TY - THES A1 - Günther, Falk T1 - Pair correlations from symmetry-broken states in strongly correlated electronic systems T1 - Paarkorrelationen in Zuständen mit Symmetriebrechung in stark korrelierten Elektronensystemen N2 - As a result of 20 years of experimental and theoretical investigations of high temperature superconductors (HTSC) one can draw a very complex and rich phase diagram that cannot be described completely yet. Numerous experimental findings give strong hints for an inhomogeneous distribution of spin and charge correlations in HTSC. Motivated by the experimental findings we try to answer the question whether pair correlations from broken symmetry states can be found in the framework of the Gutzwiller approximation of the Hubbard model.After an introductory discussion of selected experimental works and theoretical models we derive the charge-rotationally invariant Gutzwiller functional for the one-band Hubbard model. On this basis we calculate various states from the saddle point solution of functional in the attractive (U<0) regime. Starting with a second order expansion we investigate the instability of a normal system towards SC in the framework of the time dependent Gutzwiller approximation (TDGA). We derive criteria for a phase transition from the normal to the superconducting phase in the paramagnetic regime. We show results for an infinite dimensional lattice that are in good agreement with QMC data. In the next section of this work we present results for finite dimensional systems. We compare numerical results from the GA with the conventional Hartree-Fock approximation. As an example we discuss a homogeneously superconducting and a charge-ordered state. We show that the difference is mainly in the crossover from weak to strong coupling which is due to the renormalization in the Gutzwiller formalism. In a next step we derive an effective Hamiltonian on top of the saddle point solution. We compare the formalism analytically with the findings from the well known BCS theory. We verify our conclusions by numerical calculations. Motivated by different experimental works on d-wave symmetric k-dependent SC gaps we focus on the question whether states including non-local pair correlations can be a solution of the GA and how does this correlation lower the energy.We restrict to the repulsive regime (U>0) and discuss the formal requirements for a possible solution in view of a coexisting spin order and the interplay of local and non-local pair order. As a next application we prepare inhomogeneous solutions in the normal and in the extended Hubbard model where we include an additional inter-site interaction by the parameter V>0. We present inhomogeneous solutions that are characterized by stripe-shaped domains where the parameters for charge- and pair- ordering change their phases or their amplitude. We obtain results for the normal and the extended Hubbard model and we discuss the influence of the parameter V. We show that in case of V>0 a pair density wave (PDW) without stripes is the ground state. Another focus of the work is on point-like inhomogeneities namely polarons and (anti-)vortices in finite clusters. We present results that show a good agreement with the logarithmic dependence of the energy of the vortex state with respect to the vortex radius as well as possible attraction between vortex and anti-vortices. Finally in the last chapter we introduce the superfluid density in order to discuss the stability of our solutions in finite dimensional systems. We give a short overview on different analytical approaches to this quantity. We present an approach that is based on an energy expansion view of an angular distortion of the charge vector field. We discuss this approach by comparing the numerical GA results with exact QMC results where our approach turned out to be in good qualitative agreement. N2 - Das Ergebnis der letzten 20 Jahre experimenteller und theoretischer Untersuchungen zu Hochtemperatursupraleitern (HTSL) ist ein hoch komplexes, reichhaltiges Phasendiagramm, welches noch immer nicht vollständig beschrieben werden kann. Zahlreiche experimentelle Ergebnisse geben starke Hinweise auf eine inhomogene Verteilung von Spin- und Ladungskorrelationen in HTSL. Motiviert durch die experimentellen Ergebnisse versuchen wir die Frage zu beantworten, ob