TY - JOUR T1 - Searches for the \(Z\)γ decay mode of the Higgs boson and for new high-mass resonances in \({pp}\) collisions at \(\sqrt{s}\) = 13 TeV with the ATLAS detector JF - Journal of High Energy Physics N2 - This article presents searches for the \({Zγ}\) decay of the Higgs boson and for narrow high-mass resonances decaying to \(Z\)γ, exploiting \(Z\) boson decays to pairs of electrons or muons. The data analysis uses 36.1 fb\(^{−1}\) of \({pp}\) collisions at \(\sqrt{s}=13\) recorded by the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. The data are found to be consistent with the expected Standard Model background. The observed (expected — assuming Standard Model \({pp} → H → {Z}γ\) production and decay) upper limit on the production cross section times the branching ratio for \({pp} → H → {Z}γ\) is 6.6. (5.2) times the Standard Model prediction at the 95% confidence level for a Higgs boson mass of 125.09 GeV. In addition, upper limits are set on the production cross section times the branching ratio as a function of the mass of a narrow resonance between 250 GeV and 2.4 TeV, assuming spin-0 resonances produced via gluon-gluon fusion, and spin-2 resonances produced via gluon-gluon or quark-antiquark initial states. For high-mass spin-0 resonances, the observed (expected) limits vary between 88 fb (61 fb) and 2.8 fb (2.7 fb) for the mass range from 250 GeV to 2.4 TeV at the 95% confidence level. KW - High energy physics KW - Hadron-Hadron scattering (experiments) KW - Higgs physics Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-172751 VL - 2017 IS - 10 ER - TY - THES A1 - Brüne, Christoph T1 - HgTe based topological insulators T1 - HgTe basierte topologische Isolatoren N2 - Recently a new state of matter was discovered in which the bulk insulating state in a material is accompanied by conducting surface or edge states. This new state of matter can be distinguished from a conventional insulator phase by the topological properties of its band structure which led to the name "topological insulators". Experimentally, topological insulator states are mostly found in systems characterized by a band inversion compared to conventional systems. In most topological insulator systems, this is caused by a combination of energetically close bands and spin orbit coupling. Such properties are found in systems with heavy elements like Hg and Bi. And indeed, the first experimental discovery of a topological insulator succeeded in HgTe quantum wells and later also in BiSb bulk systems. Topological insulators are of large interest due to their unique properties: In 2-dimensional topological insulators one dimensional edge states form without the need of an external magnetic field (in contrast to the quantum Hall effect). These edge states feature a linear band dispersion, a so called Dirac dispersion. The quantum spin Hall states are helical edge states, which means they consist of counterpropagating oppositely spin polarized edge channels. They are therefore of great potential for spintronic applications as well as building blocks for new more exotic states like Majorana Fermions. 3-dimensional topological insulators feature 2-dimensional surface states with only one Dirac band (also called Dirac cone) on each surface and an interesting spin texture where spin and momentum are locked perpendicular to each other in the surface plane. This unique surface band structure is predicted to be able to host several exotic states like e.g. Majorana Fermions (in combination with superconductors) and magnetic monopole like excitations. This PhD thesis will summarize the discovery of topological insulators and highlights the developments on their experimental observations. The work focuses on HgTe which is up to now the only topological insulator material where the expected properties are unambiguously demonstrated in transport experiments. In HgTe, the topological insulator properties arise from the inversion of the Gamma_6 and Gamma_8 bands. The band inversion in HgTe is due to a combination of a high spin orbit splitting in Te and large energy corrections (due to the mass-velocity term) to the energy levels in Hg. Bulk HgTe, however, is a semimetal, which means for the conversion into a topological insulator a band gap has to be opened. In two dimensions (HgTe quantum well structures) this is achieved via quantum confinement, which opens a band gap between the quantum well subbands. In three dimensions, strain is used to lift the degeneracy of the semimetallic Gamma_8 bands opening up a band gap. The thesis is structured as follows: - The first chapter of this thesis will give a brief overview on discoveries in the field of topological insulators. It focuses on works relevant to experimental results presented in the following chapters. This includes a short outline of the early predictions and a summary of important results concerning 2-dimensional topological insulators while the final section discusses observations concerning 3-dimensional topological insulators. - The discovery of the quantum spin Hall effect in HgTe marked the first experimental observation of a topological insulator. Chapter 2 will focus on HgTe quantum wells and the quantum spin Hall effect. Above a critical thickness, HgTe quantum wells are predicted to host the quantum spin Hall state, the signature of a 2-dimensional topological insulator. HgTe quantum wells exhibiting low carrier concentrations and at the same time high carrier mobilities are required to be able to measure the quantum spin Hall effect. The growth of such high quality HgTe quantum wells was one of the major goals for this work. Continuous optimization of the substrate preparation and growth conditions resulted in controlled carrier densities down to a few 10^10 cm^-2. At the same time, carrier mobilities exceeding 1 x 10^6 cm^2/Vs have been achieved, which provides mean free paths of several micrometers in the material. Thus the first experimental evidence for the existence of the quantum spin Hall edge states succeeded in transport experiments on microstructures: When the Fermi energy was located in the bulk band gap a residual quantized resistance of 2e^2/h was found. Further experiments focused on investigating the nature of transport in this regime. By non-local measurements the edge state character could be established. The measured non-local resistances corresponded well with predictions from the Landauer-Büttiker theory applied to transport in helical edge channels. In a final set of experiments the spin polarization of the edge channels was investigated. Here, we could make use of the advantage that HgTe quantum well structures exhibit a large Rashba spin orbit splitting. In systems with a large Rashba spin orbit splitting a spin accumulation is expected to occur at the edge of the sample perpendicular to a current flow. This so-called spin Hall effect was then used as a spin injector and detector. Using split gate devices it was possible to bring spin Hall and quantum spin Hall state into direct contact, which enabled an all electrical detection of the spin polarization of the quantum spin Hall edge channels. - HgTe as a 3-dimensional topological insulator will be presented in chapter 3. Straining the HgTe layer enables the observation of topological insulator behavior. It was found that strain can be easily implemented during growth by using CdTe substrates. CdTe has a slightly larger lattice constant than HgTe and therefore leads to tensile strain in the HgTe layer as long as the growth is pseudomorphic. Magnetotransport studies showed the emergence of quantum Hall transport with characteristic signatures of a Dirac type bandstructure. Thus, this result marks the first observation of the quantum Hall effect in the surface states of a 3-dimensional topological insulator. Transport experiments on samples fitted with a top gate enabled the identification of contributions from individual surfaces. Furthermore, the surface state quantum Hall effect was found to be surprisingly stable, perturbations due to additional bulk transport could not be found, even at high carrier densities of the system. - Chapters 4 - 6 serve as in depth overviews of selected works: Chapter 4 presents a detailed overview on the all electrical detection of the spin Hall effect in HgTe quantum wells. The detection of the spin polarization of the quantum spin Hall effect is shown in chapter 5 and chapter 6 gives a detailed overview on the quantum Hall effect originating from the topological surface state in strained bulk HgTe. The investigations discussed in this thesis pioneered the experimental work on the transport properties of topological insulator systems. The understanding of the fundamental properties of topological insulators enables new experiments in which e.g. the inclusion of magnetic dopants or the interplay between topological insulator and superconductors can be investigated in detail. N2 - Vor kurzem wurde entdeckt, dass Festkörper einen bisher unbekannten Zustand einnehmen können in welchem das Innere des Körpers isolierend ist während Oberflächen bzw. Ränder leitend bleiben. Materialien, die diese Eigenschaften aufweisen, werden "topologische Isolatoren" genannt, da ihre besonderen Eigenschaften auf eine gegenüber von konventionellen Materialien veränderten Topologie zurückgeführt werden kann. Die große Mehrheit an Materialien, in denen topologische Isolatorzustände gefunden wurden, zeichnen sich durch eine veränderte Abfolge der Energiebänder, im Vergleich mit gewöhnlichen Isolatoren, aus. Diese veränderte Anordnung der Bänder resultiert in den meisten Fällen aus einem Zusammenwirken von energetisch nahe zusammenliegenden Bändern und Spin-Bahn Wechselwirkung. Aus diesem Grund wurden Topologische Isolatoren bisher vor allem in Materialien gefunden, die schwere Elementen wie Hg und Bi enthalten: Erstmals experimentell nachgewiesen wurde die Existenz von topologischen Isolatoren an HgTe Quantentrögen und später auch in BiSb Volumensystemen. Topologische Isolatoren sind aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften von großem Interesse: 2-dimensionale topologische Isolatoren sind durch das Auftreten eindimensionaler Randzustände gekennzeichnet, ohne dass hierfür ein Magnetfeld nötig wäre (im Gegensatz zum Quanten-Hall-Effekt). Diese sogenannten helikalen Randzustände sind gegenläufige und entgegengesetzt spin-polarisierte Randzustände, wodurch sie besonders für spintronische Anwendungen interessant sind. Des Weiteren sind sie auch potenzielle Bausteine zur Verwirklichung weiterer exotischer Zustände wie zum Beispiel Majorana Fermionen. 3-dimensionale topologische Isolatoren zeichnen sich durch das Auftreten von 2-dimensionalen Oberflächenzuständen aus. Diese Oberflächenzustände haben eine Dirac-Bandstruktur mit einer besonderen Spin-Textur in der Spin und Impuls rechtwinklig zueinander stehen (beide in der Oberfächenebene). Diese besondere Bandstruktur sollte es ermöglichen in diesen Materialen exotische Zustände zu entdecken wie zum Beispiel Majorana Fermionen (im Zusammenspiel mit Supraleitern) oder Anregungen, die magnetischen Monopolen gleichen. Diese Doktorarbeit wird die Entdeckung topologischer Isolatoren sowie Entwicklungen die im Bereich der experimentellen Untersuchung stattfanden vorstellen. Im Besonderen wird sich diese Arbeit auf das Materialsystem HgTe konzentrieren, dem einzigen Materialsystem in dem es bisher gelungen ist topologische Isolatoreigenschaften eindeutig in Transportstudien nachzuweisen. Die topologischen Isolatoreigenschaften von HgTe entstehen durch die Inversion der Gamma_6 und Gamma_8 Bänder. Diese Inversion wird durch die starke Spin-Bahn-Wechselwirkung in Te und durch die großen relativistischen Korrekturen der Energiepositionen der Bänder in Hg erzeugt. Da HgTe im Volumenmaterial allerdings semimetallisch ist, muss zur Beobachtung von topologischen Isolatoreigenschaften eine Bandlücke geöffnet werden. Im 2-dimensionalen Zustand (HgTe Quantentröge) geschieht dies durch das quantenmechanische Confinement, wodurch eine Bandlücke zwischen den Subbändern des Quantentrogs geöffnet wird. In 3-dimensionalen topologischen Isolatoren kann eine Bandlücke durch das Verspannen der HgTe Schicht gebildet werden, da in diesem Fall die Entartung der Gamma_8 Bänder aufgehoben wird. Diese Doktorarbeit ist wie folgt gegliedert: - Im ersten Kapitel wird eine kurze Übersicht über Entdeckungen und Entwicklungen im Bereich topologischer Isolatoren gegeben mit besonderem Fokus auf Arbeiten mit Relevanz zu den in den weiteren Kapiteln vorgestellten Ergebnissen. Die Übersicht beginnt mit einem kurzen Überblick über die ersten Voraussagen, die zur Entdeckung von topologischen Isolatoren und zum Verständnis dieses neuen Zustandes geführt haben. Im Weiteren wird eine kurze Übersicht über wichtige Ergebnisse im Bereich der 2- und 3-dimensionalen topologischen Isolatoren gegeben. - Die Entdeckung des Quanten-Spin-Hall-Effekts in HgTe markiert auch gleichzeitig den ersten experimentellen Nachweis der Existenz topologischer Isolatoren. Kapitel 2 wird daher Eigenschaften von HgTe Quantentrögen und den Quanten-Spin-Hall-Effekt behandeln. Die Existenz des Quanten-Spin-Hall-Effekts, das charakteristische Merkmal 2-dimensionaler topologischer Isolatoren, wurde für HgTe Quantentröge oberhalb einer kritischen Dicke vorausgesagt. Der experimentelle Nachweis dieses Effekts setzt voraus, dass die zu vermessenden Quantentröge über eine möglichst geringe Ladungsträgerdichte und gleichzeitig hohe Ladungsträgerbeweglichkeit verfügen. Das Wachstum von Quantentrögen mit diesen Eigenschaften war eine der Hauptaufgaben, die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt wurden. Durch diese Anstrengungen ist es mittlerweile möglich Quantentröge mit intrinsischen Ladungsträgerdichten weit unterhalb von 1x 10^11 cm^-2 bis in den mittleren 10^12 cm^-2 Bereich herzustellen, während die Ladungsträgerbeweglichkeiten 1x 10^6 cm^2/Vs überschreiten können. Dies ermöglicht ballistischen Transport über mehrere Mikrometer in solchen Proben. Es wurden Transportexperimente an solch hoch qualitativen Quantentrögen durchgeführt um den Quanten-Spin-Hall-Effekt experimentell nachweisen zu können. Dies führte zur Entdeckung erster experimenteller Beweise für die Existenz des Effekts bei Transportuntersuchungen an Mikrostrukturen. Befand sich das Fermi-Level in diesen Strukturen innerhalb der Energielücke zwischen Leitungs- und Valenzband wurde eine endliche Leitfähigkeit von circa 2e^2/h gemessen. Dies entspricht dem erwarteten Wert für elektrischen Transport in einem System mit zwei Randkanälen. In einer nachfolgenden Serie von Experimenten wurde nachgewiesen, dass der elektrische Transport in der Tat durch Randkanäle stattfindet. Zu diesem Zweck wurden nicht-lokale Transportmessungen durchgeführt, in denen erfolgreich untersucht wurde, ob die Resultate für Transport in verschiedenen nicht-lokalen Probengeometrien mit den Ergebnissen übereinstimmen, die im Rahmen des Landauer-Büttiker Formalismus, angewandt auf helikale Randzustände, erwartet werden. Im Weiteren wurde auch die Spinpolarisierung der Randzustände untersucht. Ermöglicht