von einigen 10 Nanometern bis zu einigen Mikrometern. Die Dichten der Proben wurden im Bereich von 225 kg/m3 bis 635 kg/m3 variiert. Die Auswirkungen der Pyrolysetemperatur auf die Struktur und die thermischen Eigenschaften der C-Aerogele wurden anhand einer Probenserie erstmalig systematisch untersucht. Die Proben wurden dazu bei Temperaturen von 800°C bis 2500°C pyrolysiert bzw. temperaturbehandelt (gegl{\"u}ht). Um die einzelnen Beitr{\"a}ge zur W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit trennen und minimieren zu k{\"o}nnen, wurden die synthetisierten Aerogele thermisch mit mehreren Meßmethoden unter unterschiedlichen Bedingungen charakterisiert. Temperaturabh{\"a}ngige Messungen der spezifischen W{\"a}rmekapazit{\"a}t cp im Bereich von 32°C bis 1500°C ergaben f{\"u}r C-Aerogele verglichen mit den Literaturdaten von Graphit einen {\"a}hnlichen Verlauf. Allerdings steigt cp etwas schneller mit der Temperatur an, was auf eine „weichere" Struktur hindeutet. Die maximale Abweichung betr{\"a}gt etwa 11\%. Messungen an einer Serie morphologisch identischer Aerogelproben, die im Temperaturbereich zwischen 800°C und 2500°C pyrolysiert bzw. gegl{\"u}ht wurden, ergeben eine Zunahme der Festk{\"o}rperw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit mit der Behandlungstemperatur um etwa einen Faktor 8. Stickstoffsorptions-, XRD-, Raman- und SAXS-Messungen an diesen Proben zeigen, dass dieser Effekt wesentlich durch das Wachstum der graphitischen Bereiche (Mikrokristallite) innerhalb der Prim{\"a}rpartikel des Aerogels bestimmt wird. Berechnungen auf Basis von Messungen der Temperaturleitf{\"a}higkeit weisen außerdem auch auf Ver{\"a}nderungen der Mikrokristallite hin. Gasdruckabh{\"a}ngige Messungen der W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit und der Vergleich zwischen Messungen unter Vakuum und unter Normaldruck an verschiedenen Aerogelmorphologien liefern Aussagen {\"u}ber den Gasanteil der W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit. Dabei zeigt sich, dass sich der Gasanteil der W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit in den Poren des Aerogels verglichen mit dem freien Gas durch die geeignete mittlere Porengr{\"o}ße erwartungsgem{\"a}ß erheblich verringern l{\"a}sst. Diese Ergebnisse stimmen in Rahmen der Messunsicherheit mit der Theorie {\"u}berein. Durch infrarot-optische Messungen an C-Aerogelen konnte der Extinktionskoeffizient bestimmt und daraus der entsprechende Beitrag der W{\"a}rmestrahlung zur W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit berechnet werden. Temperaturabh{\"a}ngige Messungen der thermischen Diffusivit{\"a}t erlaubten mit der zur Verf{\"u}gung stehenden Laser-Flash Apparatur die Bestimmung der W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit bis zu Temperaturen von 1500°C. Die Temperaturabh{\"a}ngigkeit der W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit der C-Aerogele zeigt eine Charakteristik, die mit den separat gemessenen bzw. berechneten Beitr{\"a}gen zur W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit und der Theorie im Rahmen der Messunsicherheit gut {\"u}bereinstimmen. Auf der Basis der gewonnenen Messdaten ist es m{\"o}glich, die W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit von Aerogelen f{\"u}r Anwendungen {\"u}ber die maximale Messtemperatur von 1500°C durch Extrapolation vorherzusagen. Die niedrigste W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit der im Rahmen dieser Arbeit synthetisierten C-Aerogele betr{\"a}gt danach etwa 0,17 W/(m•K) bei 2500°C unter Argonatmosph{\"a}re. Kommerziell erh{\"a}ltliche Hochtemperatur-W{\"a}rmed{\"a}mmstoffe, wie z. B. Kohlefaserfilze oder Kohlenstoffsch{\"a}ume weisen W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeiten im Bereich von etwa 0,7 bis 0,9 W/(m•K) bei einer Temperatur von 2000°C auf. Die Messungen zeigen, dass die vergleichsweise niedrigen W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeiten von C-Aerogelen bei hohen Temperaturen durch die Unterdr{\"u}ckung des Gas- und Strahlungsbeitrags der W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit bedingt sind.},
  subject      = {Hochtemperatur},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Wolf2015,
  author    = {Wolf, Nadine},
  title     = {Synthese, Charakterisierung und Modellierung von klassischen Sol-Gel- und Nanopartikel-Funktionsschichten auf der Basis von Zinn-dotiertem Indiumoxid und Aluminium-dotiertem Zinkoxid},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-112416},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Das Ziel dieser Arbeit ist neben der Synthese von Sol-Gel-Funktionsschichten auf der Basis von transparent leitf{\"a}higen Oxiden (transparent conducting oxides, TCOs) die umfassende infrarotoptische und elektrische Charakterisierung sowie Modellierung dieser Schichten. Es wurden sowohl {\"u}ber klassische Sol-Gel-Prozesse als auch {\"u}ber redispergierte Nanopartikel-Sole spektralselektive Funktionsschichten auf Glas- und Polycarbonat-Substraten appliziert, die einen m{\"o}glichst hohen Reflexionsgrad im infraroten Spektralbereich und damit einhergehend einen m{\"o}glichst geringen Gesamtemissionsgrad sowie einen niedrigen elektrischen Fl{\"a}chenwiderstand aufweisen. Zu diesem Zweck wurden dotierte Metalloxide, n{\"a}mlich einerseits Zinn-dotiertes Indiumoxid (tin doped indium oxide, ITO) und andererseits Aluminium-dotiertes Zinkoxid (aluminum doped zinc oxide, AZO)verwendet. Im Rahmen dieser Arbeit wurden vertieft verschiedene Parameter untersucht, die bei der Pr{\"a}paration von niedrigemittierenden ITO- und AZO-Funktionsschichten im Hinblick auf die Optimierung ihrer infrarot-optischen und elektrischen Eigenschaften sowie ihrer Transmission im sichtbaren Spektralbereich von Bedeutung sind. Neben der Sol-Zusammensetzung von klassischen Sol-Gel-ITO-Beschichtungsl{\"o}sungen wurden auch die Beschichtungs- und Ausheizparameter bei der Herstellung von klassischen Sol-Gel-ITO- sowie -AZO-Funktionsschichten charakterisiert und optimiert. Bei den klassischen Sol-Gel- ITO-Funktionsschichten konnte als ein wesentliches Ergebnis der Arbeit der Gesamtemissionsgrad um 0.18 auf 0.17, bei in etwa gleichbleibenden visuellen Transmissionsgraden und elektrischen Fl{\"a}chenwiderst{\"a}nden, reduziert werden, wenn anstelle von (optimierten) Mehrfach-Beschichtungen Einfach-Beschichtungen mit einer schnelleren Ziehgeschwindigkeit anhand des Dip-Coating-Verfahrens hergestellt wurden. Mit einer klassischen Sol-Gel-ITO-Einfach-Beschichtung, die mit einer deutlich erh{\"o}hten Ziehgeschwindigkeit von 600 mm/min gedippt wurde, konnte mit einem Wert von 0.17 der kleinste Gesamtemissionsgrad dieser Arbeit erzielt werden. Die Gesamtemissionsgrade und elektrischen Fl{\"a}chenwiderst{\"a}nde von klassischen Sol-Gel-AZOFunktionsschichten konnten mit dem in dieser Arbeit optimierten Endheizprozess deutlich gesenkt werden. Bei Neunfach-AZO-Beschichtungen konnten der Gesamtemissionsgrad um 0.34 auf 0.50 und der elektrische Fl{\"a}chenwiderstand um knapp 89 \% auf 65 Ω/sq verringert werden. Anhand von Hall-Messungen konnte dar{\"u}ber hinaus nachgewiesen werden, dass mit dem optimierten Endheizprozess, der eine erh{\"o}hte Temperatur w{\"a}hrend der Reduzierung der Schichten aufweist, mit N = 4.3·1019 cm-3 eine etwa doppelt so hohe Ladungstr{\"a}gerdichte und mit µ = 18.7 cm2/Vs eine etwa drei Mal so große Beweglichkeit in den Schichten generiert wurden, im Vergleich zu jenen Schichten, die nach dem alten Endheizprozess ausgeh{\"a}rtet wurden. Das deutet darauf hin, dass bei dem optimierten Heizschema sowohl mehr Sauerstofffehlstellen und damit eine h{\"o}here Ladungstr{\"a}gerdichte als auch Funktionsschichten mit einem h{\"o}heren Kristallisationsgrad und damit einhergehend einer h{\"o}heren Beweglichkeit ausgebildet werden. Ein Großteil der vorliegenden Arbeit behandelt die Optimierung und Charakterisierung von ITO-Nanopartikel-Solen bzw. -Funktionsschichten. Neben den verwendeten Nanopartikeln, dem Dispergierungsprozess, der Beschichtungsart sowie der jeweiligen Beschichtungsparameter und der Nachbehandlung der Funktionsschichten, wurde erstmals in einer ausf{\"u}hrlichen Parameterstudie die Sol-Zusammensetzung im Hinblick auf die Optimierung der infrarot-optischen und elektrischen Eigenschaften der applizierten Funktionsschichten untersucht. Dabei wurde insbesondere der Einfluss der verwendeten Stabilisatoren sowie der verwendeten L{\"o}sungsmittel auf die Schichteigenschaften charakterisiert. Im Rahmen dieser Arbeit wird dargelegt, dass die exakte Zusammensetzung der Nanopartikel-Sole einen große Rolle spielt und die Wahl des verwendeten L{\"o}sungsmittels im Sol einen gr{\"o}ßeren Einfluss auf den Gesamtemissionsgrad und die elektrischen Fl{\"a}chenwiderst{\"a}nde der applizierten Schichten hat als die Wahl des verwendeten Stabilisators. Allerdings wird auch gezeigt, dass keine pauschalen Aussagen dar{\"u}ber getroffen werden k{\"o}nnen, welcher Stabilisator oder welches L{\"o}sungsmittel in den Nanopartikel-Solen zu Funktionsschichten mit kleinen Gesamtemissionsgraden und elektrischen Fl{\"a}chenwiderst{\"a}nden f{\"u}hrt. Stattdessen muss jede einzelne Kombination von verwendetem Stabilisator und L{\"o}sungsmittel empirisch getestet werden, da jede Kombination zu Funktionsschichten mit anderen Eigenschaften f{\"u}hrt. Zudem konnte im Rahmen dieser Arbeit erstmals stabile AZO-Nanopartikel-Sole {\"u}ber verschiedene Rezepte hergestellt werden. Neben der Optimierung und Charakterisierung von ITO- und AZO- klassischen Sol-Gel- sowie Nanopartikel-Solen und -Funktionsschichten wurden auch die infrarot-optischen Eigenschaften dieser Schichten modelliert, um die optischen Konstanten sowie die Schichtdicken zu bestimmen. Dar{\"u}ber hinaus wurden auch kommerziell erh{\"a}ltliche, gesputterte ITO- und AZO-Funktionsschichten modelliert. Die Reflexionsgrade dieser drei Funktionsschicht-Typen wurden einerseits ausschließlich mit dem Drude-Modell anhand eines selbstgeschriebenen Programmes in Sage modelliert, und andererseits mit einem komplexeren Fit-Modell, welches in der kommerziellen Software SCOUT aus dem erweiterten Drude-Modell, einem Kim-Oszillator sowie dem OJL-Modell aufgebaut wurde. In diesem Fit-Modell werden auch die Einfl{\"u}sse der Glas-Substrate auf die Reflexionsgrade der applizierten Funktionsschichten ber{\"u}cksichtigt und es k{\"o}nnen die optischen Konstanten sowie die Dicken der Schichten ermittelt werden. Dar{\"u}ber hinaus wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Ellipsometer installiert und geeignete Fit-Modelle entwickelt, anhand derer die Ellipsometer-Messungen ausgewertet und die optischen Konstanten sowie Schichtdicken der pr{\"a}parierten Schichten bestimmt werden k{\"o}nnen.},
  subject      = {Transparent-leitendes Oxid},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Triphan2015,
  author    = {Triphan, Simon},
  title     = {T1 und T2*-Quantifizierung in der menschlichen Lunge},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-139621},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {In dieser Arbeit werden f{\"u}r die Anwendung in der menschlichen Lunge optimierte Methoden zur Bestimmung von T1- und T2*-Karten diskutiert: Dc-Gating erm{\"o}glicht die Quantifizierung in freier Atmung, wobei f{\"u}r die T1-Quantifizierung mittels Inversion Recovery eine Korrektur des dc-Signals entwickelt wurde. Dies hat den Vorteil, dass Parameterkarten aus mehreren Messungen anhand ihrer dc-Signale passend {\"u}berlagert werden k{\"o}nnen. Da T1 und T2* auf unterschiedliche Art und Weise von der Sauerstoffkonzentration abh{\"a}ngen, verbessert dies die M{\"o}glichkeit, ΔT1- und ΔT2*- Differenzkarten aus Messungen mit unterschiedlichen O2-Konzentrationen im Atemgas zu erstellen. Die Parameterquantifizierung ist in erster Linie f{\"u}r die Beobachtung von Krankheitsverl{\"a}ufen interessant, da T1 und T2* absolute, vergleichbare Zahlen sind. Da T2* deutlich vom Atemzustand abh{\"a}ngt, ist es auch hierf{\"u}r sinnvoll, durch Gating identische Atemzust{\"a}nde abzubilden. Um die unterschiedlichen Einfl{\"u}sse des Sauerstoffs auf T1 und T2* besser vergleichbar zu machen, wurde in dieser Arbeit weiterhin eine kombinierte Messung f{\"u}r beide Parameter implementiert: Da auch diese in freier Atmung stattfindet, profitieren nicht nur die Differenzkarten von der {\"U}berlagerung der Bilder, sondern auch der Vergleich der ΔT1- und ΔT2*-Karten untereinander. Messungen mit einer konventionellen kartesischen Methode an COPD-Patienten unter Raumluft- und 100\% Sauerstoffatmung ergaben bei Verwendung identischer Atemmasken ein deutlich geringeres ΔT1 als in gesunden Probanden. Dass T1 in der Lunge nicht nur von der Sauerstoffkonzentration sondern auch von der Gewebezusammensetzung und insbesondere auch dem Blutvolumenanteil abh{\"a}ngt, zeigte sich hierbei aber auch an den bei COPD im Mittel sehr viel k{\"u}rzeren T1-Zeiten bei Raumluft. Die aufgrund emphysematischer Ver{\"a}nderung noch zus{\"a}tzlich reduzierte Protonendichte im Parenchym kranker Lungen macht diese Messungen allerdings besonders schwierig. Die oben erw{\"a}hnten Optimierungen der T1-Quantifizierung zielen daher auch darauf ab, das Signal aus der Lunge zu maximieren, um Patientenmessungen einfacher zu machen: Messungen in freier Atmung sind f{\"u}r Patienten nicht nur einfacher, sondern erlauben effektiv auch l{\"a}ngere Messzeiten. Insbesondere wurde aber durch die Entwicklung einer radialen Methode die Echozeit zur Messung reduziert, um die kurze T2*-Zeit in der Lunge auszugleichen. Schließlich wurde durch Implementation einer 2D UTE Sequenz die Messung bei der k{\"u}rzesten vom Scanner erlaubten Echozeit erm{\"o}glicht. Die Messungen bei ultrakurzen Echozeiten in Probanden zeigten allerdings deutlich k{\"u}rzere T1-Zeiten als die zuvor gefundenen oder in der Literatur dokumentierten. In weiteren Experimenten wurde das sichtbare T1 zu mehreren Echozeiten mit Hilfe der zur kombinierten Quantifizierung entwickelten Methode bestimmt. Dabei ergab sich eine Zunahme des gemessenen T1 mit der Echozeit. Aus diesem Verhalten sowie den gefundenen k{\"u}rzesten und l{\"a}ngsten T1 l{\"a}sst sich schließen, dass das intra- und extravaskul{\"a}re Lungenwasser, also Blut bzw. das umgebende Gewebe, mit unterschiedlichen T1- und T2*-Zeiten zum Signal und damit auch dem effektiven T1 beitragen. Dass das TE der Messung die Gewichtung dieser Kompartimente bestimmt, hat dabei mehrere Auswirkungen: Einerseits bedeutet dies, dass beim Vergleich von T1-Messungen in der Lunge stets auch das TE mitbetrachtet werden muss, bei dem diese durchgef{\"u}hrt wurden. Andererseits l{\"a}sst sich die M{\"o}glichkeit, die Messung auf die unterschiedlichen Kompartimente abzustimmen, potentiell ausnutzen, um zus{\"a}tzliche diagnostische Informationen zu gewinnen: Da T1 vom Blutvolumenanteil und der Gewebezusammensetzung abh{\"a}ngt, k{\"o}nnte dieser Effekt helfen, diese beiden Einfl{\"u}sse zu differenzieren. W{\"a}hrend die in dieser Arbeit beschriebenen Experimente die TE-Abh{\"a}ngigkeit des sichtbaren T1 in Probanden aufzeigen, liefern sie allerdings noch keine genaue Erkl{\"a}rung f{\"u}r die m{\"o}glichen Urspr{\"u}nge dieses Effekts. Um diese weiter zu untersuchen, k{\"o}nnten allerdings gezielte Phantom- und in vivo-Experimente Aufschluss geben: Ein Aufbau, der die Feldverzerrung durch luftgef{\"u}llte Alveolen in L{\"o}sungen mit entsprechenden verschiedenen Suszeptibilit{\"a}ten nachbildet, reduziert den Unterschied zwischen den Kompartimenten auf T1 und χ. Eine in vivo-Messung mit m{\"o}glichst großer Differenz zwischen Ex- und Inspiration hingegen k{\"o}nnte den Einfluss der Abst{\"a}nde der Kompartimente vom Gasraum aufzeigen, da die Alveolarw{\"a}nde in tiefer Inspiration am weitesten gedehnt und daher am d{\"u}nnsten sind.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Zusan2014,
  author    = {Zusan, Andreas},
  title     = {The Effect of Morphology on the Photocurrent Generation in Organic Solar Cells},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-117852},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Organic solar cells have great potential to become a low-cost and clean alternative to conventional photovoltaic technologies based on the inorganic bulk material silicon. As a highly promising concept in the field of organic photovoltaics, bulk heterojunction (BHJ) solar cells consist of a mixture of an electron donating and an electron withdrawing component. Their degree of intermixing crucially affects the generation of photocurrent. In this work, the effect of an altered blend morphology on polaron pair dissociation, charge carrier transport, and nongeminate recombination is analyzed by the charge extraction techniques time delayed collection field (TDCF) and open circuit corrected transient charge extraction (OTRACE). Different comparative studies cover a broad range of material systems, including polymer and small-molecule donors in combination with different fullerene acceptors. The field dependence of polaron pair dissociation is analyzed in blends based on the polymer pBTTT-C16, allowing a systematic tuning of the blend morphology by varying the acceptor type and fraction. The effect of both excess photon energy and intercalated phases are minor compared to the influence of excess fullerene, which reduces the field dependence of photogeneration. The study demonstrates that the presence of neat fullerene domains is the major driving force for efficient polaron pair dissociation that is linked to the delocalization of charge carriers. Furthermore, the influence of the processing additive diiodooctane (DIO) is analyzed using the photovoltaic blends PBDTTT-C:PC71BM and PTB7:PC71BM. The study reveals amulti-tiered alteration of the blend morphology of PBDTTT-C based blends upon a systematic increase of the amount of DIO. Domains on the hundred nanometers length scale in the DIO-free blend are identified as neat fullerene agglomerates embedded in an intermixed matrix. With the addition of the additive, 0.6\% and 1\% DIO already substantially reduces the size of these domains until reaching the optimum 3\% DIO mixture, where a 7.1\% power conversion efficiency is obtained. It is brought into connection with the formation of interpenetrating polymer and fullerene phases. Similar to PBDTTT-C, the morphology of DIO-free PTB7:PC71BM blends is characterized by large fullerene domains being decreased in size upon the addition of 3\% DIO. OTRACE measurements reveal a reduced Langevin-type, super-second order recombination in both blends. It is demonstrated that the deviation from bimolecular recombination kinetics cannot be fully attributed to the carrier density dependence of the mobility but is rather related to trapping in segregated PC71BM domains. Finally, with regard to small-molecule donors, a higher yield of photogeneration and balanced transport properties are identified as the dominant factors enhancing the efficiency of vacuum deposited MD376:C60 relative to its solution processed counterpart MD376:PC61BM. The finding is explained by a higher degree of dimerization of the merocyanine dye MD376 and a stronger donor-acceptor interaction at the interface in the case of the vacuum deposited blend.},
  subject      = {Organische Solarzelle},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Imhof2023,
  author    = {Imhof, Stefan Michael},
  title     = {The effects of non-Hermiticity and non-linearity on topological phenomena investigated in electric networks},
  doi       = {10.25972/OPUS-32332},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-323329},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Topological phenomena known from solid state physics have been transferred to a variety of other classical and quantum systems. Due to the equivalence of the Hamiltonian matrix describing tight binding models and the grounded circuit Laplacian describing an electrical circuit we can investigate such phenomena in circuits. By implementing different Hermitian topological models general suggestions on designing those types of circuit are worked out with the aim of minimizing unwanted coupling effects and parasitic admittances in the circuit. Here the existence and the spatial profile of topological states as well as the band structure of the model can be determined. Due to the complex nature of electric admittance the investigations can be directly expanded to systems with broken Hermiticity. The particular advantages of the experimental investigation of non-exclusively topological phenomena by means of electric circuits come to light in the realization of non-Hermitian and non-linear models. Here we find limitation of the Hermitian bulk-boundary correspondence principle, purely real eigenvalues in non-Hermitian PT-symmetrical systems and edge localization of all eigenstates in non-Hermitian and non-reciprocal systems, which in literature is termed the non-Hermitian skin effect. When systems obeying non-linear equations are studied, the grounded circuit Laplacian based on the Fourier-transform cannot be applied anymore. By combination of the connectivity of a topological system together with non-linear van der Pol oscillators self-activated and self-sustained topological edge oscillations can be found. These robust high frequency sinusoidal edge oscillations differ significantly from low frequency relaxation oscillations, which can be found in the bulk of the system.},
  subject      = {Metamaterial},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Henn2004,
  author    = {Henn, Julian},