Paarkorrelationen in Zuständen mit Symmetriebrechung im Rahmen der Gutzwillernäherung des Hubbardmodells gefunden werden können. Nach einer einleitenden Diskussion ausgewählter experimenteller Arbeiten und theoretischer Modelle leiten wir das ladungsrotationsinvariante Gutzwiller-Energiefunktional im Rahmen des Ein-Band-Hubbard-Modells her. Auf dieser Basis berechnen wir vielfältige Zustände am Sattelpunkt des Funktionals im attraktiven Bereich (U<0). Beginnend mit einer Entwicklung der Energie bis zur zweiten Ordnung untersuchen wir zunächst die Instabilität eines normalen Systems hinsichtlich Supraleitung im Rahmen der zeitabhängigen Gutzwillerapproximation (TDGA).Wir leiten ein Kriterium für den Übergang von der normalen zur supraleitenden Phase im paramagnetischen Bereich her. Unsere Ergebnisse für ein unendlich-dimensionales Gitter zeigen gute Übereinstimmung mit den Daten der Quantum-Monte-Carlo-Methode (QMC). Im nächsten Abschnitt dieser Arbeit präsentieren wir Ergebnisse für zweidimensionale Systeme. Wir vergleichen hierbei numerische Ergebnisse der Gutzwillernäherung mit der konventionellen Hartree-Fock-Näherung. Am Beispiel eines homogen supraleitenden und eines ladungsgeordneten Zustandes zeigen wir, dass die Unterschiede vor allem im Übergang von schwacher zu starker Kopplung zu finden sind, wobei die Ordnungsparameter von der Renormierung beeinflusst sind. Als eine weitere Anwendung leiten wir ausgehend von der Sattelpunktslösung einen effektiven Hamiltonoperator her. Wir vergleichen unseren Formalismus analytisch mit den Schlussfolgerungen der Bardeen-Cooper-Schrieffer-Theorie (BCS). Motiviert durch verschiedene experimentelle Arbeiten zu d-wellensymmetrischen, k-abhängigen 'supraleitenden Gaps' konzentrieren wir uns auf die Frage, ob Zustände mit nicht-lokalen Paarkorrelationen eine Lösung der Gutzwillernäherung sind und ob diese Korrelationen die Energie erniedrigen. Wir diskutieren formale Anforderungen an eine mögliche Lösung im Hinblick auf eine koexistierende Spinordnung und das Zusammenspiel mit den nicht-lokalen Paarordnungen. Als nächste Anwendung präparieren wir Lösungen im normalen und im erweiterten Hubbardmodell, wobei wir eine zusätzliche Zwischen-Gitterplatz-Wechselwirkung durch den Parameter V>0 einführen. Wir zeigen inhomogene Lösungen, welche durch streifenförmige Bereiche charakterisiert sind, in welchen sich die Parameter für Ladungs- und Paarordnung in Phase und Amplitude ändern. Wir stellen Ergebnisse für das normale und das erweiterte Hubbardmodell vor und diskutieren den Einfluss des Parameters V. Wir zeigen, dass für den Fall V>0 eine Paardichte-Welle ohne Streifenordnung der Grundzustand ist. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf einfachen punktförmigen Inhomogenitäten wie Polaronen und (Anti)-Vortices in finiten Clustern. Wir präsentieren Ergebnisse in guter Übereinstimmung mit der logarithmischen Abhängigkeit der Energie vom Radius des Vortex sowie einer möglichen Anziehung zwischen Vortex und Antivortex. Schließlich führen wir im letzten Kapitel die superfluide Dichte ein und diskutieren in diesem Zusammenhang die Stabilität unserer Lösung in endlich-dimensionalen Systemen. Wir folgen einer Herleitung, welche auf einer Entwicklung der Energie bezüglich einer Verdrehung des Ladungsvektorfeldes beruht. Wir diskutieren diesen Zugang im Vergleich mit exakten QMC-Daten wobei die Ergebnisse unsere Herleitung gute qualitative Übereinstimmung zeigen. KW - Elektronenkorrelation KW - Hubbard-Modell KW - Festkörperphysik KW - Korrelierte Elektronensysteme KW - Attraktives Hubbardmodell KW - Solid state physics KW - Correlated electronic systems KW - Attractive Hubbard model Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-19631 ER - TY - THES A1 - Baron von Oelsen, Ernst T1 - The time-dependent Gutzwiller Approximation for Multi-Band Hubbard Models T1 - Die zeitabhängige Gutzwiller-Näherung für Mehr-Band-Hubbard-Modelle N2 - We formulate a generalization of the time-dependent Gutzwiller theory for the application to multi-band Hubbard models. Our approach allows for the computation of general momentum- and frequency-dependent two-particle response functions. The in-depth knowledge of them is crucial for the understanding and interpretation of experiments in solid-state physics. In the calculation of ground-state properties of Hubbard