wurde dies durch die Nutzung des Spin-Hall-Effekts, mit dessen Hilfe Spininjektion und Spindetektion in die Randkanäle möglich ist. Der Spin-Hall-Effekt beschreibt das Auftreten von Spinströmen in Systemen mit starker Spin-Bahn-Kopplung, die sich senkrecht zum elektrischen Strom ausbreiten. In HgTe Quantentrögen konnte dieser Effekt durch ein rein elektrisches Experiment für Transport im metallischen Bereich nachgewiesen werden. Im Weiteren wurde dieser Effekt dann in weiteren nicht-lokalen Experimenten genutzt um die Spinpolarisierung der Randkanäle nachzuweisen. - Kapitel 3 stellt die 3-dimensionalen topologischen Isolatoreigenschaften von HgTe vor. Wie bereits erwähnt ermöglicht die Nutzung von verspannten HgTe Schichten die Beobachtung von 3-dimensionalen topologischen Isolatorverhalten in HgTe Volumenmaterial. Wie sich im Rahmen dieser Arbeit herausstellte, kann Verspannung in diesen Schichten sehr einfach durch das pseudomorphe Wachstum auf gitter-fehlangepassten CdTe Substraten realisiert werden. CdTe hat eine größere Gitterkonstante als HgTe und erzeugt daher tensile Verspannung in den gewachsenen HgTe Schichten. In den so erhaltenen Schichten wurde bei Magnetotransportmessungen der Quanten-Hall-Effekt beobachtet. Des Weiteren zeigte sich, dass der Quanten-Hall-Effekt in diesen Schichten charakteristische Merkmale für Dirac-Bandstrukturen aufweist. Dies bedeutet, dass auf diese Weise zum ersten Mal der Quanten-Hall-Effekt in den Oberflächenzuständen eines 3-dimensionalen topologischen Isolators detektiert werden konnte. In weiteren Transportexperimenten wurde der Einfluss einer über der Struktur angebrachten Gateelektrode untersucht. Hierdurch wurde die Identifizierung von Beiträgen der einzelnen Oberflächen zum Transport möglich. Zudem stellte sich heraus, dass der Oberflächen-Quanten-Hall-Effekt sehr stabil ist und keine Anzeichen von einsetzendem Volumentransport sichtbar sind, selbst bei sehr hohen Gesamtladungsträgerdichten der Proben. - In den Kapiteln 4 - 6 werden einige ausgewählte Arbeiten detailiert dargestellt: Kapitel 4 behandelt die rein-elektronische Detektion des Spin-Hall-Effekts in HgTe Quantentrögen genauer, während Kapitel 5 die Messung der Spinpolarization der Quanten-Spin-Hall-Kanäle detailiert vorstellt. In Kapitel 6 wird der Quanten-Hall-Effekt in den topologischen Oberflächenzuständen von verspanntem bulk HgTe beleuchtet. Die in dieser Arbeit vorgestellten Untersuchungen waren Wegbereiter im Bereich der experimentellen Arbeiten, die sich mit den Transporteigenschaften topologischer Isolatoren beschäftigen. Das hierdurch gewonnene Verständnis für die fundamentalen Eigenschaften von topologischen Isolatoren ermöglicht viele weiterführende Experimente, zum Beispiel durch die Untersuchung des Einflusses von magnetischer Dotierung in topologischen Isolatoren oder deren Zusammenspiel mit Supraleitern. KW - Topologischer Isolator KW - topological insulator KW - quantum transport KW - HgTe KW - quantum spin Hall effect KW - molecular beam epitaxy KW - Quecksilbertellurid Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-105127 ER - TY - THES A1 - Richter, Stephan T1 - Detaillierte Simulationen von Blazar-Emissionen : ein numerischer Zugang zu Radiobeobachtungen und Kurzzeitvariabilität T1 - Detailed Simulations of Blazar-Emission: A numerical approach to Radio observations and short term variability N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Prozessen, die in einer Unterklasse der Aktiven Galaxienkerne, den Blazaren, das Emissionsspektrum dieser Objekte erzeugen. Dies beinhaltet insbesondere den Beschleunigungsprozess, der eine nichtthermische Teilchenverteilung erzeugt, sowie diverse Strahlungsprozesse. Das Spektrum dieser Quellen reicht dabei vom Radiobereich bis zu Energien im TeV-Bereich. Die Form des zeitlich gemittelten Spektrums kann durch Modelle bereits sehr gut beschrieben werden. Insbesondere die erste der beiden dominierenden Komponenten des Spektrums kann mit hoher Sicherheit mit Synchrotronemission einer Elektronenenergieverteilung in Form eines Potenzgesetzes identifiziert werden. Für den Ursprung der zweiten Komponente existieren jedoch verschiedene Erklärungsversuche. Dies sind im wesentlichen die inverse Compton-Streuung der internen oder externer Strahlung (leptonische Modelle) sowie die Emission und photohadronische Wechselwirkung einer hochenergetischen Verteilung von Protonen in der Quelle. Eine räumliche Auflösung des Ursprungs der detektierten Strahlung ist mit den zur Verfügung stehenden Teleskopen nicht möglich. Einschränkungen für die Ausdehnung dieser Emissionszone ergeben sich lediglich aus der Variation des Emissionsspektrums. Eine Bestimmung der Morphologie ist jedoch im selbstabsorbierten Radiobereich des Spektrums durch die Ausnutzung von interferometrischen Beobachtungen möglich. Die resultierenden Längen, auf denen die im inneren der Quelle selbstabsorbierte Strahlung die Quelle schließlich verlässt, sind jedoch etwa zwei Größenordnungen oberhalb der aus den Variabilitätszeitskalen gefolgerten Limits. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Modell soll dabei helfen, verschiedene Beobachtungen mit Hilfe eines quantitativen Modells zu beschreiben. Hier steht insbesondere die Korrelation zwischen den Verläufen der Hochenergie- und Radioemission im Vordergrund. Eine Aussage über die Existenz einer solchen Verbindung konnte aus den bisherigen Beobachtungen nicht getroffen werden. Eine quantitative Modellierung könnte bei der Interpretation der bisher uneindeutigen Datenlage helfen. Eine weitere, durch Modelle bisher nicht beschreibbare, Beobachtungsevidenz sind extrem kurzzeitige Variationen des Flusszustands. Die Lichtlaufzeit durch das für die Modellierung benötigte Raumgebiet ist zumeist größer als die beobachtete Zeitskala. Zudem deuten die Beobachtungen darauf hin, dass manche dieser Flussausbrüche nicht zwischen den verschiedenen Bändern korreliert sind, wie es zumindest die leptonischen Modelle erwarten lassen würden. Das hier beschriebene Modell verbindet eine räumliche Auflösung des Emissionsgebiets mit dem dominanten Beschleunigungsmechanismus. Hierdurch konnte zunächst gezeigt werden, dass die Beschreibung von Variabilität auch auf Skalen unterhalb der Lichtlaufzeit durch das modellierte Raumgebiet möglich ist. Zudem wurde ein Szenario quantifiziert, dass im leptonischen Fall unkorrelierte Ausbrüche vorhersagt. \thispagestyle{empty} Durch eine Erweiterung des Emissionsgebiets gegenüber anderen Blazar-Modellen um zwei Größenordnung konnte zudem eine Verknüpfung zwischen dem Hochenergie- und dem Radiobereich erfolgen. Die gefundene Morphologie des Einschlussgebiets der nichtthermischen Teilchenpopulation beinhaltet eine physikalisch sinnvolle Randbedingung für das Emissionsgebiet der Hochenergiestrahlung, die zudem den für die betrachtete Quelle korrekten Spektralindex im Radiobereich erzeugt. Darüber hinaus wurden in das Modell sowohl leptonische als auch hadronische Prozesse integriert, die eine flexible und unvoreingenommene Modellierung potentieller Hybridquellen erlauben. Mit dem entwickelten Modell ist es möglich, aus detailliert vermessenen Lichtkurven im Hochenergiebereich die zu erwartende Radioemission vorherzusagen. Die in diese Vorhersage eingehenden Parameter lassen sich aus der Modellierung des Gleichgewichtsspektrums bestimmen. N2 - The work presented here addresses processes that are responsible for the emission spectra of a certain sub-class of Active Galactic Nuclei, the Blazars. In particular, these include the acceleration process, producing the non-thermal particle distribution, and various Emission processes. The spectra of Blazars range from the radio band up until energies in the TeV range. The form of the steady state spectrum is explained well by existing models. There is, in particular, strong evidence that the first of the two bumps of the spectral energy distribution is the synchrotron emission of an electron power-law distribution. For the second bump there are, however, several possibilities. Roughly speaking these are the inverse Compton scattering of the internal radiation or an external radiation field (leptonic models), as well as the emission of non-thermal protons and photo hadronic interactions with these protons. A resolution of the source of the detected radiation is not in the scope of existing telescopes. Limits on the spatial extent of the Emission region only follow from the variation timescales of the spectra. In the self-absorbed radio regime, a determination of the morphology is however possible due to interferometric observations. The observed lengths represent the scale at which the radiation, which is self-absorbed in the innermost parts, eventually leaves the source. However, this scale is two orders of magnitude larger than the limits deduced from the variability timescales. The model developed during the course of this work is designed to produce a quantitative description of various observations. First and foremost these are the correlations between the radio regime and the very high energy regime. Strong evidence either for or against the existence of such a correlation was not possible thus far with the available data. Quantitative modelling could help to interpret the presently unclear situation. Additional observations, that cannot be explained by current models, are extreme short-term variability. The light travelling times through the emission region that are required for the steady state modelling are usually much longer than the observed timescales. Moreover, observations indicate that some of the observed flares have no correlated variability in other bands as would be expected from leptonic models. The model described in this thesis connects a spatial resolution of the emission region with the dominant acceleration process. With this approach it could be shown, that the modelling of variability on scales below the light travel time limits can be achieved. Moreover, a leptonic scenario predicting uncorrelated short-term variability was quantified. A connection between the radio and very high energy emission was achieved via an extension of the size of the emission region by two orders of magnitude. The morphology of the confinement region that was used for the large scale simulations provides both a physical Sound boundary condition for the high energy emission, as well as a correct description of the observed spectral index in the radio. Furthermore, both leptonic and photohadronic processes were implemented, providing a flexible and unbiased modelling of hybrid sources. The developed model is capable of predicting the radio emission on the basis of detailed light curves in the high energy regime. The Parameters entering this prediction follow from the modelling of the steady state of the chosen source. KW - Blazar KW - Strahlung KW - Mathematisches Modell KW - Strahlung Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-103209 ER - TY - THES A1 - Tavakoli, Kia T1 - Herstellung und Charakterisierung spintronischer und caloritronischer (Ga,Mn)As-Nanostrukturen T1 - Fabrication and Characterization of spintronic and caloritronic (Ga,Mn)As nanostructures N2 - Die elektronischen Bauteile, die aus unserer technischen Welt kaum wegzuddenken sind, werden immer kleiner. Aktuelle ICs bestehen zum Beispiel aus Milliarden von Transistoren, von denen jeder einzelne kleiner als 100nm (dem 100-stel des typischen Durchmessers eines Menschenhaars) ist. Dass die Entwicklung auch zukünftig weiter dem Trend des Mooreschen Gesetzes folgen wird, gilt hierbei als unbestritten. Die interessanteste Fragestellung der Halbleiter- und Nanostrukturforschung in diesem Zusammenhang ist: Kann man die weitere Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnik dadurch erreichen, dass man die Miniaturisierung der Transistoren in Mikroprozessoren und Speicherbauelementen weiter vorantreibt oder ist man auf gänzlich neue Wege angewiesen? Bei der weitergehenden Miniaturisierung ist die größte Hürde darin zu suchen, ob man in der Lage sein wird die Verbrauchsleistung dieser Bauelemente weiter zu reduzieren, um die Überhitzung der Bauteile in den Griff zu bekommen und nicht zuletzt auch, um Energie zu sparen. Die heutige Elektronik hat ihre Grundlagen in den 60er Jahren. Diese Art der Elektronik ist jedoch hinsichtlich der Effizienzsteigerungen und vor allem der Wärmeentwicklung an ihre Grenzen gestoßen. Hauptursache für diese problematische Wärmeentwicklung sind die elektrischen Verbindungen, die die Informationen zwischen der halbleiterbasierten Datenverarbeitung und den metallischen Speicherelementen hin und hertransportieren. Obwohl diese elektrischen Verbindungen zum aktuellen Zeitpunkt aus der Computerarchitektur nicht weg zu denken sind, ist es eines der Hauptziele diese Verbindungen nicht mehr verwenden zu müssen. Dies kann jedoch nur erreicht werden, wenn es gelingt, die Speicherelemente und Datenverarbeitung in einem einzigen Element (Halbleiter) zu vereinen. Bisher wurde die Ladung eines Elektrons für die Verarbeitung von elektrischen Informationen bzw. Zuständen benutzt. Was wäre jedoch, wenn man diese bisherige Basis völlig ändert? Der Spin der Elektronen ist ein viel effektiverer Informationsträger als die Ladung der Elektronen selbst, nicht zuletzt deshalb, weil die Veränderung des Spins eines Elektrons im Vergleich zu dessen Bewegung einen weitaus geringeren Energiebetrag benötigt [1]. Die Technik, die zusätzlich zur Informationsverarbeitung durch makroskopische Elektronenströme den viel effektiveren Spin-Quantenzustand der Elektronen oder Löcher als Freiheitsgrad nutzt, ist die sogenannte Spintronik1. Die Spinfreiheitsgrade eröffnen, wegen der längeren Phasenkohärenzlänge, im Vergleich zu den orbitalen Freiheitsgraden, völlig neue Wege für zukünftige Entwicklungen wie z.B. den Quantencomputer. Damit wäre die Entwicklung niederenergetischer Bauelemente möglich, die fast keine Wärmeentwicklung aufweisen. Wegen dieser vielen Vorteile hat sich die Spintronik in Rekordzeit von einer interessanten wissenschaftlichen Beobachtung in Rekordzeit zu einer marktbewegenden Anwendung weiterentwickelt (Nobelpreis 2007). Seinen Anfang nahm diese Entwicklung 1988 mit der Entdeckung des GMR-Effekts. Nach nur 9 Jahren wurden 1997 erste Festplatten-Leseköpfe eingesetzt, die sich diesen Effekt zu Nutze machten. Leseköpfe, die den Riesenmagnetwiderstand nutzen, waren nunmehr um ein Vielfaches empfindlicher als es die konventionelle Technik zugelassen hätte. Die Speicherdichte und damit die Kapazitäten der Festplatten konnte somit erheblich gesteigert und Festplatten mit zuvor nie gekannter Speicherkapazität preiswert produziert werden. Seit dieser Zeit rückt der Elektronenspin immer weiter in den Brennpunkt von Forschung und Entwicklung. Da sich der elektrische Widerstand von Halbleitern in einem weiten Bereich manipulieren lässt (was für ferromagnetische Metalle nicht der Fall ist), werden logische Bauelemente aus halbleitenden Materialien hergestellt. Im Gegensatz dazu sind ferromagnetische Metalle sehr gute Kandidaten für die Speicherung von Informationen. Dies liegt vor allem daran, dass zufällige Magnetfelder viel schwächer sind, als zufällige elektrische Felder, was ferromagnetische Systeme wesentlich unanfälliger macht. Daher sind die magnetischen Speicher nicht flüchtig und zudem müssen deren Informationsgehalte nicht wie bei DRAM immer wieder aufgefrischt werden. Um die jeweiligen Vorteile der Materialklassen – die magnetisch energiesparende sowie dauerhafte Speicherfähigkeit der Metalle und die logischen Operationen der Halbleiter – miteinander kombinieren zu können und damit neuartige Bauelemente wie z.B. MRAMs (logische Operationen und dauerhafte Speicherung) zu bauen, sind ferromagnetischen Halbleiter unverzichtbar. Auf dieser Basis könnten Speicherelemente und Datenverarbeitung in einem einzigen Element (Halbleiter) dargestellt werden. Zugleich braucht man aber auch neue Wege, um diese Speicher zu magnetisieren und später auslesen zu können. Ein weiterer Vorteil liegt zudem darin, dass hierzu kein Einsatz beweglicher Teile notwendig ist. Die Magnetisierungskontrolle muss aber temperaturunabhängig sein! Der am besten erforschte ferromagnetische Halbleiter ist (Ga,Mn)As, der deswegen die Modellrolle einnimmt und als Prototyp für alle ferromagnetischen Halbleiter dient. Die Kopplung seiner magnetischen und halbleitenden Eigenschaften durch Spin-Bahn-Wechselwirkung ist die Ursache vieler neuer Transportphänomene in diesem Materialsystem. Diese Phänomene sind vielfach die Grundlage für neuartige Anwendungen, Bauteildesigns und Wirkprinzipien. