Refine
Has Fulltext
- yes (41)
Is part of the Bibliography
- yes (41)
Year of publication
- 2016 (41) (remove)
Document Type
- Journal article (27)
- Doctoral Thesis (14)
Keywords
- Topologischer Isolator (4)
- Quantenpunkt (3)
- electronic properties and materials (3)
- Einzelphotonenemission (2)
- Heterostruktur (2)
- Molekularstrahlepitaxie (2)
- Nanodraht (2)
- Optischer Resonator (2)
- RHEED (2)
- condensed matter physics (2)
- quantum dots (2)
- quantum physics (2)
- semiconductors (2)
- solar cells (2)
- spintronics (2)
- AC Stark effect (1)
- AFM (1)
- ARPES (1)
- Abschirmung (1)
- Atomic force microscopy (1)
- Berry phase (1)
- Bismutverbindungen (1)
- Bragg-reflection waveguide (1)
- CHIP (1)
- CSI (1)
- Cadmiumtellurid (1)
- CdTe (1)
- Computersimulation (1)
- Coulomb-blockade (1)
- Drei-Fünf-Halbleiter (1)
- Durchstrahlungselektronenmikroskopie (1)
- Einzelphotonenquelle (1)
- Electron Spin Resonance (1)
- Elektronenspin (1)
- Elektronenspinresonanz (1)
- Elektronenstruktur (1)
- Elektronisches Bauelement (1)
- Entanglement (1)
- Epitaxy (1)
- European Organization for Nuclear Research. ATLAS Collaboration (1)
- Exciton-polariton condensate (1)
- Fourier-transform spectroscopy (1)
- GaAs/Luft-Braggspiegel (1)
- GaAsSb (1)
- Galliumarsenidlaser (1)
- Gasionisationsdetektor (1)
- Graphen (1)
- Grenzfläche (1)
- Grenzflächeneigenschaften (1)
- H-1-NMR spectroscopy (1)
- HRXRD (1)
- Halbleiter (1)
- Halbleiter-Supraleiter-Kontakt (1)
- HgTe (1)
- III-V semiconductor quantum dot (1)
- Information (1)
- Insulating thin films (1)
- Insulator surfaces (1)
- Interband cascade lasers (1)
- Josephson effect (1)
- Josephson-Kontakt (1)
- Kern-Schale-Struktur (1)
- LED (1)
- Landau-Niveau (1)
- Laserablation (1)
- Licht-Materie-Wechselwirkung (1)
- Lipid (1)
- Localized states (1)
- Long-range order (1)
- MBE (1)
- MRI (1)
- MU-M (1)
- Magnetpartikelbildgebung (1)
- Mehrschichtsystem (1)
- Microcavity (1)
- Mid-infrared photoluminescence (1)
- Mikrokavität (1)
- Mikrooptik (1)
- Mikrosäulenresonator (1)
- Moden (1)
- Moelucar beam epitaxy (1)
- Molecular beam epitaxy (1)
- NMR (1)
- NMR-spectroscopy (1)
- Nanoparticles (1)
- Nanowire (1)
- New Small Wheel (1)
- Nichtunterscheidbarkeit (1)
- Optische Spektroskopie (1)
- Organic Semiconductors (1)
- Organischer Halbleiter (1)
- PUMP (1)
- Parametric down-conversion (1)
- Perowskit (1)
- Photolumineszenzspektroskopie (1)
- Physikalische Eigenschaft (1)
- Plants (1)
- Polymerhalbleiter (1)
- Quantenkommunikation (1)
- Quantum wells (1)
- Quecksilbertellurid (1)
- Rastertunnelmikroskopie (1)
- Rastertunnelspektoskopie (1)
- Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (1)
- Röntgenstreuung (1)
- SEM (1)
- Sauerstofffehlstellen (1)
- Sb2Te3 (1)
- Seeds (1)
- Semiconductor (1)
- Simulation (1)
- Spin (1)
- Spin-eins-System (1)
- Spinell (1)
- Sputter deposition (1)
- Surface states (1)
- Systems (1)
- Tamm-Plasmonen (1)
- Teilchendetektor (1)
- Teststand (1)
- Thin film growth (1)
- TiO\(_2\) (1)
- Tomografie (1)
- Transporteigenschaft (1)
- Traveling Wave Magnetic Particle Imaging (1)
- Type II quantum wells (1)
- Type-II quantum well (1)
- Vacuum chambers (1)
- Verteilte Bragg-Reflexion (1)
- Vortices (1)
- X-ray analysis (1)
- X-ray microscopy (1)
- XPS (1)
- Zinkselenid (1)
- accumulation (1)
- anisotropy energy (1)
- antiferromagnet (1)
- applied physics (1)
- bismuth (1)
- boron-nitride (1)
- camelina-sativa (1)
- chalcogenide (1)
- coconut cocos-nucifera (1)
- coexistence (1)
- coherent light (1)
- computed tomography (1)
- computed tomography (CT) (1)
- copper (1)
- correlation function (1)
- correlation properties (1)
- devices for energy harvesting (1)
- diabolical points (1)
- diffusion (1)
- dressed states (1)
- electronic and spintronic devices (1)
- enhanced green fluorescent protein (1)
- exciton-polariton (1)
- exciton-polariton condensates (1)