models, the Gutzwiller approach is known to overcome the main shortcomings of the Hartree–Fock approximation, whose time-dependent generalization is the standard text-book method for the calculation of response functions. We therefore expect that the time-dependent Gutzwiller theory, that has been formulated only for the single-band Hubbard model so far, will offer a technique yielding new insight into the dynamics of strongly-correlated multi-orbital systems. In this thesis, we motivate the employment of multi-orbital Hubbard models and give an introduction to multi-band Hubbard models in Chapters 1 and 2. Their treatment within the Gutzwiller variational approach is subject of Chapter 3, where it is supplemented by investigations that connect our new approach to previous results. We derive the random-phase approximation as the time-dependent Hartree–Fock theory in Chapter 4, followed by the derivation of the corresponding time-dependent Gutzwiller theory in Chapter 5. We demonstrate the applicability of our new approach in Chapter 6, where we calculate the transversal spin susceptibility of a Hubbard model with two degenerate bands and present numerical results for systems in infinite and three spatial dimensions. A summary and conclusion is given in the final Chapter. Mathematical details of our derivations are presented in several appendices. N2 - Wir formulieren eine Verallgemeinerung der zeitabhängigen Gutzwiller-Methode zur Anwendung auf Mehr-Band-Hubbard-Modelle. Unser Ansatz ermöglicht die Berechnung allgemeiner impuls- und energieabhängiger Zwei-Teilchen-Responsefunktionen. Deren profunde Kenntnis ist für das Verständnis und die Interpretation von Experimenten der Festkörperphysik entscheidend. Es ist bekannt, dass die Gutzwiller-Näherung bei der Berechnung von Grundzustandseigenschaften von Hubbard-Modellen die Hauptschwächen der Hartree–Fock-Näherung, deren zeitabhängige Verallgemeinerung die Standardmethode zur Berechnung von Responsefunktionen darstellt, überwindet. Deshalb erwarten wir, dass die zeitabhängige Gutzwiller-Näherung, die bisher nur für das Ein-Band-Hubbard-Modell formuliert wurde, eine Methode bereitstellt, die neue Einsichten in die Dynamik stark korrelierter Mehr-Orbital-Systeme liefert. In der vorliegenden Arbeit motivieren wir den Einsatz von Mehr-Orbital-Hubbard-Modellen und geben eine Einführung zu Mehr-Band-Hubbard-Modellen in den Kapiteln 1 und 2. Deren Behandlung mit der Variationsmethode nach Gutzwiller ist Inhalt von Kapitel 3, ergänzt durch Untersuchungen, die unseren neuen Ansatz mit bisherigen Resultaten verbinden. Wir leiten in Kapitel 4 die Random-Phase-Approximation als zeitabhängige Hartree–Fock-Näherung ab, gefolgt von der Ableitung der zeitabhängigen Gutzwiller-Näherung in Kapitel 5. Wir demonstrieren die Anwendbarkeit unseres neuen Ansatzes in Kapitel 6, in welchem wir die transversale Spin-Suszeptibilität für ein Hubbard-Modell mit zwei entarteten Bändern berechnen und numerische Ergebnisse für unendlich- und dreidimensionale Systeme präsentieren. Eine Zusammenfassung und ein Fazit folgen im letzten Kapitel. Mathematische Details unserer Herleitungen werden in mehreren Appendices präsentiert. KW - Hubbard-Modell KW - Zeitabhängige Methode KW - Stochastische Approximation KW - Zeitabhängige Gutzwiller-Näherung KW - Mehr-Band Hubbard Modelle KW - Spinsuszeptibilität KW - Time-dependent KW - Gutzwiller KW - Multi-Band Hubbard Models KW - Spin susceptibility Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-25206 ER - TY - THES A1 - Reichmann, Felix T1 - Germanium, Zinn und (Zink-) Galliumoxid für fortschrittliche Mikro- und Optoelektronik : Einblicke in die elektronische Struktur der Oberfläche mit Photoemissionstechniken T1 - Germanium, tin and (zinc) gallium oxide for advanced micro- and optoelectronics : insights into the surface electronic structure with photoemission techniques N2 - Historically, Ge is one of the oldest materials in the semiconductor industry and its (001) surface has been the subject of extensive investigations by photoelectron spectroscopy. I am going to challenge the predominant attribution of a semi-conducting nature of the Ge(001) surface in this thesis. My investigations reveal the presence of a Ge(001) surface state above the Fermi-level, occupied at room temperature. Employing time- and temperature-dependent