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die interessanten Anisotropien in (Ga,Mn)As, die von der sehr starken Spin-Bahn-Kopplung im Valenzband herrühren zu nutzen, sowie neue spinbezogene Effekte in verschiedenen magnetischen Bauelementen zu realisieren. Die vorliegende Arbeit gliedert sich wie folgt: In Kapitel 1 wird auf die grundlegenden Eigenschaften des (Ga,Mn)As und einige neuartige Spineffekten, die dieses Material mit sich bringt, eingegangen. Das zur Erzeugung dieser Effekte notwendige fertigungstechnische Wissen, für die lithografische Erzeugung der spintronisch bzw. caloritronisch aktiven Nanostrukturen, wird im Kapitel 2 beschrieben. Um mit dieser Welt der Spineffekte „kommunizieren“ und die Effekte kontrollieren zu können, sind entsprechend angepasste und funktionsfähige Kontaktierungen notwendig. Mit der detaillierten Herstellung und Analyse dieser Kontakte beschäftigt sich das Kapitel 3. Es wurden zwei Arten von Kontakten hergestellt und bei den Proben eingesetzt: in situ (innerhalb der MBE-Wachstumskammer) und ex situ. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei der ex situ-Probenpräparation, die Reproduzierbarkeit der Kontakte, besonders bei logisch magnetischen Elementen, nicht gewährleistet werden konnte. Bei funktionierender Kontaktierung war das magnetische Verhalten dann jedoch stets gleich. Bei den in situ-Kontakten war zwar einerseits das elektrische Verhalten reproduzierbar und sehr gut, aber das magnetische Verhalten war nicht zufriedenstellend, da die Relaxation nicht vollständig stattfand. Im Rahmen dieser Arbeit konnten die ex situ-Kontakte optimiert werden. Dabei wurde auf die Problematiken bereits existierender Proben eingegangen und es wurden verschiedene Lösungsan sätze dafür gefunden. So konnte z.B. gezeigt werden, dass die Haftungsprobleme hauptsächlich auf dem unsaubere Oberflächen zurückzuführen sind. Jede Schicht, die zwischen aufgedampfter Metallschicht und dem dotierten Halbleiter bestehen bleibt, unabhängig davon, ob es sich dabei um eine oxidierte Schicht, Lackreste oder eine, zum Teil verarmte Schicht handelt, beeinträchtigt die Funktionalität der Kontakte. Je kleiner die Dimension der Kontakte, desto stärker wirkt sich die unsaubere Oberfläche aus. So konnte gezeigt werden, dass ab einer Größe von ca. 500nm_500nm die Zuverlässigkeit der Kontakte elementar von der Reinheit der Oberflächen und deren Homogenität beeinflusst wird. Zur Abwendung dieser Komplikationen werden verschiedene Lösungsansätze vorgeschlagen. Wird die Oberfläche mit hochenergetischen Ionen versetzt, verarmt deren Dotierung, was zu einer massiven Änderung der Leitfähigkeit führt. Daher wurden entweder völlig andere Prozessparameter zur Reinigung eingesetzt, die den dotierten HL nicht verarmen oder einer der nasschemischen Schritte wurde so angepasst, dass die extrem verarmte Schicht der HL-Oberfläche entfernt wurde. Die einfachsten spintronischen Bauelemente (Streifen) und magnetischen Logikelemente sowie deren Ergebnisse werden im Kapitel 4 diskutiert. Hier wurde eindeutig gezeigt, dass die Streifen bei niedrigen Stromdichten nicht völlig uniaxial sind, während bei erhöhten Stromdichten die Uniaxialität immer dominanter wird. Dies war jedoch zu erwarten, da bei erhöhten Stromdichten die Temperatur auch ansteigt und da, bei erhöhter Temperatur, die biaxiale Anisotropie mit M4, die uniaxiale aber jedoch nur mit M2 abfällt – die dominante Anisotropie wechselt folglich von biaxial zu uniaxial [2]. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Grundlagen gelegt, um Speicherelemente und Datenverarbeitung in einem einzigen Halbleiter (Ga,Mn)As herzustellen. Auf Basis dieser Arbeit und den dabei gewonnenen litographischen Erkentnissen wurden, in nachfolgenden Arbeiten, solche Bauelemente realisiert [3]. Spin-Kaloritronik: Wie schon Eingangs erwähnt, wird im Allgemeinen davon ausgegangen, dass die Miniaturisierung der zukünftigen Elektronik weitergeführt werden kann. Bei stetiger Verkleinerung der Strukturen kommt es in heutigen Anwendungen zu immer größeren Problemen bei der Wärmeabfuhr. Die Folgen der Temperaturdifferenzen innerhalb der Strukturen führen dabei zu sog. Hotspots oder sogar Materialschäden. Temperaturunterschiede müssen aber nicht nur negative Auswirkungen haben. So wurde an einem ferromagnetischen System aus Nickel, Eisen und Platin der sogenannte Spin-Seebeck-Effekt gemessen, bei dem die Elektronen in den Regionen verschiedener Temperatur unterschiedliche Spinpolarisationen zeigen [4]. Eine Batterie, die diesen spinpolarisierten Strom nutzt, könnte einen entscheidenden Fortschritt in der Spintronik bedeuten. Dieser Bereich der Forschung an thermoelektrischen Effekten, bei denen ferromagnetische Materialien involviert sind, wird auch „spin-caloritronics“ genannt [5]. Die Kapitel 5 und 6 beschäftigen sich mit einer neuartigen Klasse spintronischer Bauteile. whärend das Kapitel 5 sich mit einer neuartigen Klasse spintronischer Bauteile, für die von uns als Bezeichnung TAMT („tunnel anisotropic magneto thermopower“) eingeführt wurde, beschäftigt, wird in Kapitel 6 an einem veränderten Probenlayout der Nernst-Effekt nachgewiesen. Die Geometrie wurde in beiden fällen so gewählt und hergestellt, dass durch die Anisotropien des (Ga,Mn)As die beiden thermoelektrische Effekte (Seebeck- und Nernst-Effekt) auf einen n+-p+-Übergang übertragen werden konnten. Durch einen Strom, in einem mit Silizium hoch dotierten GaAs-Heizkanal, kann jeweils ein vertikaler Temperaturgradient erzeugt werden. Die hierbei entstehenden Thermospannungen wurden durch eine vollständige elektrische Charaktri sierungsmessung mit Hilfe präziser Lock-in-Verstärker-Technik detektiert. Das Kapitel 5 beschäftigt sich mit allen Bereichen, von der Idee bis hin zu Messungen und Analysen des Seebeck-Effektes an einem n-p-Übergang (TAMT). Außerdem ist ein sehr einfaches numerisches Modell dargestellt, dass den gefundenen Effekt theoretisch beschreibt. Durch die bekannten thermoelektrischen Effekte ergibt sich ein Temperaturgradient der immer zu einer Thermospannung und somit zu einem Thermostrom entlang des Gradienten führt. Für zukünftige Entwicklungen ist es demnach wichtig, diese Effekte zu beachten und diese bei elektrischen Messungen an Nanostrukturen als mögliche, zusätzliche Ursache eines Messsignals in Betracht zu ziehen. In den vorliegenden Proben ist der Seebeck-Effekt stark anisotrop, mit einem größeren Thermospannungswert für Magnetisierungen entlang der magnetisch harten Achsen des (Ga,Mn)As. Es wurde ein einfaches Model entwickelt, welches das Tunneln von Elektronen zwischen zwei unterschiedlich warmen Bereichen erklärt. Die Abhängigkeit des Effekts von der Temperatur des Heizkanals wurde anhand dieses Models sowohl qualitativ als auch größenordnungsmäßig korrekt beschrieben. Die Nernst-Proben wurden von der Theorie bis zur Herstellung so entwickelt, dass in derselben Anordnung eine im (Ga,Mn)As senkrecht zum Temperaturgradienten gerichtete Spannung zusätzlich gemessen werden konnte. Diese wurde durch den Nernst-Effekt erklärt. Besonders interessant war, dass die Größe der Nernst-Spannung hierbei mit der Magnetisierung im (Ga,Mn)As verknüpft ist und somit ein aus der typischen Magnetisierungsumkehr hervorgehendes Verhalten zeigt. Gegenüber den Magnetowiderstandseffekten entsteht beim Nernst-Effekt in sogenannten Fingerprints (vgl. Kapitel 1.3.3) ein dreistufiges Farbmuster anstelle eines zweistufigen hoch-tief-Systems. Die entstehende Temperatur im Heizkanal wird jeweils durch eine longitudinale Widerstandsmessung in einem senkrecht zum Kanal gerichteten äußeren Magnetfeld bestimmt. Die Magnetfeldabhängigkeit des Widerstands kommt hierbei durch den Effekt der schwachen Lokalisierung in dünnen Filmen zustande. Zusammenfassend stellen die Magneto-Thermoelektrizitätseffekte eine wichtige weitere Transporteigenschaft in ferromagnetischen Halbleitern dar, die mit der Magnetisierung direkt zusammenhängen. In dieser Arbeit wurden Thermospannungen an (Ga,Mn)As-Schichten mit vergleichsweise hoher Mangankonzentration untersucht. Allerdings sind die Thermoelektrizitätseigenschaften zusammen mit Magneto-Widerstandsmessungen in Zukunft in der Lage, zusätzliche Informationen über die Bandstruktur sowie die Ladungsträgereigenschaften in Materialsystemen mit niedrigerem Mangangehalt, insbesondere in der Nähe des Metall-Isolator-Übergangs, zu liefern. Inhalt des Anhangs ist eine ausführliche Anleitung zur Optimierung der Probenherstellung bzw. der verschiedenen Bauelemente. N2 - It is impossible to imagine our world without electronic devices which are getting smaller. The current ICs are, for example, from more than a billion transistors, each one smaller than 100 nm. It is undisputed that this trend following Moore’s law will continue. The interesting question in semiconductor- and nanostructure technology is: Is miniaturization of transistors with the current base achievable or is a new way needed? With the continued miniaturization, the biggest challenge is to reduce the current used in These components in order to control the overheating in chips and to save energy. Today’s electronics have their origins in the 1960s. They, however, have reached their limitations with respect to efficiency and heat development. A main reason for problematic heat development are the electrical connections which transfer the information between semiconductor-based data processing und the metallic storage elements. For a long time the charge of an electron was used for the processing of electrical Information and states. What would happen if we changed this approach? The spin of an electron is a much more effective information carrier than the electron’s charge. This is due to the fact that the change of the spin of an electron needs much less energy than its movement (...) KW - Spintronik KW - Fabrication KW - Herstellung KW - Galliumarsenid KW - Manganarsenide KW - Seebeck-Effekt KW - Spintronic KW - Caloritronic KW - VMH KW - Nanostructures KW - DMS KW - Nernst-Effekt KW - (Ga,Mn)As KW - Kaloritronik KW - Nanostruktur Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-103241 ER - TY - THES A1 - Kraus, Hannes T1 - Optically Detected Magnetic Resonance on Organic and Inorganic Carbon-Based Semiconductors T1 - Optisch detektierte Magnetresonanz an organischen und anorganischen kohlenstoffbasierten Halbleitern N2 - In dieser Arbeit werden drei verschiedene kohlenstoffbasierte Materialsysteme behandelt: (i) Organische Halbleiter und kleine Moleküle, in Kombination mit Fullerenen für Anwendungen in der organischen Photovoltaik (OPV), (ii) Halbleitende Einzelwand-Kohlenstoffnanoröhren und (iii) Siliziumkarbid (SiC), dessen Defekte erst seit kurzem als Kandidaten für Quantenapplikationen gehandelt werden. Alle Systeme wurden mit optisch detektierter Magnetresonanzspektroskopie (ODMR) untersucht. Im OPV-Kapitel, die intrinsischen Parameter und Orientierungen von Exzitonen mit hohem Spin wurden für die Materialsysteme P3HT, PTB7 und DIP untersucht. Speziell der Einfluss von Ordnung diesen organischen Systemen wurde diskutiert. Der zweite Teil des Kapitels beschäftigt sich mit Triplettgeneration mittels Elektronenrücktransfer im leistungsfähigen Materialsystem PTB7:PC71BM. Das Kohlenstoffnanoröhren-Kapitel zeigt zuert den ersten zweifelsfreien Nachweis von Triplettexzitonen in halbleitenden (6,5) Einzelwandkohlenstoffnanoröhren (SWNT), mittels ODMR-Spektroskopie. Ein Modell für die Anregungskinetik, die intrinsischen Parameter des Exzitons und Abhängigkeit von der Orientierung der Röhren wurden diskutiert. Der letzte Teil der Arbeit gilt Spinzentren in Siliziumkarbid. Nach einer kurzen Einführung in das Materialsystem wird die Spinmultiplizität für die V2 und V3 Siliziumfehlstellen, sowie eines Frenkelpaars und eines noch nicht zugeordneten Defekts (UD) in 6H SiC, weiterhin für die V2 Fehlstelle und das Frenkelpaar in 4H SiC, durchgängig zu S=3/2 festgestellt. Das spinpolarisierte Befüllen der 3/2-Zustände des Grundzustands der Siliziumfehlstellen erlaubt stimulierte Mikrowellenemission. Ausserdem wurde für UD und Frenkelpaar in 6H SiC eine große Temperaturabhängigkeit der Nullfeldparameter festgestellt, während die Siliziumfehlstellen temperaturunabhängig sind. Anwendung des UD und Frenkelpaars als Temperatursensor, und der Vakanzen als Vektormagnetometer wurden diskutiert. N2 - In this work, three different material systems comprising carbon were researched: (i) Organic polymers and small molecules, in conjunction with fullerene molecules for applications in organic photovoltaics (OPV), (ii) single walled semiconducting carbon nanotubes and (iii) silicon carbide (SiC), whose defect color centers are recently in the limelight as candidates for quantum applications. All systems were analyzed using the optically detected magnetic resonance (ODMR) spectroscopy. In the OPV chapter, first the intrinsic parameters and orientations of high spin excitons were analyzed in the materials P3HT, PTB7 and DIP. Specifically the influence of ordering in these organic systems was adressed. The second part of the OPV chapter is concerned with triplet generation by electron back transfer in the high-efficiency OPV material combination PTB7:PC71BM. The carbon nanotube chapter first shows the way to the first unambiguous proof of the existence of triplet excitons in semiconducting (6,5) single-walled carbon nanotubes (SWNT) by ODMR spectroscopy. A model for exciton kinetics, and also orientation and intrinsic parameters were propoesed. The last part of this work is devoted to spin centers in silicon carbide (SiC). After a brief introduction, the spin multiplicity of the V2 and V3 silicon vacancies, and also of a Frenkel pair and an unassigned defect