  title     = {The electron density : a bridge between exact quantum mechanics and fuzzy chemical concepts},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-9003},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Summary The nature of the chemical bond is a topic under constant debate. What is known about individual molecular properties and functional groups is often taught and rationalized by explaining Lewis structures, which, in turn, make extensive use of the valence concept. The valence concept distinguishes between electrons, which do not participate in chemical interactions (core electrons) and those, which do (single, double, triple bonds, lone-pair electrons, etc.). Additionally, individual electrons are assigned to atomic centers. The valence concept is of paramount success: It allows the successful planning of chemical syntheses and analyses, it explains the behavior of individual functional groups, and, moreover, it provides the "language" to think of and talk about molecular structure and chemical interactions. The resounding success of the valence concept may be misleading to forget its approximative character. On the other hand, quantum mechanics provide in principle a quantitative description of all chemical phenomena, but there is no discrimination between electrons in quantum mechanics. From the quantum mechanical point of view there are only indistinguishable electrons in the field of the nuclei, i.e., it is impossible to assign a given electron to a particular center or to ascribe a particular purpose to individual electrons. The concept of indistinguishability of micro particles is founded on the Heisenberg uncertainty relation, which states, that wavepackets diverge in the 6N dimensional phase space, such that individual trajectories can not be identified. Hence it is a deep-rooted and approved physical concept. As an introduction to the present work density partitioning schemes were discussed, which divide the total molecular density into chemically meaningful areas. These partitioning schemes are intimately related to either the concepts of bound atoms in a molecule (as in the Atoms In Molecules theory (AIM) according to Bader or as in the Hirshfeld partitioning scheme) or to the concept of chemical structure in the sense of Lewis structures, which divide the total molecular density into core and valence density, where the valence density is split up again into bonding and non-bonding electron densities. Examples are early and recent loge theories, the topological analysis by means of the Electron Localization Function (ELF), and the Natural Bond Orbital (NBO) approach. Of these partitioning schemes, the theories according to Bader (AIM), to Becke and Edgecomb (ELF) and according to Weinhold (NBO and Natural Resonance Theory, NRT), respectively, were reviewed in detail critically. Points of criticism were explicated for each of the mentioned theories. Since theoretically derived electron densities are to be compared to experimentally derived densities, a brief introduction into the theory of X-ray di®raction experiments was given and the multipole formalism was introduced. The procedure of density refinement was briefly discussed. Various suggestions for improvements were developed: One strategy would be the employment of model parameters, which are to a maximum degree mutually orthogonal, with the object of minimizing correlations among the model parameters, e.g., to introduce nodal planes into the radial functions of the multipole model. A further suggestion involves the guidance of the iterative refinement procedure by an extremum principle, which states, that when di®erent solutions to the least squares minimization problem are available with about the same statistical measures of quality and with about the same residual density, then the solution is to prefer, which yields a minimum density at the bond critical point (BCP) and a maximum polarity in terms of the ratio of distances between the BCP and the nuclei. This suggestion is based on the well known fact, that the bond polarity (in terms of the ratio of distances between the BCP and the respective nuclei) is underestimated in the experiment. Another suggestion for including physical constraints is the explicit consideration of the virial theorem, e.g., by evaluating the integration of the Laplacian over the entire atomic basins and comparing this value to zero and to the value obtained from the integration of the electron gradient field over the atomic surface. The next suggestion was to explicitly use the electrostatic theorem of Feynman (often also denoted as Hellmann-Feynman theorem), which states, that the forces onto the nuclei can be calculated from the purely classical electrostatic forces of the electron distribution and the nuclei distribution. For a stationary system, these forces must add to zero. This also provides an internal quality criterion of the density model. This can be performed in an iterative way during the refinement procedure or as a test of the final result. The use of the electrostatic theorem is expected to reduce significantly correlations among static density parameters and parameters describing vibrations, since it is a valuable tool to discriminate between physically reasonable and artificial static electron densities. All of these mentioned suggestions can be applied as internal quality criteria. The last suggestion is based on the idea to initiate the experimental refinement with a set of model parameters, which is, as much as possible close to the final solution. This can be achieved by performing periodic boundary conditions calculations, from which theoretically created files are obtained, which contain the Miller indices (h, k, l) and the respective intensity I. This file is used for a model parameter estimation (refinement), which excludes vibrations. The resulting parameters can be used for the experimental refinement, where, in a first step, the density parameters are fixed to determine the parameters describing vibrations. For a fine tuning, again the electrostatic theorem and the other above mentioned suggestions could be applied. Theoretical predictions should not be biased by the method of computation. Therefore the dependence of the density analyzing tools on the level of calculation (method of calculation/basis set) and on the substituents in complex chemical bonding situations were evaluated in the second part of the present work. A number of compounds containing formal single and double sulfur nitrogen bonds was investigated. For these compounds, experimental data were also available. The calculated data were compared internally and with the experimental results. The internal comparison was drawn with regard to questions of convergency as well as with regard to questions of consistency: The resulting molecular properties from NBO/NRT analyses were found to be very stable, when the geometries were optimized at the respective level of theory. This stability is valid for variations in the methods of calculation as well as for variations in the basis set. Only the individual resonance weights of the contributing Natural Lewis Structures differed considerably depending on the level of calculation and depending on the substituents. However, the deviations were in both cases to a large extent within a limit which preserves the descending order of the leading resonance structure weights. The resulting bond orders, i.e., the total, covalent and ionic bond order from NRT calculations, were not affected by the shift in the resonance weights. The analysis of the bond topological parameters resulted in a discrimination between insensitive parameters and sensitive parameters. The stable parameters do neither depend strongly on the method of calculation nor on the basis set. Only minor variation occurs in the numerical values of these parameters, when the level of calculation is changed or even when other functional groups (H, Me, or tBu) are employed, as long as the methods of calculation do not drop considerably below a standard level. The bond descriptors of the sulfur nitrogen bonds were found to be also stable with respect to the functional groups R = H, R = Me, and R = tBu. Stable parameters are the bond distance, the density at the bond critical point (BCP) and the ratio of distances between the BCP and the nuclei A and B, which varies clearly when considering the formal bond type. For very small basis sets like the 3-21G basis set, this characteristic stability collapses. The sensitive parameters are based on the second derivatives of the density with respect to the coordinates. This is in accordance with the well known fact, that the total second derivative of the density with respect to the coordinates is a strongly oscillating function with positive as well as negative values. A profound deviation has to be anticipated as a consequence of strong oscillations. lambda3, which describes the local charge depletion in the direction of the interaction line, is the most varying parameter. A detailed analysis revealed that the position of the BCP in the rampant edge of the Laplacian distribution is responsible for the sensitivity of the numerical value of lambda3 in formal double bonds. Since the slope of the Laplacian assumes very high values in its rampant edge, a tiny displacement of the BCP leads already to a considerable change in lambda3. This instability is not a failure of the underlying theory, but it yields de facto to a considerable dependence of sensitive bond topological properties on the method of calculation and on the applied basis sets. Since the total second derivative is important to judge on the nature of the bond in the AIM theory (closed shell interactions versus shared interactions), the changes in lambda3 can lead to differing chemical interpretations. The comparison of theoretically derived bond topological properties of various sulfur nitrogen bonds provides the possibility to measure the self consistency of this data set. All data sets clearly exhibit a linear correlation between the bond distances and the density at the BCP on one hand and between the bond distances and the Laplacian values at the BCP on the other hand. These correlations were almost independent of the basis set size. In this context, the linear regression has to be regarded exclusively as a descriptive statistics tool. There is no correlation anticipated a priori. The formal bond type was found to be readily deducible from the theoretically obtained bond topological descriptors of the model systems. In this sense, the bond topological properties are self consistent despite of the numerical sensitivity of the derivatives, as exemplified above. Often, calculations are performed with the experimentally derived equilibrium geometries and not with optimized ones. Applying this approach, the computationally costly geometry optimizations are saved. Following this approach the bond topological properties were calculated using very flexible basis sets and employing the fixed experimental geometry (which, of course, includes the application of tBu groups). Regression coe±cients similar to those from optimized geometries were obtained for correlations between bond distances and the densities at the BCP as well as for the correlation between bond distances and the Laplacian at the BCP, i.e. the approach is valid. However, the data points scattered less and the coe±cient of correlation was clearly increased when geometry optimizations were performed beforehand. The comparison between data obtained from theory and experiment revealed fundamental discrepancies: In the data set of bond topological parameters from the experiment, the behavior of only 2 out of 3 insensitive parameters was comparable to the behavior of the theoretically obtained values, i.e. theoretical and experimental bond distances as well as theoretical and experimental densities at the BCP correlate. From the theoretically obtained data it was easy to deduce the formal bond type from the position of the BCP, since it changed in a systematic manner. The respective experimentally obtained values were almost constant and did not change systematically. For the SN bonds containing compounds, the total second derivative assumes exclusively negative values in the experiment. Due to the different internal behavior, experimentally and theoretically sensitive bond topological values could not be compared directly. The qualitative agreement in the Laplacian distribution, however, was excellent. In the third and last part of this work, the application to chemical systems follows. Formal hypervalent molecules, i.e. molecules where some atoms are considered to hold more than 8 electrons in their valence shell, were investigated. These were compounds containing sulfur nitrogen bonds (H(NtBu)2SMe, H2C{S(NtBu)2(NHtBu)}2, S(NtBu)2 and S(NtBu)3) and a highly coordinated silicon compound. The set of sulfur nitrogen compounds also contained a textbook example for valence expansion, the sulfur triimide. For these molecules, experimental reference values were available from high resolution X-ray experiments. The experimental results were in the case of the sulfur triimide not unique. Furthermore, from the experimental bond topological data no definite conclusion about the formal bonding type could be drawn. The situation of sulfur nitrogen bonds in the above mentioned set of molecules was analyzed in terms of a geometry discussion and by means of a topological analysis. The methyl-substituted isolated molecules served as model compounds. For the interpretation of the bonding situation additional NBO/NRT calculations were preformed for the sulfur nitrogen compounds and an ELF calculation and analysis was performed for the silicon compound. The ELF analysis included not only the presentation and discussion of the ELF-isosurfaces (eta = 0.85), but also the investigation of populations of disynaptic valence basins and the percentage contributions to these populations of the individual atoms when the disynaptic valence basins are split into atomic contributions according to Bader's partitioning scheme. The question of chemical interest was whether hypervalency is present in the set of molecules or not. In the first case the octet rule would be violated, in the second case Pauling's verdict would be violated. While the concept of hypervalency is well established in chemistry, the violation of Pauling's verdict is not. The quantitative numbers of the sensitive bond topological values from theory and experiment were not comparable, since no systematic relationship between the experimentally and theoretically determined sensitive bond descriptors was found. However, the insensitive parameters are in good agreement and the qualitative Laplacian distribution is, with few exceptions, in excellent agreement. The formal bonding type was deduced from experimental and theoretical topological data by considering the number and shape of valence shell charge concentrations in proximity to the sulfur and nitrogen centers. The results from NBO/NRT calculations confirmed the findings. All employed density analyzing tools AIM, ELF and NBO/NRT coincided in describing the bonding situation in the formally hypervalent molecules as highly polar. A comparison and analysis of experimentally and theoretically derived electron densities led consistently to the result, that regarding this set of molecules, hypervalency has to be excluded unequivocally.},
  subject      = {Elektronendichtebestimmung},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Genheimer2023,
  author    = {Genheimer, Ulrich},
  title     = {The Photophysics of Small Organic Molecules for Novel Light Emitting Devices},
  doi       = {10.25972/OPUS-32031},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-320313},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {This PhD thesis addresses the photophysics of selected small organic molecules with the purpose of using them for efficient and even novel light sources. In particular, the studies presented focused on revealing the underlying exciton dynamics and determining the transition rates between different molecular states. It was shown how the specific properties and mechanisms of light emission in fluorescent molecules, molecules with phosphorescence or thermally activated delayed fluorescence (TADF), biradicals, and multichromophores can be utilized to build novel light-emitting devices. The main tool employed here was the analysis of the emitters' photon statistics, i.e. the analysis of the temporal distribution of emitted photons, during electrical or optical excitation. In the introduction of this work, the working principle of an organic light-emitting diode (OLED) was introduced, while Chapter 2 provided the physical background of the relevant properties of organic molecules and their interaction with light. In particular, the occurrence of discrete energy levels in organic semiconductors and the process of spontaneous light emission were discussed. Furthermore, in this chapter a mathematical formalism was elaborated with the goal to find out what kind of information about the studied molecule can be obtained by analyzing its photon statistics. It was deduced that the intensity correlation function g (2)(t) contains information about the first two factorial moments of the photon statistics and that higher order factorial moments do not contain any additional information about the system under study if the system is always in the same state after the emission of a photon. To conclude the introductory part, Chapter 3 introduced the utilized characterization methods including confocal microscopy of single molecules, time correlated single photon counting and temperature dependent photoluminescence measurements. To provide the background necessary for an understanding of for the following result chapters, in Section 4.1 a closer look was taken at the phenomenon of blinking and photobleaching of individual molecules. For a squaraine-based fluorescent emitter rapid switching between a bright and dark state was observed during photoexcitation. Using literature transition rates between the molecular states, a consistent model was developed that is able to explain the distribution of the residence times of the molecule in the bright and dark states. In particular, an exponential and a power-law probability distribution was measured for the time the molecule resides in tis bright and dark state, respectively. This behavior as well as the change in photoluminescence intensity between the two states was conclusively explained by diffusion of residual oxygen within the sample, which had been prepared in a nitrogen-filled glovebox. For subsequent samples of this work, thin strips of atomic aluminum were deposited on the matrices to serve as oxygen getter material. This not only suppressed the efficiency of photobleaching, but also noticeably prolonged the time prior to photobleaching, which made many of the following investigations possible in the first place. For emitters used in displays, emission properties such as narrow-band luminescence and short fluorescence lifetimes are desired. These properties can be influenced not only by the emitter molecule itself, but also by the interaction with the chosen environment. Therefore, before focusing on the photophysics of individual small organic molecules, Section 4.2 highlighted the interaction of a perylene bisimide-based molecular species with its local environment in a disordered polymethyl methacrylate matrix. In a statistical approach, individual photophysical properties were measured for 32 single molecules and correlations in the variation of the properties were analyzed. This revealed how the local polarity of the molecules' environment influences their photophysics. In particular, it was shown how an increase in local polarity leads to a red-shifted emission, narrower emission lines, broader vibronic splitting between different emission lines in combination with a smaller Huang-Rhys parameter, and a longer fluorescence lifetime. In the future, these results may help to embed individual chromophores into larger macromolecules to provide the chromophore with the optimal local environment to exhibit the desired emission properties. The next two sections focused on a novel and promising class of chromophores, namely linear coordinated copper complexes, synthesized in the group of Dr. Andreas Steffen at the Institute of Inorganic Chemistry at the University of W{\"u}rzburg. In copper atoms, the d-orbitals are fully occupied, which prevents undesirable metal-centered d-d⋆ states, which tend to lie low in energy and recombine non-radiatively. Simultaneously, the copper atom provides a flexible coordination geometry, while complexes in their linear form are expected to exhibit the least amount of excited state distortions. Depending on the chosen ligands, these copper complexes can exhibit phosphorescence as well as temperature activated delayed fluorescence. In Section 4.3, a phosphorescent copper complex with a chlorine atom and a 1-(2,6-diisopropylphenyl)-3,3,5,5-tetramethyl-2-pyrrolidine-ylidene- ligand was tested for its suitability as an optically active material in an OLED. For this purpose, an OLED with a polyspirobifluorene-based copolymer matrix and the dopant at a concentration of 20 wt\% was electrically excited. Deconvolution of the emission spectrum in contributions from the matrix and the dopant revealed that 60 \% of the OLEDs emission was due to the copper complex. It was also shown that the shape of the emission spectrum of the copper complex remains unchanged upon incorporation into the OLED, but is red-shifted by about 233 meV. In Section 4.4, a second copper complex exhibiting thermally activated delayed fluorescence was analyzed. This complex comprised a carbazolate as well as a 2-(2,6- diisopropyl)-phenyl-1,1-diphenyl-isoindol-2-ium-3-ide ligand and was examined in the solid state and at the single-molecule level, where single photon emission was recorded up to an intensity of 78'000 counts per second. The evaluation of the second-order autocorrelation function of the emitted light proved an efficient transition between singlet and triplet excited states on the picosecond time scale. In the solid state, the temperature- dependent fluorescence decay of the complex was analyzed after pulsed photoexcitation in the temperature range between 300 K and 5 K. From these measurements, a small singlet-triplet energy gap of only 65 meV and a triplet sublevel splitting of 3.0 meV were derived. The transition rates between molecular states could also be determined. Here, the fast singlet decay time of τS1 = 9.8ns proved the efficient thermally activated delayed fluorescence process, which was demonstrated for the first time for this new class of copper(I) complexes thus. While the use of thermally activated delayed fluorescence is a potential way to harness otherwise long-living dark triplet states, radicals completely avoid dark triplet states. However, this usually comes with the huge drawback of the molecules being chemically unstable. Therefore, two chemically stable biradical species were synthesized in the framework of the DFG research training school GRK 2112 on Molecular biradicals: structure, properties and reactivity, by Yohei Hattori in the group of Prof. Dr. Christoph Lambert and Rodger Rausch in the group of Prof. Dr. Frank W{\"u}rthner at the Institute of Organic Chemistry at the University of W{\"u}rzburg, respectively. In Section 4.5, it was investigated how these molecules can be used in OLEDs. In the first isoindigo based biradical (6,6'-bis(3,5-di-tert-butyl-4-phenoxyl)-1,1'-bis(2- ethylhexyl)-[3,3'-biindolinyl-idene]-2,2'-dione) two tert-butyl moieties kinetically block chemical reactions at the place of the lone electrons and an electron-withdrawing core shifts the electron density into the center of the chromophore. With these properties, it was possible to realize a poly(p-phenylene vinylene) copolymer based OLED doped with the biradical and to observe luminescence during optical as well as electrical excitation. Analyzing shapes of the photo- and electroluminescence spectra at different doping concentrations, F{\"o}rster resonance energy transfer was determined to be the dominant transition mechanism for excitons from the matrix to the biradical dopants. Likewise, OLEDs could be realized with the second diphenylmethylpyridine based birad- ical (4-(5-(bis(2,4,6-trichlorophenyl)methyl)-4,6-dichloropyridin-2-yl)-N-(4-(5-(bis(2,4,6- -trichlorophenyl)methyl)-4,6-dichloropyridin-2-yl)phenyl)-N-(4-methoxyphenyl)aniline) as dopant. In this biradical, chlorinated diphenylmethyl groups protect the two unpaired electrons. Photo- and electroluminescence spectra showed an emission in the near in- frared spectral range between 750 nm and 1000 nm. Also, F{\"o}rster resonance energy trans- fer was the dominant energy transfer mechanism with an transfer efficiency close to 100 \% even at doping concentrations of only 5 wt\%. In addition to demonstrating the working OLEDs based in biradicals, the detection of luminescence of the two biradical species in devices also constitutes an important step toward making use of experimental techniques such as optically detected electron spin resonance, which could provide information about the electronic states of the emitter and their spin manifold during OLED operation. Another class of emitters studied are molecules in which several chromophores are co- valently linked to form a macrocyclic system. The properties of these multichromophores were highlighted in Section 4.6. Here, it was analyzed how the photophysical behavior of the molecules is affected by the covalent linking, which determines the interaction be- tween the chromophores. The first multichromophore, 2,2'-ditetracene, was synthesized by Lena Ross in the group of Prof. Dr. Anke Kr{\"u}ger at the Institute of Organic Chemistry at the University of W{\"u}rzburg and was analyzed in this work both at the single-molecule level and in its aggregated crystalline form. While the single crystals were purified and grown in a vertical sublimation oven, the samples for the single molecule studies were prepared in matrices of amorphous polymethyl methacrylate and crystalline anthracene. Tetracene was analyzed concurrently to evaluate the effects of covalent linking. In samples where the distance between two molecules is sufficiently large, tetracene and 2,2'-ditracene show matching emission profiles with the only difference in the Franck-Condon factors and a de- creased photoluminescence decay time constant from 14 ns for tetracene to 5 ns for 2,2'- ditracene, which can be attributed to the increased density of the vibrational modes in 2,2'-ditracene. Evaluation of the photon statistics of individual 2,2'-ditracene molecules however showed that the system does not behave as two individual chromophores but as a collective state, preserving the spectral properties of the two tetracene chromophores. Complementary calculations performed by Marian Deutsch in the group of Prof. Dr. Bernd Engels at the Institute of Physical and Theoretical Chemistry at the University of W{\"u}rzburg helped to understand the processes in the materials and could show that the electronic and vibronic modes of 2,2'-ditracene are superpositions of the modes occurring in tetracene. In contrast, single-crystalline 