angle-resolved photoelectron spectroscopy, I will demonstrate that the presence of this surface state is evidence for the conducting nature of the surface at room temperature. Sparked by the remarkable properties of the GeSn-alloy and a trend towards Ge-Sn-related multiquantum well fabrication, I investigate the surface electronic structure of Ge(001) after adsorption and incorporation of Sn. With an in-depth analysis of surface core-level shifts, I will extend the growth model of the Sn wetting layer formation by also detailing structural changes in the subsurface region. At the same time, the modifications of the electronic structure will be detailed, observing the removal of the Ge(001) surface states, the creation of a new, Sn-related surface state and the initial stages of the Schottky barrier formation. β-Ga₂O₃ a transparent semi-conducting oxide that has sparked a lot of interest over the last decade, because it offers an ultra-wide band gap and high break down voltage. However, due to its monoclinic crystal structure, device fabrication is rather challenging and researchers are already looking into alternative materials. One of these candidates is ϵ-Ga₂O₃ and this work presents a combined study by photoelectron spectroscopy and ab initio calculations of its electronic structure. (Hard) X-rays reveal the impact of photoelectron recoil and the absence of a band bending to the surface, while the dispersion of experimentally determined valence states compares favorably with the calculations based on hybrid density-functional theory. Another alternative to β-Ga₂O₃ be ZnGa₂O₄ and I will present an investigation on the electronic structure of its (100) surface. Due to the novelty of ZnGa₂O₄ single-crystals, I am first going to explore the preparation of a clean and well-ordered surface by standard in-situ sputtering and annealing. I will show that already low annealing temperatures induce Zn-deficiency, leading to non-stoichiometric surfaces, further exacerbated by sputtering. By changing the sputtering parameters and the annealing conditions, the preparation of a surface with sufficient quality for subsequent investigations will be demonstrated. The results by photoemission techniques compare favorably with the expectations from theory and allowing the first fundamental insights into the surface electronic structure. N2 - Ge ist eines der ältesten Materialien in der Geschichte der Halbleiter-Industrie und die Ge(001) Oberfläche wurde bereits umfassend durch Photoelektronenspektroskopie untersucht. Die dominierende Zuschreibung einer halbleitenden Eigenschaft der Oberfläche werde ich in dieser Dissertation anfechten. Meine Untersuchungen zeigen einen Ge(001) Oberflächenzustand oberhalb des Fermi-Niveaus, der bei Raumtemperatur besetzt ist. Durch zeit- und temperaturabhängige, winkelaufgelöste Photoelektronenspektroskopie werde ich zeigen, dass die Beobachtung dieses Zustands der Beweis für die leitende Eigenschaft der Oberfläche, bei Raumtemperatur, ist. Inspiriert von den außergewöhnlichen Eigenschaften der GeSn-Legierung und einem Trend hin zu Ge-Sn-basierten Multi-Quantentopfstrukturen, werde ich die Modifizierung der Ge(001) Oberflächenbandstruktur nach Adsorption von Sn untersuchen. Mit einer detaillierten Analyse von Energie-Niveau-Verschiebungen, der inneren Elektronen der Oberflächenatome, werde ich das Modell des Sn-Wachstums auf der Ge (001) Oberfläche, um die darunter liegenden Schichten erweitern. Gleichzeitig werden Änderungen in der elektronischen Struktur gemessen. So kann die Entfernung von Ge(001) Oberflächenzuständen, die Entstehung eines neuen, Sn-basierten Oberflächenszustands und die ersten Stufen der Formation der Schottky-Barriere beobachtet werden. β-Ga₂O₃ ist ein transparentes halbeleitendes Oxid, welches im vergangenen Jahrzehnt dank seiner extrem breiten Bandlücke und hohen Durchbruchspannung großes Interesse geweckt hat. Jedoch ist die Herstellung von Bauteilen aufgrund der monoklinischen Kristallstruktur eine Herausforderung und Wissenschaftler suchen bereits nach alternativen Materialien. Ein möglicher Kandidat ist ϵ-Ga₂O₃ und in dieser Arbeit wird dessen elektronische Bandstruktur mit einer Kombination aus Photoelektronenspektroskopie und ab initio Berechnungen untersucht. (Harte) Röntgenstrahlung erlaubt die Beobachtung von Rückstoßeffekten