UD in 6H SiC, and of the V2 vacancy and the Frenkel pair in 4H SiC, was shown to be S=3/2. The spin polarized pumping of the 3/2 manifold of the quartet ground state of the silicon vacancies allows stimulated microwave emission. Furthermore, in 6H SiC, the UD and Frenkel pair were shown to have a large dependence of their intrinsic zero field interaction parameters on the temperature, while the vacancies are temperature independent. The application of the UD and Frenkel pair as temperature sensor, and of the vacancies as a vector magnetic field sensor is discussed. KW - ODMR-Spektroskopie KW - Organischer Halbleiter KW - quantum center KW - Siliciumcarbid KW - Nanoröhre Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-106308 ER - TY - JOUR T1 - Measurement of the W boson polarization in top quark decays with the ATLAS detector JF - Journal of High Energy Physics N2 - This paper presents measurements of the polarization of W bosons in top quark decays, derived from \(t\overline{t}\) events with missing transverse momentum, one charged lepton and at least four jets, or two charged leptons and at least two jets. Data from pp collisions at a centre-of-mass energy of 7 TeV were collected with the ATLAS experiment at the LHC and correspond to an integrated luminosity of 1.04 fb\(^{−1}\). The measured fractions of longitudinally, left- and right-handed polarization are F\(_0\) = 0.67 ± 0.07, F\(_L\) = 0.32 ± 0.04 and F\(_R\) = 0.01 ± 0.05, in agreement with the Standard Model predictions. As the polarization of the W bosons in top quark decays is sensitive to the Wtb vertex Lorentz structure and couplings, the measurements were used to set limits on anomalous contributions to the Wtb couplings. KW - hadron-hadron scattering Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127417 VL - 06 IS - 88 ER - TY - JOUR T1 - Search for a fermiophobic Higgs boson in the diphoton decay channel with the ATLAS detector JF - The European Physical Journal C N2 - A search for a fermiophobic Higgs boson using diphoton events produced in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of √s=7 TeV is performed using data corresponding to an integrated luminosity of 4.9 fb\(^{−1}\) collected by the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider. A specific benchmark model is considered where all the fermion couplings to the Higgs boson are set to zero and the bosonic couplings are kept at the Standard Model values (fermiophobic Higgs model). The largest excess with respect to the background-only hypothesis is found at 125.5 GeV, with a local significance of 2.9 standard deviations, which reduces to 1.6 standard deviations when taking into account the look-elsewhere effect. The data exclude the fermiophobic Higgs model in the ranges 110.0–118.0 GeV and 119.5–121.0 GeV at 95 % confidence level. KW - unconverted photon KW - Higgs boson signal KW - photon energy scale KW - invariant mass resolution KW - diphoton invariant mass Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127427 VL - 72 IS - 2157 ER - TY - JOUR T1 - Search for a heavy top-quark partner in final states with two leptons with the ATLAS detector at the LHC JF - Journal of High Energy Physics N2 - The results of a search for direct pair production of heavy top-quark partners in 4.7 fb\(^{−1}\) of integrated luminosity from pp collisions at √s=7 TeV collected by the ATLAS detector at the LHC are reported. Heavy top-quark partners decaying into a top quark and a neutral non-interacting particle are searched for in events with two leptons in the final state. No excess above the Standard Model expectation is observed. Limits are placed on the mass of a supersymmetric scalar top and of a spin-1/2 top-quark partner. A spin-1/2 top-quark partner with a mass between 300 GeV and 480 GeV, decaying to a top quark and a neutral non-interacting particle lighter than 100 GeV, is excluded at 95% confidence level. KW - hadron-hadron scattering Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127511 VL - 11 IS - 094 ER - TY - JOUR T1 - Search for top and bottom squarks from gluino pair production in final states with missing transverse energy and at least three b-jets with the ATLAS detector JF - The European Physical Journal C N2 - This letter reports the results of a search for top and bottom squarks from gluino pair production in 4.7 fb\(^{−1}\) of pp collisions at √s=7 TeV using the ATLAS detector at the LHC. The search is performed in events with large missing transverse momentum and at least three jets identified as originating from a b-quark. Exclusion limits are presented for a variety of gluino-mediated models with gluino masses up to 1 TeV excluded. KW - SM Background KW - jet response KW - direct pair production KW - visible cross section KW - jet energy scale KW - Anti-k Jet KW - PDF set KW - validation region Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127523 VL - 72 IS - 2174 ER - TY - JOUR T1 - Performance of missing transverse momentum reconstruction in proton-proton collisions at √s=7 TeV with ATLAS JF - The European Physical Journal C N2 - The measurement of missing transverse momentum in the ATLAS detector, described in this paper, makes use of the full event reconstruction and a calibration based on reconstructed physics objects. The performance of the missing transverse momentum reconstruction is evaluated using data collected in pp collisions at a centre-of-mass energy of 7 TeV in 2010. Minimum bias events and events with jets of hadrons are used from data samples corresponding to an integrated luminosity of about 0.3 nb\(^{−1}\) and 600 nb\(^{−1}\) respectively, together with events containing a Z boson decaying to two leptons (electrons or muons) or a W boson decaying to a lepton (electron or muon) and a neutrino, from a data sample corresponding to an integrated luminosity of about 36 pb\(^{−1}\). An estimate of the systematic uncertainty on the missing transverse momentum scale is presented KW - momentum scale KW - Atlas detector KW - pp collision KW - systematic uncertainty KW - transverse momentum Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127530 VL - 72 IS - 1844 ER - TY - JOUR A1 - Aad, G. A1 - Abbott, B. A1 - Abdallah, J. A1 - Abdelalim, A. A. A1 - Abdesselam, A. T1 - Performance of the ATLAS Trigger System in 2010 JF - The European Physical Journal C N2 - Proton–proton collisions at √s=7 TeV and heavy ion collisions at \(\sqrt{sNN}\)=2.76 TeV were produced by the LHC and recorded using the ATLAS experiment’s trigger system in 2010. The LHC is designed with a maximum bunch crossing rate of 40 MHz and the ATLAS trigger system is designed to record approximately 200 of these per second. The trigger system selects events by rapidly identifying signatures of muon, electron, photon, tau lepton, jet, and B meson candidates, as well as using global event signatures, such as missing transverse energy. An overview of the ATLAS trigger system, the evolution of the system during 2010 and the performance of the trigger system components and selections based on the 2010 collision data are shown. A brief outline of plans for the trigger system in 2011 is presented. KW - ATLAS KW - Trigger System Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127321 VL - 72 IS - 1849 ER - TY - JOUR A1 - Aad, G. A1 - Abbott, B. A1 - Abdallah, J. A1 - Abdelalim, A. A. A1 - Abdesselam, A. T1 - Forward-backward correlations and charged-particle azimuthal distributions in pp interactions using the ATLAS detector JF - Journal of High Energy Physics N2 - Using inelastic proton-proton interactions at s√=900 GeV and 7 TeV, recorded by the ATLAS detector at the LHC, measurements have been made of the correlations between forward and backward charged-particle multiplicities and, for the first time, between forward and backward charged-particle summed transverse momentum. In addition, jet-like structure in the events is studied by means of azimuthal distributions of charged particles relative to the charged particle with highest transverse momentum in a selected kinematic region of the event. The results are compared with predictions from tunes of the pythia and herwig++ Monte Carlo generators, which in most cases are found to provide a reasonable description of the data. KW - Hadron-Hadron Scattering Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127336 VL - 7 IS - 19 ER - TY - JOUR T1 - Measurement of inclusive two-particle angular correlations in pp collisions with the ATLAS detector at the LHC JF - Journal of High Energy Physics N2 - We present a measurement of two-particle angular correlations in proton- proton collisions at √s=900 GeV and 7 TeV. The collision events were collected during 2009 and 2010 with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider using a single-arm minimum bias trigger. Correlations are measured for charged particles produced in the kinematic range of transverse momentum p\(_T\)  > 100 MeV and pseudorapidity |η| < 2.5. A complex structure in pseudorapidity and azimuth is observed at both collision energies. Results are compared to PYTHIA 8 and HERWIG++ as well as to the AMBT2B, DW and Perugia 2011 tunes of PYTHIA 6. The data are not satisfactorily described by any of these models. KW - hadron-hadron scattering Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127350 VL - 05 IS - 157 ER - TY - JOUR T1 - Search for heavy neutrinos and right-handed W bosons in events with two leptons and jets in pp collisions at \(\sqrt{s}\)=7TeV with the ATLAS detector JF - The European Physical Journal C N2 - This letter reports on a search for hypothetical heavy neutrinos, N, and right-handed gauge bosons, W R, in events with high transverse momentum objects which include two reconstructed leptons and at least one hadronic jet. The results were obtained from data corresponding to an integrated luminosity of 2.1 fb\(^{−1}\) collected in proton–proton collisions at √s=7 TeV with the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. No excess above the Standard Model background expectation is observed. Excluded mass regions for Majorana and Dirac neutrinos are presented using two approaches for interactions that violate lepton and lepton-flavor numbers. One approach uses an effective operator framework, the other approach is guided by the Left–Right Symmetric Model. The results described in this letter represent the most stringent limits to date on the masses of heavy neutrinos and W\(_R\) bosons obtained in direct searches. KW - dilepton invariant mass, KW - heavy neutrino KW - non-prompt lepton KW - Anti-k Jet KW - fake lepton Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127796 VL - 72 IS - 2056 ER - TY - JOUR T1 - Measurement of τ polarization in W→τν decays with the ATLAS detector in pp collisions at s√=7 TeV JF - The European Physical Journal C N2 - In this paper, a measurement of τ polarization in W→τν decays is presented. It is measured from the energies of the decay products in hadronic τ decays with a single final state charged particle. The data, corresponding to an integrated luminosity of 24 pb\(^{−1}\), were collected by the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider in 2010. The measured value of the τ polarization is P\(_τ\)=−1.06±0.04 (stat)\(^{+0.05}_{−0.07}\) (syst), in agreement with the Standard Model prediction, and is consistent with a physically allowed 95 % CL interval [−1,−0.91]. Measurements of τ polarization have not previously been made at hadron colliders. KW - total systematic uncertainty KW - energy scale uncertainty KW - multijet background KW - electroweak background KW - jet energy KW - Monte Carlo methods KW - signal template KW - track momentum KW - calorimeter KW - detector track KW - transverse momentum KW - ATLAS detector KW - jet axis KW - multijet event KW - track multipilicty Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127807 VL - 72 IS - 2062 ER - TY - JOUR T1 - Measurement of event shapes at large momentum transfer with the ATLAS detector in pp collisions at √s=7 TeV JF - The European Physical Journal C N2 - A measurement of event shape variables is presented for large momentum transfer proton-proton collisions using the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. Six event shape variables calculated using hadronic jets are studied in inclusive multi-jet events in 35 pb\(^{−1}\) of integrated luminosity at a center-of-mass energy of √s=7 TeV. These measurements are compared to predictions by three Monte Carlo event generators containing leading-logarithmic parton showers matched to leading order matrix elements for 2→2 and 2→n (n=2,…,6) scattering. Measurements of the third-jet resolution parameter, aplanarity, thrust, sphericity, and transverse sphericity are generally well described. The mean value of each event shape variable is evaluated as a function of the average momentum of the two leading jets p\(_{T,1}\) and p\(_{T,2}\), with a mean p\(_T\) approaching 1 TeV. KW - JES uncertainty KW - event shape variable KW - jet energy scale KW - event shape observable KW - jet cross section KW - high jet multiplicity KW - jet calibration KW - parton shower KW - energy scale KW - MC program KW - hadronic final state KW - jet transverse momentum KW - MC event generator KW - systematic uncertainty Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127813 VL - 72 IS - 2211 ER - TY - JOUR T1 - Search for anomaly-mediated supersymmetry breaking with the ATLAS detector based on a disappearing-track signature in pp collisions at √s=7 TeV JF - The European Physical Journal C N2 - In models of anomaly-mediated supersymmetry breaking (AMSB), the lightest chargino is predicted to have a lifetime long enough to be detected in collider experiments. This letter explores AMSB scenarios in pp collisions at √s=7 TeV by attempting to identify decaying charginos which result in tracks that appear to have few associated hits in the outer region of the tracking system. The search was based on data corresponding to an integrated luminosity of 1.02 fb\(^{−1}\) collected with the ATLAS detector in 2011. The p\(_T\) spectrum of candidate tracks is found to be consistent with the expectation from Standard Model background processes and constraints on the lifetime and the production cross section were obtained. In the minimal AMSB framework with m\(_{3/2}\)<32 TeV, m\(_0\)<1.5 TeV, tanβ=5 and μ>0, a chargino having mass below 92 GeV and a lifetime between 0.5 ns and 2 ns is excluded at 95 % confidence level. KW - chargino decay KW - anomaly mediation KW - supersymmetry KW - symmetry breaking KW - scattering KW - chargino lifetime KW - sparticle cascade decay KW - chargino mass KW - track data analysis KW - transverse momentum momentum spectrum KW - background KW - Monte Carlo KW - experimental results KW - sparticle pair production KW - chargino --> neutralino pi KW - CERN LHC Coll KW - ATLAS KW - 7000 GeV-cms Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127850 VL - 72 IS - 1993 ER - TY - JOUR T1 - A search for \(t\overline t\) resonances with the ATLAS detector in 2.05 fb\(^{−1}\) of proton-proton collisions at √s=7 TeV JF - European Physical Journal C N2 - A search for top quark pair resonances in final states containing at least one electron or muon has been performed with the ATLAS experiment at the CERN Large Hadron Collider. The search uses a data sample corresponding to an integrated luminosity of 2.05 fb\(^{−1}\), which was recorded in 2011 at a proton-proton centre-of-mass energy of 7 TeV. No evidence for a resonance is found and limits are set on the production cross-section times branching ratio to \(t\overline t\) for narrow and wide resonances. For narrow Z′ bosons, the observed 95 % Bayesian credibility level limits range from 9.3 pb to 0.95 pb for masses in the range of m Z′=500 GeV to m\(_{Z′}\)=1300 GeV. The corresponding excluded mass region for a leptophobic topcolour Z′ boson (Kaluza-Klein gluon excitation in the Randall-Sundrum model) is m\(_{Z′}\)<880 GeV (m\(_{gKK}\)<1130 GeV). KW - dilepton invariant mass KW - dilepton channel KW - jet channel KW - top quark mass KW - heavy flavour quark KW - reconstructed mass spectrum KW - muon channel KW - single top production KW - electron energy deposition KW - multijet background KW - non-prompt lepton KW - light quark jet KW - jet sample KW - pair invariant mass KW - event selcetion cut Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127959 VL - 72 IS - 2083 ER - TY - JOUR T1 - Measurement of W\(^{±}\)Z production in proton-proton collisions at √s=7 TeV with the ATLAS detector JF - European Physical Journal C N2 - A study of W\(^{±}\)Z production in proton-proton collisions at √s=7 TeV is presented using data corresponding to an integrated luminosity of 4.6 fb\(^{−1}\) collected with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider in 2011. In total, 317 candidates, with a background expectation of 68±10 events, are observed in double-leptonic decay final states with electrons, muons and missing transverse momentum. The total cross-section is determined to be σ\(^{tot}_{WZ}\)=19.0\(^{+1.4}_{−1.3}\)(stat.)