- ferromagnet (1)
- ferromagnetism (1)
- field (1)
- field free point (FFP) (1)
- gamma radiation (1)
- group refractive index (1)
- high-throughput (1)
- induced superconductivity (1)
- interband cascade laser (1)
- interface properties (1)
- lasers (1)
- light sources (1)
- light–matter interaction (1)
- liquid-metal-jet anode X-ray source (1)
- magnetic dopants (1)
- magnetic properties and materials (1)
- magnetic resonance imaging (1)
- magnetic susceptibility (1)
- magnetized sphere/cylinder (1)
- matrix element effects (1)
- metabolism (1)
- microlaser (1)
- modulation spectroscopy (1)
- molecular beam epitaxy (1)
- molecular imaging (1)
- noise and multimode dynamics (1)
- non-destructive testing (1)
- nonlinear dynamics (1)
- nuclear power (1)
- oil storage (1)
- optics and photonics (1)
- optoelectronics (1)
- oxide heterostructures (1)
- oxygen vacancies (1)
- phase transitions and critical phenomena (1)
- phasematching (1)
- photon bunching (1)
- photon lasing (1)
- photon statistics (1)
- photonics (1)
- pinned orbital moments (1)
- polarition condensate (1)
- polariton laser (1)
- quantum billiard (1)
- quantum dot laser (1)
- quantum mechanics (1)
- quantum transport (1)
- radioactive waste (1)
- repositories (1)
- safety (1)
- seeds (1)
- side-peak emission (1)
- single crystalline (1)
- site-controlled quantum dot (1)
- standard semiconductor laser (1)
- superconductors (1)
- supercurrent (1)
- superradiant pulse emission (1)
- test facility (1)
- tomographic imaging method (1)
- topological insulator (1)
- topological insulators (1)
- twin suppression (1)
- two-dimensional materials (1)
- vapor-liquid-solid (1)
- water (1)
- Übergangsmetalloxide (1)
Institute
- Physikalisches Institut (41) (remove)
Sonstige beteiligte Institutionen
The Josephson effect describes the generic appearance of a supercurrent in a weak link between two superconductors. Its exact physical nature deeply influences the properties of the supercurrent. In recent years, considerable efforts have focused on the coupling of superconductors to the surface states of a three-dimensional topological insulator. In such a material, an unconventional induced p-wave superconductivity should occur, with a doublet of topologically protected gapless Andreev bound states, whose energies vary 4π-periodically with the superconducting phase difference across the junction. In this article, we report the observation of an anomalous response to rf irradiation in a Josephson junction made of a HgTe weak link. The response is understood as due to a 4π-periodic contribution to the supercurrent, and its amplitude is compatible with the expected contribution of a gapless Andreev doublet. Our work opens the way to more elaborate experiments to investigate the induced superconductivity in a three-dimensional insulator.
We uncover the fine structure of a silicon vacancy in isotopically purified silicon carbide (4H-\(^{28}\)SiC) and reveal not yet considered terms in the spin Hamiltonian, originated from the trigonal pyramidal symmetry of this spin-3/2 color center. These terms give rise to additional spin transitions, which would be otherwise forbidden, and lead to a level anticrossing in an external magnetic field. We observe a sharp variation of the photoluminescence intensity in the vicinity of this level anticrossing, which can be used for a purely all-optical sensing of the magnetic field. We achieve dc magnetic field sensitivity better than 100 nT/√Hz within a volume of 3×10\(^{−7}\)mm\(^3\) at room temperature and demonstrate that this contactless method is robust at high temperatures up to at least 500 K. As our approach does not require application of radio-frequency fields, it is scalable to much larger volumes. For an optimized light-trapping waveguide of 3 mm\(^3\), the projection noise limit is below 100 fT/√Hz.