der Photoelektronen und die Abwesenheit von Bandverbiegungen, während die Dispersionen der experimentell gemessenen Valenzbandzustände Berechnungen mit hybrid-density-functional-Theorie bestätigen. Eine andere Alternative zu β-Ga₂O₃ könnte ZnGa₂O₄ sein und ich werde eine Untersuchung der elektronischen Struktur, der (100)-Oberfläche präsentieren. Aufgrund die Neuartigkeit von ZnGa₂O₄-Einkristallen werde ich zuerst die Vorbereitung einer sauberen und kristallinen Oberfläche mittels in-situ Sputtern und Heizen untersuchen. Ich werde zeigen, dass es selbst bei niedrigen Heiztemperaturen zu Zn-Mangel in der Oberfläche kommt, welcher sich durch Sputtern verschlimmert. Durch das ändern der Sputterparameter und der Bedingungen beim Heizen, werde ich eine Oberfläche mit hinreichender Qualität für eine weitergehende Charakterisierung der elektronischen Struktur demonstrieren. Die Ergebnisse aus der Photoelektronenspektroskopie passen zu theoretischen Berechnungen der Bandstruktur und liefern somit die ersten Einsichten in die elektronische Struktur der Oberfläche. KW - Angle-resolved photoemission spectroscopy KW - X-ray photoelectron spectroscopy KW - Germanium-tin KW - Zinc gallium oxide KW - Surface science KW - ARPES KW - Gallium-Zink-Oxid KW - XPS KW - Halbleiteroberfläche KW - Bandstruktur KW - Elektronenstruktur KW - Germaniumverbindungen KW - Galliumverbindungen KW - ARPES KW - Röntgen-Photoelektronenspektroskopie Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-62080 ER - TY - THES A1 - Martens, Christian T1 - A study of the charge and spin order dynamics for cuprate superconductors : a Gutzwiller analysis for the single-band Hubbard model T1 - Eine Untersuchung der Ladungs- und Spinordnungsdynamik bei Kupferoxid-Supraleitern : eine Gutzwiller-Analyse für das Einband-Hubbard-Modell N2 - In recent years, the role of charge density waves (CDW) in the study of high-temperature superconductors, such as cuprates and nickelates, has gained importance, so that CDW can provide potential insights into the mechanism of high-temperature superconductivity. Cuprates and nickelates are transition metals and have their valence electrons in the d-orbitals, which makes them belong to the family of correlated materials. In the past, a variety of experimental techniques, such as X-ray scattering and neutron scattering, have been performed to better understand such materials and the electronic properties of CDWs and spin-density waves (SDWs), which are thought to be connected to high-temperature superconductivity. However, the exact nature of CDW, SDW is not yet fully understood. Often correlated materials are described with the so-called multi-band Hubbard model, which takes into account the Coulomb interactions in d- or f-orbitals with a local parameter U. In the structure of the cuprate high-temperature superconductor LCO, the low-energy electron structure of the CuO2 planes is of interest, as this is where CDW, SDW and 2D high-temperature superconductivity take place. For this reason, the 3-band Hubbard model is often used, which takes into account the interaction of the Cu and O orbitals. Here we describe the time-dependent Gutzwiller approximation (TDGA) for the single-band Hubbard model. The description of a single-band construct for the Hubbard model was discussed in the work of Zhang and Rice, where they assume a hybridisation of the copper atom with the neighbouring oxygen atoms inside the unit cell forming a singlet state. While the Gutzwiller approximation can be solved analytically in one dimension using the Bethe ansatz, for real systems one has to resort either to the exact diagonalisation of small clusters or to approximation methods. We analyse the non-equilibrium dynamics of the electron structure in comparison to the optical conductivity in the linear response and non-equilibrium case. The starting point is the half-filled antiferromagnetic (AF) state, which is forms in LCO at weak hole doping p and allows the description of the stripe state by introducing hole doping near zero temperature. The focus here is on the site-centered and bond-centered stripe states characterized by a domain wall, which possesses an accumulation of hole doping and inverts the spin order. The results of the TDGA are compared with those of the time-dependent Hartree-Fock approximation (TDHF) and, in