2,2'-ditetracene behaves significantly different than tetracene, namely exhibiting a red shift in photoluminescence of 150 meV, caused by an altered crys- talline packing that lowers the S1-state energy level. Temperature-dependent photolu- minescence measurements revealed a rich emission pattern from 2,2'-ditetracene single crystals. The mechanisms behind this were unraveled using photoluminescence lifetime density analysis in different spectral regions of the emission spectrum and at different tem- peratures. An excimer state was identified that is located about 5 meV below the S1-state, separated by a 1 meV barrier, and which can decay to the ground state with a time constant of 9 ns. Also, as the S1-state energy level is lowered below the E(S1) ≥ 2 ×E(T1) threshold, singlet fission is suppressed in 2,2'-ditetracene in contrast to tetracene. Therefore, at low temperatures, photoluminescence is enhanced by a factor of 46, which could make 2,2'- ditetracene a useful material for future applications in devices such as OLEDs or lasers. The second multichromophore species, para-xylylene bridged perylene bisimide macrocycles, were synthesized by Peter Spenst in the group of Prof. Dr. Frank W{\"u}rthner at the Institute of Organic Chemistry at the University of W{\"u}rzburg, by linking three and four perylene bisimides, respectively. To reveal the exciton dynamics in these macrocycles, highly diluted monomers as well as trimers and tetramers were doped into matrices of polymethyl methacrylate to create thin films in which individual macrocycles could be analyzed. The emission spectra of the macrocycles remained identical to those of the monomers, indicating weak coupling between the chromophores. Single photon emission could be verified for monomers as well as macrocycles, as exciton-exciton annihilation processes suppress the simultaneous emission of two photons from one macrocycle. Nevertheless, the proof of the occurrence of a doubly excited state was obtained by excitation power dependent photon statistics measurements. The formalism developed in the theory part of this thesis for calculating the photon statistics of multichromophore systems was used here to find a theoretical model that matches the experimental results. The main features of this model are a doubly excited state, fast singlet-singlet annihilation, and an efficient transition from the doubly excited state to a dark triplet state. The occurrence of triplet-triplet annihilation was demonstrated in a subsequent experiment in which the macrocycles were excited at a laser intensity well above the saturation intensity of the monomer species. In contrast to the monomers, the trimers and tetramers exhibited neither a complete dark state nor saturation of photoluminescence. Both processes, efficient singlet-singlet and triplet-triplet annihilation make perylene bisimide macrocycles exceptionally bright single photon emitters. These advantages were utilized to realize a room temperature electrically driven fluorescent single photon source. For this purpose, OLEDs were fabricated using polyvinylcarbazole and 2-tert-butylphenyl-5-biphenyl-1,3,4-oxadiazol blends as a host material for perylene bisimide trimers. Photon antibunching could be observed in both optically and electrically driven devices, representing the first demonstration of electrically driven single photon sources using fluorescent emitters at room temperature. As expected from the previous optical experiments, the electroluminescence of the molecules was exceptionally bright, emitting about 105 photons per second, which could be seen even by eye under the microscope. Finally, in the last section 4.7 of this thesis, two additional measurement schemes were proposed as an alternative to the measurement of the second-order correlation function g (2)(t) of single molecules, which only provides information about the first two factorial moments of the molecules' photon statistics. In the first scheme, the g (3)(t) function was measured with three photodiodes, which is a consequential extension of the Hanbury Brown and Twiss measurement with two photodiodes. It was demonstrated how measuring the g (3)(t) function is able to identify interfering emitters with non-Poisson statistics in the experiment. The second setup was designed with an electro-optic modulator that repeatedly gen- erates photoexcitation in the form of a step function. The recording of luminescence transients for different excitation intensities yields the same results as the correspond- ing g (2)-functions measured on single emitters, both in their shape and in their depen- dence on excitation power. To demonstrate this concept, the TADF emitter TXO-TPA (2- [4-(diphenylamino)phenyl]-10,10-dioxide-9H-thioxanthen-9-one) was doped at a concen- tration of 10-4 wt\% in a mCP (1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene) matrix. This concentration was low enough that TXO-TPA molecules did not interact with each other, but an ensem- ble of molecules was still present in the detection volume. The intramolecular transition rates between singlet and triplet states of TXO-TPA could be derived with an error of at most 5 \%. Other experimental techniques designed to obtain this information require ei- ther lengthy measurements on single molecules, where sample preparation is also often a challenge, or temperature-dependent fluorescence lifetime measurements, which require a cryostat, which in turn places constraints on the sample design used. In future, this ap- proach could establish a powerful method to study external factors influencing molecular transition rates. Overall, this thesis has introduced new molecular materials, revealed their photophys- ical properties, and demonstrated how they can be used to fabricate efficient and even novel light sources.},
  subject      = {Fotophysik},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Geisler2010,
  author    = {Geisler, Matthias},
  title     = {Thermische Charakterisierung selbstevakuierender Kryod{\"a}mmmaterialien durch Ausfrieren von Kohlenstoffdioxid als F{\"u}llgas},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-56288},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die thermische Charakterisierung des Einflusses von ausfrierenden F{\"u}llgasen auf die W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit von W{\"a}rmed{\"a}mmstoffen f{\"u}r kryogene Anwendungen am Beispiel von Kohlenstoffdioxid. Im Allgemeinen wird mit dem W{\"a}rmed{\"a}mmmaterial der W{\"a}rmeverlust eines Gegenstandes herabgesetzt, der eine Temperaturdifferenz im Vergleich zur Umgebung aufweist. Um die Gesamtw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit eines D{\"a}mmstoffes bei kryogenen Temperaturen, d.h. < 200 K, zu minimieren, wird das meist por{\"o}se D{\"a}mmmaterial in der Regel hinreichend evakuiert, um die Gasw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit zu unterdr{\"u}cken. Zur Evakuierung gibt es mehrere M{\"o}glichkeiten. Meist wird der Gasdruck durch Abpumpen der F{\"u}llgase abgesenkt. In dieser Arbeit wird jedoch das Evakuieren durch „Ausfrieren" des F{\"u}llgases bei tiefen Temperaturen (Desublimations-Evakuierung) realisiert und untersucht. Die Problemstellung der vorliegenden Arbeit bestand zum einen in der experimentellen Untersuchung des W{\"a}rmetransportes unter Ber{\"u}cksichtigung desublimierter Gase in por{\"o}sen D{\"a}mmmaterialien mit verschiedensten Bulk-Strukturen und zum anderen in deren theoretischen Beschreibung. Aus technischen Gr{\"u}nden wurde mit LN2 als Kryogen und mit CO2 als F{\"u}llgas gearbeitet. Die erreichbaren Temperaturen erlauben die Verwendung von CO2 als F{\"u}llgas, da hier der Restgasdruck ausreichend niedrig ist, um bei den untersuchten Proben die Gasw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit zu unterdr{\"u}cken. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine neue Messmethode zur Charakterisierung des Einflusses von desublimierten F{\"u}llgasen auf die Festk{\"o}rperw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit entwickelt, da die genaue Kenntnis der effektiven W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit f{\"u}r viele technische Anwendungen unerl{\"a}sslich ist. Hierzu wurde einer bestehenden Platten-Apparatur zur W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeitsbestimmung ein spezieller Probenbeh{\"a}lter implementiert, welcher die Untersuchung verschiedenster Probenmaterialien erlaubt. Dieser Probenbeh{\"a}lter erm{\"o}glicht die Injektion eines Gases in einen por{\"o}sen Pr{\"u}fk{\"o}rper, welchem eine Temperatur von 77 K auf der kalten Seite und 293 K auf der warmen Seite aufgepr{\"a}gt wurde. Dieses weiterentwickelte station{\"a}re Messverfahren erlaubt neben der Bestimmung der Gesamtw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit der gesamten Probe durch die Einbringung zus{\"a}tzlicher Temperatursensoren in verschieden Positionen des por{\"o}sen Materials auch die Bestimmung der effektiven Gesamtw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit einzelner Schichten. Um ein breites Spektrum an por{\"o}sen Materialien in dieser Arbeit abzudecken und die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Theorien zu validieren, wurden verschiedene Materialklassen untersucht. Neben einem Melaminharz-Schaum mit Zellgr{\"o}ßen um 100 µm und einem Polyimid-Vlies mit einem effektiven Faserdurchmesser um 7 µm wurden zwei Pulverproben untersucht, zum einen eine Sch{\"u}ttung aus Vollglaskugeln mit Partikeldurchmessern zwischen 1 und 10 µm und eine Sch{\"u}ttung aus getr{\"u}bter Kiesels{\"a}ure mit wesentlich kleineren Prim{\"a}r-Partikeln (<10 nm). Die erarbeiteten theoretischen Modelle zur Berechnung der Festk{\"o}rperw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit lassen erwarten, dass die Empfindlichkeit der Festk{\"o}rperw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit gegen{\"u}ber abgeschiedenen Gasen je nach Materialklasse unterschiedlich groß ausf{\"a}llt. Als Hauptmerkmal wurde das Vorhandensein von Punktkontakten zwischen den einzelnen Partikeln bzw. Elementen des por{\"o}sen Materials identifiziert, sowie die spezifische Wechselwirkung (CO2-phil/phob). Die Punktkontakte sind mit ihren großen thermischen Widerst{\"a}nden maßgeblich f{\"u}r die W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit der Festk{\"o}rperstruktur verantwortlich. Durch Ausfrieren der F{\"u}llgase an diesen Punktkontakten werden die thermischen Kontaktwiderst{\"a}nde stark herabgesetzt, so dass ein Anstieg der Festk{\"o}rperw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit erfolgt. Dieser f{\"a}llt abh{\"a}ngig vom jeweiligen Material unterschiedlich hoch aus. Die bestehenden Festk{\"o}rperw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeitsmodelle wurden um den Einfluß von desublimierten F{\"u}llgasen erweitert, um diese mit den W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeitsmessungen zu vergleichen und eine Aussage {\"u}ber den Abscheidemechanismus treffen zu k{\"o}nnen. Das erweiterte Festk{\"o}rperw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeitsmodell f{\"u}r die Vollglaskugel-Sch{\"u}ttung hat z.B. eine sehr starke Abh{\"a}ngigkeit von der geometrischen Verteilung des abgeschiedenen Gases gezeigt. Eine Konzentration der im Mittel abgeschiedenen F{\"u}llgase am Kontaktpunkt zwischen zwei Partikeln einer einfachen kubischen Anordnung erh{\"o}ht die W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit um mehr als 800\%, wohingegen die homogene Abscheidung auf der Oberfl{\"a}che nur zu einer moderaten Erh{\"o}hung um ca. 30\% f{\"u}hrt. Die experimentellen Versuche konnten die theoretisch erwarteten großen Anstiege der Festk{\"o}rperw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit f{\"u}r die Sch{\"u}ttungen mit einer großen Punktkontaktdichte best{\"a}tigen. Diesen folgt die Polyimid-Faser-Probe mit einer geringen Punktkontaktdichte. Der Melaminharz-Schaum hingegen besitzt keine Punktkontakte und ist CO2-phob. Erwartungsgem{\"a}ß zeigt dieser eine sehr geringe Abh{\"a}ngigkeit in der Festk{\"o}rperw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit von der injizierten Gasmenge. Absolute Zahlenwerte der mittleren Gesamtw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeiten der untersuchten por{\"o}sen Materialien lagen f{\"u}r die Randtemperaturen 77 K und 293 K f{\"u}r die Vollglaskugel-Sch{\"u}ttung bei ca. 12∙10^-3 W/(mK), f{\"u}r die getr{\"u}bte Kiesels{\"a}ure bei ca. 1.7∙10^-3 W/(mK), f{\"u}r die Polyimid-Fasern bei ca. 0.8∙10^-3 W/(mK) und f{\"u}r den Melaminharz-Schaum bei ca. 4.5∙10^-3 W/(mK). Im Rahmen der injizierten CO2-Menge wurden die mittleren Gesamtw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeiten bei der Vollglaskugel-Sch{\"u}ttung und der getr{\"u}bten Kiesels{\"a}ure um ca. 15\% im Vergleich zum evakuierten Zustand (ohne desublimiertes F{\"u}llgas) erh{\"o}ht. Die Polyimid-Fasern und der Melaminharz-Schaum wiesen eine Erh{\"o}hung um ca. 7\% bzw. 2\% auf. Die relative Vergr{\"o}ßerung der Gesamtw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit im k{\"a}ltesten Viertel der Probe fiel prozentual wesentlich st{\"a}rker aus: ca. 300\% f{\"u}r die getr{\"u}bte Kiesels{\"a}ure, ca. 75\% f{\"u}r die Vollglaskugel-Sch{\"u}ttung, ca. 40\% f{\"u}r die Polyimid-Fasern und ca. 5\% f{\"u}r den Melaninharz-Schaum. Die Korrelation der erarbeiteten Festk{\"o}rperw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeitsmodelle mit den gemessenen W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeiten bedurfte jedoch weiterer Eingangsparameter, um eine eindeutige Schlussfolgerung {\"u}ber den Anlagerungsmechanismus (Punktkontaktanlagerung oder homogene Oberfl{\"a}chenanlagerung oder eine Kombination aus beiden) treffen zu k{\"o}nnen. Die Bestimmung der zwingend ben{\"o}tigten absoluten CO2-Verteilung innerhalb der Probe wurde dazu exemplarisch mittels Neutronen-Radiographie an der Vollglaskugelprobe in einem speziellen Probenbeh{\"a}lter am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) durchgef{\"u}hrt. Die so ermittelte CO2-Verteilung innerhalb der Vollglaskugelprobe war in sehr gutem Einklang mit den durchgef{\"u}hrten Monte-Carlo-Simulationen zum Desublimationsverhalten. Das erarbeitete Simulations-Programm beschreibt den molekularen Stofftransport innerhalb eines por{\"o}sen D{\"a}mmmaterials mit ebenfalls 77 K auf der kalten Seite und 300 K auf der warmen Seite. Der Programm-Algorithmus ber{\"u}cksichtigt dabei die spezifischen Adsorptionsenergien, sowie die temperaturabh{\"a}ngige Frequenz mit der ein adsorbiertes Gasmolek{\"u}l an der Oberfl{\"a}che schwingt, welche umgekehrt proportional zur Haftzeit an einem Ort ist. Die Simulation liefert als Ergebnis die durchschnittliche Haftdauer eines Teilchens an einem Ort, welche wiederum proportional zur Verteilung vieler Gasmolek{\"u}le, in diesem Fall der injizierten und anschließend desublimierten Gasmenge, ist. Die Ergebnisse zeigen sehr deutlich die Abh{\"a}ngigkeit der durchschnittlichen Haftzeit von der Temperatur und der Adsorptionsenergie. Weitere Informationen zur Wechselwirkung der CO2-Molek{\"u}le mit den untersuchten Proben lieferten die Adsorptionsmessungen an den Proben mit CO2 als Adsorptiv bzw. Adsorbens nach den Methoden von Brunauer, Emmett und Teller (BET) und der Methode nach Dubinin-Radushkevich (DR). Durch Kombination bzw. Korrelation der verschiedenen Untersuchungsmethoden und den theoretischen Modellen konnte bestimmt werden, dass das CO2 fast ausschließlich als homogene Schicht auf der Oberfl{\"a}che der Vollglaskugeln desublimiert, welche eine entsprechend geringe Temperatur aufweisen. Weiterhin stellte sich heraus, dass eine starke Konzentration an der kalten Seite stattfindet, die zur warmen Seite exponentiell abnimmt. Die Auswertung der Korrelation zeigt Tendenzen einer leicht bevorzugten Abscheidung am Kontaktpunkt bei weiteren injizierten CO2-Mengen in die bereits mit CO2 beladene Probe. Die Betrachtung und Diskussion der Messergebnisse und Festk{\"o}rperw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeitsmodelle der Polyimid-Fasern und der getr{\"u}bten Kiesels{\"a}ure l{\"a}sst auf ein {\"a}hnliches Verhalten bei Desublimation der F{\"u}llgase innerhalb des por{\"o}sen Probenk{\"o}rpers schließen. Die Empfindlichkeit des W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeitsanstiegs gegen{\"u}ber weiteren Mengen an desublimiertem CO2 nahm tendenziell zu. Eine Ausnahme stellte jedoch der Melaminharz-Schaum dar, welcher eine abnehmende Empfindlichkeit des W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeitsanstiegs gegen{\"u}ber weiteren Mengen an desublimiertem CO2 aufwies. Daf{\"u}r verantwortlich sind das abstoßende Verhalten von CO2 gegen{\"u}ber Melaminharz und die Festk{\"o}rperstruktur des Schaums.},
  subject      = {W{\"a}rmeisolierstoff},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Scheibner2007,
  author    = {Scheibner, Ralf},
  title     = {Thermoelectric Properties of Few-Electron Quantum Dots},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-26699},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {This thesis presents an experimental study of the thermoelectrical properties of semiconductor quantum dots (QD). The measurements give information about the interplay between first order tunneling and macroscopic quantum tunneling transport effects in the presence of thermal gradients by the direct comparison of the thermoelectric response and the energy spectrum of the QD. The aim of the thesis is to contribute to the understanding of the charge and spin transport in few-electron quantum dots with respect to potential applications in future quantum computing devices. It also gives new insight into the field of low temperature thermoelectricity. The investigated QDs were defined electrostatically in a two dimensional electron gas (2DEG) formed with a GaAs/(Al,Ga)As heterostructure by means of metallic gate electrodes on top of the heterostructure. Negative voltages with respect to the potential of the 2DEG applied to the gate electrodes were used to deplete the electron gas below them and to form an isolated island of electron gas in the 2DEG which contains a few ten electrons. This QD was electrically connected to the 2DEG via two tunneling barriers. A special electron heating technique was used to create a temperature difference between the two connecting reservoirs across the QD. The resulting thermoelectric voltage was used to study the charge and spin transport processes with respect to the discrete energy spectrum and the magnetic properties of the QD. Such a two dimensional island usually exhibits a discrete energy spectrum, which is comparable to that of atoms. At temperatures below a few degrees Kelvin, the electrostatic charging energy of the QDs exceeds the thermal activation energy of the electrons in the leads, and the transport of electrons through the QD is dominated by electron-electron interaction effects. The measurements clarify the overall line shape of thermopower oscillations and the observed fine structure as well as additional spin effects in the thermoelectrical transport. The observations demonstrate that it is possible to control and optimize the strength and direction of the electronic heat flow on the scale of a single impurity and create spin-correlated thermoelectric transport in nanostructures, where the experimenter has a close control of the exact transport conditions. The results support the assumption that the performance of thermoelectric devices can be enhanced by the adjustment of the QD energy levels and by exploiting the properties of the spin-correlated charge transport via localized, spin-degenerate impurity states. Within this context, spin entropy has been identified as a driving force for the thermoelectric transport in the spin-correlated transport regime in addition to the kinetic contributions. Fundamental considerations, which are based on simple model assumptions, suggest that spin entropy plays an important role in the presence of charge valence fluctuations in the QD. The presented model gives an adequate starting point for future quantitative analysis of the thermoelectricity in the spin-correlated transport regime. These future studies might cover the physics in the limit of single electron QDs or the physics of more complex structures such as QD molecules as well as QD chains. In particular, it should be noted that the experimental investigations of the thermopower of few-electron QDs address questions concerning the entropy transport and entropy production with respect to single-bit information processing operations. These questions are of fundamental physical interest due to their close connection to the problem of minimal energy requirements in communication, and thus ultimately to the so called "Maxwell's demon" with respect to the second law of thermodynamics.},
  subject      = {Quantenpunkt},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kirilmaz2019,
  author    = {Kirilmaz, Ozan Seyitali},
  title     = {Thin Film Growth and Characterization of the Transition Metal Oxides Magnetite and Layered Perovskite Iridates},