Under adequate conditions, cavity polaritons form a macroscopic coherent quantum state, known as polariton condensate. Compared to Wannier-Mott excitons in inorganic semiconductors, the localized Frenkel excitons in organic emitter materials show weaker interaction with each other but stronger coupling to light, which recently enabled the first realization of a polariton condensate at room temperature. However, this required ultrafast optical pumping, which limits the applications of organic polariton condensates. We demonstrate room temperature polariton condensates of cavity polaritons in simple laminated microcavities filled with biologically produced enhanced green fluorescent protein (eGFP). The unique molecular structure of eGFP prevents exciton annihilation even at high excitation densities, thus facilitating polariton condensation under conventional nanosecond pumping. Condensation is clearly evidenced by a distinct threshold, an interaction-induced blueshift of the condensate, long-range coherence, and the presence of a second threshold at higher excitation density that is associated with the onset of photon lasing.
Analysis of Triplet Exciton Loss Pathways in PTB7:PC\(_{71}\)BM Bulk Heterojunction Solar Cells
(2016)
A strategy for increasing the conversion efficiency of organic photovoltaics has been to increase the VOC by tuning the energy levels of donor and acceptor components. However, this opens up a new loss pathway from an interfacial charge transfer state to a triplet exciton (TE) state called electron back transfer (EBT), which is detrimental to device performance. To test this hypothesis, we study triplet formation in the high performing PTB7:PC\(_{71}\)BM blend system and determine the impact of the morphology-optimizing additive 1,8-diiodoctane (DIO). Using photoluminescence and spin-sensitive optically detected magnetic resonance (ODMR) measurements at low temperature, we find that TEs form on PC\(_{71}\)BM via intersystem crossing from singlet excitons and on PTB7 via EBT mechanism. For DIO blends with smaller fullerene domains, an increased density of PTB7 TEs is observed. The EBT process is found to be significant only at very low temperature. At 300 K, no triplets are detected via ODMR, and electrically detected magnetic resonance on optimized solar cells indicates that TEs are only present on the fullerenes. We conclude that in PTB7:PC\(_{71}\)BM devices, TE formation via EBT is impacted by fullerene domain size at low temperature, but at room temperature, EBT does not represent a dominant loss pathway.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Rastertunnelmikroskop (STM) für Messungen bei tiefen Temperaturen und hohen Magnetfeldern konzipiert und aufgebaut. Die Probentemperatur kann dabei auf bis zu 1.4\,Kelvin reduziert werden, was spektroskopische Messungen mit extrem hoher Energieauflösung ermöglicht. Die thermische Verbreiterung spektroskopischer Merkmale liegt somit im Bereich eines Milli-Elektronenvolts, wie durch den Fit der Bandlücke eines supraleitenden Materials demonstriert wird. Ein linearer Bewegungsmechanismus ermöglicht die Positionierung des STM-Körpers innerhalb einer supraleitenden Spule, in der Magnetfelder von bis zu 12.5\,Tesla senkrecht zur Probenoberfläche erzeugt werden können. Das System erlaubt des Weiteren den Wechsel von Spitzen und Proben innerhalb des Kryostaten sowie das Aufdampfen von Einzelatomen auf die kalte Probenoberfläche ohne die Probe aus dem STM zu entfernen. Um den Einfluss mechanischer Vibrationen zu minimieren wurde ein innovatives Feder-Dämpfungssystem entwickelt, dass eine Stabilität des Tunnelkontakts von bis zu einem Pikometer gewährleistet. \\
\noindent Der zweite Teil dieser Arbeit präsentiert die Ergebnisse von STM-Messungen auf Antimon-Tellurid (Sb_{2}Te_{3}). Sb_{2}Te_{3}\, gehört zur relativ neu entdeckten Materialklasse der Topologischen Isolatoren (TI). Diese Verbindungen besitzen auf ihren Oberflächen Zustände mit linearer Dispersion, die durch die Zeitumkehr-Invarianz geschützt werden. Fokus unserer Messungen ist dabei der Einfluss eines magnetischen Feldes auf die Eigenschaften eines derartigen unkonventionellen 2D-Elektronengases. Dazu wurde die Entstehung von Landau Level (LL) innerhalb eines Magnetfelds genau untersucht. Die zwei in dieser Arbeit untersuchten Hauptaspekte sind: \medskip
\noindent(i) Die energetische Verbreiterung, die Rückschlüsse auf die Lebensdauer zulässt\\
(ii) Die örtliche Fluktuation. \medskip