the case of the stripe states, also with the time-dependent Landau theory (TDL). N2 - In den letzten Jahren hat die Rolle von Ladungsdichtewellen (CDW) in der Untersuchung von Hochtemperatursupraleitern, wie Kupraten und Nickelaten, an Bedeutung gewonnen, so dass CDW potenzielle Einblicke in den Mechanismus der Hochtemperatursupraleitung bieten können. Kuprate und Nickelate sind Übergangsmetalle und haben ihre Valenzelektronen in den d-Orbitalen ausgeprägt, was diese zur Familie der korrelierten Materialien gehören lässt. In der Vergangenheit wurde eine Vielzahl an experimentellen Techniken, wie Röntgenstreuung und Neutronenstreuung, durchgeführt, um solche Materialien sowie die elektronischen Eigenschaften der CDW und Spin-Dichtewellen (SDW) besser zu verstehen. Es wird vermutet, dass CDW und SDW mit der Hochtemperatursupraleitung in Verbindung stehen. Dennoch ist die genaue Natur von CDW, SDW noch nicht vollständig verstanden. Hier beschreiben wir die zeitabhängige Gutzwiller-Approximation (TDGA) für das Einband-Hubbard-Modell. Die Beschreibung eines Einbandkonstrukts für das Hubbard-Modell wurde in der Arbeit von Zhang und Rice beschrieben, wo sie eine Hybridisierung des Kupferatoms mit den benachbarten Sauerstoffatomen innerhalb der Einheitszelle unter Bildung eines Singlet-Zustands annehmen. Während die Gutzwiller-Approximation in einer Dimension analytisch mit dem Bethe-Ansatz gelöst werden kann, muss man für reale Systeme entweder auf die exakte Diagonalisierung kleiner Cluster oder auf Approxi-mationsmethoden zurückgreifen. Wir analysieren die Nicht-Gleichgewichtsdynamik der Elektronenstruktur im Vergleich zur optischen Leitfähigkeit im Linear-Response und starken Ungleichgewichtsfall. Der Ausgangspunkt ist der halbgefüllte antiferromagnetische Zustand, welcher in LCO bei schwachen Lochdotierungen vorliegt, und die Beschreibung des Stripe-Zustands durch die Einführung von Loch-Dotierung ermöglicht. Der Fokus liegt hier auf den Site-centered oder Bond-centered Stripe-Zuständen mit einer charakterisierenden Domänenwand, welche eine Ansammlung an Loch-Dotierungen besitzt und die Spinordnung invertiert. Die Ergebnisse der TDGA werden hier mit denen der zeitabhängigen Hartree-Fock-Näherung (TDHF) und im Falle der Stripe-Zustände auch mit der zeitabhängigen Landau-Theorie (TDL) verglichen. KW - Charge stripes KW - Spin stripes KW - Time-dependent Gutzwiller approximation KW - Single-band Hubbard model KW - Zeitabhängige Gutzwiller-Approximation KW - Ladungs-Stripes KW - Spin-Stripes KW - Einband-Hubbard-Modell KW - Hochtemperatursupraleitung KW - Cuprate KW - Ladungsdichtewelle KW - Spindichtewelle KW - Elektronenstruktur Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-71945 ER - TY - THES A1 - Schlipf, Jón Benedikt T1 - Enhancement of group-IV optoelectronic sensing devices through materials engineering and nanostructuring T1 - Verbesserung von optoelektronischen Sensoren der Gruppe IV durch Werkstofftechnik und Nanostrukturierung N2 - Driven by the continuous research progress in integrated electronics towards increasing complexity and miniaturization, semiconductor technology has not only yielded very powerful electronic devices, but also provided the necessary tools for miniaturization of mechanical, optical and other functions into micro- and nanoscale devices. While transistor scaling approaches the physical limits mainly governed by heat dissipation, further advances are predicted to stem from the integration of additional functionality into integrated circuits instead. For the case of photonics and optoelectronics, which have plenty of applications in computing, communications and sensing, silicon devices have been applied commercially for several years. While being compatible with mainstream electronics, silicon does not offer the optimum properties for mediation between optics and electronics compared to, for example, III-V materials. To alleviate this, properties can be improved both through wavelength-scale structuring and exploitation of resonances, and through alloying with other group-IV materials like germanium and tin. Both of these avenues are studied within this work. On one hand, nanophotonic structures, most notably metasurfaces, and corresponding simulation and optimization algorithms, are developed for selective filtering and enhancement of light-matter