  doi       = {10.25972/OPUS-17891},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-178917},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {This thesis describes the growth and characterization of both the all-oxide heterostructure Fe3O4/ZnO and the spin-orbit coupling driven layered perovskite iridates. As for Fe3O4/ZnO, the 100\% spin-polarized Fe3O4 is a promising spin electrode candidate for spintronic devices. However, the single crystalline ZnO substrates exhibit different polar surface termination which, together with substrate preparation method, can drastically affect the physical properties of Fe3O4/ZnO heterostructures. In this thesis two different methods of substrate preparation were investigated: a previously used in situ method involving sputtering and annealing treatments and a recent ex situ method containing only the annealing procedure. For the latter, the annealing treatment was performed in dry and humid O2 gas flow for the O- and Zn-terminated substrates, respectively, to produce atomically at surfaces as verified by atomic force microscopy(AFM). With these methods, four different ZnO substrates were fabricated and used further for Fe3O4 film growth. Fe3O4 films of 20 nm thickness were successfully grown by reactive molecular beam epitaxy. AFM measurements reveal a higher film surface roughness for the samples with in situ prepared substrates. Moreover, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements indicate significant Zn substitution within the Fe3O4 film for these samples, whereas the samples with ex situ prepared substrates show stoichiometric Fe3O4 films. X-ray diffraction measurements confirm the observations from XPS, revealing additional peaks due to Zn substitution in Fe3O4 films grown on in situ prepared ZnO substrates. Conductivity, as well as magnetometry, measurements show the presence of Zn-doped ferrites in films grown on in situ prepared substrates. Such unintentionally intercalated Zn-doped ferrites dramatically change the electrical and magnetic properties of the films and, therefore, are not preferred in a high-quality heterostructure. X-ray reflectivity (XRR) measurements show for the film grown on ex situ prepared Zn-terminated substrate a variation of film density close to the interface which is also confirmed by transmission electron microscopy (TEM). Using polarized neutron reflectometry, magnetic depth profiles of the films grown on ex situ prepared substrates clearly indicate Fe3O4 layers with reduced magnetization at the interfaces. This result is consistent with earlier observations made by resonant magnetic X-ray reflectometry (RMXR), but in contrast to the findings from XRR and TEM of this thesis. A detailed TEM study of all four samples shows that the sample with ex situ prepared O-terminated substrate has the sharpest interface, whereas those with ex situ prepared Zn-terminated as well as in situ prepared substrates indicate rougher interfaces. STEM-EELS composition profiles of the samples reveal the Zn substitution in the films with in situ prepared substrates and therefore confirm the presence of Zn-doped ferrites. Moreover, a change of the Fe oxidation state of the first Fe layer at the interface which was observed in previous studies done by RMXR, was not verified for the samples with in situ prepared substrates thus leaving the question of a possible presence of the magnetically dead layer open. Furthermore, density functional theory calculations were performed to determine the termination dependent layer sequences which are ...-Zn-O-(interface)-[Fe(octa)-O-Fe(tetra)-Fe(octa)-Fe(tetra)-O]-[...]-... and ...-O-Zn-(interface)-[O-Fe(octa)-O-Fe(tetra)-Fe(octa)-Fe(tetra)]-[...]-... for the samples with O- and Zn-terminated substrates, respectively. Spin density calculations show that in case of O-termination the topmost substrate layers imitate the spin polarization of film layers close to the interface. Here, the first O layer is affected much stronger than the first Zn layer. Due to the strong decrease of this effect toward deeper substrate layers, the substrate surface is supposed to be sensitive to the contiguous spin polarization of the film. Thus, the topmost O layer of the O-terminated substrate could play the most essential role for effective spin injection into ZnO. The 5d transition metal oxides Ba2IrO4 (BIO) and Sr2IrO4 (SIO) are associated with the Ruddlesden-Popper iridate series with phase type "214" (RP{214), and due to the strong spin-orbit coupling belong to the class of Mott insulators. Moreover, they show many similarities of the isostructural high Tc-cuprate superconductors, e.g. crystal structure, magnetism and electronic band structure. Therefore, it is of great interest to activate a potential superconducting phase in (RP{214) iridates. However, only a small number of publications on PLD grown (RP{214) iridates in the literature exists. Furthermore, published data of soft X-ray angle resolved photoemission spectroscopy (SX-ARPES) experiments mainly originate from measurements which were performed on single crystals or MBE grown films of SIO and BIO. In this thesis La-doped SIO films (La0:2Sr1:8IrO4, further referred as LSIO) were used to pursue a potential superconducting phase. A set of characterization methods was used to analyze the quality of the PLD grown BIO, SIO and LSIO films. AFM measurements demonstrate that thick PLD grown(RP{214) iridate films have rougher surfaces, indicating a transition from a 2D layer-bylayer growth (which is demonstrated by RHEED oscillations) to a 3D island-like growth mode. In addition, chemical depth profiling XPS measurements indicate an increase of the O and Ir relative concentrations in the topmost film layers. Constant energy k-space maps and energy distribution curves (EDCs) measured by SX-ARPES show for every grown film only weak energy band dispersions, which are in strong contrast to the results obtained on the MBE grown films and single crystals from the literature. In this thesis, a subsequent TEM study reveals missing SrO layers within the grown films which occur mainly in the topmost layers, confirming the results and suggestions from XPS and SX-ARPES data: the PLD grown films have defects and, therefore, incoherently scatter photoelectrons. Nevertheless, the LSIO film shows small additional spectral weight between the highsymmetry M points close to the Fermi level which can be attributed to quasiparticle states which, in turn, indicates the formation of a Fermi-arc. However, neither conductivity measurements nor valence band analysis via XPS confirm an activation of a superconducting phase or presence of spectral weight of quasiparticle states at the Fermi level in this LSIO film. It is possible that these discovered difficulties in growth are responsible for the low number of SX-ARPES publications on PLD grown (RP{214) iridate films. For further investigations of (RP{214) iridate films by SX-ARPES, their PLD growth recipes have to be improved to create high quality single crystalline films without imperfections.},
  subject      = {Magnetit},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Bieker2015,
  author    = {Bieker, Steffen},
  title     = {Time and Spatially Resolved Photoluminescence Spectroscopy of Hot Excitons in Gallium Arsenide},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-134419},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {The present thesis investigates the impact of hot exciton effects on the low-temperature time and spatially resolved photoluminescence (PL) response of free excitons in high-purity gallium arsenide (GaAs). The work at hand extends available studies of hot carrier effects, which in bulk GaAs have up to now focused on hot electron populations. In crucial distinction from previous work, we extensively study the free exciton second LO-phonon replica. The benefit of this approach is twofold. First, the two LO phonon-assisted radiative recombination allows to circumvent the inherent interpretation ambiguities of the previously investigated free exciton zero-phonon line. Second, the recombination line shape of the second LO-phonon replica provides direct experimental access to the exciton temperature, thereby enabling the quantitative assessment of hot exciton effects. In the first part of the thesis, we address the influence of transient cooling on the time evolution of an initially hot photocarrier ensemble. To this end, we investigate time-resolved photoluminescence (TRPL) signals detected on the free exciton second LO-phonon replica. Settling a long-standing question, we show by comparison with TRPL transients of the free exciton zero-phonon line that the slow free exciton photoluminescence rise following pulsed optical excitation is dominated by the slow buildup of a free exciton population and not by the relaxation of large K-vector excitons to the Brillouin zone center. To establish a quantitative picture of the delayed photoluminescence onset, we determine the cooling dynamics of the initially hot photocarrier cloud from a time-resolved line shape analysis of the second LO-phonon replica. We demonstrate that the Saha equation, which fundamentally describes the thermodynamic population balance between free excitons and the uncorrelated electron-hole plasma, directly translates the experimentally derived cooling curves into the time-dependent conversion of unbound electron-hole pairs into free excitons. In the second part of the thesis, we establish the impact of hot exciton effects on low-temperature spatially resolved photoluminescence (SRPL) studies. Such experiments are widely used to investigate charge carrier and free exciton diffusion in semiconductors and semiconductor nanostructures. By SRPL spectroscopy of the second LO-phonon replica, we show that above-band gap focused laser excitation inevitably causes local heating in the carrier system, which crucially affects the diffusive expansion of a locally excited exciton packet. Undistorted free exciton diffusion profiles, which are correctly described by the commonly used formulation of the photocarrier diffusion equation, are only observed in the absence of spatial temperature gradients. At low sample temperatures, the reliable determination of free exciton diffusion coefficients from both continuous-wave and time-resolved SRPL spectroscopy requires strictly resonant optical excitation. Using resonant laser excitation, we observe the dimensional crossover of free exciton diffusion in etched wire structures of a thin, effectively two-dimensional GaAs epilayer. When the lateral wire width falls below the diffusion length, the sample geometry becomes effectively one-dimensional. The exciton diffusion profile along the wire stripe is then consistently reproduced by the steady-state solution to the one-dimensional diffusion equation. Finally, we demonstrate the formation of macroscopic free and bound exciton photoluminescence rings in bulk GaAs around a focused laser excitation spot. Both ring formation effects are due to pump-induced local heating in the exciton system. For a quantitative assessment of the mechanism underlying the free exciton ring formation, we directly determine the exciton temperature gradient from a spatially resolved line shape analysis of the free exciton second LO-phonon replica. We demonstrate that a pump-induced hot spot locally modifies the thermodynamic population balance between free excitons and unbound electron-hole pairs described by the Saha equation, which naturally explains the emergence of macroscopic free exciton ring structures. In summary, we demonstrate that quantitative consideration of hot exciton effects provides a coherent picture both of the time-domain free exciton luminescence kinetics and of the distinct spatially resolved photoluminescence patterns developing under the influence of spatial photocarrier diffusion.},
  subject      = {Exziton},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Harder2022,
  author    = {Harder, Tristan H.},
  title     = {Topological Modes and Flatbands in Microcavity Exciton-Polariton Lattices},
  doi       = {10.25972/OPUS-25900},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-259008},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {The fascination of microcavity exciton-polaritons (polaritons) rests upon the combination of advanced technological control over both the III-V semiconductor material platform as well as the precise spectroscopic access to polaritonic states, which provide access to the investigation of open questions and complex phenomena due to the inherent nonlinearity and direct spectroscopic observables such as energy-resolved real and Fourier space information, pseudospin and coherence. The focus of this work was to advance the research area of polariton lattice simulators with a particular emphasis on their lasing properties. Following the brief introduction into the fundamental physics of polariton lattices in chapter 2, important aspects of the sample fabrication as well as the Fourier spectroscopy techniques used to investigate various features of these lattices were summarized in chapter 3. Here, the implementation of a spatial light modulator for advanced excitation schemes was presented. At the foundation of this work is the capability to confine polaritons into micropillars or microtraps resulting in discrete energy levels. By arranging these pillars or traps into various lattice geometries and ensuring coupling between neighbouring sites, polaritonic band structures were engineered. In chapter 4, the formation of a band structure was visualised in detail by investigating ribbons of honeycomb lattices. Here, the transition of the discrete energy levels of a single chain of microtraps to the fully developed band structure of a honeycomb lattice was observed. This study allows to design the size of individual domains in more complicated lattice geometries such that a description using band structures becomes feasible, as it revealed that a width of just six unit cells is sufficient to reproduce all characteristic features of the S band of a honeycomb lattice. In particular in the context of potential technological applications in the realms of lasing, the laser-like, coherent emission from polariton microcavities that can be achieved through the excitation of polariton condensates is intriguing. The condensation process is significantly altered in a lattice potential environment when compared to a planar microcavity. Therefore, an investigation of the polariton condensation process in a lattice with respect to the characteristics of the excitation laser, the exciton-photon detuning as well as the reduced trap distance that represents a key design parameter for polaritonic lattices was performed. Based on the demonstration of polariton condensation into multiple bands, the preferred condensation into a desired band was achieved by selecting the appropriate detuning. Additionally, a decreased condensation threshold in confined systems compared to a planar microcavity was revealed. In chapter 5, the influence of the peculiar feature of flatbands arising in certain lattice geometries, such as the Lieb and Kagome lattices, on polaritons and polariton condensates was investigated. Deviations from a lattice simulator described by a tight binding model that is solely based on nearest neighbour coupling cause a remaining dispersiveness of the flatbands along certain directions of the Brillouin zone. Therefore, the influence of the reduced trap distance on the dispersiveness of the flatbands was investigated and precise technological control over the flatbands was demonstrated. As next-nearest neighbour coupling is reduced drastically by increasing the distance between the corresponding traps, increasing the reduced trap distance enables to tune the S flatbands of both Lieb and Kagome lattices from dispersive bands to flatbands with a bandwidth on the order of the polariton linewidth. Additionally to technological control over the band structures, the controlled excitation of large condensates, single compact localized state (CLS) condensates as well as the resonant excitation of polaritons in a Lieb flatband were demonstrated. Furthermore, selective condensation into flatbands was realised. This combination of technological and spectroscopic control illustrates the capabilities of polariton lattice simulators and was used to study the coherence of flatband polariton condensates. Here, the ability to tune the dispersiveness from a dispersive band to an almost perfect flatband in combination with the selectivity of the excitation is particularly valuable. By exciting large flatband condensates, the increasing degree of localisation to a CLS with decreasing dispersiveness was demonstrated by measurements of first order spatial coherence. Furthermore, the first order temporal coherence of CLS condensates was increased from τ = 68 ps for a dispersive flatband, a value typically achieved in high-quality microcavity samples, to a remarkable τ = 459 ps in a flatband with a dispersiveness below the polarion linewidth. Corresponding to this drastic increase of the first order coherence time, a decrease of the second order temporal coherence function from g(2)(τ =0) = 1.062 to g(2)(0) = 1.035 was observed. Next to laser-like, coherent emission, polariton condensates can form vortex lattices. In this work, two distinct vortex lattices that can form in polariton condensates in Kagome flatbands were revealed. Furthermore, chiral, superfluid edge transport was realised by breaking the spatial symmetry through a localised excitation spot. This chirality was related to a change in the vortex orientation at the edge of the lattice and thus opens the path towards further investigations of symmetry breaking and chiral superfluid transport in Kagome lattices. Arguably the most influential concept in solid-state physics of the recent decades is the idea of topological order that has also provided a new degree of freedom to control the propagation of light. Therefore, in chapter 6, the interplay of topologically non-trivial band structures with polaritons, polariton condensates and lasing was emphasised. Firstly, a two-dimensional exciton-polariton topological insulator based on a honeycomb lattice was realised. Here, a topologically non-trivial band gap was opened at the Dirac points through a combination of TE-TM splitting of the photonic mode and Zeeman splitting of the excitonic mode. While the band gap is too small compared to the linewidth to be observed in the linear regime, the excitation of polariton condensates allowed to observe the characteristic, topologically protected, chiral edge modes that are robust against scattering at defects as well as lattice corners. This result represents a valuable step towards the investigation of non-linear and non-Hermitian topological physics, based on the inherent gain and loss of microcavities as well as the ability of polaritons to interact with each other. Apart from fundamental interest, the field of topological photonics is driven by the search of potential technological applications, where one direction is to advance the development of lasers. In this work, the starting point towards studying topological lasing was the Su-Schrieffer-Heeger (SSH) model, since it combines a simple and well-understood geometry with a large topological gap. The coherence properties of the topological edge defect of an SSH chain was studied in detail, revealing a promising degree of second order temporal coherence of g(2)(0) = 1.07 for a microlaser with a diameter of only d = 3.5 µm. In the context of topological lasing, the idea of using a propagating, topologically protected mode to ensure coherent coupling of laser arrays is particularly promising. Here, a topologically non-trivial interface mode between the two distinct domains of the crystalline topological insulator (CTI) was realised. After establishing selective lasing from this mode, the coherence properties were studied and coherence of a full, hexagonal interface comprised of 30 vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) was demonstrated. This result thus represents the first demonstration of a topological insulator VCSEL array, combining the compact size and convenient light collection of vertically emitting lasers with an in-plane topological protection. Finally, in chapter 7, an approach towards engineering the band structures of Lieb and honeycomb lattices by unbalancing the eigenenergies of the sites within each unit cell was presented. For Lieb lattices, this technique opens up a path towards controlling the coupling of a flatband to dispersive bands and could enable a detailed study of the influence of this coupling on the polariton flatband states. In an unbalanced honeycomb lattice, a quantum valley Hall boundary mode between two distinct, unbalanced honeycomb domains with permuted sites in the unit cells was demonstrated. This boundary mode could serve as the foundation for the realisation of a polariton quantum valley Hall effect with a truly topologically protected spin based on vortex charges. Modifying polariton lattices by unbalancing the eigenenergies of the sites that comprise a unit cell was thus identified as an additional, promising path for the future development of polariton lattice simulators.},
  subject      = {Exziton-Polariton},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Pakkayil2017,
  author    = {Pakkayil, Shijin Babu},
  title     = {Towards ferromagnet/superconductor junctions on graphene},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-153863},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {This thesis reports a successful fabrication and characterisation of ferromagnetic/superconductor junction (F/S) on graphene. The thesis preposes a fabrication method to produce F/S junctions on graphene which make use of ALD grown Al2O3 as the tunnel barrier for the ferromagnetic contacts. Measurements done on F/G/S/G/F suggests that by injecting spin polarised current into the superconductor, a spin imbalance is created in the quasiparticle density of states of the superconductor which then diffuses through the graphene channel. The observed characteristic curves are similar to the ones which are already reported on metallic ferromagnet/superconductor junctions where the spin imbalance is created using Zeeman splitting. Further measurements also show that the curves loose their characteristic shapes when the temperature is increased above the critical temperature (Tc) or when the external magnetic field is higher then the critical field (Hc) of the superconducting contact. But to prove conclusively and doubtlessly the existence of spin imbalance in ferromagnet/superconductor junctions on graphene, more devices have to be made and characterised preferably in a dilution refrigerator.},
  subject      = {Graphen},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Mueller2012,
  author    = {M{\"u}ller, Andreas},
  title     = {Towards functional oxide heterostructures},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-72478},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Oxide heterostructures attract a lot of attention as they display a vast range of physical phenomena like conductivity, magnetism, or even superconductivity. In most cases, these effects are caused by electron correlations and are therefore interesting for studying fundamental physics, but also in view of future applications. This thesis deals with the growth and characterization of several prototypical oxide heterostructures. Fe3O4 is highly ranked as a possible spin electrode in the field of spintronics. A suitable semiconductor for spin injection in combination with Fe3O4 is ZnO due to its oxide character and a sufficiently long spin coherence length. Fe3O4 has been grown successfully on ZnO using pulsed laser deposition and molecular beam epitaxy by choosing the oxygen partial pressure adequately. Here, a pressure variation during growth reduces an FeO-like interface layer. Fe3O4 films grow in an island-like growth mode and are structurally nearly fully relaxed, exhibiting the same lattice constants as the bulk materials. Despite the presence of a slight oxygen off-stoichiometry, indications of the Verwey transition hint at high-quality film properties. The overall magnetization of the films is reduced compared to bulk Fe3O4 and a slow magnetization behavior is observed, most probably due to defects like anti-phase boundaries originating from the initial island growth. LaAlO3/SrTiO3 heterostructures exhibit a conducting interface above a critical film thickness, which is most likely explained by an electronic reconstruction. In the corresponding model, the potential built-up owing to the polar LaAlO3 overlayer is compensated by a charge transfer from the film surface to the interface. The properties of these heterostructures strongly depend on the growth parameters. It is shown for the first time, that it is mainly the total pressure which determines the macroscopic sample properties, while it is the oxygen partial pressure which controls the amount of charge carriers near the interface. Oxygen-vacancy-mediated conductivity is found for too low oxygen pressures. A too high total pressure, however, destroys interface conductivity, most probably due to a change of the growth kinetics. Post-oxidation leads to a metastable state removing the arbitrariness in controlling the electronic interface properties by the oxygen pressure during growth. LaVO3/SrTiO3 heterostructures exhibit similar behavior compared to LaAlO3/SrTiO3 when it comes to a thickness-dependent metal-insulator transition. But in contrast to LaAlO3, LaVO3 is a Mott insulator exhibiting strong electron correlations. Films have been grown by pulsed laser deposition. Layer-by-layer growth and a phase-pure pervoskite lattice structure is observed, indicating good structural quality of the film and the interface. An electron-rich layer is found near the interface on the LaVO3 side for conducting LaVO3/SrTiO3. This could be explained by an electronic reconstruction within the film. The electrostatic doping results in a band-filling-controlled metal-insulator transition without suffering from chemical impurities, which is unavoidable in conventional doping experiments.},
  subject      = {Oxide},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Fischer2023,
  author    = {Fischer, Mathias},
  title     = {Transient Phenomena and Ionic Kinetics in Hybrid Metal Halide Perovskite Solar Cells},