\noindent Erstaunlicherweise kann die gemessene Verbreiterung der Landau Resonanzen nicht mit gängigen Mechanismen der Lebenszeit-Verbreiterung erklärt werden. Aus diesem Grund wird eine alternative Interpretation basierend auf der Heissenbergschen Unschärferelation vorgestellt, die im guten Einklang mit den von uns gewonnenen Daten steht. Des Weiteren zeigen örtlich aufgelöste Messungen systematische Abweichungen in der Dirac-Geschwindigkeit positiver und negativer Landau Resonanzen. Diese Fluktuationen stehen dabei in direktem Zusammenhang mit Änderungen im lokalen chemischen Potential. Da die physikalischen Ursachen dieser Abweichung im Rahmen dieser Arbeit nicht zweifelsfrei geklärt werden konnten, werden im letzten Teil die zugrundeliegenden Messergebnisse vorgestellt und mögliche Erklärungen des Verhaltens präsentiert.
Monolayers of transition metal dichalcogenide materials emerged as a new material class to study excitonic effects in solid state, as they benefit from enormous Coulomb correlations between electrons and holes. Especially in WSe\(_{2}\), sharp emission features have been observed at cryogenic temperatures, which act as single photon sources. Tight exciton localization has been assumed to induce an anharmonic excitation spectrum; however, the evidence of the hypothesis, namely the demonstration of a localized biexciton, is elusive. Here we unambiguously demonstrate the existence of a localized biexciton in a monolayer of WSe\(_{2}\), which triggers an emission cascade of single photons. The biexciton is identified by its time-resolved photoluminescence, superlinearity and distinct polarization in micro-photoluminescence experiments. We evidence the cascaded nature of the emission process in a cross-correlation experiment, which yields a strong bunching behaviour. Our work paves the way to a new generation of quantum optics experiments with two-dimensional semiconductors.
Phase coexistence phenomena have been intensively studied in strongly correlated materials where several ordered states simultaneously occur or compete. Material properties critically depend on external parameters and boundary conditions, where tiny changes result in qualitatively different ground states. However, up to date, phase coexistence phenomena have exclusively been reported for complex compounds composed of multiple elements. Here we show that charge- and magnetically ordered states coexist in double-layer Fe/Rh(001). Scanning tunnelling microscopy and spectroscopy measurements reveal periodic charge-order stripes below a temperature of 130 K. Close to liquid helium temperature, they are superimposed by ferromagnetic domains as observed by spin-polarized scanning tunnelling microscopy. Temperature-dependent measurements reveal a pronounced cross-talk between charge and spin order at the ferromagnetic ordering temperature about 70 K, which is successfully modelled within an effective Ginzburg–Landau ansatz including sixth-order terms. Our results show that subtle balance between structural modifications can lead to competing ordering phenomena.
Coherent Polariton Laser
(2016)
The semiconductor polariton laser promises a new source of coherent light, which, compared to conventional semiconductor photon lasers, has input-energy threshold orders of magnitude lower. However, intensity stability, a defining feature of a coherent state, has remained poor. Intensity noise many times the shot noise of a coherent state has persisted, attributed to multiple mechanisms that are difficult to separate in conventional polariton systems. The large intensity noise, in turn, limits the phase coherence. Thus, the capability of the polariton laser as a source of coherence light is limited. Here, we demonstrate a polariton laser with shot-noise-limited intensity stability, as expected from a fully coherent state. This stability is achieved by using an optical cavity with high mode selectivity to enforce single-mode lasing, suppress condensate depletion, and establish gain saturation. Moreover, the absence of spurious intensity fluctuations enables the measurement of a transition from exponential to Gaussian decay of the phase coherence of the polariton laser. It suggests large self-interaction energies in the polariton condensate, exceeding the laser bandwidth. Such strong interactions are unique to matter-wave lasers and important for nonlinear polariton devices. The results will guide future development of polariton lasers and nonlinear polariton devices.