interactions. On the other hand, group-IV materials are studied, most notably their non-destructive characterization with optical methods. N2 - Auf dem Weg zu kontinuierlicher Steigerung von Komplexität und Miniaturisierung in der Elektronik hat die Halbleiterindustrie nicht nur sehr effektive elektronische Bauelemente hervorgebracht, sondern auch die Werkzeuge für die Miniaturisierung mechanischer, optischer und weiterer Funktionen in den Mikro- und Nanometerbereich geliefert. Während die Skalierung von Transistoren langsam durch die Energieverluste und resultierende Erwärmung beschränkt wird, werden weitergehende Fortschritte eher in der Integration zusätzlicher Funktionalitäten in integrierte Schaltkreise erwartet. Im Bereich der Photonik und Optoelektronik mit zahlreichen Anwendungen in Rechentechnik, Nachrichtentechnik und Sensorik werden Silizium-basierte Bauelemente seit einigen Jahren kommerziell eingesetzt. Während diese kompatibel zu einem Großteil der Elektronik sind, bietet Silizium im Vergleich zu beispielsweise III-V-Materialien für die Verbindung von Optik und Elektronik suboptimale Eigenschaften. Abhilfe bietet die Verbesserung von Bauelementeigenschaften sowohl durch Strukturierung auf der Größenskala der Wellenlänge als auch durch die Legierung mit anderen Gruppe-IV-Materialien wie Germanium und Zinn. Diese Arbeit beschreibt Forschung in beiden Richtungen. Auf der einen Seite wurden nanophotonische Strukturen, vor allem sogenannte Metaoberflächen, zur Verstärkung und selektiven Filterung der Interaktion von Licht und Materie und die dazu nötigen entsprechenden Simulations- und Optimierungsverfahren entwickelt. Auf der anderen Seite beschäftigt sich die Arbeit mit der Weiterentwicklung von siliziumkompatiblen Materialien der vierten Hauptgruppe, vor allem mit der nicht destruktiven Charakterisierung solcher Materialien mit optischen Verfahren. KW - Metasurface KW - Group-IV KW - Plasmonics KW - Photodetector KW - Nanophotonik KW - Plasmonik KW - Gruppe-IV-Materialien KW - Integrierte Schaltung KW - Nanophotonik KW - Plasmonik KW - Silicium KW - Germanium Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-67979 ER - TY - THES A1 - Marfin, Ihar T1 - Search for additional Higgs bosons with multi b-quark final states at LHC T1 - Suche nach weiteren Higgs Bosonen in Endzuständen mit mehreren b-Quarks am LHC N2 - The Higgs mechanism is responsible for the spontaneous breaking of the electroweak symmetry leading to the generation of masses of fermions and weak bosons. This thesis is devoted to search for the neutral supersymmetric Higgs particles Φ=h, H and A decaying into b quarks produced in association with at least one more b quark at the Large Hadron Collider. Here the study of the final states characterized by three b-tagged jets is described in detail. The analysis was performed using data corresponding to 2.7 − 4.8 fb^−1 integrated luminosity of pp collisions with a centre-of-mass energy of 7 TeV collected in 2011 with the CMS detector. Two analysis scenarios were adopted to perform a search for neutral Higgs bosons of low and medium masses, 90 GeV ≤ MΦ < 180 GeV and 180 ≤ GeV MΦ ≤ 350 GeV, respectively. Two-dimensional templates, built up from double-b-tagged data and based on the invariant mass of the two leading b jets and a variable reflecting b-jet properties of three leading jets, are used to model the background. The signal is modeled by templates obtained from Monte Carlo simulation. Various systematic effects affecting the signal efficiency and changing shapes of the signal and background templates were investigated. The fitting machinery, based on a binned least-squares fit of the signal and background templates and the systematics model dependent on the hypothesized mass of the pseudoscalar Higgs particle A, was developed to extract the signal and background yields from the data. No significant evidence for the production of the Higgs bosons is found. Using the CLS method, we set cross section times branching fraction upper limits at 95% confidence level (CL) on the production of such neutral Higgs bosons Φ in the mass range from 90 GeV to 350 GeV. The observed exclusion limits are well within the expected ±2σ band. The benchmark scenario of the Minimal Supersymmetric Standard Model, denoted as mmax , with the two choices of the Higgsino mass