  doi       = {10.25972/OPUS-32220},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-322204},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {The fact that photovoltaics is a key technology for climate-neutral energy production can be taken as a given. The question to what extent perovskite will be used for photovoltaic technologies has not yet been fully answered. From a photophysical point of view, however, it has the potential to make a useful contribution to the energy sector. However, it remains to be seen whether perovskite-based modules will be able to compete with established technologies in terms of durability and cost efficiency. The additional aspect of ionic migration poses an additional challenge. In the present work, primarily the interaction between ionic redistribution, capacitive properties and recombination dynamics was investigated. This was done using impedance spectroscopy, OCVD and IV characteristics as well as extensive numerical drift-diffusion simulations. The combination of experimental and numerical methods proved to be very fruitful. A suitable model for the description of solar cells with respect to mobile ions was introduced in chapter 4.4. The formal mathematical description of the model was transferred by a non-dimensionalization and suitable numerically solvable form. The implementation took place in the Julia language. By intelligent use of structural properties of the sparse systems of equations, automatic differentiation and the use of efficient integration methods, the simulation tool is not only remarkably fast in finding the solution, but also scales quasi-linearly with the grid resolution. The software package was released under an open source license. In conventional semiconductor diodes, capacitance measurements are often used to determine the space charge density. In the first experimental chapter 5, it is shown that although this is also possible for the ionic migration present in perovskites, it cannot be directly understood as doping related, since the space charge distribution strongly depends on the preconditions and can be manipulated by an externally applied voltage. The exact form of this behavior depends on the perovskite composition. This shows, among other things, that experimental results can only be interpreted within the framework of conventional semiconductors to a very limited extent. Nevertheless, the built-in 99 potential of the solar cell can be determined if the experiments are carried out properly. A statement concerning the type and charge of the mobile ions is not possible without further effort, while their number can be determined. The simulations were applied to experimental data in chapter 6. Thus, it could be shown that mobile ions make a significant contribution to the OCVD of perovskite solar cells. j-V characteristics and OCVD transients measured as a function of temperature and illumination intensities could be quantitatively modeled simultaneously using a single global set of parameters. By the simulations it was further possible to derive a simple experimental procedure to determine the concentration and the diffusivity of the mobile ions. The possibility of describing different experiments in a uniform temperaturedependent manner strongly supports the model of mobile ions in perovskites. In summary, this work has made an important contribution to the elucidation of ionic contributions to the (photo)electrical properties of perovskite solar cells. Established experimental techniques for conventional semiconductors have been reinterpreted with respect to ionic mass transport and new methods have been proposed to draw conclusions on the properties for ionic transport. As a result, the published simulation tools can be used for a number of further studies.},
  subject      = {Simulation},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Grauer2018,
  author    = {Grauer, Stefan},
  title     = {Transport Phenomena in Bi\(_2\)Se\(_3\) and Related Compounds},
  publisher = {Verlag Dr. Hut GmbH},
  isbn      = {978-3-8439-3481-7},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-157666},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {One of the most significant technological advances in history was driven by the utilization of a new material class: semiconductors. Its most important application being the transistor, which is indispensable in our everyday life. The technological advance in the semiconductor industry, however, is about to slow down. Making transistors ever smaller to increase the performance and trying to reduce and deal with the dissipative heat will soon reach the limits dictated by quantum mechanics with Moore himself, predicting the death of his famous law in the next decade. A possible successor for semiconductor transistors is the recently discovered material class of topological insulators. A material which in its bulk is insulating but has topological protected metallic surface states or edge states at its boundary. Their electrical transport characteristics include forbidden backscattering and spin-momentum-locking with the spin of the electron being perpendicular to its momentum. Topological insulators therefore offer an opportunity for high performance devices with low dissipation, and applications in spintronic where data is stored and processed at the same point. The topological insulator Bi\(_2\)Se\(_3\) and related compounds offer relatively high energy band gaps and a rather simple band structure with a single dirac cone at the gamma point of the Brillouin zone. These characteritics make them ideal candidates to study the topological surface state in electrical transport experiments and explore its physics.},
  subject      = {Topologischer Isolator},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schmitt2022,
  author    = {Schmitt, Fabian Bernhard},
  title     = {Transport properties of the three-dimensional topological insulator mercury telluride},
  doi       = {10.25972/OPUS-29173},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-291731},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {The subject of this thesis is the investigation of the transport properties of topological and massive surface states in the three-dimensional topological insulator Hg(Mn)Te. These surface states give rise to a variety of extraordinary transport phenomena, making this material system of great interest for research and technological applications. In this connection, many physical properties of the topological insulator Hg(Mn)Te still require in-depth exploration. The overall aim of this thesis is to analyze the quantum transport of HgTe-based devices ranging from hundreds of micrometers (macroscopic) down to a few micrometers in size (microscopic) in order to extend the overall understanding of surface states and the possibilities of their manipulation. In order to exploit the full potential of our high-quality heterostructures, it was necessary to revise and improve the existing lithographic fabrication process of macroscopic three-dimensional Hg(Mn)Te samples. A novel lithographic standard recipe for the fabrication of the HgTe-based macrostructures was developed. This recipe includes the use of an optimized Hall bar design and wet etching instead of etching with high-energy \(\mathrm{{Ar^{+}}}\)-ions, which can damage the samples. Further, a hafnium oxide insulator is applied replacing the SiO\(_{2}\)/Si\(_{3}\)N\(_{4}\) dielectric in order to reduce thermal load. Moreover, the devices are metallized under an alternating angle to avoid discontinuities of the metal layers over the mesa edges. It was revealed that the application of gate-dielectric and top-gate metals results in n-type doping of the devices. This phenomenon could be attributed to quasi-free electrons tunneling from the trap states, which form at the interface cap layer/insulator, through the cap into the active layer. This finding led to the development of a new procedure to characterize wafer materials. It was found that the optimized lithographic processing steps do not unintentionally react chemically with our heterostructures, thus avoiding a degradation of the quality of the Hg(Mn)Te layer. The implementation of new contact structures Ti/Au, In/Ti/Au, and Al/Ti/Au did not result in any improvement compared to the standard structure AuGe/Au. However, a novel sample recipe could be developed, resulting in an intermixing of the contact metals (AuGe and Au) and fingering of metal into the mesa. The extent of the quality of the ohmic contacts obtained through this process has yet to be fully established. This thesis further deals with the lithographic realization of three-dimensional HgTe-based microstructures measuring only a few micrometer in size. Thus, these structures are in the order of the mean free path and the spin relaxation length of topological surface state electrons. A lithographic process was developed enabling the fabrication of nearly any desired microscopic device structure. In this context, two techniques suitable for etching microscopic samples were realized, namely wet etching and the newly established inductively coupled plasma etching. While wet etching was found to preserve the crystal quality of the active layer best, inductively coupled plasma etching is characterized by high reproducibility and excellent structural fidelity. Hence, the etching technique employed depends on the envisaged type of experiment. Magneto-transport measurements were carried out on the macroscopic HgTe-based devices fabricated by means of improved lithographic processing with respect to the transport properties of topological and massive surface states. It was revealed that due to the low charge carrier density present in the leads to the ohmic contacts, these regions can exhibit an insulating behavior at high magnetic fields and extremely low temperatures. As soon as the filling factor of the lowest Landau levels dropped below a critical value (\(\nu_{\mathrm{{c}}}\approx0.8\)), the conductance of the leads decreased significantly. It was demonstrated that the carrier density in the leads can be increased by the growth of modulation doping layers, a back-gate-electrode, light-emitting diode illumination, and by the application of an overlapping top-gate layout. This overlapping top-gate and a back-gate made it possible to manipulate the carrier density of the surface states on both sides of the Hg(Mn)Te layer independently. With this setup, it was identified that topological and massive surface states contribute to transport simultaneously in 3D Hg(Mn)Te. A model could be developed allowing the charge carrier systems populated in the sample to be determined unambiguously. Based on this model, the process of the re-entrant quantum Hall effect observed for the first time in three-dimensional topological insulators could be explained by an interplay of n-type topological and p-type massive surface states. A well-pronounced \(\nu=-1\rightarrow\nu=-2\rightarrow\nu=-1\) sequence of quantum Hall plateaus was found in manganese-doped HgTe-based samples. It is postulated that this is the condensed-matter realization of the parity anomaly in three-dimensional topological insulators. The actual nature of this phenomenon can be the subject of further research. In addition, the measurements have shown that inter-scattering occurs between counter-propagating quantum Hall edge states. The good quantization of the Hall conductance despite this inter-scattering indicates that only the unpaired edge states determine the transport properties of the system as a whole. The underlying inter-scattering mechanism is the topic of a publication in preparation. Furthermore, three-dimensional HgTe-based microstructures shaped like the capital letter "H" were investigated regarding spin transport phenomena. The non-local voltage signals occurring in the measurements could be attributed to a current-induced spin polarization of the topological surface states due to electrons obeying spin-momentum locking. It was shown that the strength of this non-local signal is directly connected to the magnitude of the spin polarization and can be manipulated by the applied top-gate voltage. It was found that in these microstructures, the massive surface and bulk states, unlike the topological surface states, cannot contribute to this spin-associated phenomenon. On the contrary, it was demonstrated that the population of massive states results in a reduction of the spin polarization, either due to the possible inter-scattering of massive and topological surface states or due to the addition of an unpolarized electron background. The evidence of spin transport controllable by a top-gate-electrode makes the three-dimensional material system mercury telluride a promising candidate for further research in the field of spintronics.},
  subject      = {Topologischer Isolator},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Mueller2022,
  author    = {M{\"u}ller, Valentin Leander},
  title     = {Transport signatures of topological and trivial states in the three-dimensional topological insulator HgTe},
  doi       = {10.25972/OPUS-25952},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-259521},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {The thesis at hand is concerned with improving our understanding of and our control over transport properties of the three-dimensional topological insulator HgTe. Topological insulators are characterized by an insulating bulk and symmetry-protected metallic surface states. These topological surface states hold great promise for research and technology; at the same time, many properties of experimentally accessible topological insulator materials still need to be explored thoroughly. The overall aim of this thesis was to experimentally investigate micrometer-sized HgTe transport devices to observe the ballistic transport regime as well as intercarrier scattering and possibly identify special properties of the topological surface states. Part I of the thesis presents lithographic developments concerned with etching small HgTe devices. The aim was to replace existing processes which relied on dry etching with high-energy \(\text{Ar}^+\) ions and an organic etch mask. This etching method is known to degrade the HgTe crystal quality. In addition, the etch mask turned out to be not durable for long etching processes and difficult to remove completely after etching. First, \(\text{BaF}_2\) was introduced as a new etch mask for dry etching to replace the organic etch mask. With common surface characterization techniques like SEM and XPS it was shown that \(\text{BaF}_2\) etch masks are easy to deposit, highly durable in common dry etching processes for \(\text{Hg}_{1-x}\text{Cd}_x\text{Te}\), and easy to remove in deionized water. Transport results of HgTe devices fabricated with the new etch mask are comparable to results obtained with the old process. At the same time, the new etch mask can withstand longer etching times and does not cause problems due to incomplete removal. Second, a new inductively coupled plasma dry etching process based on \(\text{CH}_4\) and Ar was introduced. This etching process is compatible with \(\text{BaF}_2\) etch masks and yields highly reproducible results. Transport results indicate that the new etching process does not degrade the crystal quality and is suitable to produce high-quality transport devices even in the micrometer range. A comparison with wet-etched samples shows that inductively coupled plasma etching introduces a pronounced edge roughness. This - usually undesirable - property is actually beneficial for some of the experiments in this study and mostly irrelevant for others. Therefore, most samples appearing in this thesis were fabricated with the new process. Part II of the thesis details the advancements made in identifying topological and trivial states which contribute to transport in HgTe three-dimensional topological insulators. To this end, macroscopic Hall bar samples were fabricated from high-quality tensilely strained HgTe layers by means of the improved lithographic processes. All samples were equipped with a top gate electrode, and some also with a modulation doping layer or a back gate electrode to modify the carrier density of the surface states on both sides of the HgTe layer. Due to the high sample quality, Landau levels could be well-resolved in standard transport measurements down to magnetic fields of less than 0.5T. High-resolution measurements of the Landau level dispersion with gate voltage and magnetic field allowed disentangling different transport channels. The main result here is that the upper (electron) branches of the two topological surface states contribute to transport in all experimentally relevant density regimes, while the hole branch is not accessible. Far in n-regime bulk conduction band states give a minor contribution to transport. More importantly, trivial bulk valence band holes come into play close to the charge neutrality point. Further in p-regime, the strong applied gate voltage leads to the formation of two-dimensional, massive hole states at the HgTe surface. The interplay of different states gives rise to rich physics: Top gate-back gate maps revealed that an anticrossing of Landau levels from the two topological surface states occurs at equal filling. A possible explanation for this effect is a weak hybridization of the surface states; however, future studies need to further clarify this point. Furthermore, the superposition of n-type topological and p-type trivial surface states leads to an intriguing Landau level dispersion. The good quantization of the Hall conductance in this situation indicates that the counterpropagating edge states interact with each other. The nature of this interaction will be the topic of further research. Part III of the thesis is focused on HgTe microstructures. These "channel samples" have a typical width of 0.5 to 4µm and a typical length of 5 to 80µm. The quality of these devices benefits particularly from the improved lithographic processes. As a result, the impurity mean free path of the topological surface state electrons is on the order of the device width and transport becomes semiballistic. This was verified by measuring the channel resistance in small magnetic fields in n-regime. The deflection of carriers towards the dissipative channel walls results in a pronounced peak in the magnetoresistance, which scales in a predictable manner with the channel width. To investigate transport effects due to mutual scattering of charge carriers, the differential resistance of channel samples was measured as a function of carrier temperature. Selective heating of the charge carriers - but not the lattice - was achieved by passing a heating current through the channel. Increasing the carrier temperature has two pronounced effects when the Fermi level is situated in proximity to the bulk valence band maximum where the density of states is large. First, when both topological surface state electrons and bulk holes are present, electron-hole scattering leads to a pronounced increase in resistance with increasing carrier temperature. Second, a thermally induced increase of the electron and hole carrier densities reduces the resistance again at higher temperatures. A model considering these two effects was developed, which can well reproduce the experimental results. Current heating experiments in zero-gap HgTe quantum wells and compressively strained HgTe layers are consistent with this model. These observations raise the question as to how electron-hole scattering may affect other transport properties of HgTe-based three-dimensional topological insulators, which is briefly discussed in the outlook.},
  subject      = {Topologischer Isolator},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Lang2009,
  author    = {Lang, Stefan},
  title     = {Transportuntersuchungen an vertikal- und lateral-gekoppelten niederdimensionalen Elektronensystemen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-37652},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {An Y-Schaltern konnte eine nichtlineare Verschiebung der Schwellspannung beobachtet werden. In einem Y-Schalter spaltet sich ein Stammwellenleiter {\"u}ber einen Verzweigungspunkt Y-f{\"o}rmig in zwei Astwellenleiter auf, so dass prinzipiell mehrere Maxima im Leitungsband existieren. Daher wurde ein Modell entwickelt, das die Dynamik der Leitungsbandmaxima im elektrischen Feld beschreibt. Dieses beinhaltet sowohl die geometrischen Kapazit{\"a}ten als auch die Quantenkapazit{\"a}ten des Y-Schalters. Zudem konnte gezeigt werden, dass lokalisierte Ladungen zur Beschreibung des Schaltens notwendig sind. Die Verschiebung der Schwellspannungen kann hierbei sehr gut durch das Zusammenspiel der klassischen und der Quantenkapazit{\"a}ten beschrieben werden, wobei sich herausstellt, dass die Quantenkapazit{\"a}ten des Systems einen dominierenden Einfluss auf das Schaltverhalten nehmen. F{\"u}r X-f{\"o}rmige Verzweigungen wird gezeigt, dass f{\"u}r ausgew{\"a}hlte Spannungsbereiche an den vier lateralen Kontrollgates der Transport durch den X-Schalter entweder geblockt oder erlaubt ist. Dies wurde auf die Ausbildung eines Quantenpunkts im Zentrum des X-Schalters zur{\"u}ckgef{\"u}hrt. Es liegt also Coulomb-Blockade vor und der Elektronentransport durch die Struktur kann mittels eines Stabilit{\"a}tsdiagramms analysiert werden. Es zeigt sich, dass die zentrale Elektroneninsel einen Durchmesser von etwa 20nm hat und eine Ladeenergie von E_C=15meV besitzt. Weiterhin konnten Transportbereiche aufgezeigt werden, welche einen negativen differentiellen Leitwert basierend auf einer dynamischen Kapazit{\"a}t aufweisen. Außerdem konnte in gr{\"o}ßeren Verzweigungen bistabiles Schalten aufgrund von Selbstschalten nachgewiesen werden. Es ist hierbei sowohl invertierendes als auch nicht-invertierendes Schalten zu beobachten. Es wurden Quantendrahttransistoren auf der Basis von wenigen Nanometer {\"u}bereinander liegenden, vertikal gekoppelten Elektronengasen realisiert. Die Herstellung der Strukturen stellt hierbei besondere Herausforderungen an die Prozessierungstechniken. So mussten Barrieren unterschiedlicher Al-Konzentrationen w{\"a}hrend des Wachstums mittels Molekularstrahlepitaxie eingebracht werden, um einen Al-selektiven {\"A}tzprozess anwenden zu k{\"o}nnen. Die beiden Elektronengase sind nach dem Wachstum lediglich durch eine 7nm dicke AlGaAs-Barriere voneinander getrennt. Um die beiden Elektronengase getrennt voneinander zu kontaktieren war es anschließend notwendig, ein spezielles {\"A}tzverfahren anzuwenden. Es zeigte sich, dass eines der 2DEGs aufgrund des extrem geringen Abstands als hocheffektives Gate f{\"u}r das andere 2DEG dienen kann, wobei f{\"u}r die untersuchten Strukturen eine Gateeffektivit{\"a}t nahe eins, das heißt ein ideales Schalten, beschrieben wird. In Strukturen geringerer Dotierkonzentration wird anschließend hocheffektives Schalten bis zu einer Temperatur von 250K demonstriert. Basierend auf derartigen vertikal gekoppelten Elektronengasen wurden außerdem trocken ge{\"a}tzte Y-Transistoren hergestellt. Es kann bistabiles Schalten nachgewiesen werden, wobei analog zu den X-Strukturen ein Ast als Gate dient. Die Hysterese des bistabilen Schaltens kann dabei so klein eingestellt werden, dass rauschaktiviertes Schalten zwischen den beiden Ausgangszust{\"a}nden des Systems zu beobachten ist. Es zeigt sich, dass das Schalten in solchen Strukturen mit einer Aktivierungsenergie von lediglich 0.4 kT erfolgt. Somit ist dieser Wert kleiner als das thermische Limit f{\"u}r stabiles Schalten in klassischen Bauelementen. Der 2-Terminal-Leitwert eines Quantendrahts bei Magnetfeldumkehr zeigt Asymmetrien, welche stark sowohl von den Spannungen an den Gates abh{\"a}ngen. Der Strom durch den Quantendraht kann einerseits mittels eines lateralen Gates und außerdem durch ein auf der Oberfl{\"a}che liegendes vertikales Metallgate gesteuert werden. Hierbei wurde der Kanal einerseits durch Verarmung des 2DEGs {\"u}ber ein Metallgate definiert. Andererseits wurde auf der gegen{\"u}berliegenden Seite eine Potentialbarriere durch den {\"A}tzgraben aufgebaut. Es stellte sich heraus, dass die gemessenen Asymmetrien auf den Wechsel zwischen elastischer Streuung der Kanalelektronen an der elektrostatischen Begrenzung und inelastischer Streuung an der ge{\"a}tzten Grenzfl{\"a}che zur{\"u}ckzuf{\"u}hren sind. F{\"u}r hohe Vorw{\"a}rtsspannungen zeigt sich, dass der asymmetrische Anteil der dominierende Term im Leitwert ist. Dies erlaubt es, die vorliegende Struktur als Magnetfeldsensor, mit einer Sensitivit{\"a}t von 3.4mVT zu verwenden. Als Ausblick f{\"u}r die Zukunft kann festgestellt werden, dass komplex geformte Leiterbahnen durch die Ausnutzung von Effekten wie Coulomb-Blockade und Selbstschalten ein großes Potential f{\"u}r zuk{\"u}nftige Schaltkreise besitzen. Da Schaltenergien durch das Ausnutzen von Systemrauschen kleiner als das thermische Limit auftreten soll es ein Ziel f{\"u}r die Zukunft sein, Neuron {\"a}hnliche Schaltkreise auf der Basis von verzweigten Schaltern zu realisieren.},
  subject      = {Quantendraht},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Vogel2016,
  author    = {Vogel, Patrick},