±0.9(syst.)±0.4(lumi.) pb, consistent with the Standard Model expectation of 17.6\(^{+1.1}_{−1.0}\) pb. Limits on anomalous triple gauge boson couplings are derived using the transverse momentum spectrum of Z bosons in the selected events. The cross-section is also presented as a function of Z boson transverse momentum and diboson invariant mass. KW - ATLAS Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127963 VL - 72 IS - 2173 ER - TY - JOUR T1 - Search for high-mass resonances decaying to dilepton final states in pp collisions at √s=7 TeV with the ATLAS detector JF - Journal of High Energy Physics N2 - The ATLAS detector at the Large Hadron Collider is used to search for high-mass resonances decaying to an electron-positron pair or a muon-antimuon pair. The search is sensitive to heavy neutral Z′ gauge bosons, Randall-Sundrum gravitons, Z* bosons, techni-mesons, Kaluza-Klein Z/γ bosons, and bosons predicted by Torsion models. Results are presented based on an analysis of pp collisions at a center-of-mass energy of 7 TeV corresponding to an integrated luminosity of 4.9 fb\(^{−1}\) in the e\(^+\)e\(^−\) channel and 5.0 fb\(^{−1}\) in the μ\(^+\)μ\(^−\)channel. A Z′ boson with Standard Model-like couplings is excluded at 95 % confidence level for masses below 2.22 TeV. A Randall-Sundrum graviton with coupling k/\(\overline M_{Pl}\)=0.1 is excluded at 95 % confidence level for masses below 2.16 TeV. Limits on the other models are also presented, including Technicolor and Minimal Z′ Models. KW - hadron-hadron scattering Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127974 VL - 11 IS - 138 ER - TY - JOUR T1 - Search for anomalous production of prompt like-sign lepton pairs at √s=7TeV with the ATLAS detector JF - Journal of High Energy Physics N2 - An inclusive search for anomalous production of two prompt, isolated leptons with the same electric charge is presented. The search is performed in a data sample corresponding to 4.7 fb\(^{−1}\) of integrated luminosity collected in 2011 at √s=7TeV with the ATLAS detector at the LHC. Pairs of leptons (e\(^{±}\)e\(^{±}\), e\(^{±}\)μ\(^{±}\), and μ\(^{±}\)μ\(^{±}\)) with large transverse momentum are selected, and the dilepton invariant mass distribution is examined for any deviation from the Standard Model expectation. No excess is found, and upper limits on the production cross section of like-sign lepton pairs from physics processes beyond the Standard Model are placed as a function of the dilepton invariant mass within a fiducial region close to the experimental selection criteria. The 95% confidence level upper limits on the cross section of anomalous e\(^{±}\)e\(^{±}\), e\(^{±}\)μ\(^{±}\), or μ\(^{±}\)μ\(^{±}\) production range between 1.7 fb and 64 fb depending on the dilepton mass and flavour combination. KW - hadron-hadron scattering Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127983 VL - 12 IS - 7 ER - TY - JOUR T1 - Measurements of the pseudorapidity dependence of the total transverse energy in proton-proton collisions at √s=7 TeV with ATLAS JF - Journal of High Energy Physics N2 - This paper describes measurements of the sum of the transverse energy of particles as a function of particle pseudorapidity, η, in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy, √s=7 TeV using the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The measurements are performed in the region |η| < 4.8 for two event classes: those requiring the presence of particles with a low transverse momentum and those requiring particles with a significant transverse momentum. In the second dataset measurements are made in the region transverse to the hard scatter. The distributions are compared to the predictions of various Monte Carlo event generators, which generally tend to underestimate the amount of transverse energy at high |η|. KW - hadron-hadron scattering Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127998 VL - 11 IS - 033 ER - TY - JOUR T1 - Measurement of the polarisation of W bosons produced with large transverse momentum in pp collisions at √s=7 TeV with the ATLAS experiment JF - The European Physical Journal C N2 - This paper describes an analysis of the angular distribution of W→eν and W→μν decays, using data from pp collisions at s√=7 TeV recorded with the ATLAS detector at the LHC in 2010, corresponding to an integrated luminosity of about 35 pb\(^{−1}\). Using the decay lepton transverse momentum and the missing transverse momentum, the W decay angular distribution projected onto the transverse plane is obtained and analysed in terms of helicity fractions f\(_0\), f\(_L\) and f\(_R\) over two ranges of W transverse momentum (p\(^W_T\)):3550 GeV. Good agreement is found with theoretical predictions. For p\(^W_T\)>50 GeV, the values of f\(_0\) and f\(_L\)−f\(_R\), averaged over charge and lepton flavour, are measured to be: f\(_0\)=0.127±0.030±0.108 and f\(_L\)−f\(_R\)=0.252±0.017±0.030, where the first uncertainties are statistical, and the second include all systematic effects. KW - good agreement KW - transverse plane KW - Atlas detector KW - transverse momentum KW - helicity fraction KW - Pp Collision KW - lepton flavour KW - systematic effect Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127615 VL - 72 IS - 2001 ER - TY - JOUR T1 - Rapidity gap cross sections measured with the ATLAS detector in pp collisions at √s=7TeV JF - The European Physical Journal C N2 - Pseudorapidity gap distributions in proton-proton collisions at √s=7 TeV are studied using a minimum bias data sample with an integrated luminosity of 7.1 μb\(^{−1}\). Cross sections are measured differentially in terms of Δη\(^F\), the larger of the pseudorapidity regions extending to the limits of the ATLAS sensitivity, at η=±4.9, in which no final state particles are produced above a transverse momentum threshold pcutT. The measurements span the region 0<Δη\(^F\)<8 for 200MeV20). These limits provide the most stringent tests to date of GMSB models in a large part of the parameter space considered. KW - multi-jet background KW - jet energy scale KW - systematic uncertainty KW - jet background KW - anti-k jet KW - jet energy resolution KW - MC expectation KW - GMSB model KW - Cl Lowe limit KW - transverse momentum KW - single top event KW - SM background KW - MC simulation KW - transverse momentum vector KW - SUSY breaking scale Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-128891 VL - 72 IS - 2215 ER - TY - JOUR T1 - Measurement of the charge asymmetry in top quark pair production in pp collisions at √s=7 TeV using the ATLAS detector JF - The European Physical Journal C N2 - A measurement of the top-antitop production charge asymmetry A C is presented using data corresponding to an integrated luminosity of 1.04 fb\(^{−1}\) of pp collisions at √s=7 TeV collected by the ATLAS detector at the LHC. Events are selected with a single lepton (electron or muon), missing transverse momentum and at least four jets of which at least one jet is identified as coming from a b-quark. A kinematic fit is used to reconstruct the t\(\overline t\) event topology. After background subtraction, a Bayesian unfolding procedure is performed to correct for acceptance and detector effects. The measured value of A\(_C\) is AC=−0.019±0.028 (stat.)±0.024 (syst.), consistent with the prediction from the MC@NLO Monte Carlo generator of A\(_C\) =0.006±0.002. Measurements of A\(_C\) in two ranges of invariant mass of the top-antitop pair are also shown. KW - jet multiplicity KW - B-tagged jet KW - systematic uncertainty KW - jet energy resolution KW - top quark masse KW - muon channel KW - jet scale energy KW - light quark jet KW - heavy flavour KW - single top production KW - single top event KW - fake lepton KW - top quark pair KW - multijet background KW - JES Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-128904 VL - 72 IS - 2039 ER - TY - JOUR T1 - Measurement of the top quark mass with the template method in the \(t\overline t\)→lepton+jets channel using ATLAS data JF - The European Physical Journal C N2 - The top quark mass has been measured using the template method in the \(t\overline t\)→lepton+jets channel based on data recorded in 2011 with the ATLAS detector at the LHC. The data were taken at a proton-proton centre-of-mass energy of √s=7 TeV and correspond to an integrated luminosity of 1.04 fb\(^{−1}\). The analyses in the e+jets and μ+jets decay channels yield consistent results. The top quark mass is measured to be m\(_{top}\)=174.5±0.6\(_{stat}\)±2.3\(_{syst}\) GeV. KW - JES uncertainty KW - jet energy scale KW - top quark mass KW - jet channel KW - single top quark KW - jet energy scale uncertainty KW - systematic uncertainty KW - calorimeter response KW - simulated signal event KW - top quark decay KW - jet reconstruction efficiency KW - jet energy measurement KW - light quark jet KW - single top quark production KW - inclusive jet sample Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-128912 VL - 72 IS - 2046 ER - TY - JOUR T1 - Measurement of the cross section for top-quark pair production in pp collisions at √s=7TeV with the ATLAS detector using final states with two high-p\(_T\) leptons JF - Journal of High Energy Physics N2 - A measurement is reported of the production cross section of top-quark pairs (\(t\overline t\)) in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 7 TeV recorded with the ATLAS detector at the LHC. Candidate events have a signature consistent with containing two isolated leptons, large missing transverse momentum, and at least two jets. Using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 0.70 fb\(^{−1}\), a \(t\overline t\) production cross section σ\(_{t\overline t}\)=176±5(stat.)\(^{+14}_{−11}\)(syst.)±8(lum.) pb is measured for an assumed top-quark mass of m\(_t\)  = 172.5 GeV. This measurement is in good agreement with Standard Model predictions. KW - hadron-hadron scattering Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-128924 VL - 5 IS - 59 ER - TY - JOUR T1 - Measurement of \(t\overline t\) production with a veto on additional central jet activity in pp collisions at √s=7 TeV using the ATLAS detector JF - European Physical Journal C N2 - A measurement of the jet activity in \(t\overline t\) events produced in proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of 7 TeV is presented, using 2.05 fb\(^{−1}\) of integrated luminosity collected by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The \(t\overline t\) events are selected in the dilepton decay channel with two identified b-jets from the top quark decays. Events are vetoed if they contain an additional jet with transverse momentum above a threshold in a central rapidity interval. The fraction of events surviving the jet veto is presented as a function of this threshold for four different central rapidity interval definitions. An alternate measurement is also performed, in which events are vetoed if the scalar transverse momentum sum of the additional jets in each rapidity interval is above a threshold. In both measurements, the data are corrected for detector effects and compared to the theoretical models implemented in MC@NLO, Powheg, Alpgen and Sherpa. The experimental uncertainties are often smaller than the spread of theoretical predictions, allowing deviations between data and theory to be observed in some regions of phase space. KW - jet reconstruction efficiency KW - jet energy scale KW - jet energy scale uncertainty KW - fiducial cross section KW - individual systematic uncertainty KW - jet energy resolution KW - systematic uncertainty KW - muon reconstruction efficiency KW - rapidity interval KW - pythia parton shower KW - jet transverse momentum KW - underlying event tune KW - particle level jet KW - additional jet KW - MC event generator Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-128931 VL - 72 IS - 2043 ER - TY - JOUR T1 - Hunt for new phenomena using large jet multiplicities and missing transverse momentum with ATLAS in 4.7 fb\(^{−1}\) of √s=7TeV proton-proton collisions JF - The Journal of High Energy Physics N2 - Results are presented of a search for new particles decaying to large numbers of jets in association with missing transverse momentum, using 4.7 fb\(^{−1}\) of pp collision data at √s=7TeV collected by the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider in 2011. The event selection requires missing transverse momentum, no isolated electrons or muons, and from ≥6 to ≥9 jets. No evidence is found for physics beyond the Standard Model. The results are interpreted in the context of a MSUGRA/CMSSM supersymmetric model, where, for large universal scalar mass m 0, gluino masses smaller than 840 GeV are excluded at the 95% confidence level, extending previously published limits. Within a simplified model containing only a gluino octet and a neutralino, gluino masses smaller than 870 GeV are similarly excluded for neutralino masses below 100 GeV. KW - hadron-hadron scattering Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-129591 VL - 07 IS - 167 ER - TY - JOUR T1 - Search for second generation scalar leptoquarks in pp collisions at √s=7 TeV with the ATLAS detector JF - The European Physical Journal C N2 - The results of a search for the production of second generation