Topological insulators interacting with magnetic impurities have been reported to host several unconventional effects. These phenomena are described within the framework of gapping Dirac quasiparticles due to broken time-reversal symmetry. However, the overwhelming majority of studies demonstrate the presence of a finite density of states near the Dirac point even once topological insulators become magnetic. Here, we map the response of topological states to magnetic impurities at the atomic scale. We demonstrate that magnetic order and gapless states can coexist. We show how this is the result of the delicate balance between two opposite trends, that is, gap opening and emergence of a Dirac node impurity band, both induced by the magnetic dopants. Our results evidence a more intricate and rich scenario with respect to the once generally assumed, showing how different electronic and magnetic states may be generated and controlled in this fascinating class of materials.
Neue Erkenntnisse über elektronische Eigenschaften von Festkörpern legen den Grundstein für innovative Anwendungen der Zukunft. Von zentraler Bedeutung sind insbesondere die Eigenschaften der Elektronenspins. Um diese besser zu verstehen, befasst sich die vorliegende Arbeit mit der experimentellen Analyse der elektronischen Struktur von topologischen Isolatoren (Sb$_2$Te$_3$ , Bi$_2$Se$_x$Te$_{3−x}$, Bi$_{1.5}$Sb$_{0.5}$Te$_{1.8}$Se$_{1.2} und Bi$_{1.4}$Sb$_{1.1}$Te$_{2.2}$S$_{0.3}$) und Kristallen mit starker Spin-Bahn-Wechselwirkung (BiTeI) mittels Photoelektronenspektroskopie. Zu Beginn werden die zum Verständnis dieser Arbeit benötigten Grundlagen erklärt sowie die unterschiedlichen zum Einsatz kommenden Techniken eingeführt. Der Hauptteil der Arbeit teilt sich in drei Forschungsschwerpunkte. Der erste Teil befasst sich mit den elektronischen Eigenschaften der Valenzbandstruktur von Sb2Te3 und den auftretenden Oberflächenzuständen. Durch gezielte Variation der Energie der anregenden Strahlung wird der Charakter der Wellenfunktion des topologischen Oberflächenzustands und dessen Wechselwirkung mit Valenzzuständen erforscht. Dabei spielt die Topologie der Volumenbandstruktur eine grundlegende Rolle. Der zusätzliche Vergleich zu Photoemissionsrechnungen ermöglicht detaillierte Einblicke in die Wechselwirkung zwischen Oberflächen- und Volumenzuständen und gibt Aufschluss darüber, wie diese vermittelt werden.
Im zweiten Abschnitt wird durch die Analyse des gemessenen Photoelektronenspins das Zusammenspiel der Spintextur des Grundzustands und Endzuständen in Bi2Te3 untersucht. Dabei treten, im Gegensatz zu Grundzustandsrechnungen, Radialkomponenten des Polarisationsvektors in nichtsymmetrischer Messgeometrie auf. Sowohl deren Energieabhängigkeit als auch deren Auftreten in Photoemissionsrechnungen (1-Schritt-Modell) deutet darauf hin, dass diese ihren Ursprung in Übergangsmatrixelementen des Photoemissionsprozesses haben. Dieses Ergebnis wird mit Spinpolarisationsmessungen am Oberflächenzustand des nicht-topologischen Schichtsystems BiTeI verglichen.
Im dritten Teil werden Auswirkungen unterschiedlicher Manipulationen der untersuchten Materialien auf deren elektronische Eigenschaften beschrieben. Die Adsorption von Bruchteilen einer monoatomaren Lage des Alkalimetalls Caesium auf die Oberfläche des topologischen Isolators Sb2Te3 wird systematisch untersucht. Dadurch kann dessen intrinsische p-Dotierung teilweise abgebaut werden, wobei die Valenzbandstruktur trotz der Reaktivität des Adsorbats intakt bleibt. Des Weiteren werden Auswirkungen von Änderungen der Kristallstöchiometrie durch Volumendotierung vergleichend diskutiert.
Ausblickend befasst sich das Kapitel mit dem Verhalten geringer Mengen ferromagnetischer
Materialen (Fe, Ni) auf den Oberflächen der topologischen Isolatoren. Für die verschiedenen Adsorbate werden Trends aufgezeigt, die von Temperatur und Zusammensetzung des Substratkristalls abhängen.