  title     = {Traveling Wave Magnetic Particle Imaging},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-132700},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Magnetic Particle Imaging (MPI) ist eine noch sehr junge Technologie unter den nicht-invasiven tomographischen Verfahren. Seit der ersten Ver{\"o}ffentlichung 2005 wurden einige Scannertypen und Konzepte vorgestellt, welche durch die Messung des Antwortsignals von superparamagnetischen Eisennanopartikeln (SPIOs) auf wechselnde Magnetfelder ein dreidi-mensionales Bild ihrer Verteilung berechnen k{\"o}nnen. Durch die direkte Messung des Tracers handelt es sich beim MPI um eine sehr sensitive und hochspezifische bildgebende Methode. Zu Beginn dieser Forschungsarbeit gab es nur wenige bekannte MPI-Scanner, die jedoch alle ein nur kleines Field-of-View (FOV) vorweisen konnten. Der Grund daf{\"u}r liegt in der Ver-wendung von Permanentmagneten. Das Ziel war es nun, ein neues Konzept auszuarbeiten und einen 3D-MPI-Scanner zu entwer-fen, der in der Lage ist, ein mausgroßes Objekt zu messen. In dieser Arbeit wird ein alternatives Scannerkonzept f{\"u}r die dreidimensionale Bildge-bung superparamagnetischer Eisennanopartikel vorgestellt. Der Traveling Wave MPI-Scanner (TWMPI) basiert auf einem neu entwickelten Hauptspulensystem, welches aus mehreren Elektromagneten besteht. Dadurch ist die Hardware bereits in der Lage, eine Linie entlang der Symmetrieachse {\"u}ber einen großen Bereich dynamisch zu kodieren. Mit Hilfe weiterer Ab-lenkspulen kann schließlich ein FOV von 65 x 25 x 25 Millimetern dreidimensional abgetastet werden. Dazu stehen mehrere Scanverfahren zur Verf{\"u}gung, welche das Probenvolumen li-nienweise oder ebenenweise abtasten und mit einer Aufl{\"o}sung von ca. 2 Millimetern die Ver-teilung der SPIOs in wenigen Millisekunden abbilden k{\"o}nnen. Mit diesem neuen Hardwareansatz konnte erstmals ein MPI-Scanner mit einem MR-Tomographen (MRT) kombiniert werden. Das MPI/MRT-Hybridsystem liefert tomographi-sche Bilder des Gewebes (MRT) und zeigt die Verteilung des eisenhaltigen Kontrastmittels (MPI), ohne die Probe bewegen zu m{\"u}ssen. In einer in-vivo Echtzeitmessung konnte der TWMPI-Scanner mit 20 Bildern pro Se-kunde die dynamische Verteilung eines eisenhaltigen Kontrastmittels im K{\"o}rper und speziell im schlagenden Herzen eines Tieres darstellen. Diese Echtzeitf{\"a}higkeit er{\"o}ffnet in der kardi-ovaskul{\"a}re Bildgebung neue M{\"o}glichkeiten. Erste Messungen mit funktionalisierten Eisenpartikeln zeigen die spezifische Bildge-bung verschiedener Zelltypen und stellen einen interessanten Aspekt f{\"u}r die molekulare Bild-gebung dar. Die Sensitivit{\"a}t des Scanners liegt dabei im Bereich von wenigen Mikrogramm Eisen pro Milliliter, was f{\"u}r den Nachweis von wenigen 10.000 mit Eisen markierten Zellen ausreicht. Neben Messungen an diversen Ferrofluiden und eisenhaltigen Kontrastmitteln konnte der Einfluss von massiven Materialen, wie Eisenst{\"u}ckchen oder Eisensp{\"a}nen, auf die rekon-struierten Bilder untersucht werden. Erste Messungen an Gestein zeigen die Verteilung von Eiseneinschl{\"u}ssen und bieten die M{\"o}glichkeit einer weiteren zerst{\"o}rungsfreien Untersuchungsmethode f{\"u}r Materialwissen-schaftler und Geologen. Weiterf{\"u}hrende Testmessungen mit einer unabh{\"a}ngigen μMPI-Anlage zeigen erste Ergebnisse mit Aufl{\"o}sungen im Mikrometerbereich und liefern Erkennt-nisse f{\"u}r den Umgang und Messung mit starken Gradientenfeldern. Eine Modifizierung der Messanlage erlaubt es, in gerade einmal 500 μs ein komplettes Bild aufzunehmen, womit die Bewegung eines Ferrofluidtropfens in Wasser sichtbar gemacht werden konnte. Damit ist diese TWMPI-Anlage das schnellste MPI-System und er{\"o}ffnet die M{\"o}glichkeit grundlegende Erfahrungen in der Partikeldynamik zu erlangen. Der vorgestellte Traveling Wave MPI-Scanner ist ein alternativer Scannertyp, welcher sich von anderen MPI-Scannern abhebt. Mit neuen Ans{\"a}tzen ist in der Lage ein mausgroßes Objekt auf dynamische Weise sehr schnell abzutasten. Dabei konnten in verschiedenen Mes-sungen die Funktionalit{\"a}t und Leistungsf{\"a}higkeit des TWMPI-Konzeptes demonstriert wer-den, welche die gesteckten Ziele deutlich {\"u}bertreffen.},
  subject      = {Magnetpartikelbildgebung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hoepfner2012,
  author    = {H{\"o}pfner, Philipp Alexander},
  title     = {Two-Dimensional Electron Systems at Surfaces — Spin-Orbit Interaction and Electronic Correlations},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-78876},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {This thesis addresses three different realizations of a truly two-dimensional electron system (2DES), established at the surface of elemental semiconductors, i.e., Pt/Si(111), Au/Ge(111), and Sn/Si(111). Characteristic features of atomic structures at surfaces have been studied using scanning tunneling microscopy and low energy electron diffraction with special emphasis on Pt deposition onto Si(111). Topographic inspection reveals that Pt atoms agglomerate as trimers, which represent the structural building block of phase-slip domains. Surprisingly, each trimer is rotated by 30° with respect to the substrate, which results in an unexpected symmetry breaking. In turn, this represents a unique example of a chiral structure at a semiconductor surface, and marks Pt/Si(111) as a promising candidate for catalytic processes at the atomic scale. Spin-orbit interactions (SOIs) play a significant role at surfaces involving heavy adatoms. As a result, a lift of the spin degeneracy in the electronic states, termed as Rashba effect, may be observed. A candidate system to exhibit such physics is Au/Ge(111). Its large hexagonal Fermi sheet is suggested to be spin-split by calculations within the density functional theory. Experimental clarification is obtained by exploiting the unique capabilities of three-dimensional spin detection in spin- and angle-resolved photoelectron spectroscopy. Besides verification of the spin splitting, the in-plane components of the spin are shown to possess helical character, while also a prominent rotation out of this plane is observed along straight sections of the Fermi surface. Surprisingly and for the first time in a 2DES, additional in-plane rotations of the spin are revealed close to high symmetry directions. This complex spin pattern must originate from crystalline anisotropies, and it is best described by augmenting the original Rashba model with higher order Dresselhaus-like SOI terms. The alternative use of group-IV adatoms at a significantly reduced coverage drastically changes the basic properties of a 2DES. Electron localization is strongly enhanced, and the ground state characteristics will be dominated by correlation effects then. Sn/Si(111) is scrutinized with this regard. It serves as an ideal realization of a triangular lattice, that inherently suffers from spin frustration. Consequently, long-range magnetic order is prohibited, and the ground state is assumed to be either a spiral antiferromagnetic (AFM) insulator or a spin liquid. Here, the single-particle spectral function is utilized as a fundamental quantity to address the complex interplay of geometric frustration and electronic correlations. In particular, this is achieved by combining the complementary strengths of ab initio local density approximation (LDA) calculations, state-of-the-art angle-resolved photoelectron spectroscopy, and the sophisticated many-body LDA+DCA. In this way, the evolution of a shadow band and a band backfolding incompatible with a spiral AFM order are unveiled. Moreover, beyond nearest-neighbor hopping processes are crucial here, and the spectral features must be attributed to a collinear AFM ground state, contrary to common expectation for a frustrated spin lattice.},
  subject      = {Halbleiteroberfl{\"a}che},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kagerer2024,
  author    = {Kagerer, Philipp Thomas},
  title     = {Two-Dimensional Ferromagnetism and Topology at the Surface of MnBi\(_2\)Te\(_4\) - Bi\(_2\)Te\(_3\) Heterostructures - MBE Growth, Magnetism and Electronic Properties},
  doi       = {10.25972/OPUS-36012},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-360121},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {In this thesis, a model system of a magnetic topological heterostructure is studied, namely a heterosystem consisting of a single ferromagnetic septuple-layer (SL) of \(MnBi_2Te_4\) on the surface of the three-dimensional topological insulator \(Bi_2Te_3\). Using MBE and developing a specialized experimental setup, the first part of this thesis deals with the growth of \(Bi_2Te_3\) and thin films of \(MnBi_2Te_4\) on \(BaF_2\)-substrates by the co-evaporation of its binary constituents. The structural analysis is conducted along several suitable probes such as X-ray diffraction (XRD, XRR), AFM and scanning tunnelling electron microscopy (STEM). It is furthermore found that the growth of a single septuple-layer of \(MnBi_2Te_4\) on the surface of \(Bi_2Te_3\) can be facilitated. By using X-ray absorption and circular magnetic dichroism (XAS, XMCD), the magnetic properties of \(MnBi_2Te_4\) are explored down to the monolayer limit. The layered nature of the vdW crystal and a strong uniaxial magnetocrystalline anisotropy establish stable out-of plane magnetic order at the surface of \(MnBi_2Te_4\), which is stable even down to the 2D limit. Pushing the material system to there, i.e. a single SL \(MnBi_2Te_4\) further allows to study the phase transition of this 2D ferromagnet and extract its critical behaviour with \(T_c \, = \, 14.89~k\) and \(\beta \, = \, 0.484\). Utilizing bulk crystals of the ferromagnetic \(Fe_3GeTe_2\) as substrate allows to influence, enhance and bias the magnetism in the single SL of \(MnBi_2Te_4\). By growing heterostructures of the type \(MnBi_2Te_4\) -- n layer \(Bi_2Te_3\) -- \(Fe_3GeTe_2\)for n between 0 and 2, it is shown, that a considerable magnetic coupling can be introduced between the \(MnBi_2Te_4\) top-layer and the substrate. Finally the interplay between topology and magnetism in the ferromagnetic extension is studied directly by angle-resolved photoemission spectroscopy. The heterostructure is found to host a linearly dispersing TSS at the centre of the Brillouin zone. Using low temperature and high-resolution ARPES a large magnetic gap opening of \(\sim\) 35 meV is found at the Dirac point of the TSS. By following its temperature evolution, it is apparent that the scaling behaviour coincides with the magnetic order parameter of the modified surface.},
  subject      = {Molekularstrahlepitaxie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Seres2005,
  author    = {Seres, Enik{\~o}},
  title     = {Ultraschnelle zeitaufgel{\"o}ste Absorptionsspektroskopie im weichen R{\"o}ntgenbereich},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-16417},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Bis in die 50er Jahren wurden ausschließliche R{\"o}ntgenr{\"o}hren in der R{\"o}ntgenspektroskopie benutzt. (Parratt, 1938). In den 50er Jahren wurden die ersten Synchrotrons gebaut und f{\"u}r die Spektroskopie im R{\"o}ntgenbereich angewendet. (Blocker et al., 1950). Die auch noch heute verwendeten Techniken wurden zum ersten Mal 1948 (Elder et al. 1948) in der Literatur beschrieben. Doch es dauerte Jahrzehnte, bis mit den neu zur Verf{\"u}gung stehenden Synchrotrons die statische R{\"o}ngendiffraktometrie zur r{\"o}ntgenspektroskopischen Strukturaufkl{\"a}rung routinem{\"a}ßig benutzt werden konnte. Diese Entwicklungen werden bis heute fortgef{\"u}hrt und ebneten den Weg f{\"u}r viele Anwendungen. W{\"a}hrend dieser Zeit ist auch ein anderer Wissenschaftszweig entstanden, die Lasertechnik. Diese ist seit dieser Zeit auch enorm gewachsen, und jetzt fordert sie auch die Synchrotrons bei der zeitaufgel{\"o}sten R{\"o}ntgenspektroskopie heraus. Die Laserstrahlung war am Anfang kontinuierlich. Erst durch die sp{\"a}teren Entwicklungen konnte ein gepulster Betrieb realisiert werden. Mit der Zeit wurden die Laserpulse immer k{\"u}rzer und die Pulsenergie ist immer mehr gewachsen. Die kurze Pulsdauer der Laser wird in so genannten Pump-Probe Messungen verwendet: damit k{\"o}nnen schnelle {\"A}nderungen, die von einem Pumppuls ausgel{\"o}st werden mit einem Probepuls verfolgt werden. Die Aufl{\"o}sung der Messung ist durch die Pulsdauer gegeben. Die Pulsdauer wurde in den letzten Jahrzehnten vom Nanosekunden- bis in den Femtosekundenbereich reduziert. Hier ergibt sich aber nicht etwa eine technologische Grenze sondern eine fundamentale. Die zurzeit k{\"u}rzesten Laserpulse haben eine Dauer von einigen wenigen Femtosekunden und sind damit schon sehr nahe der Periodendauer einer optischen Schwingung, die ebenfalls 1 bis 2fs betr{\"a}gt. Allerdings zeigt sich auch, dass mit den zur Verf{\"u}gung stehenden Laserpulsen die Zeitaufl{\"o}sung ausreicht um fast alle Vorg{\"a}ngen zu beobachten. Nur ist die Interpretation manchmal sehr schwierig, wenn es gilt das gemessene Signal einer atomaren Bewegung zuzuordnen. Abhilfe schafft hier die Verwendung von R{\"o}ntgenstrahlung, die hervorragend geeignet ist Strukturinformation direkt zu erhalten. Wenn die Strahlung gepulst ist kann damit auch die Dynamik der Struktur erfasst werden. Ein Erfolg versprechender Ansatz zur Erzeugung von R{\"o}ntgenpulsen mit einer Dauer von einigen Femtosekunden ist die Konversion von ultrakurzen Laserpulsen in den R{\"o}ntgenbereich. Heute dazu erfolgreich demonstrierte Techniken sind die Laser-Plasmaquellen oder die hoher Harmonische Erzeugung (HHG). Die Plasmaquellen erzeugen im keV Energiebereich R{\"o}ntgenphotonen - aber nur mit einer Pulsdauer von einigen 100fs. HHG ist hingegen eine interessante Alternative, die Pulse mit einer Dauer im Attosekundenbereich erzeugen kann. Allerdings war der Spektralbereich bis vor kurzem auf einige 100eV beschr{\"a}nkt. Eine Ausweitung des Spektrums von HHG Strahlung in den keV Bereich macht die Quelle aber erst wirklich einsetzbar f{\"u}r Messungen an technisch und wissenschaftlich interessanten Systemen. Im Energiebereich des Wasserfensters (ca 300 bis 600eV) k{\"o}nnen biologische Prozesse mit einer Zeitaufl{\"o}sung im ps-fs Bereich verfolgt werden. Im h{\"o}heren Energiebereich von ca. 700eV kann man die magnetischen Eigenschaften von Selten-Erdmetallen beobachten. Diese Arbeit ist der Entwicklung einer laserbasierten HH-Quelle und deren Anwendung in der zeitaufgel{\"o}sten Spektroskopie gewidmet. Es sollte herausgefunden werden, welche Anforderungen werden an das Lasersystem in Bezug auf Pulsparameter gestellt, um damit Spektroskopie in einem Bereich bis zu 1keV zu machen. Auch sollte gekl{\"a}rt werden, welche spektroskopischen Methoden sind m{\"o}glich und wo liegen ihre Grenzen. In dieser Arbeit wurde sehr viel Neuland betreten, sowohl auf dem Gebiet der Lasertechnik als auch auf der Entwicklung der HH Quelle. Dar{\"u}ber hinaus ist diese Arbeit die erste Arbeit die sich mit Anwendung von HH-Strahlung f{\"u}r zeitaufgel{\"o}ste R{\"o}ntgenabsorptionsspektroskopie befasst. Das zweite Kapitel befasst sich mit den Grundlagen der R{\"o}ntgenspektroskopie. Bei der Wechselwirkung von R{\"o}ntgenstrahlung mit Materie wird die elektronische Struktur, die Elektronenverteilungen der Atome oder Molek{\"u}le ver{\"a}ndert: Man kann die Elektronen in das Valenzband oder in das Kontinuum anregen. Die in das Kontinuum anregten Elektronen k{\"o}nnen gleichzeitig mit den Nachbaratomen wechselwirken, und von diesen r{\"u}ckstreuen. Diese Wechselwirkung wird durch elektronische Struktur, die elektronische Verteilung der Atome und Molek{\"u}le beeinflusst. Diese Vorg{\"a}nge ver{\"a}ndern die R{\"o}ntgenabsorption des Materials. Durch die Messung der Ver{\"a}nderung der R{\"o}ntgenabsorption kann man auf die atomare Struktur, die atomare Abst{\"a}nde folgern. Diese Messungen wurden bisher mit Synchrotronstrahlung durchgef{\"u}hrt, deren Pulsdauer bisher nicht k{\"u}rzer als einige ps war, und damit nicht den schnellsten {\"A}nderungen folgen konnte. Ein Lasersystem mit h{\"o}herer Energie und k{\"u}rzerer Pulsdauern ist der Schl{\"u}ssel zu hochzeitaufgel{\"o}sten Experimenten. Die Entwicklung eines solchen Lasersystems ist im dritten Kapitel beschrieben. Erster Teil des Kapitels erkl{\"a}rt die Probleme, die durch den Verst{\"a}rkungsprozess auftreten. Die spektrale Einengung und der Energieverlust sind immer die am schwierigsten zu l{\"o}senden Probleme in einem Verst{\"a}rkersystem. Wegen der n{\"o}tigen zeitliche Pulsdehnung und der folgenden Pulskompression erleidet der Puls einen Energieverlust. Die nichtlinearen Effekte verursachen spektrale Einengung im Verst{\"a}rkerkristall. Um diese Nachteile zu vermeiden dienen die unterschiedlichen Techniken, wie die Verwendung einer gasgef{\"u}llten Hohlfaser zur nichtlinearen spektralen Verbreiterung und unterschiedlicher Pulsformungstechniken (akustooptische Modulator, LCD,…). Der verbleibende Teil des Kapitels stellt diese Methoden, ihre Vorteilen und Nachteile dar. Abschließend sind die Erfolge bei der Entwicklung des Lasersystems vorgestellt: Nach allen Optimierungen wurden Pulse mit einer Energie von 3mJ und einer Dauer von 12fs realisiert. Die erste Verwendung des neuen Systems war die Erzeugung hoher Harmonischer mit konventioneller Technik. Diese Technik basiert auf einem Aufbau mit einem Gastarget in das die Laserpulse fokussiert werden. Das vierte Kapitel beschreibt die Theorie und Schwierigkeiten des Erzeugungsprozesses durch die Erkl{\"a}rung der grundlegenden mikroskopischen (Erzeugung) und die makroskopischen Effekte (Ausbreitungseffekte) im Gastarget. Das Problem der niederen Konversionseffizienz im hochenergetischen Bereich kann gel{\"o}st werden, wenn die neu entwickelte Technik, die als nichtadiabatische Phasenanpassung schon in der Literatur existiert hat, angewendet wird. Sie beruht auf einer starken Fokussierung von extrem kurzen Pulsen und erm{\"o}glicht Erzeugung von R{\"o}ntgenphotonen mit Energien bis zu 3,5keV. Mit diesen sch{\"o}nen Erfolgen wurden die ersten statischen spektroskopischen Experimente durchgef{\"u}hrt. Die aufgenommenen Spektren zeigen sch{\"o}ne Absorptionskanten bei Titan, Kupfer, und Neon, Platin. Die Auswertungen dieser Spektren zeigen, dass es gen{\"u}gend Photonen bis 1keV gibt und erm{\"o}glichen so die Anwendung der so genannten EXAFS Technik. Im f{\"u}nften Kapitel werden die gemessene R{\"o}ntgenspektren und die mit der EXAFS Methode ermittelten atomaren Abst{\"a}nden von Silizium, Titan und Kupfer, dargestellt. Dieses Kapitel beschreibt ferner unsere ersten erfolgreichen Experimenten zur zeitaufgel{\"o}ste R{\"o}ntgenabsorptionsspektroskopie in der N{\"a}he der Silizium L-Kante bei 100eV. Die Zeitaufl{\"o}sung, die mit Hilfe der Pump-Probe Technik erzielt werden konnte war besser als 20fs. Die Messungen wurden in einem weiten Energie - und Zeitbereichen durchgef{\"u}hrt: im Bereich von 0-100ps und 0-1ps, sowie von ca. 70eV bis 500eV. Die bestimmten Zeitkonstanten, stimmen mit in der Literatur angegebenen Werten f{\"u}r die unterschiedlichen Relaxationsprozessen sehr gut {\"u}berein.},
  subject      = {R{\"o}ntgenabsorptionsspektroskopie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schramm2006,
  author    = {Schramm, Claudia},
  title     = {Ultraschneller Ladungstransfer und Energierelaxation an Grenzfl{\"a}chen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-18344},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den ultraschnellen Transport und die Energierelaxation von Ladungstr{\"a}gern an der Grenzfl{\"a}che von heterogenen Systemen zu untersuchen. Dabei wird gezeigt, dass zeitaufgel{\"o}ste Zweifarb-Mehrphotonen-Photoemissionsspektroskopie eine gute Methode ist, um Einblick in das Relaxationsverhalten und den dynamischen Ladungstr{\"a}gertransport in den untersuchten Systemen zu erhalten. Es werden Messungen an zwei unterschiedlichen Systemen vorgestellt: Silbernanoteilchen auf Graphit und ultrad{\"u}nne Silberfilme auf Silizium. Die Untersuchung von heterogenen Systemen erfordert einen selektiven Photoemissionsprozess, d.h. es muss m{\"o}glich sein, Photoemission von den Nanoteilchen bzw. vom Silberfilm und vom Substrat zu trennen. F{\"u}r Silbernanoteilchen auf Graphit kann dies erreicht werden, indem die Abfragewellenl{\"a}nge auf die Resonanz des Plasmon-Polaritons abgestimmt wird. So erh{\"a}lt man dominant Photoemission von den Nanoteilchen, Photoemission vom Graphit kann dagegen vernachl{\"a}ssigt werden. Die transiente Elektronenverteilung in den Nanoteilchen kann aus der Form der Photoemissionsspektren bestimmt werden. Die transiente Verschiebung der Spektren gibt Aufschluss {\"u}ber die Auf- oder Entladung des Nanoteilchens. Dadurch wird es hier m{\"o}glich, zeitaufgel{\"o}ste Photoemissionsspektroskopie als ultraschnelle Sonde im Nanometerbereich zu verwenden. Zusammen mit einem Modell f{\"u}r die Relaxation und den Ladungstransfer ist es m{\"o}glich, quantitative Ergebnisse f{\"u}r die Kopplung zwischen Nanoteilchen und Substrat zu erhalten. Das vorgestellte semiempirische Modell enth{\"a}lt dabei zus{\"a}tzlich zu Termen f{\"u}r die Relaxation in Nanoteilchen und Substrat die M{\"o}glichkeit eines zeitabh{\"a}ngigen Ladungstransfers zwischen Teilchen und Substrat. Die Kopplung wird durch eine Tunnelbarriere beschrieben, deren starke Energieabh{\"a}ngigkeit der Transferwahrscheinlichkeit die experimentellen Ergebnisse gut wiedergibt. Die St{\"a}rke des Ladungstransfers und das zeitabh{\"a}ngige Verhalten sind dabei stark von den gew{\"a}hlten Parametern f{\"u}r die Tunnelbarriere abh{\"a}ngig. Insbesondere zeigt der Vergleich der Simulationsergebnisse mit dem Experiment, dass transienter Ladungstransfer ein wichtiger Effekt ist und die K{\"u}hlungsdynamik, die im Elektronengas der Nanoteilchen beobachtet wird, wesentlich beeinflusst. Auch im Fall der ultrad{\"u}nnen Silberfilme auf Silizium ist es durch gezielte Wahl der Wellenl{\"a}ngen m{\"o}glich, die Photoelektronenausbeute selektiv dem Silberfilm oder dem Siliziumsubstrat zuzuordnen. Bei Anregung mit 3.1 eV Photonenenergie dominiert Photoemission aus dem Silberfilm, w{\"a}hrend es bei Anregung mit 4.65 eV m{\"o}glich ist, Informationen {\"u}ber die Grenzschicht und das Siliziumsubstrat zu erhalten. Intensit{\"a}tsabh{\"a}ngige Messungen zeigen den Einfluss der optischen Anregung auf den Verlauf der Schottkybarriere an der Metall-Halbleiter-Grenzschicht. Dieser Effekt ist als Oberfl{\"a}chen-Photospannung bekannt. Die Anregung mit 4.65 eV Photonenenergie bewirkt zus{\"a}tzlich eine S{\"a}ttigung langlebiger Zust{\"a}nde an der Metall-Halbleiter-Grenzfl{\"a}che, was zu einer linearen Abh{\"a}ngigkeit der Photoemissionsausbeute von der Laserfluenz f{\"u}hrt. Zeitaufgel{\"o}ste Zweifarb-Mehrphotonen-Photoemissionsmessungen machen es m{\"o}glich, die Elektronendynamik an der Metall-Halbleiter-Grenzschicht und im Siliziumsubstrat zu untersuchen. Das Relaxationsverhalten der Ladungstr{\"a}ger zeigt dabei eine komplexe Dynamik, die auf die Anregung von Ladungstr{\"a}gern in unterschiedlichen Bereichen zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden kann. Dabei dominiert f{\"u}r verschiedene Zwischenzustandsenergien die Dynamik entweder aus dem Film, der Grenzschicht oder dem Siliziumsubstrat, so dass das Relaxationsverhalten grob in drei unterschiedliche Energiebereiche eingeteilt werden kann. Im Silizium k{\"o}nnen aufgrund der Bandl{\"u}cke mit 3.1 eV Photonenenergie Elektronen nur bis zu Zwischenzustandsenergien von EF + 2.0 eV angeregt werden. In der Tat stimmen die Relaxationszeiten, die man in diesem Bereich aus den zeitaufgel{\"o}sten Messungen bestimmt, mit Werten von reinen Siliziumsubstraten {\"u}berein. F{\"u}r Zwischenzustandsenergien oberhalb von EF + 2.0 eV findet man {\"u}berwiegend Anregung im Silberfilm. Die Relaxationszeiten f{\"u}r diese Energien entsprechen Werten von Silberfilmen auf einem isolierenden Substrat. F{\"u}r sehr niedrige Zwischenzustandsenergien unterhalb von EF + 0.6 eV sind die Zust{\"a}nde wegen der vorliegenden experimentellen Bedingungen permanent besetzt. Der Anregepuls regt Elektronen aus diesen Zust{\"a}nden an und f{\"u}hrt daher in diesem Bereich zu einer Reduktion der Besetzung nach der Anregung mit Licht. Die Zeitkonstante f{\"u}r die Wiederbesetzung liegt im Bereich von mehreren 100 ps bis Nanosekunden. Solch lange Zeiten sind aus Rekombinationsprozessen an der Dipolschicht von Metall-Halbleiter-Grenzfl{\"a}chen bekannt. Zeitaufgel{\"o}ste Mehrphotonen-Photoemissionsspektroskopie ist also sehr gut geeignet, das komplexe Relaxationsverhalten und den Ladungstr{\"a}gertransfer an der Grenzfl{\"a}che eines Schichtsystems zu untersuchen.},
  subject      = {Elektronischer Transport},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schliemann2004,
  author    = {Schliemann, Andreas Ulrich},