scalar leptoquarks are presented for final states consisting of either two muons and at least two jets or a muon plus missing transverse momentum and at least two jets. A total of 1.03 fb\(^{−1}\) integrated luminosity of proton-proton collision data produced by the Large Hadron Collider at s√=7 TeV and recorded by the ATLAS detector is used for the search. The event yields in the signal regions are found to be consistent with the Standard Model background expectations. The production of second generation leptoquarks is excluded for a leptoquark mass m\(_{LQ}\)<594 (685) GeV at 95 % confidence level, for a branching ratio of 0.5 (1.0) for leptoquark decay to a muon and a quark. KW - jet energy scale KW - top quark mass KW - multi-jet background KW - simulated event sample KW - SM background KW - acceptance time efficiency KW - top quark contribution KW - top quark pair KW - primary vertex KW - single top quark production KW - signal cross section KW - systematic uncertainty KW - single top quark Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-128957 VL - 72 IS - 2151 ER - TY - JOUR T1 - Search for same-sign top-quark production and fourth-generation down-type quarks in pp collisions at √s=7 TeV with the ATLAS detector JF - Journal of High Energy Physics N2 - A search is presented for same-sign top-quark production and down-type heavy quarks of charge −1/3 in events with two isolated leptons (e or μ) that have the same electric charge, at least two jets and large missing transverse momentum. The data are selected from pp collisions at √s=7TeV recorded by the ATLAS detector and correspond to an integrated luminosity of 1.04 fb\(^{−1}\). The observed data are consistent with expectations from Standard Model processes. Upper limits are set at 95 % confidence level on the cross section of new sources of same-sign top-quark pair production of 1.4-2.0 pb depending on the assumed mediator mass. Upper limits are also set on the pair-production cross-section for new heavy down-type quarks; a lower limit of 450 GeV is set at 95 % confidence level on the mass of heavy down-type quarks under the assumption that they decay 100 % of the time to W t. KW - hadron-hadron scattering Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-128960 VL - 04 IS - 69 ER - TY - JOUR T1 - Jet mass and substructure of inclusive jets in √s=7 TeV pp collisions with the ATLAS experiment JF - Journal of High Energy Physics N2 - Recent studies have highlighted the potential of jet substructure techniques to identify the hadronic decays of boosted heavy particles. These studies all rely upon the assumption that the internal substructure of jets generated by QCD radiation is well understood. In this article, this assumption is tested on an inclusive sample of jets recorded with the ATLAS detector in 2010, which corresponds to 35 pb\(^{−1}\) of pp collisions delivered by the LHC at √s=7TeV. In a subsample of events with single pp collisions, measurements corrected for detector efficiency and resolution are presented with full systematic uncertainties. Jet invariant mass, k\(_t\) splitting scales and N-subjettiness variables are presented for anti-k\(_t\) R = 1.0 jets and Cambridge-Aachen R = 1.2 jets. Jet invariant-mass spectra for Cambridge-Aachen R = 1.2 jets after a splitting and filtering procedure are also presented. Leading-order parton-shower Monte Carlo predictions for these variables are found to be broadly in agreement with data. The dependence of mean jet mass on additional pp interactions is also explored. KW - hadron-hadron scattering Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-128970 VL - 05 IS - 128 ER - TY - THES A1 - Steinbacher, Andreas Edgar T1 - Circular dichroism and accumulative polarimetry of chiral femtochemistry T1 - Zirkulardichroismus und akkumulative Polarimetrie chiraler Femtochemie N2 - This work brings forward successful implementations of ultrafast chirality-sensitive spectroscopic techniques by probing circular dichroism (CD) or optical rotation dispersion (ORD). Furthermore, also first steps towards chiral quantum control, i.e., the selective variation of the chiral properties of molecules with the help of coherent light, are presented. In the case of CD probing, a setup capable of mirroring an arbitrary polarization state of an ultrashort laser pulse was developed. Hence, by passing a left-circularly polarized laser pulse through this setup a right-circularly polarized laser pulse is generated. These two pulse enantiomers can be utilized as probe pulses in a pump--probe CD experiment. Besides CD spectroscopy, it can be utilized for anisotropy or ellipsometry spectroscopy also. Within this thesis, the approach is used to elucidate the photochemistry of hemoglobin, the oxygen transporting protein in mammalian blood. The oxygen loss can be triggered with laser pulses as well, and the results of the time-resolved CD experiment suggest a cascade-like relaxation, probably through different spin states, of the metallo-porphyrins in hemoglobin. The ORD probing was realized via the combination of common-path optical heterodyne interferometric polarimetry and accumulative femtosecond spectroscopy. Within this setup, on the one hand the applicability of this approach for ultrafast studies was demonstrated explicitly. On the other hand, the discrimination between an achiral and a racemic solution without prior spatial separation was realized. This was achieved by inducing an enantiomeric excess via polarized femtosecond laser pulses and following its evolution with the developed polarimeter. Hence, chiral selectivity was already achieved with this method which can be turned into chiral control if the polarized laser pulses are optimized to steer an enhancement of the enantiomeric excess. Furthermore, within this thesis, theoretical prerequisites for anisotropy-free pump--probe experiments with arbitrary polarized laser pulses were derived. Due to the small magnitude of optical chirality-sensitve signals, these results are important for any pump--probe chiral spectroscopy, like the CD probing presented in this thesis. Moreover, since for chiral quantum control the variation of the molecular structure is necessary, the knowledge about rearrangement reactions triggered by photons is necessary. Hence, within this thesis the ultrafast Wolff rearrangement of an α-diazocarbonyl was investigated via ultrafast photofragment ion spectroscopy in the gas phase. Though the compound is not chiral, the knowledge about the exact reaction mechanism is beneficial for future studies of chiral compounds. N2 - Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung neuartiger Methoden in der Ultrakurzzeitspektroskopie von chiralen Molekülen, basierend auf den optischen Nachweismethoden Zirkulardichroismus- und optische Rotationsspektroskopie. Zudem sollten die Methoden auch für ihre Eignung hinsichtlich der chiralen Quantenkontrolle, d.h. der selektiven änderung der chiralen Eigenschaften von Molekülen mit Hilfe von kohärentem Licht, beleuchtet werden. Im Falle des Nachweises über den Effekt des Zirkulardichroismus (CD, von engl. circular dichroism) wurde im Rahmen dieser Arbeit ein optischer Aufbau entwickelt, der einen beliebigen Polarisationszustand eines ultrakurzen Laserimpulses spiegeln kann. Mit diesem Aufbau ist es daher möglich, einen links-zirkular polarisierten Laserimpuls zu einem rechts-zirkular polarisierten Laserimpuls zu spiegeln. Die so erzeugten Pulsenantiomere können demnach als Abfragelaserimpulse in einem Anrege-Abfrage-CD-Experiment verwendet werden. Zudem eignet sich der Aufbau auch für Experimente zur Ellipsometriespektroskopie oder für zeitaufgelöste Anisotropiemessungen. In dieser Arbeit wurde die Methode genutzt, um die Photochemie von Hämoglobin zu untersuchen. Hämoglobin ist ein eisenhaltiges Protein, welches für den Sauerstofftransport im Blut aller Wirbeltiere zuständig ist. Die Abgabe von Sauerstoff kann dabei auch mittels Anregung durch einen Laserimpuls erfolgen. Die Auswertung der durchgeführten zeitaufgelösten Anrege-Abfrage-CD-Experimente legt nahe, dass die Relaxation in den Grundzustand in mehreren Schritten, vermutlich verbunden mit änderungen des Spin-Zustands des metallischen Porphyrins, erfolgt. Die entwickelte Spektroskopiemethode für den Nachweis mittels optischer Rotationsdispersion (ORD, von engl. optical rotation dispersion) basiert auf einer Kombination aus optisch einpfadiger Interferometrie und akkumulativer Femtosekundenspektroskopie. Das entwickelte Polarimeter wurde zunächst mittels einer exemplarischen Photoreaktion für Anwendungen in der Ultrakurzzeitspektroskopie getestet. Weiterhin wurde das Polarimeter auch zur Unterscheidung zwischen einer achiralen und einer racemischen Molekül-Lösung genutzt. Anstatt die chiralen Moleküle in Lösung zunächst mittels nicht-optischer Methoden zu separieren, wurde hier auf optischem Weg ein Enantiomerenüberschuss erzeugt. Dazu dienten zirkular polarisierte Laserimpulse, die je nach Händigkeit ein Enantiomer in der Lösung selektiv anreicherten. Die Entstehung des Enantiomerenüberschusses wurde zeitabhängig mit Hilfe des entwickelten Polarimeters detektiert. Dieses Experiment stellt daher gleichzeitig eine Vorstufe zur chiralen Quantenkontrolle dar. In einem nächsten Schritt wäre eine Vergrößerung des Enantiomerenüberschusses durch Anpassung der polarisierten Anregepulse an das molekulare System denkbar. Neben diesen beiden neu entwickelten experimentellen Methoden wurden im Rahmen dieser Arbeit auch die theoretischen Bedingungen für anisotropiefreie Anrege-Abfrage-Experimente für beliebige Polarisationszustände hergeleitet. Da gerade bei der Spektroskopie von chiralen System die Messsignale typischerweise sehr schwach sind, sollten Anisotropie-Effekte vermieden werden. Die Ergebnisse dieser theoretischen Betrachtung fanden daher auch für die oben erwähnte CD-Spektroskopie von Hämoglobin Verwendung. Da im Falle von chiraler Quantenkontrolle eine änderung der chiralen Eigenschaften eines Moleküls von Nöten ist, sind lichtinduzierte ultraschnelle Umlagerungsreaktionen von großer Bedeutung. Daher wurde in dieser Arbeit auch die Wolff-Umlagerung von einer α-Diazocarbonyl-Verbindung mit Hilfe von zeitaufgelöster Massenspektroskopie untersucht. Obwohl das verwendete Molekül nicht chiral ist, sind die Ergebnisse dieses Experiments, wie zum Beispiel der exakte Reaktionsmechanismus, hilfreich für zukünftige Kontrollexperimente mit chiralen Systemen. KW - Ultrakurzzeitspektroskopie KW - femtosecond spectroscopy KW - chirality-sensitive spectroscopy KW - polarimetry KW - circular dichroism spectroscopy KW - ultrafast photochemistry KW - Femtosekundenspektroskopie KW - Chiral-sensitive Specktroskopie KW - Polarimetrie KW - Zirkulardichroismus Spektroskopie KW - Ultraschnelle Photochemie KW - Verbindungen KW - Femtosekundenspektroskopie KW - Chiralität Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-116500 ER - TY - THES A1 - Gogolin, Christian T1 - Pure State Quantum Statistical Mechanics T1 - Statistische Quantenmechanik mit reinen Zuständen N2 - The capabilities of a new approach towards the foundations of Statistical Mechanics are explored. The approach is genuine quantum in the sense that statistical behavior is a consequence of objective quantum uncertainties due to entanglement and uncertainty relations. No additional randomness is added by hand and no assumptions about a priori probabilities are made, instead measure concentration results are used to justify the methods of Statistical Physics. The approach explains the applicability of the microcanonical and canonical ensemble and the tendency to equilibrate in a natural way. This work contains a pedagogical review of the existing literature and some new results. The most important of which are: i) A measure theoretic justification for the microcanonical ensemble. ii) Bounds on the subsystem equilibration time. iii) A proof that a generic weak interaction causes decoherence in the energy eigenbasis. iv) A proof of a quantum H-Theorem. v) New estimates of the average effective dimension for initial product states and states from the mean energy ensemble. vi) A proof that time and ensemble averages of observables are typically close to each other. vii) A bound on the fluctuations of the purity of a system coupled to a bath. N2 - Es wird ein neuer Ansatz die Methoden der Statistischen Physik aus der Quan- tenmechanik heraus zu rechtfertigen untersucht. Der gewählte Zugang ist echt quantenmechanisch. Statistisches Verhalten wird allein durch objektive quanten- mechanische Zufälligkeit auf Grund von Verschränkung und Unbestimmtheitsre- lationen erklärt. Es werden keine Annahmen über subjective Unwissenheit oder a priori Wahrscheinlichkeiten gemacht. Der Ansatz ist in der Lage eine maß- theoretische Rechtfertigung für die Anwendbarkeit des mikrokanonischen und des kanonischen Ensembles zu geben und erklärt auf natürliche Weise das Streben ins Gleichgewicht. Diese Arbeit enthält einen Überblick über die vorhandene Literatur und eine Reihe von neuen Resultaten. Die wichtigsten neuen Ergebnisse sind: i) Eine maßtheoretische Begründung für die Anwendbarkeit des mikrokanonischen En- sembles. ii) Schranken für die Zeit bis ins Gleichgewicht. iii) Aufzeigen eines generischen Dekohärenz-Mechanismus in der lokalen Energie-Eigenbasis bei schwa- cher Kopplung. iv) Beweis eines quantenmechanischen H-Theorems. v) Neue Abschätzungen der mittleren effektiven Dimension für Produktzustände und im “mittlere Energie”-Ensemble. vi) Ein Beweis, dass Zeit und Ensemblemittel typ- ischerweise nahezu zusammenfallen. vii) Eine Schranke für die Fluktuationen der Reinheit eines an ein Bad gekoppelten Systems. KW - Quantum Mechanics KW - Statistical Physics KW - Quantenstatistik Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-106065 ER - TY - THES A1 - Dengel, Radu-Gabriel T1 - Fabrication of magnetic artificial atoms T1 - Herstellung künstlicher Atome mit magnetischen Eigenschaften N2 - This thesis presents the detailed development of the fabrication process and the first observations of artificial magnetic atoms from the II-VI diluted magnetic semiconductor alloy (Zn,Cd,Be,Mn)Se. In order to manufacture the vertical quantum dot device which exhibits artificial atom behavior a number of development steps are conducted. First, the II-VI heterostructure is adjusted for the linear transport regime. Second, state of the art vertical quantum dot fabrication techniques in the III-V material system are investigated regarding their portability to the II-VI heterostructure. And third, new approaches to the fabrication process are developed, taking into account the complexity of the heterostructure and its physical properties. Finally a multi-step fabrication process is presented, which is built up from electron beam and optical lithography, dry and wet etching and insulator deposition. This process allows for the processing of pillars with diameters down to 200 nm with an insulating dielectric and gate. Preliminary transport data on the fabricated vertical quantum dots are presendted confirming the magnetic nature of the resulting artificial atoms. N2 - Die Fabrikation