  title     = {Untersuchung von miniaturisierten GaAs/AlGaAs Feldeffekttransistoren und GaAs/InGaAs/AlGaAs Flash-Speichern},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-20503},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wurden elektronische Bauelemente wie Feldeffekttransistoren, elektronische Speicherelemente sowie resonante Tunneldioden hinsichtlich neuartiger Transporteigenschaften untersucht, die ihren Ursprung in der Miniaturisierung mit Ausdehnungen kleiner als charakteristische Streul{\"a}ngen haben. Die Motivation der vorliegenden Arbeit lag darin, die Physik nanoelektronischer Bauelemente durch einen neuen Computercode: NANOTCAD nicht nur qualitativ sondern auch quantitativ beschreiben zu k{\"o}nnen. Der besondere Schwerpunkt der Transportuntersuchungen lag im nicht-linearen Transportbereich f{\"u}r Vorw{\"a}rtsspannungen, bei denen die Differenz der elektrochemischen Potentiale im aktiven Bereich der Bauelemente bei Weitem gr{\"o}ßer als die thermische Energie der Ladungstr{\"a}ger ist, da nur im nicht-linearen Transportbereich die f{\"u}r eine Anwendung elektronischer Bauelemente notwendige Gleichrichtung und Verst{\"a}rkung auftreten kann. Hierzu war es notwendig, eine detaillierte Charakterisierung der Bauelemente durchzuf{\"u}hren, damit m{\"o}glichst viele Parameter zur genauen Modellierung zur Verf{\"u}gung standen. Als Ausgangsmaterial wurden modulationsdotierte GaAs/AlGaAs Heterostrukturen gew{\"a}hlt, da sie in hervorragender struktureller G{\"u}te mit Hilfe der Molekularstrahllithographie am Lehrstuhl f{\"u}r Technische Physik mit angegliedertem Mikrostrukturlabor hergestellt werden k{\"o}nnen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zun{\"a}chst ein Verfahren zur Bestimmung der Oberfl{\"a}chenenergie entwickelt und durchgef{\"u}hrt, das darauf beruht, die Elektronendichte eines nahe der Oberfl{\"a}che befindlichen Elektronengases in Abh{\"a}ngigkeit unterschiedlicher Oberfl{\"a}chenschichtdicken zu bestimmen. Es zeigte sich, dass die so bestimmte Oberfl{\"a}chenenergie, einen {\"a}ußerst empfindlichen Parameter zur Beschreibung miniaturisierter Bauelemente darstellt. Um die miniaturisierte Bauelemente zu realisieren, kamen Herstellungsverfahren der Nanostrukturtechnik wie Elektronenstrahllithographie und diverse {\"A}tztechniken zum Einsatz. Durch Elektronmikroskopie wurde die Geometrie der nanostrukturierten Bauelemente genau charakterisiert. Transportmessungen wurden durchgef{\"u}hrt, um die Eingangs- und Ausgangskennlinien zu bestimmen, wobei die Temperatur zwischen 1K und Raumtemperatur variiert wurde. Die temperaturabh{\"a}ngigen Analysen erlaubten es, die Rolle inelastischer Streuereignisse im Bereich des quasi-ballistischen Transports zu analysieren. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden dazu verwendet, um die NANOTCAD Simulationswerkzeuge soweit zu optimieren, dass quantitative Beschreibungen von stark miniaturisierten, elektronischen Bauelementen durch einen iterativen L{\"o}sungsalgorithmus der Schr{\"o}dingergleichung und der Poissongleichung in drei Raumdimensionen m{\"o}glich sind. Zu Beginn der Arbeit wurden auf der Basis von modulationsdotierten GaAs/AlGaAs Heterostrukturen eine Vielzahl von Quantenpunktkontakten, die durch Verarmung eines zweidimensionalen Elektronengases durch spitz zulaufende Elektrodenstrukturen realisiert wurden, untersucht. Variationen der Splitgate-Geometrien wurden statistisch erfasst und mit NanoTCADSimulationen verglichen. Es konnte ein hervorragende {\"U}bereinstimmung in der Schwellwertcharakteristik von Quantenpunktkontakten und Quantenpunkten gefunden werden, die auf der genauen Beschreibung der Oberfl{\"a}chenzust{\"a}nde und der Erfassung der realen Geometrie beruhen. Ausgehend von diesen Grundcharakterisierungen nanoelektronischer Bauelemente wurden 3 Klassen von Bauelementen auf der Basis des GaAs/AlGaAs Halbleitersystems detailliert analysiert.},
  subject      = {Galliumarsenid},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Miller2024,
  author    = {Miller, Kirill},
  title     = {Untersuchung von Nanostrukturen basierend auf LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\) f{\"u}r Anwendungen in nicht von-Neumann-Rechnerarchitekturen},
  doi       = {10.25972/OPUS-35472},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-354724},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {Die Dissertation besch{\"a}ftigt sich mit der Analyse von oxidischen Nanostrukturen. Die Grundlage der Bauelemente stellt dabei die LaAlO3/SrTiO3-Heterostruktur dar. Hierbei entsteht an der Grenzfl{\"a}che beider {\"U}bergangsmetalloxide ein quasi zweidimensionales Elektronengas, welches wiederum eine F{\"u}lle von beachtlichen Eigenschaften und Charakteristika zeigt. Mithilfe lithographischer Verfahren wurden zwei unterschiedliche Bauelemente verwirklicht. Dabei handelt es sich einerseits um einen planaren Nanodraht mit lateralen Gates, welcher auf der Probenoberfl{\"a}che prozessiert wurde und eine bemerkenswerte Trialit{\"a}t aufweist. Dieses Bauelement kann unter anderem als ein herk{\"o}mmlicher Feldeffekttransistor agieren, wobei der Ladungstransport durch die lateral angelegte Spannung manipuliert wird. Zus{\"a}tzlich konnten auch Speichereigenschaften beobachtet werden, sodass das gesamte Bauelement als ein sogenannter Memristor fungieren kann. In diesem Fall h{\"a}ngt der Ladungstransport von der Elektronenakkumulation auf den lateralen potentialfreien Gates ab. Die Memristanz des Nanodrahts l{\"a}sst sich unter anderem durch Lichtleistungen im Nanowattbereich und mithilfe von kurzen Spannungspulsen ver{\"a}ndern. Dar{\"u}ber hinaus kann die Elektronenakkumulation auch in Form einer memkapazitiven Charakteristik beobachtet werden. Neben dem Nanodraht wurde auch eine Kreuzstruktur, die eine erg{\"a}nzende ferromagnetischen Elektrode beinhaltet, realisiert. Mit diesem neuartigen Bauteil wird die Umwandlung zwischen Spin- und Ladungsstr{\"o}men innerhalb der nanoskaligen Struktur untersucht. Hierbei wird die starke Spin-Bahn-Kopplung im quasi zweidimensionalen Elektronengas ausgenutzt.},
  subject      = {Memristor},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schwab2004,
  author    = {Schwab, Hubert},
  title     = {Vakuumisolationspaneele : Gas- und Feuchteeintrag sowie Feuchte- und W{\"a}rmetransport},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-15224},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Vakuumisolationspaneele (VIP) aus pyrogener Kiesels{\"a}ure und metallisierten Folien als vakuumdichter Umh{\"u}llung wurden untersucht. Der Gas- und Feuchteeintrag durch die Folienumh{\"u}llung in das Panel wurde in Abh{\"a}ngigkeit von Folientyp, Panelformat und Klimabedingung ermittelt. Weiterhin wurde der Einfluss der Feuchte auf den transienten und station{\"a}ren W{\"a}rme- und Feuchtetransport bestimmt. Anhand der Ergebnisse l{\"a}sst sich die Degradation der D{\"a}mmwirkung der untersuchten VIPs langfristig prognostizieren.},
  subject      = {W{\"a}rmeschutz},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Moeller2005,
  author    = {M{\"o}ller, Carsten},
  title     = {Vertikal emittierende Sendedioden auf GaAs-Basis f{\"u}r den nahen Infrarotbereich},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-16728},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Design und Implementierung {\"u}berragender vertikaler Sendedioden sowie Tunnelkontakte auf GaAs-Basis.},
  subject      = {Vertikalresonator},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Albert2012,
  author    = {Albert, Ferdinand},
  title     = {Vertikale und laterale Emissionseigenschaften von Halbleiter-Quantenpunkt-Mikroresonatoren im Regime der schwachen und starken Licht-Materie-Wechselwirkung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-93016},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der Licht-Materie-Wechselwirkung in Quantenpunkt-Mikroresonatoren und deren vertikalen und lateralen Emissionseigenschaften. Quantenpunkte sind nanoskopische Strukturen, in denen die Beweglichkeit der Ladungstr{\"a}ger unterhalb der de-Broglie-Wellenl{\"a}nge eingeschr{\"a}nkt ist, wodurch die elektronische Zustandsdichte diskrete Werte annimmt. Sie werden daher auch als k{\"u}nstliche Atome bezeichnet. Um die Emissionseigenschaften der Quantenpunkte zu modifizieren, werden sie im Rahmen dieser Arbeit als aktive Schicht in Mikros{\"a}ulenresonatoren eingebracht. Diese bestehen aus einer GaAs lambda-Kavit{\"a}t, die zwischen zwei Braggspiegeln aus alternierenden GaAs und AlAs Schichten eingefasst ist. Diese Resonatoren bieten sowohl eine vertikale Emission {\"u}ber Fabry-Perot Moden, als auch eine laterale Emission {\"u}ber Fl� ustergaleriemoden. Die Licht-Materie-Wechselwirkung zwischen den Resonatormoden und lokalisierten Ladungstr{\"a}gern in den Quantenpunkten, genannt Exzitonen, kann in zwei Regime unterteilt werden. Im Regime der starken Kopplung wird der spontane Emissionsprozess in einem Quantenpunkt reversibel und das emittierte Photon kann wieder durch den Quantenpunkt absorbiert werden. Die theoretische Beschreibung der Kopplung eines Exzitons an die Resonatormode erfolgt {\"u}ber das Jaynes-Cummings Modell und kann im Tavis-Cummings Modell auf mehrere Emitter erweitert werden. Ist die D{\"a}mpfung des Systems zu gross, so befindet man sich im Regime der schwachen Kopplung, in dem die Emissionsrate des Quantenpunkts durch den Purcell-Effekt erh{\"o}ht werden kann. In diesem Regime k{\"o}nnen Mikrolaser mit hohen Einkopplungsraten der spontanen Emission in die Resonatormode und niedrigen Schwellpumpstr{\"o}men realisiert werden. Zur Charakterisierung der Proben werden vor allem die Methoden der Mikro-Elektrolumineszenz und der Photonenkorrelationsmessungen eingesetzt.},
  subject      = {Drei-F{\"u}nf-Halbleiter},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Huebner2010,
  author    = {H{\"u}bner, Dominique},
  title     = {Vibronic and electronic excitations of large organic molecules in gas and condensed phase},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-66043},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {In the frame of this thesis vibronic and electronic states of organic molecules have been examined. A central question is the interaction within and between the molecules in thin films and at metal-organic interfaces. The main experimental tools were high resolution electron energy loss spectroscopy (HREELS) and high resolution near edge X-ray absortion fine structure (NEXFAS). The electronic and vibronic structure of thin NTCDA films was examined with low energy electrons as probe, i.e. HREELS. The spectra of the electronic excited molecular orbitals of submonolayer NTCDA on a Ag(111) shows a partially filled orbital. The interaction between this orbital and the total symetric molecular vibrations leads to the typical Fano peak profiles which are seen in the vibrational spectra. The sub-monolayer superstructure can be driven to a phase transition into an disordered phase upon cooling, which is also seen in the electronic and vibronic excitation spectra. Multilayers show flat lying or upright standing molecules as a function of the preparation conditions. The upright standing molecules show an island growth mode, where the islands are well ordered and exhibit a structure in diffraction experiments which can be attributed to the molecular crystal structure. In order to examine the order in more detail various thin films were examined using SPALEED as function of film thickness and preparation parameters. In case of a low temperature substrate no long range order leading to a diffraction pattern was found. In contrast growth on room temperature substrates leads to island growth of films in a structure of the molecular crystal, where two preferred orientations of the islands relative to the substrate were found. In case of thick films the reference to the substrate gets lost and the molecular crystals grow with a defined crystal direction with respect to the surface but with an arbitrary azimuthal orientation leading to circles in the diffraction pattern. NTCDA monolayers on a Ag(111) surface using HREELS as a tool were examined. The electronic excitation spectra reveal a partially filled molecular orbital which is strongly shifted compared to the multilayer. The existence of this state is responsible for the activation of normally forbidden Ag modes in the vibrational spectra. Due to the electron phonon coupling these modes exhibit a Fano like peak shape. Cooling a monolayer leads to a phase transition with strong changes in the spectroscopic features both in electronic and vibronic excitations. In case of the molecule ANQ the intramolecular interaction was examined. In the oxygen NEXAFS spectra a vibronic fine structure is found, which leads to the conclusion that asymmetric potentials are involved. It is an interesting question if the fundamental vibration is has C-H or C=O character. In order to address this question spectra of condensed and gas phase ANQ were compared to an ANQ derivate (ANQ- Br\$_2\$Cl\$_2\$), with the conclusion that the coupling is most likely to a C=O mode. High resolution C1s spectra of hydrogenated and fully deuterated naphthalene both in gas and condensed phase have been presented. Depending on the final state orbital distinct differences have been found between gas and condensed phase. A energetic shift of resonances (Res. B, C, D) is interpreted as effect of \$\pi\$-\$\pi\$ interaction in the condensed phase. This is especially notable for resonance B which is undoubtly assigned to an excitation into a \$\pi^*\$ orbital. The results lead to an interpretation, that for organic molecular crystals more than pure van-derWaals interaction has to be taken into account. In summary it is found that the intramolecular interaction in NEXAFS spectra is preferentially coupled to one or a few vibronic progressions. Due to the delocalized electronic system maybe even states which are not spatially near the core excited atom can be involved. It could be shown that a condensation of the molecules in thin films leads to changes within the spectra. The influence the intermolecular interaction can be clearly seen in this finding, where additional hints are found that more than mere van-der-Waals binding has to be taken into account.},
  subject      = {Organisches Molek{\"u}l},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Langer2020,
  author    = {Langer, Fabian},
  title     = {Wachstum und Charakterisierung von 1,0 eV GaInNAs-Halbleitern f{\"u}r die Anwendung in Mehrfachsolarzellen},
  doi       = {10.25972/OPUS-20088},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-200881},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wurden GaInP/GaAs/GaInNAs 3J-Mehrfachsolarzellen in einem MBE/MOVPE-Hybridprozess hergestellt und untersucht. Der verwendete Hybridprozess, bei dem nur die GaInNAs-Teilsolarzelle mittels MBE hergestellt wird, kombiniert diese beiden Technologien und setzt sie entsprechend ihrer jeweiligen Vorteile ein. Die gezeigten Ergebnisse best{\"a}tigen grunds{\"a}tzlich die Machbarkeit des Hybridprozesses, denn eine Degradation des mittels MBE hergestellten GaInNAs-Materials durch die Atmosph{\"a}re im MOVPE-Reaktor konnte nicht festgestellt werden. Dieses Resultat wurde von im Hybridprozess hergestellten 3J-Mehrfachsolarzellen, die GaInNAs-Teilsolarzellen enthalten, bekr{\"a}ftigt. Die offene Klemmspannung einer gezeigten Solarzelle erreichte bereits 2,59 V (AM1.5d) bzw. 2,48 V (AM0) und liegt damit jeweils {\"u}ber einer als Referenz hergestellten 2J-Mehrfachsolarzelle ohne GaInNAs. Die mittlere interne Quanteneffizienz der enthaltenen GaInNAs-Teilsolarzelle liegt bei 79 \%. Die Berechnungen auf Grundlage dieser Effizienz unter Beleuchtung mit AM1.5d und unter Beleuchtung mit AM0 zeigten, dass nicht die enthaltene GaInNAs-Teilsolarzelle Strom limitierend wirkt, sondern die mittels MOVPE gewachsene GaInP-Teilsolarzelle. Die experimentell bestimmte Kurzschlussstromdichte der hergestellten Mehrfachsolarzelle ist wegen dieser Limitierung etwas geringer als die der 2J-Referenzsolarzelle. Der MOVPE-{\"U}berwachsvorgang bietet zwar noch weiteres Verbesserungspotential, aber es ist naheliegend, dass der Anwachsvorgang auf dem MBE-Material soweit optimiert werden kann, dass die aufgewachsenen GaInP- und GaAs-Schichten frei von Degradation bleiben. Damit bietet der Hybridprozess perspektivisch das Potential g{\"u}nstigere Produktionskosten in der Epitaxie von Mehrfachsolarzellen mit verd{\"u}nnten Nitriden zu erreichen als es ausschließlich mittels MBE m{\"o}glich ist. Im Vorfeld zur Herstellung der 3J-Mehrfachsolarzellen wurden umfassende Optimierungsarbeiten des MBE-Prozesses zur Herstellung der GaInNAs-Teilsolarzelle durchgef{\"u}hrt. So wurde insbesondere festgestellt, dass das As/III-Verh{\"a}ltnis w{\"a}hrend dem Wachstum einen entscheidenden Einfluss auf die elektrisch aktive Dotierung des GaInNAs-Materials besitzt. Die elektrisch aktive Dotierung wiederum beeinflusst sehr stark die Ausdehnung der Raumladungszone in den als p-i-n-Struktur hergestellten GaInNAs-Solarzellen und hat damit einen direkten Einfluss auf deren Stromerzeugung. In der Tendenz zeigte sich eine Zunahme der Stromerzeugung der GaInNAs-Teilsolarzellen bei einer gleichzeitigen Abnahme ihrer offenen Klemmspannung, sobald das As/III-Verh{\"a}ltnis w{\"a}hrend des Wachstums reduziert wurde. Durch eine sehr exakte Kalibration des As/III-Verh{\"a}ltnisses konnte ein bestm{\"o}glicher Kompromiss zwischen offener Klemmspannung und Stromerzeugung gefunden werden. Eine gezeigte GaInNAs-Einfachsolarzelle erreichte eine mittlere interne Quanteneffizienz von 88 \% und eine offene Klemmspannung von 341 mV (AM1.5d) bzw. 351 mV (AM0). Berechnungen auf Grundlage der Quanteneffizienz ergaben, dass diese Solarzelle integriert in eine 3J-Mehrfachsolarzelle unter dem Beleuchtungsspektrum AM1.5g eine Stromdichte von 14,2 mA/cm^2 und unter AM0 von 17,6 mA/cm^2 erzeugen w{\"u}rde. Diese Stromdichten sind so hoch, dass diese GaInNAs-Solarzelle die Stromproduktion der GaInP- und GaAs-Teilsolarzellen in einer g{\"a}ngigen Mehrfachsolarzelle erreicht und keine Ladungstr{\"a}gerverluste auftreten w{\"u}rden. Aufgrund ihrer h{\"o}heren offenen Klemmspannung gegen{\"u}ber einer Ge-Teilsolarzelle bietet diese GaInNAs-Teilsolarzelle das Potential die Effizienz der Mehrfachsolarzelle zu steigern. Messungen der Dotierkonzentration in der GaInNAs-Schicht dieser Solarzelle ergaben extrem geringe Werte im Bereich von 1x10^14 1/cm^3 bis 1x10^15 1/cm^3 (p-Leitung). In Erg{\"a}nzung zu den Optimierungen des As/III-Verh{\"a}ltnisses konnte gezeigt werden, dass sich ein {\"U}bergang von p- zu n-Leitung im GaInNAs mit der Verringerung des As/III-Verh{\"a}ltnisses erzeugen l{\"a}sst. Nahe des {\"U}bergangsbereiches wurden sehr geringe Dotierungen erreicht, die sich durch eine hohe Stromproduktion aufgrund der Ausbildung einer extrem breiten Verarmungszone gezeigt haben. Durch eine reduzierte offene Klemmspannung der bei relativ geringen As/III-Verh{\"a}ltnissen hergestellten Solarzellen mit n-leitendem GaInNAs konnte auf das Vorhandensein von elektrisch aktiven Defekten geschlossen werden. Generell konnten die gemessenen elektrisch aktiven Dotierkonzentrationen im Bereich von {\"u}blicherweise 10^16 1/cm^3 mit hoher Wahrscheinlichkeit auf elektrisch aktive Kristalldefekte im GaInNAs zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. Eine Kontamination des Materials mit Kohlenstoffatomen in dieser Gr{\"o}ßenordnung wurde ausgeschlossen.},
  subject      = {Mehrfach-Solarzelle},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Bisping2010,
  author    = {Bisping, Dirk},
  title     = {Wachstum und Charakterisierung von GaInNAs-basierenden Halbleiterstrukturen f{\"u}r Laseranwendungen in der optischen Telekommunikation},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-77538},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wurden mit Molekularstrahlepitaxie GaInNAs-Strukturen f{\"u}r m{\"o}gliche Anwendungen in der Telekommunikation als GaAs-basierende Alternative f{\"u}r herk{\"o}mmliche Laser auf InP-Substrat hergestellt und untersucht. Zun{\"a}chst wurden durch Optimierung der Substrattemperaturmessung und RF-Plasmaquelle die Voraussetzungen f{\"u}r gutes GaInNAs-Wachstum geschaffen. Thermisches Ausheilen ist essentiell, um eine gute optische Qualit{\"a}t von GaInNAs-Strukturen zu erzielen. Man beobachtet einen signifikanten Einfluss von Ausheildauer und -temperatur. Exzessives Ausheilen bei zu hohen Temperaturen bzw. zu langen Zeiten f{\"u}hrt, neben einer ebenso unerw{\"u}nschten Blauverschiebung der Emission, wiederum zu einer Degradation der optischen Qualit{\"a}t, die sich in einer deutlichen Reduktion der Photolumineszenz(PL)-Intensit{\"a}t {\"a}ußert. GaInNAs-Quantenfilm(QF)-Laser mit Emission um 1240 nm mit m{\"o}glicher Anwendung als Pumplaser f{\"u}r Ramanverst{\"a}rker wurden hergestellt und charakterisiert. Durch eine Optimierung des in-situ-Ausheilens dieser Laserstrukturen konnten Laser mit sehr niedrigen Schwellenstromdichten von deutlich unter 200 A/cm^2 hergestellt werden. F{\"u}r eine m{\"o}glichst hohe Ausgangsleistung wurde der Wirkungsgrad der Bauteile durch eine Optimierung der internen Verluste erh{\"o}ht. Eine Reduktion der internen Verluste konnte durch eine Anpassung des Dotierprofils und die Verwendung von sogenannten Large-Optical-Cavities (LOCs) erreicht werden. Mit Hilfe des LOC-Designs konnten sehr niedrige interne Verluste von nur 0,5 1/cm bei einer internen Quanteneffizienz von nahezu 80 \% erreicht werden. Mit optimierten Strukturen wurde stabiler Dauerstrichbetrieb bei Ausgangsleistungen von mehreren Watt {\"u}ber 1000~h ohne sichtbare Degradation demonstriert. Mit auf dem LOC-Design basierenden Lasern konnte schließlich eine sehr hohe Ausgangsleistung von ca. 9 W gezeigt werden. Anschließend wurden Untersuchungen zu Quantenpunkten (QPen) im Materialsystem GaInNAs vorgestellt. Mit steigendem Stickstoffgehalt beobachtet man eine Rotverschiebung der Emission bis auf 1,43 µm, allerdings gleichzeitig eine deutliche Degradation der optischen Qualit{\"a}t. Eine Untersuchung der QP-Morphologie ergibt eine Reduktion der Homogenit{\"a}t der QP-Gr{\"o}ßenverteilung, die sich im Auftreten zweier unterschiedlich großer QP-Ensembles {\"a}ußert. Um diese Degradation der QPe zu vermeiden, wurde weiterhin auf den N-Einbau in den QPen verzichtet. Wider Erwarten f{\"u}hrt der Verzicht auf N in den QPen nicht zu einer Blauverschiebung der Emission. Dieses Resultat konnte auf die ver{\"a}nderte QP-Morphologie zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. Durch eine Erh{\"o}hung des N-Gehaltes im die QP {\"u}berwachsenden QF wurde eine weitere deutliche Rotverschiebung der Emission erreicht. So konnte PL-Emission bei Raumtemperatur mit einem Emissionsmaximum bei 1600 nm demonstriert werden. Weiterhin wurden GaInNAs-QF-Strukturen f{\"u}r Laser im Wellenl{\"a}ngenbereich um 1550 nm untersucht. Da das Wachstum hier auf Grund des deutlich h{\"o}heren, notwendigen N-Gehaltes wesentlich schwieriger wird, erfolgte zun{\"a}chst eine detaillierte Untersuchung der wesentlichen Wachstumsparameter. Hierbei ist es essentiell, auch das Ausheilverhalten der jeweiligen Strukturen genau zu betrachten. Bei einer Untersuchung des Einflusses der Wachstumstemperatur auf GaInNAs-Teststrukturen wurden signifikante Unterschiede auch bei nur sehr geringen {\"A}nderungen in der Substrattemperatur von nur 10 °C festgestellt. Die beobachteten Effekte wurden vor dem Hintergrund des Modells der QP-{\"a}hnlichen Emitter diskutiert. Eine Variation des Arsen-Flusses zeigte einen deutlichen Einfluss auf die PL-Emission und vor allem auf das Ausheilverhalten. Das Ausheilverhalten l{\"a}sst sich durch eine Anpassung des Arsen-Flusses maßgeschneidert anpassen. W{\"a}hrend dem {\"U}berwachsen der aktiven Schicht mit Mantel- und Kontaktschicht kann es bereits zu einem {\"U}berausheilen der Strukturen kommen. Es wurden Laser mit niedrigen Schwellenstromdichten um 1 kA/cm^2 bis zu einer Wellenl{\"a}nge von 1500 nm hergestellt. F{\"u}r h{\"o}here Wellenl{\"a}ngen steigt die Schwellenstromdichte in den Bereich von 2 bis 3 kA/cm^2. Maximal wurde Laseremission bei {\"u}ber 1600 nm erreicht. Bei der Untersuchung der bei 1600 nm emittierenden Laserdioden wurde eine Verbreiterung der Laseremission zur hochenergetischen Seite auf bis zu 150 nm Bandbreite bei steigendem Betriebsstrom beobachtet. Dieser Effekt kann mit Hilfe des Modells der QP-{\"a}hnlichen Emitter verstanden werden. Unter Ausnutzung dieses Effekts wurden auf dem selben epitaktischen Material monomodige Distributed-Feedback(DFB)-Laser {\"u}ber einen Wellenl{\"a}ngenbereich von ca. 1500 nm bis 1600 nm gezeigt. Auf Basis der zuvor vorgestellten langwelligen Laserstrukturen mit niedrigen Schwellenstromdichten wurde erstmals Dauerstrichbetrieb von monomodigen DFB-Lasern im Bereich um 1500 nm und von multimodigen Stegwellenleiter-Lasern {\"u}ber 1500 nm im Materialsystems GaInNAs gezeigt.},
  subject      = {Halbleiterlaser},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Lermer2013,
  author    = {Lermer, Matthias},
  title     = {Wachstum und Charakterisierung von Quantenpunkt-Mikrot{\"u}rmchen mit adiabatischer Modenanpassung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-127438},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Verschiedene Konzepte zur Realisierung einer geeigneten Umgebung f{\"u}r Licht- Materie-Wechselwirkung konkurrieren um Anerkennung und eine st{\"a}ndige Optimierung der Systemparameter findet statt. Das Konzept von Mikrot{\"u}rmchen scheint pr{\"a}destiniert, da es viele anwendungsfreundliche Eigenschaften in sich vereint. Allerdings stellt die drastische Abnahme des Q Faktors f{\"u}r kleiner werdende Durchmesser d einen wesentlichen Limitierungsfaktor dieser Strukturen dar. F{\"u}r viele Anwendungen resultiert daraus ein Kompromiss aus hohem Q Faktor und kleinem Modenvolumen der Strukturen, wodurch das volle Potential des Resonatorsystems nicht ausgesch{\"o}pft werden kann. Ziel dieser Arbeit war es, die drastische Abnahme des Q Faktors von Mikrot{\"u}rmchen mit Durchmessern um 1μm aufzuheben und dadurch Resonatoren mit d < 1μm f{\"u}r ausgepr{\"a}gte Licht-Materie-Wechselwirkung herzustellen. Dazu wurde erstmalig beabsichtigt eine Modenanpassung in Mikrot{\"u}rmchen vorgenommen. Mittels Molekularstrahlepitaxie konnte eine {\"U}bergangsregion, bestehend aus drei Segmenten, in diese Strukturen implementiert und so ein adiabatischer Moden{\"u}bergang zwischen der aktiven Mittelschicht und den Spiegelbereichen vorgenommen werden. Der positive Einfluss dadurch ergab sich in einer signifikanten Verbesserung des gemessenen Q Faktors f{\"u}r Durchmesser unter 1μm. F{\"u}r d = 0.85μm konnte ein Q Faktor von 14 400 bestimmt werden. Dies stellt damit den h{\"o}chsten je gemessenen Wert f{\"u}r Mikrot{\"u}rmchen im Submikrometerbereich dar. Dadurch wird ein Bereich mit Modenvolumina < 3 kubischen Wellenl{\"a}ngen erschlossen und ausgepr{\"a}gte Wechselwirkungseffekte im Mikrot{\"u}rmchensystem sind zu erwarten. Starke Quantenpunkt-Licht-Kopplung konnte in diesen Strukturen nachgewiesen werden. Die h{\"o}chste Vakuum-Rabiaufspaltung betrug 85μeV und die Visibilit{\"a}t wurde zu 0.41 bestimmt. Im Zuge der weiteren Optimierung der Systemparameter f{\"u}r die starke Kopplung wurde ein ex-situ Ausheilschritt auf die verwendete Quantenpunktsorte angewendet. In magnetooptischen Untersuchungen konnte damit eine Verdopplung der mittleren Oszillatorst{\"a}rke auf einen Wert von 12 abgesch{\"a}tzt werden. Weiter konnte in adiabatischen Mikrot{\"u}rmchen {\"u}ber einen großen Durchmesserbereich von 2.25 bis 0.95μm eindeutiger Laserbetrieb des Quantenpunktensembles nachgewiesen werden. Dabei konnte eine kontinuierliche Reduzierung der Laserschwelle von {\"u}ber zwei Gr{\"o}ßenordnungen f{\"u}r kleiner werdende Durchmesser beobachtet werden. F{\"u}r Durchmesser � < 1.6μm betrug der Beta-Faktor der Mikrolaser in etwa 0.5. Sie zeigten damit beinahe schwellenloses Verhalten. Zuletzt wurde der elektrische Betrieb von adiabatischen Mikrot{\"u}rmchen gezeigt. Daf{\"u}r wurde eine dotierte Struktur mit adiabatischem Design hergestellt. Im Vergleich zur undotierten Struktur fielen die gemessenen Q Faktoren in etwa um 5 000 geringer aus. Die spektralen Eigenschaften sowohl des Resonators als auch einzelner Quantenpunktlinien zeigten vernachl{\"a}ssigbare Abh{\"a}ngigkeit der Anregungsart (optisch oder elektrisch) und zeugen von einem erfolgreichen Konzept zum elektrischen Betrieb der Bauteile. Zeitaufgel{\"o}ste Messungen erlaubten die Beobachtung von interessanten Dynamiken der Rekombination von Ladungstr{\"a}gern in den Proben. Als Ursache daf{\"u}r wurde ein hohes intrinsisches Feld, welches auf Grund des Designs der Schichtstruktur entsteht, identifiziert. Weiter zeigte sich, dass sich das interne Feld durch Anregungsart und extern angelegte Spannungen manipulieren l{\"a}sst.},
  subject      = {Molekularstrahlepitaxie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Then2017,
  author    = {Then, Patrick},
  title     = {Waveguide-based single molecule detection in flow},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-140548},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {In this work fluorescence-based single molecule detection at low concetration is investigated, with an emphasis on the usage of active transport and waveguides. Active transport allows to overcome the limits of diffusion-based systems in terms of the lowest detectable threshold of concentration. The effect of flow in single molecule experiments is investigated and a theoretical model is derived for laminar flow. Waveguides on the other hand promise compact detection schemes and show great potential for their possible integration into lab-on-a-chip applications. Their properties in single molecule experiments are analyzed with help of a method based on the reciprocity theorem of electromagnetic theory.},
  subject      = {Optik},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Jung2023,
  author    = {Jung, Johannes},
  title     = {Wechselwirkungen zwischen Kantenzust{\"a}nden auf dem topologisch kristallinen Isolator Pb\(_{1-x}\)Sn\(_x\)Se},
  doi       = {10.25972/OPUS-29861},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-298616},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Einerseits besteht die einfachste M{\"o}glichkeit zum Ladungs- und Informationstransport zwischen zwei Punkten in deren direkter Verbindung durch eindimensionale Kan{\"a}le. Andererseits besitzen topologische Materialien exotische und {\"a}ußerst vorteilhafte Eigenschaften, weshalb es nahe liegt, dass schon bald neue Anwendungen aus ihnen realisiert werden. Wenn diese beiden Entwicklungen zusammenkommen, dann ist ein grundlegendes Verst{\"a}ndnis von Quanteninterferenz oder Hybridisierungseffekten in eindimensionalen, topologischen Kan{\"a}len von fundamentaler Wichtigkeit. Deshalb werden in der vorliegenden Arbeit Wechselwirkungen von eindimensionalen, topologisch gesch{\"u}tzten Kantenzust{\"a}nden, die an ungeradzahligen Stufenkanten auf der (001)-Oberfl{\"a}che von Pb1-xSnxSe auftreten, untersucht. Aufgrund der lateralen Lokalisierung auf wenige Nanometer um eine Stufenkante herum und der Notwendigkeit zwischen gerad- und ungeradzahligen Stufenkantenh{\"o}hen zu unterscheiden, bieten sich die Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie als Methoden an. Die neu entdeckten Kopplungs- bzw. Wechselwirkungseffekte zwischen benachbarten Kantenzust{\"a}nden treten auf, sobald der Stufe zu Stufe Abstand einen kritischen Wert von dkri ≈ 25nm unterschreitet. Dieses Kriterium kann durch verschiedene r{\"a}umliche Anordnungen von Stufenkanten erf{\"u}llt werden. Infolgedessen werden sich kreuzende, parallel verlaufende und zusammenlaufende Stufenkanten genauer untersucht. Bei letzteren ver{\"a}ndert sich entlang der Struktur kontinuierlich der Abstand und damit die Kopplungsst{\"a}rke zwischen den beiden Randkan{\"a}len. Infolgedessen wurden drei Koppelungsregime identifiziert. (I) Ausgehend von einer schwachen Wechselwirkung zeigt der f{\"u}r die Kantenzust{\"a}nde charakteristische Peak im Spektrum zun{\"a}chst eine Verbreiterung und Verminderung der Intensit{\"a}t. (II) Mit weiter zunehmender Wechselwirkung beginnt sich der Zustand in zwei Peaks aufzuspalten, sodass ab dkri ≈ 15nm an beiden Stufenkanten durchgehen eine Doppelpeak zu beobachten ist . Mit weiter abnehmendem Abstand erreicht die Aufspaltung Werte von einigen 10 meV, w{\"a}hrend sich die Intensit{\"a}t weiter reduziert. (III) Sobald zwei Stufenkanten weniger als etwa 5nm voneinander getrennt sind, konvergieren aufgrund der schwindenden Intensit{\"a}t und des sinkenden energetischen Abstands der beiden Peaks zu den van Hove Singularit{\"a}ten die Spektren an den Stufenkanten gegen das Spektrum {\"u}ber einer Terrasse. i Die Aufspaltung verl{\"a}uft in den Bereichen I und II asymmetrisch, d. h. ein Peak verbleibt ungef{\"a}hr bei der Ausgangsenergie, w{\"a}hrend der andere mit zunehmender Kopplung immer weiter weg schiebt. Bez{\"u}glich der Asymmetrie kann kein Unterschied festgestellt werden, ob die zusammenlaufenden Stufenkanten eine Insel oder Fehlstelleninsel bilden oder ob die Stufenkanten sogar g{\"a}nzlich parallel verlaufen. Es zeigt sich keine Pr{\"a}ferenz, ob zun{\"a}chst der niederenergetische oder der hochenergetische Peak schiebt. Erst im Regime starker Kopplung (III) kann beobachtet werden, dass beide Peaks die Ausgangsenergie deutlich verlassen. Im Gegensatz dazu kann bei sich kreuzenden Stufen ein erheblicher Einfluss der Geometrie, in Form des eingeschlossenen Winkels, auf das Spektrum beobachtet werden. Unabh{\"a}ngig vom Winkel existiert am Kreuzungspunkt selbst kein Kantenzustand mehr. Die Zust{\"a}nde an den vier Stufen beginnen, abh{\"a}ngig vom Winkel, etwa 10-15nm vor dem Kreuzungspunkt abzuklingen. {\"U}berraschenderweise zeigt sich dabei, dass im Fall rechtwinkliger Stufen gar keine Aufspaltung zu beobachten ist, w{\"a}hrend bei allen anderen Winkeln ein Doppelpeak festgestellt werden kann. Diese Entdeckung deutet auf Orthogonalit{\"a}t bez{\"u}glich einer Quantenzahl bei den beteiligten Kantenzust{\"a}nde hin. Neben einer nur theoretisch vorhergesagten Spinpolarisation kann dieser Effekt auch von dem orbitalem Charakter der beteiligten Dirac-Kegel verursacht sein. Da der topologische Schutz in Pb1-xSnxSe durch Kristallsymmetrien garantiert ist, wird als letzter intrinsischer Effekt der Einfluss von eindimensionalen Defekten auf die Kantenzust{\"a}nde untersucht. Ber{\"u}cksichtigt werden dabei ein nicht n{\"a}her klassifizierbarer, oberfl{\"a}chennaher Defekt und Schraubversetzungen. In beiden F{\"a}llen kann ebenfalls eine Aufspaltung des Kantenzustands in einen Doppelpeak gezeigt werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden die Grundlagen f{\"u}r eine Wiederverwendung von (Pb,Sn)Se-Oberfl{\"a}chen bei zuk{\"u}nftige Experimenten mit (magnetischen) Adatomen geschaffen. Durch Kombination von Inoenzerst{\"a}ubung und Tempern wird dabei nicht nur eine gereinigte Oberfl{\"a}che erzeugt, sondern es kann auch das Ferminiveau gezielt erh{\"o}ht oder gesenkt werden. Dieser Effekt beruht auf eine Modifikation der Sn- Konzentration und der von ihr kontrollierten Anzahl an Defektelektronen. Als letztes sind erste Messungen an Cu- und Fe-dotierte Proben gezeigt. Durch die Adatome tritt eine n-Dotierung auf, welche den Dirac-Punkt des Systems in Richtung des Ferminiveaus verschiebt. Sobald er dieses erreicht hat kommt es zu Wechselwirkungsph{\"a}nomenen an freistehenden Stufenkanten. Dies f{\"u}hrt zu einer Doppelpeakstruktur mit einer feinen Aufspaltung von wenigen meV. Das Ph{\"a}nomen ist auf ein schmales Energiefenster beschr{\"a}nkt, bei dem die Lage des Dirac-Punkts nur etwa 5 meV (in beide Richtungen) von der des Ferminiveaus abweichen darf.},
  subject      = {Topologischer Isolator},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Gold2005,
  author    = {Gold, Stefan},
  title     = {Winkel- und Temperaturabh{\"a}ngigkeit der magnetokristallinen Anisotropieenergie und der mikroskopischen magnetischen Momente des ferromagnetischen Halbmetalls CrO2},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-20141},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wurden die magnetischen Eigenschaften des Halbmetalls CrO2 untersucht. CrO2 hat in den letzten Jahren erneut ein sehr starkes Interesse erfahren. Der Grund hierf{\"u}r liegt darin, dass dieses Material, aufgrund seiner theoretisch vorhergesagten und inzwischen nachgewiesenen Spinpolarisation von nahezu 100 \% an der Fermikante und seiner metastabilen Eigenschaften, ein stark diskutierter Kandidat f{\"u}r Spintronic-Anwendungen wie den Quantencomputer ist. Die M{\"o}glichkeit der Spininjektion ist f{\"u}r CrO2 gegeben und in der Zwischenzeit auch erfolgreich umgesetzt worden. Die Untersuchungen zielten auf eine Erkl{\"a}rung f{\"u}r die intrinsischen Eigenschaften wie magnetokristalline Anisotropie, magnetischer Dipolterm und dem eigentlich gequenchten Bahnmoment. Die Untersuchungen fanden an den Cr L2,3 und an der O K Kante statt. Insbesondere f{\"u}r die Auswertung an den Cr L2,3-Kanten war es notwendig, mit einer neuartigen Auswertemethodik s{\"a}mtliche aufgenommenen Daten zu analysieren, da eine herk{\"o}mmliche Summenregelauswertung leider nicht durchgef{\"u}hrt werden konnte. Der Grund hierf{\"u}r lag in der zu geringen L2,3-Aufspaltung des leichten 3d-{\"U}bergangmetalls Cr. Mit Hilfe der so genannten Momentenanalyse war es nun m{\"o}glich, die {\"u}berlappenden Strukturen voneinander zu separieren, und dar{\"u}ber hinaus auch verschiedene Anteile der Bandstruktur verschiedenen spektralen Beitr{\"a}gen zuzuordnen. Die Ergebnisse an CrO2 zeigten eine sehr starke Abh{\"a}ngigkeit des magnetischen Bahnmomentes, der Summe von Spin und magnetischem Dipolterm sowie der magnetokristallinen Anisotropieenergie vom Winkel zwischen den rutilen a- und c-Achsen. Noch mehr als das Gesamtbahnmoment zeigen zwei, mit Hilfe der Momentenanalyse separierbare, spektrale Beitr{\"a}ge starke {\"A}nderungen der einzelnen Bahnmomente. Dieses unerwartete und ausgepr{\"a}gte Verhalten konnte mittels eines Vergleichs mit den Sauerstoff K-Kanten XMCD-Daten best{\"a}tigt werden, was auf eine sehr starke Hybridisierung der beiden Zust{\"a}nde schließen l{\"a}sst. Die Trennung der stark anisotropen Summe von Spin-Moment und TZ-Term {\"u}ber die Summenregel f{\"u}r den magnetischen Dipolterm liefert eine Gr{\"o}ßenordnung des TZ-Terms, wie er bis zu diesem Zeitpunkt nicht vorgefunden wurde. Ein Vergleich der magnetokristallinen Anisotropieenergie, gewonnen durch die Messung von elementspezifischen Hysteresekurven mit Hilfe des XMCD-Effektes, mit dem Brunomodell, das eine magnetisch leichte Richtung f{\"u}r die Achse mit dem gr{\"o}ßten Bahnmoment vorhersagt, kommt zu keinem positiven Ergebnis. Erst die von G. van der Laan aufgezeigte Erweiterung, in der auch der TZ-Term mit aufgenommen ist, liefert f{\"u}r das System CrO2 ein quantitativ {\"u}bereinstimmendes Ergebnis der MAE mit den gemessenen experimentellen Momenten. Erw{\"a}hnenswert in diesem Zusammenhang ist die Tatsache, dass das Bahnmoment und der magnetische Dipolterm unterschiedliche leichte Richtungen bevorzugen und beide Anteile fast gleich groß sind, wobei der magnetische Dipolterm die {\"U}berhand hat. In einem zweiten Teil der Arbeit wurde nun auch eine Temperaturabh{\"a}ngigkeit untersucht. Ziel war es, Aussagen {\"u}ber die Entstehung von Bahnmomenten, Dipolterm und MAE in Abh{\"a}ngigkeit des vorliegenden Spinmomentes zu gewinnen und diese mit vorhandenen theoretischen Modellen zu vergleichen. Das gemessene Spinmoment wurde mit SQUID-Daten verglichen und zeigte eine qualitative {\"U}bereinstimmung. Die extrahierten Bahnmomente zeigten wie der magnetische Dipolterm ein identisches Temperaturverhalten wie das Spinmoment. Dies ist ein Beweis, dass beide Momente in einem solchen System nur durch eine Kopplung mit dem Spinmoment entstehen und durch dieses verursacht sind. Im Weiteren konnte auch eine quadratische Abh{\"a}ngigkeit der MAE vom Spinmoment nachgewiesen werden. Dieses von G. van der Laan und in Vorarbeiten von P. Bruno vorhergesagte Verhalten konnte erstmalig in dieser Arbeit verifiziert werden. Zusammenfassend l{\"a}sst sich sagen, dass in dieser Arbeit das ungew{\"o}hnliche magnetische Verhalten, insbesondere die Winkelabh{\"a}ngigkeit der magnetischen Momente, durch die Kombination von XAS- und XMCD-Spektroskopie, mit der Verwendung der Momentenanalyse sowie der Untersuchung durch elementspezifische Hystereskurven, ein geschlossenes Bild des Probensystems CrO2 aufgezeigt werden konnte. Das Gesamtbild, das sich ergeben hat, zeigt ganz deutlich auf, dass eine Bandstrukturbeschreibung das gefundene Verhalten erkl{\"a}ren kann. Die allgemein vorherrschende, und sicherlich im ersten Moment deutlich intuitivere Vorstellung, dass man im Falle von CrO2 eine Art ionische Bindung h{\"a}tte, mit einer d2-Konfiguration und erwarteten 2 µB magnetischem Moment am Cr-Platz kann insbesondere die Temperaturabh{\"a}ngigkeit der Anisotropieenergie nicht erkl{\"a}ren. Auch in diesem Zusammenhang liefert das Bandmodell eine sehr gute Beschreibung.},
  subject      = {Chromoxid <Chrom(IV)-oxid>},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Brendel2018,
  author    = {Brendel, Harald},
  title     = {W{\"a}rmetransport in keramischen Faserisolationen bei hohen Temperaturen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-157917},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Das Ziel dieser Arbeit ist eine umfassende numerische und experimentelle Charakterisierung des W{\"a}rmetransports in oxidkeramischen Faserisolationen im Hochtemperaturbereich. Zugleich sollen neue Konzepte f{\"u}r eine optimierte technische Auslegung von Faserisolationen erarbeitet werden. Oxidkeramiken zeigen im Infrarotbereich ein semitransparentes Verhalten. Das bedeutet, ein Teil der Strahlung gelangt durch die Probe, ohne gestreut oder absorbiert zu werden. Durch die Ausgestaltung als disperses Medium mit Abmessungen der Fasern im \$\mu m\$ Bereich wird jedoch eine starke Wechselwirkung mit infraroter Lichtstrahlung erzeugt. Man befindet sich im optischen Resonanzbereich. Technisch relevante Faserisolationen besitzen eine Rohdichte zwischen \$50 \mathrm{kg/m^3}\$ und \$700 \mathrm{kg/m^3}\$ und k{\"o}nnen als optisch dichtes Medium betrachtet werden. Eine Optimierung hinsichtlich der D{\"a}mmwirkung gegen W{\"a}rmestrahlung bedeutet eine massenspezifische Maximierung des Lichtstreuverm{\"o}gens im relevanten Wellenl{\"a}ngenbereich. Hierzu werden in einer numerischen Studie keramische Hohlfaserisolationen mit konventionellen Fasern verglichen. Diese Abhandlung unter Ber{\"u}cksichtigung anwendungsnaher Aspekte gelangt zu der Schlussfolgerung, dass die Strahlungsw{\"a}rmestromdichte in Hohlfaserisolationen, im Vergleich zu konventionellen Isolationen, signifikant erniedrigt wird. Hinsichtlich der Gesamtw{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit ist eine Reduzierung um den Faktor zwei zu erwarten. \\ Trotz moderner Rechner ist die Anwendung der vollen Maxwellschen Streutheorie, insbesondere im Rahmen von Optimierungsaufgaben mehrschichtiger Streuk{\"o}rper, ein zeitaufwendiges Unterfangen. Um sinnvolle Parameterkonfigurationen bereichsweise eingrenzen zu k{\"o}nnen, wird eine N{\"a}herungsmethode f{\"u}r die Lichtstreuung an mehrschichtigen Zylindern weiterentwickelt und mit der vollst{\"a}ndigen Maxwellschen Streutheorie verglichen. Es zeigt sich, dass das Modell f{\"u}r kleine bis moderate Brechungsindizes sehr gute Vorhersagekraft besitzt und auch zur n{\"a}herungsweisen Berechnung der Streueffizienzen f{\"u}r r{\"a}umlich isotrop angeordnete Zylinder herangezogen werden kann. \\ Neben den numerischen Studien wird im experimentellen Teil dieser Arbeit eine kommerzielle Faserisolierung aus Aluminiumoxid hinsichtlich ihrer W{\"a}rmetransporteigenschaften charakterisiert. Die optischen Transportparameter Albedo und Extinktion werden mittels etablierter Messmethoden bestimmt. Bei bekannter Faserdurchmesserverteilung k{\"o}nnen diese Messwerte dann mit den theoretischen Vorhersagen der Maxwellschen Streutheorie verglichen werden.\\ Um technische Optimierungsmaßnahmen experimentell zu verifizieren, besteht die Notwendigkeit, die Temperaturleitf{\"a}higkeit bzw. die W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit auch bei hohen Temperaturen oberhalb von \$1000^\mathrm{o}\mathrm{C}\$ zuverl{\"a}ssig bestimmen zu k{\"o}nnen. Zu diesem Zweck wird ein Versuchsaufbau realisiert, um in diesem Temperaturbereich erstmals die sogenannte Thermal-Wave-Analyse anzuwenden. Durch Abgleich mit einem gekoppelten W{\"a}rmetransportmodell und einem etablierten Messverfahren wird die besondere Eignung der Thermal-Wave-Analyse f{\"u}r ber{\"u}hrungsfreie Hochtemperaturmessungen gezeigt.},
  subject      = {W{\"a}rme{\"u}bertragung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{GraetzgebDittmann2022,
  author    = {Graetz [geb. Dittmann], Jonas},
  title     = {X-Ray Dark-Field Tensor Tomography : a Hitchhiker's Guide to Tomographic Reconstruction and Talbot Imaging},
  doi       = {10.25972/OPUS-28143},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-281437},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {X-ray dark-field imaging allows to resolve the conflict between the demand for centimeter scaled fields of view and the spatial resolution required for the characterization of fibrous materials structured on the micrometer scale. It draws on the ability of X-ray Talbot interferometers to provide full field images of a sample's ultra small angle scattering properties, bridging a gap of multiple orders of magnitude between the imaging resolution and the contrasted structure scale. The correspondence between shape anisotropy and oriented scattering thereby allows to infer orientations within a sample's microstructure below the imaging resolution. First demonstrations have shown the general feasibility of doing so in a tomographic fashion, based on various heuristic signal models and reconstruction approaches. Here, both a verified model of the signal anisotropy and a reconstruction technique practicable for general imaging geometries and large tensor valued volumes is developed based on in-depth reviews of dark-field imaging and tomographic reconstruction techniques. To this end, a wide interdisciplinary field of imaging and reconstruction methodologies is revisited. To begin with, a novel introduction to the mathematical description of perspective projections provides essential insights into the relations between the tangible real space properties of cone beam imaging geometries and their technically relevant description in terms of homogeneous coordinates and projection matrices. Based on these fundamentals, a novel auto-calibration approach is developed, facilitating the practical determination of perspective imaging geometries with minimal experimental constraints. A corresponding generalized formulation of the widely employed Feldkamp algorithm is given, allowing fast and flexible volume reconstructions from arbitrary tomographic imaging geometries. Iterative reconstruction techniques are likewise introduced for general projection geometries, with a particular focus on the efficient evaluation of the forward problem associated with tomographic imaging. A highly performant 3D generalization of Joseph's classic linearly interpolating ray casting algorithm is developed to this end and compared to typical alternatives. With regard to the anisotropic imaging modality required for tensor tomography, X-ray dark-field contrast is extensively reviewed. Previous literature is brought into a joint context and nomenclature and supplemented by original work completing a consistent picture of the theory of dark-field origination. Key results are explicitly validated by experimental data with a special focus on tomography as well as the properties of anisotropic fibrous scatterers. In order to address the pronounced susceptibility of interferometric images to subtle mechanical imprecisions, an efficient optimization based evaluation strategy for the raw data provided by Talbot interferometers is developed. Finally, the fitness of linear tensor models with respect to the derived anisotropy properties of dark-field contrast is evaluated, and an iterative scheme for the reconstruction of tensor valued volumes from projection images is proposed. The derived methods are efficiently implemented and applied to fiber reinforced plastic samples, imaged at the ID19 imaging beamline of the European Synchrotron Radiation Facility. The results represent unprecedented demonstrations of X-ray dark-field tensor tomography at a field of view of 3-4cm, revealing local fiber orientations of both complex shaped and low-contrast samples at a spatial resolution of 0.1mm in 3D. The results are confirmed by an independent micro CT based fiber analysis.},
  subject      = {Dreidimensionale Rekonstruktion},
  language  = {en}
}