und Erforschung künstlicher Atome ist hinsichtlich ihres physikalischen Verständnisses und ihrer Herstellungstechnologie weit fortgeschritten. Diese werden vorwiegend in lateralen oder vertikalen Quantenpunkten (QDots) aus dem III-V Materialsystem erzeugt. Allerdings ist es derzeit nicht möglich, künstliche Atome mit ausgeprägten magnetischen Eigenschaften herzustellen, um diese zu untersuchen. Diese Arbeit präsentiert die Punkt-für-Punkt-Entwicklung der Herstellungstechnologie sowie erste experimentelle Beobachtungen von künstlichen magnetischen Atomen aus dem II-VI verdünnt magnetischen Halbleitermaterialsystem (Zn,Cd,Be,Mn)Se. Das der Entwicklung zugrunde liegende elektronische Bauelement ist eine resonante Tunneldiode (RTD) aus dem II-VI Halbleitermaterialsystem, die früher bereits entwickelt wurde. ... KW - Zwei-Sechs-Halbleiter KW - Quantenpunkt KW - Magnetische Eigenschaft KW - quantum dot KW - Giant Zeeman splitting KW - electron beam lithography KW - dry etching KW - diluted magnetic semiconductor KW - II-VI KW - RTD KW - heterostructure KW - insulator KW - artificial atom KW - fabrication KW - transport data Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-103162 ER - TY - THES A1 - Boariu, Florin Loredan T1 - The "Hidden-Order" Phase Transition of URu2Si2 : Investigated by Angle-Resolved Photoelectron Spectroscopy T1 - Der "Hidden-Order" Phasenübergang des URu2Si2 untersucht mittels winkelaufgelöster Photoelektronspektroskopie N2 - In 1985, an enigmatic second order phase transition was discovered in the actinide compound URu2Si2. Evading a microscopic description for nearly three decades in spite of numerous experimental and theoretical attempts, the name "hidden order Transition" was adopted for the effect. (...) N2 - Der "Hidden-Order" Phasenübergang des URu2Si2 untersucht mittels winkelaufgelöster Photoelektronspektroskopie KW - Actinoide KW - Phasenumwandlung KW - ARPES KW - Hidden-Order of URu2Si2 KW - heavy fermions KW - hidden-order KW - photoelectron spectroscopy KW - quantum criticality Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-98259 ER - TY - THES A1 - Kremling, Stefan T1 - Charakterisierung von InP und InGaN Quantenpunkten als Einzelphotonenquellen sowie von AlGaInAs Quantenpunkten in Zwischenband-Solarzellen T1 - Characterization of InP and InGaN Quantum Dots for Single Photon Sources and AlGaInAs Quantum Dots in Intermediate Band Solar Cells N2 - Die vorliegende Arbeit beschreibt die Charakterisierung von Halbleiter-Quantenpunkten (QP) in unterschiedlichen Materialsystemen. Die hier dargelegten Untersuchungen wurden mit verschiedenen Methoden der optischen Spektroskopie durchgeführt. Zu Beginn der Arbeit werden theoretische Grundlagen von QP hinsichtlich ihrer elektronischen Struktur und statistischen Eigenschaften erläutert. Darüber hinaus wird näher auf die Physik von Solarzellen eingegangen, in dem die relevanten Gleichungen für die Beschreibung des Ladungsträgertransportes hergeleitet und diskutiert werden. Darauf folgend werden die experimentelle Methoden erklärt, welche zur Charakterisierung der jeweiligen Proben dienten. Besonderes Augenmerk wird auf die Methode zur Messung des Zwei-Photonen-Absorptionsprozesses gelegt. Der Abschnitt der experimentell gewonnenen Ergebnisse beginnt mit Untersuchungen an einzelnen, spektral isolierten InP QP, welche mit ultralangsamen Wachstumsraten hergestellt wurden. Aufgrund der sehr geringen Flächendichte konnten grundlegende physikalische Eigenschaften von QP ohne zusätzliche laterale Strukturierungen studiert werden. Mittels Messungen in Abhängigkeit der Anregungsleistung und Detektion in Abhängigkeit der Polarisation konnten die verschiedenen Lumineszenzlinien eines QP-Spektrums den jeweiligen exzitonischen Zuständen zugeordnet werden. Zusätzlich wurden die QP in einem externen Magnetfeld in Faraday-Konfiguration untersucht. Abschließend durchgeführte Autokorrelationsmessungen erlaubten die Untersuchung der zeitlichen Statistik der QP-Photonen. Es konnte die Emission einzelner Photonen nachgewiesen werden. Anschließend folgen spektroskopische Untersuchungen von InP QP, welche mittels sequentiellen Wachstums hergestellt wurden. Anhand von Messungen in Abhängigkeit der Anregungsleistung und bestätigt durch zeitaufgelöste Messungen am QP-Ensemble wurde eine bimodale QP-Verteilung mit Typ-I und Typ-II Bandverlauf bestimmt. Zusätzlich konnten an einzelnen, spektral isolierten QP verschiedene Exziton-Zustände identifiziert werden, bevor abschließend Autokorrelationsmessungen die Emission einzelner Photonen demonstrierten. Zur Steigerung der Auskoppeleffizienz der Photonen wurden InP QP in Mikrosäulenresonatoren, bestehend aus zwei Bragg-Spiegeln mit einer dazwischenliegenden GaInP Kavität, eingebettet. Anfangs wurde die Emission der Kavitätsmode von Strukturen mit unterschiedlichen lateralen Durchmessern charakterisiert. Mittels Temperaturverstimmung konnte die Energie eines einzelnen QP-Exzitons in Resonanz mit der Resonatormode gebracht werden. Im Regime der schwachen Wechselwirkung wurde eine signifikante Überhöhung der Lumineszenzintensität aufgrund des Purcell-Effektes gemessen. Zusätzlich wurde im Regime der schwachen Kopplung die Emission einzelner Photonen anhand von Korrelationsmessungen nachgewiesen. Im zweiten Schritt wurden die QP-Mikrosäulenresonatorstrukturen elektrisch angeregt. Nach einer grundlegenden Charakterisierung konnte auch hier mittels Temperaturverstimmung die Energie der Resonatormode mit der eines Exziton in Resonanz gebracht werden. Im Regime der schwachen Wechselwirkung stieg die Intensität der Lumineszenz aufgrund des Purcell-Effekts signifikant an. Zum Abschluss bestätigen Korrelationsmessungen den Nachweis der Emission einzelner Photonen. In Kapitel 6 werden die Eigenschaften von InGaN QP genauer analysiert. Nitrid-Verbindungshalbleiter kristallieren vorzugsweise stabil in der Wurtzit-Kristallstruktur. Polare Kristallebenen mit fehlender Spiegelsymmetrie führen zu starken piezoelektrischen Feldern. Dies hat eine Lumineszenz mit ausgeprägter linearer Polarisation zur Folge hat. Diese Eigenschaft wurde mittels statistischen Untersuchungen näher betrachtet. Zusätzlich erlaubten Messungen in Abhängigkeit der Anregungsleistung die verschiedenen Exziton-Zustände eines QP zu identifizieren. Zudem wurde die Emission einzelner Photonen durch InGaN QP demonstriert, erstmals sogar bis zu einer Temperatur von 50 K. Im abschliessenden Kapitel wird eine mögliche Anwendung von QP präsentiert, bei der Eigenschaften in Bauteilen gezielt ausgenutzt werden, um die Bandbreite der Photonenabsorption zu erhöhen. Das Konzept der Zwischenband-Solarzellen verspricht auch Photonen mit einer Energie kleiner der Bandlücke des umgebenden Materials aufnehmen zu können und somit den spektralen Absorptionsbereich zu erweitern. Für eine systematische Untersuchung wurden verschiedene Proben mit integrierten AlGaInAs QP hergestellt. Anhand der Strom-Spannungs-Kennlinien der jeweiligen Proben im Dunkeln und unter Beleuchtung konnten wichtige Solarzellenparameter bestimmt werden. Spektrale Messungen liefern Informationen über die externe Quanteneffizienz der Proben. Entscheidend für den experimentellen Nachweis des Funktionsprinzips der Zwischenband-Solarzellen ist die Messung der Zwei-Photonen-Absorption für zwei Photonen mit jeweils kleineren Energien als der Bandlücke des umgebenden Materials. N2 - This thesis describes the characterization of semiconductor quantum dots (QDs) in different material systems with potential applications as single photon emitters or intermediate band solar cells. All investigations were carried out by means of optical spectroscopy methods. First, the theoretical background regarding the physics of QDs with respect to their electronic structure and their associated statistical properties are presented. Especially peculiarities of photon statistics of light are explained. Moreover, a closer look at the physics of solar cells and the respective carrier transport is given. Then experimental methods, which were used to characterize the QD-samples, are briefly explained. First, the components and techniques of optical spectroscopy for the study of individual, isolated QDs are described. Second, different experimental technologies for the characterization of solar cells are discussed. The method for measuring the two-photon-absorption process is explained in detail. The section of experimental results begins with studies of individual and spectrally isolated InP QD. Due to the low surface density of one QD per μm2, it is possible to study the physical properties of individual QDs optically without additional lateral sample structuring. Based on power and polarization dependent measurements, various luminescence peaks of a single QD were associated with different exciton states. In addition, the QDs were tested subject to an external magnetic field in a Faraday configuration. Finally, the temporal photon statistics of a single QD was tested using autocorrelation measurement. Afterwards, InP QDs manufactured by cyclic material deposition with growth interruptions were investigated by means of PL spectroscopy. Based on excitation power and time-resolved measurements on the QD ensemble, a bimodal QD distribution of type-I and type-II band alignment was observed. In addition, different exciton states were identified on spectrally isolated single QDs. Finally, the emission of single photons has been demonstrated using autocorrelation measurements. For a more efficient diffraction-limited output coupling of photons, the InP QDs grown by cyclic material deposition were embedded in micropillar resonator structures and investigated by means of spectroscopy. First, structures with different diameters were characterized by photoluminescence spectroscopy. Second, the energy of a single QD exciton and the energy of the cavity were tuned into resonance by changing the temperature. In the regime of weak coupling a luminescence enhancement due to the Purcell Effect was observed. Finally, also in the regime of weak coupling, the emission of single photons has been demonstrated by autocorrelation measurements. In terms of applications, electrical operations are desirable. Therefore, the Bragg mirrors of the micropillar resonator were doped for an efficient current injection and electrical contacts were deposited. After basic electrical characterization, the regime of weak coupling of a single QD exciton and the cavity resulting in a luminescence enhancement were demonstrated by the Purcell effect. Finally, the emission of single photons based on autocorrelation measurements is shown. In this chapter, the luminescence properties of single InGaN QD were investigated. Based on the wurtzite crystal structure of nitrite-compound semiconductors strong piezoelectric fields occur that lead to strongly linearly polarized luminescence. Several QDs were investigated and statistical studies were performed. Excitation power depending measurements allows one to identify the different exciton states of a single QD. In addition, the emission of single photons of InGaN QDs up to a temperature of 50 K was demonstrated for the first time. In the final chapter, an application of QDs in solar cells is presented to specifically exploit the unique properties of QDs in optical devices. The concept of the intermediate band solar cell utilizes the energy position of the QD ground state to absorb photons with energy smaller than the host materials bandgap. This enables an enhancement of the spectral absorption range to longer wavelengths. For systematic studies various samples with AlGaInAs QDs were fabricated. The current voltage characteristics of the samples were tested in the dark and under illumination and the respective solar cell parameters were evaluated. Additionally, based on spectral measurements, the external quantum efficiencies of the samples were determined. Furthermore, the measurement of two sub-bandgap-photon absorption demonstrates the operation principle of an intermediate band solar cell. Finally, band structure calculations are shown, which describe the results qualitatively and which also hint to future sample designs. KW - Quantenpunkt KW - Solarzelle KW - Zwischenbandsolarzelle KW - Intermediate Band Solar Cell KW - QD-IBSC KW - Interbandübergang KW - Einzelphotonenemission Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-101712 ER - TY - THES A1 - Tam, Jason T1 - Search for Second Generation Scalar Leptoquarks using the ATLAS Detector T1 - Suche nach skalaren Leptoquarks der zweiten Generation unter Verwendung des ATLAS Detektors N2 - Leptoquarks are hypothetical particles that attempt to explain the coincidental similarities between leptons and quarks included in SM. Their exact properties vary between different theoretical models, and there are no strong theoretical constraints on their possible mass values. They can possibly be produced from particle collisions, and there have already been searching efforts at previous collider experiments. Their presence have yet been observed, and this fact has been translated into lower bound exclusions on their possible mass values. The Large Hadron Collider (LHC) being the most recently constructed particle collider with the highest collision energies ever achieved experimentally, provides a new platform to continue the search for Leptoquarks at even higher mass ranges. This thesis describes a search for pair-produced second-generation Leptoquarks using 20.3 fb−1 of data recorded by the ATLAS detector of LHC at √s = 8 TeV. Events with two oppositely charged muons and two or more jets in the final state were used. Candidate leptoquark events were selected with the help of four observables: the di-muon invariant mass (Mμμ ), the sum of the pT of the two muons (LT ), the sum of the pT of the two leading jets (HT ) and the average Leptoquark mass (MLQ ). Monte Carlo simulations of SM background processes have shown to be in good agreement with data, both in the region constructed using selection requirements for candiate leptoquark events and in the designated control regions. Since no significant excess of events was observed in data, a exclusion limit was set as a function of the Leptoquark mass. N2 - Leptoquarks sind hypothetische Teilchen, mit deren Hilfe versucht wird die zufälligen Ähnlichkeiten zwischen den im Standardmodell enthaltenen Leptonen und Quarks zu erkl� ären. Ihre exakten Eigenschaften variieren zwischen verschiedenen theoretischen Modellen und es gibt keine starken theoretischen Beschr� änkungen auf ihre möglichen Massen. Sie können wohl bei Teilchenkollisionen erzeugt werden und es gab bereits an früheren Beschleuniger-Experimenten Bem� ühungen bei der Suche nach ihnen. Ihre Existenz konnte bisher nicht beobachtet werden, was in untere Ausschlussgrenzen f� ür m� ögliche Massen übertragen wurde. Der zuletzt gebaute Teilchenbeschleuniger, der Large Hadron Collider (LHC) erreicht die bisher höchsten Kollisionsenergien und bietet damit eine neue Grundlage, um die Suche nach Leptoquarks bei noch höheren Massenregionen fortzusetzen. (...) KW - Leptoquark KW - ATLAS KW - Leptoquark KW - Exotics KW - Particle Physics Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-103451 ER - TY - THES A1 - Naydenova, Tsvetelina T1 - A Study of Seebeck and Nernst effects in (Ga,Mn)As/normal semiconductor junctions T1 - Eine Studie von Seebeck und Nernst Effekten in (Ga,Mn)As/Halbleiter-Übergängen N2 - The discovery of the Giant Magneto Resistance (GMR) effect in 1988 by Albert Fert [Baib 88] and Peter Grünberg [Bina 89] led to a rapid development of the field of spintronics and progress in the information technology. Semiconductor based spintronics, which appeared later, offered a possibility to combine storage and processing in a single monolithic device. A direct result is reduced heat dissipation. The observation of the spin Seebeck effect by Ushida [Uchi 08] in 2008 launched an increased interest and encouraged research in the field of spin caloritronics. Spintronics is about the coupling of charge and spin transport. Spin caloritronics studies the interaction between heat and spin currents. In contrast to spintronics and its variety of applications, a particular spin-caloritronic device has not yet been demonstrated. However, many of the novel phenomena in spin caloritronics can be detected in most spintronic devices. Moreover, thermoelectric effects might have a significant influence on spintronic device operation. This will be of particular interest for this work. Additional knowledge on the principle of coupling between heat and spin currents uncovers an alternative way to control heat dissipation and promises new device functionalities. This thesis aims to further extend the knowledge on thermoelectrics in materials with strong spin-orbit coupling, in this case the prototypical ferromagnetic semiconductor (Ga,Mn)As. The study is focused on the thermoelectric / thermomagnetic effects at the interface between a normal metal and the ferromagnetic (Ga,Mn)As. In such systems, the different interfaces provide a condition for minimal phonon drag contribution to the thermal effects. This suggests that only band contributions (a diffusion transport regime) to these effects will be measured. Chapter 2 begins with an introduction on the properties of the studied material system, and basics on thermoelectrics and spin caloritronics. The characteristic anisotropies of the (Ga,Mn)As density of states (DOS) and the corresponding magnetic properties are described. The DOS and magnetic anisotropies have an impact on the transport prop- erties of the material and that results in effects like tunneling anisotropic magnetores- istance (TAMR) [Goul 04]. Some of these effects will be used later as a reference to the results from thermoelectric / thermomagnetic measurements. The Fingerprint tech- nique [Papp 07a] is also described. The method gives an opportunity to easily study the anisotropies of materials in different device geometries. Chapter 3 continues with the experimental observation of the diffusion thermopower of (Ga,Mn)As / Si-doped GaAs tunnel junction. A device geometry for measuring the diffusion thermopower is proposed. It consists of a Si - doped GaAs heating channel with a Low Temperature (LT) GaAs / (Ga,Mn)As contact (junction) in the middle of the channel. A single Ti / Au contact is fabricated on the top of the junction. For transport characterization, the device is immersed in liquid He. A heating current technique is used to create a temperature difference by local heating of the electron system on the Si:GaAs side. An AC current at low frequency is sent through the channel and it heats the electron population in it, while the junction remains at liquid He temperature (experimentally con- firmed). A temperature difference arises between the heating channel and the (Ga,Mn)As contact. As a result, a thermal (Seebeck) voltage develops across the junction, which we call tunnelling anisotropic magneto thermopower (TAMT), similar to TAMR. TAMT is detected by means of a standard lock-in technique at double the heating current frequency (at 2f ). The Seebeck voltage is found to be linear with the temperature difference. That dependence suggests a diffusion transport regime. Lattice (phonon drag) contribution to the thermovoltage, which is usually highly nonlinear with temperature, is not observed. The value of the Seebeck coefficient of the junction at 4.2 K is estimated to be 0.5 µV/K. It is about three orders of magnitude smaller than the previously reported one [Pu 06]. Subsequently, the thermal voltage is studied in external magnetic fields. It is found that the thermopower is anisotropic with the magnetization direction. The anisotropy is explained with the anisotropies of the (Ga,Mn)As contact. Further, switching events are detected in the thermopower when the magnetic field is swept from negative to positive fields. The switchings remind of a spin valve signal and is similar to the results from previous experiments on spin injection using a (Ga,Mn)As contacts in a non-local detection scheme. That shows the importance of the thermoelectric effects and their possible contribution to the spin injection measurements. A polar plot of the collected switching fields for different magnetization angles reveals a biaxial anisotropy and resembles earlier TAMR measurements of (Ga,Mn)As tunnel junction. A simple cartoon model is introduced to describe and estimate the expected thermopower of the studied junction. The model yields a Fermi level inside of the (Ga,Mn)As valence band. Moreover, the model is found to be in good agreement with the experimental results. The Nernst effect of a (Ga,Mn)As / GaAs tunnel junction is studied in Chapter 4. A modified device geometry is introduced for this purpose. Instead of a single contact on the top of the square junction, four small contacts are fabricated to detect the Nernst signal. A temperature difference is maintained by means of a heating current technique described in Chapter 3. A magnetic field is applied parallel to the device plane. A voltage drop across two opposite contacts is detected at 2f. It appears that a simple cosine function with a parameter the angle between the magnetization and the [100] crystal direction in the (Ga,Mn)As layer manages to describe this signal which is attributed to the anomalous Nernst effect (ANE) of the ferromagnetic contact. Its symmetry is different than the Seebeck effect of the junction. For the temperature range of the thermopower measurements the ANE coefficient has a linear dependence on the temperature difference (∆T). For higher ∆T, a nonlinear dependence is observed for the coefficient. The ANE coefficient is found to be several orders of magnitude smaller than any Nernst coefficient in the literature. Both the temperature difference and the size of the ANE coefficient require further studies and analysis. Switching events are present in the measured Nernst signal when the magnetic field is swept from positive to negative values. These switchings are related to the switching fields in the ferromagnetic (Ga,Mn)As. Usually, there are two states which are present in TAMR or AMR measurements - low and high resistance. Instead of that, the Nernst signal appears to have three states - high, middle and low thermomagnetic voltage. That behaviour is governed not only by the magnetization, but also by the characteristic of the Nernst geometry. Chapter 5 summarizes the main observations of this thesis and contains ideas for future work and experiments. N2 - Die Entdeckung des Riesenmagnetowiderstands (GMR)-Effekts im Jahr 1988 von Albert Fert [Baib 88] und Peter Grünberg [Bina 89] führte zu einer raschen Entwicklung auf dem Gebiet der Spintronik und damit zu Fortschritten in der Informations-Technologie. Der darauf aufbauende Bereich der halbleiterbasierten Spintronik bietet darüber hinaus Möglichkeiten Speicherung und Datenverarbeitung in einem einzigen monolithischen Bauteil zu kombinieren. Eine direkte Folge davon ist eine reduzierte Wärmeableitung. Die Beobachtung des Spin-Seebeck-Effekts von Uchida [Uchi 08] im Jahr 2008 brachte ein erhöhtes Interesse hervor und führte zur Forschung im Bereich der Spin-Caloritronics. Während in der Spintronik die Kopplung von Ladungs-und Spintransport untersucht wird, liegt der Fokus der Spin-Caloritronics auf der Wechselwirkungen zwischen Wärme-und Spinstr¨omen. Im Unterschied zur Spintronik mit ihrer Vielzahl von Anwendungen wurde ein reines Spin-Caloritronics Bauteil noch nicht realiziert. Doch viele der neuen Phänomene in der Spin-Caloritronics können in den meisten Spintronik-Bauteilen auftreten. Darüber hinaus könnten thermoelektrische Effekte einen wesentlichen Einfluss auf den Betrieb der Spintronik-Bauteile haben. Dieser Punkt wird von besonderem Interesse für diese Arbeit sein. Tieferes Verständnis der Prinzipien der Kopplung zwischen Wärme- und Spinströmen kann einen alternativen Weg aufzeigen um die Wärmeableitung zu kontrollieren und verspricht neue Funktionalitäten. Diese Dissertation zielt darauf ab die Kenntnisse über die Thermoelektrik in Materialien mit starker Spin-Bahn-Wechselwirkung zu erweitern, in diesem Fall der prototypische ferromagnetische Halbleiter (Ga,Mn)As. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf die thermoelektrischen und -magnetischen Effekte an der Grenzfläche zwischen einem normalen Metall und dem ferromagnetischen (Ga,Mn)As. In solchen Systemen führen die unterschiedlichen Grenzflächen zu einem minimalen Beitrag des Phonon-Drags zu den thermischen Effekten. Dies legt nahe, dass nur Bandbeiträge (ein Diffusionstransport- Regime) auf diese Effekte gemessen werden. Kapitel 2 beginnt mit einer Einführung über die Eigenschaften der untersuchten Materialsysteme, Grundlagen der Thermoelektrik und Spin-Caloritronics. Die charakteristischen Anisotropien der Zustandsdichte (DOS) von (Ga,Mn)As und die dadurch entstehenden magnetischen Eigenschaften werden beschrieben. Die DOS und die magnetische Anisotropie haben einen Einfluss auf die Transporteigenschaften des Materials und führen zu Effekten wie dem anisotropen Tunnelmagnetowiderstand (TAMR) [Goul 04]. Einige dieser Effekte werden im Weiteren als eine Referenz für die Ergebnisse der thermoelektrischen und magnetischen Messungen verwendet. Die Anisotropie- Fingerprintabduck-Technik [Papp 07a] wird ebenfalls beschrieben. Die Methode bietet die Möglichkeit, die Material-Anisotropien in verschiedenen Geometrien einfach zu unter- suchen. Kapitel 3 schließt sich mit der experimentellen Beobachtung der Diffusions - Thermospannung an einer (Ga,Mn)As / Si-dotierten GaAs-Tunnelübergang an. Eine Bauteilgeometrie zur Messung der Diffusions-Thermospannung wird vorgeschlagen. Sie besteht aus einem Si-dotierten GaAs-Heiz-Kanal mit einem GaAs/(Ga,Mn)As-Kontakt in der Mitte des Kanals. Ein einzelner Ti/Au-Kontakt wird an der Oberseite des Übergangs aufgebracht. Die Charakterisierung der Probe erfolgt bei 4.2 K. Ein Wechselstrom mit niedriger Frequenz wird durch den Kanal gesendet und erhöht dadurch dessen Temperatur, während der (Ga,Mn)As-Kontakt bei konstanter Temperatur im Helium-Bad bleibt. Aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem Heizungskanal und dem (Ga,Mn)As- Kontakt entsteht eine thermische (Seebeck-)Spannung, die wir als anisotrope Tunnelmagnetothermospannung bezeichnen (TAMT), ähnlich dem TAMR. TAMT wird mittels Lock-In-Technik bei der doppelten Frequenz des Heizstroms detektiert. Die Seebeck- Spannung wächst dabei linear mit der Temperaturdifferenz an, was auf das Vorliegen eines reinen Diffusionstransport-Regimes hinweist. Ein Beitrag des Gitters (Phonon-Drag) zur Thermospannung, der in der Regel stark nichtlinear von der Temperatur abhängt, wird nicht beobachtet. Der Wert des Seebeck-Koeffizienten des Übergangs bei 4.2 K wird auf 0.5 µV/K abgeschätzt. Das ist ein um drei Größenordnungen kleinerer Betrag als zuvor von [Pu 06] berichtet. Anschließend wird die thermische Spannung unter Einfluss eines äußeren Magnetfelds untersucht. Es zeigt sich, dass die Thermospannung eine Anisotropie mit der Magnetisierungsrichtung aufweist. Diese Anisotropie wird mit den bekannten Eigenschaften des (Ga,Mn)As-Kontakts erläutert. Ferner werden Schaltvorgänge in der Thermospannung detektiert, wenn das Magnetfeld von negativen zu positiven Werten geändert wird. Die Schaltvorgänge erinnern an die Signale eines Spin-Ventils. Dieses Verhalten ist vergleichbar mit den Ergebnissen aus früheren Experimenten an Spininjektion mithilfe eines (Ga,Mn)As-Kontakts in nicht-lokaler Messgeometrie. Dies betont die Bedeutung der thermoelektrischen Effekte und deren mögliche Auswirkungen auf die Spininjektions-Messungen. Ein Polardiagramm der gesammelten Schaltfelder für verschiedene Magnetisierungswinkel zeigt eine zweiachsige Anisotropie und ähnelt früheren TAMR-Messungen an (Ga,Mn)As-Tunnelbarrieren. Ein einfaches Modell wird zur Beschreibung und Abschätzung der erwarteten Thermospannung am untersuchten Übergang eingeführt. Eine gute Übereinstimmung des Modells mit den experimentellen Ergebnissen ist evident. Der Nernst-Effekt an einem (Ga,Mn)As/GaAs-Kontakt wird im vierten Kapitel untersucht. Hierfür wird eine Modifizierung der Proben-Geometrie vorgenommen. Anstelle des einzelnen Kontakts oberhalb der Übergangsregion werden vier kleine Kontakte hergestellt. Die Temperaturdifferenz wird wiederum mittels Heizkanal gewährleistet. Das Magnetfeld ist parallel zur Probenoberfläche orientiert. Zwischen sich gegenüberliegenden Kontakten wird eine Spannungsdifferenz bei 2f detektiert. Es stellt sich heraus, dass eine Kosinus- Funktion, mit dem Winkel zwischen der Magnetisierung und der [100]-Kristallrichtung der (Ga,Mn)As Schicht als Parameter, das gemessene Signal gut beschreibt. Dieses wird auf den anormalen Nernst-Effekt (ANE) des ferromagnetischen Kontakts zurückgeführt. Die Symmetrie des ANE unterscheidet sich von der des Seebeck- Effekts des Übergangs. Im Temperaturintervall, in dem die Thermo-Spannung untersucht wurde, zeigt auch der ANE-Koeffizient lineares Verhalten mit der Temperaturdifferenz (∆T). Für größere ∆T jedoch zeigt sich eine nichtlineare Abhängigkeit. Der ermittelte ANE Koeffizient ist um mehrere Größenordnungen kleiner als jeder andere veröffentlichte Wert. Sowohl die Temperaturabhängikeit als auch die Größe des ANE bedürfen weiterer Untersuchungen. Wird das Feld von positiven zu negativen Werten gefahren, zeigen sich Schaltvorgänge im Nernst Signal. Diese Schaltvorgänge stehen im Zusammenhang mit den Schaltfeldern des ferromagnetischen (Ga,Mn)As. Normalerweise existieren bei TAMR oder AMR Messungen zwei Zustände, einer mit geringem und einer mit hohem Widerstand. Das gemessene Nernst Signal dagegen zeigt drei Zustände - hohe, mittlere und geringe Thermomagnetische Spannung. Dieses Verhalten ist nicht nur von der Magnetisierung, sondern auch von der Charakteristik der Nernst-Geometrie beeinflusst. Kapitel 5 fasst die wichtigsten Erkenntnisse dieser Arbeit zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Arbeiten und Experimente. KW - Galliumarsenid KW - TAMT KW - Manganarsenide KW - Spintronik KW - Seebeck-Effekt KW - Nernst-Effekt KW - Seebeck effect KW - Nernst effect KW - (Ga,Mn)As Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-101981 ER -