parameter, μ = +200 GeV and μ = −200 GeV is considered. The obtained 95% CL upper limits on σ (pp → bb + Φ) × BR(Φ → bb) are interpreted as the upper limits on the MSSM parameter tan β . Ranges 27 ≤ tan β ≤ 51 and 22 ≤ tan β ≤ 37 for the masses of the Higgs boson from 90 to 350 GeV are ruled out at μ = +200 GeV and μ = −200 GeV, respectively. The 95% CL limits on tan β obtained in this channel supersede previous tan β limits established by CDF and D0 experiments. N2 - Die SU(2)⊗U(1) Symmetrie der elektroschwachen Wechselwirkung wird im Standardmodell durch den Higgs-Mechanismus spontan gebrochen. Eichbosonen und Fermionen erhalten durch die Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld ihre Masse. Zudem wird ein neues Teilchen vorhergesagt, das Higgs-Boson, als Anregung des Higgs-Feldes. Allerdings gibt es berechtigte Zweifel am fundamentalen Charakter des Standardmodells, zum Beispiel folgt aus kosmologischen Beobachtungen die Existenz dunkler Materie, die im Standardmodell nicht erklärt werden kann. Theoretiker haben daher Erweiterungen des Standardmodells vorgeschlagen, in denen mehrere Higgs-Bosonen vorhergesagt werden. Das am CERN im Jahre 2012 entdeckte Higgs-Boson kann sowohl das Higgs-Boson des Standardmodells als auch eines der Higgs-Bosonen der umfassenden Theorien sein. Die Entdeckung eines weiteren Higgs-Bosons wäre ein klares Signal für die Notwendigkeit einer neuen Theorie. Diese Arbeit beschreibt die Suche nach den neutralen Higgs-Bosonen Φ=h, H und A im Minimal Supersymmetrischen Standardmodell (MSSM). Von Interesse ist dabei der drei-b-Jet-Endzustand, der durch die Reaktion pp → bΦ entsteht, und das Higgs-Boson am Ende in ein Paar von b-Quarks zerfällt, Φ → bb. Um einen möglichst reinen Datensatz zu erhalten, ist die Identifikation der b-Jets entscheidend. Die Suche wird mit den Daten des CMS-Experimentes am Large Hadron Collider (LHC) aus dem Jahr 2011 bei einer Schwerpunktenergie von 7 TeV durchgeführt. Für die Analyse wurden Daten verwendet, die integrierten Luminositäten der speziellen Higgs-Trigger von 2.7-4.8 fb−1 entsprechen. Im Rahmen der hier vorgestellten Analyse wurden zwei Analyseszenarien entwickelt, um eine Suche nach Higgs-Bosonen von niedrigen und mittleren Massen, 90 GeV ≤MΦ < 180 GeV und 180 GeV ≤ MΦ ≤ 350 GeV, durchzuführen. Für die Suche wurden zweidimensionale Verteilungen hergenommen. Eine Variable ist die invariante Masse der beiden führenden b-Jets. Die zweite Variable kombiniert topologische und kinematische Eigenschaften von b-Quark-Jets. Zur Abschätzungen des Hintergrundes werden Ereignisse mit drei Jets, von denen zwei als b-Quark-Jets erkannt wurden, verwendet. Signalereignisse werden aus Monte-Carlo-Simulationen erzeugt, im Detektor rekonstruiert und durch den speziellen Higgs-Boson Trigger selektiert. Systematische Effekte aus verschiedenen Quellen werden untersucht. Der Schwerpunkt lag dabei bei der Betrachtung solcher Effekte, die zu veränderter Signal-Effizienz und zu Hintergrundverteilungen führten. Ein χ 2 -Test wird verwendet, um das Signal aus den Daten zu extrahieren. In dieser Analyse wurde kein Signal gefunden. Die Ergebnisse wurden für die Berechnung einer oberen Grenze für σ (pp → bb + Φ) × BR(Φ → bb) in Abhängigkeit von der Masse des Higgs-Bosons zwischen 90 und 350 GeV benutzt. Die verwendete Methode basiert auf einer CLS -Berechnung mittels einer Log-Likelihood-Funktion. Innerhalb der 2σ Bereiche ist die beobachtete Grenze in gutem Einklang mit der zu erwarteten Ausschlussgrenze. Aus den Daten wurde zusätzlich eine untere Grenze auf den tan β -Parameter des MSSM als Funktion der Higgs-Boson Masse gesetzt. Im Rahmen des mmax MSSM-Szenarios für eine Masse des Higgs Bosons zwischen 90 und 350 GeV sind folgende Bereiche mit einem Vertrauensniveau von 95% erlaubt: 27 ≤ tan β ≤ 51 für μ = +200 GeV und 22 ≤ tan β ≤ 37 für μ = −200 GeV, wobei μ die Higgsino-Masse ist. Die gesetzte Grenze für tan β ist weitaus enger als die aus früheren Messungen am CDF- und D0-Experiment. KW - Higgs mechanism KW - Minimal supersymmetric standard model KW - Large hadron collider KW - Reaktion pp → bΦ KW - CMS-Experimente KW - Higgs-Teilchen KW - LHC Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-32819 ER - TY - THES A1 - Popp, Andreas T1 - Elektronische Struktur und Grenzflächeneigenschaften von epitaktischen Chalkopyrit-Schichten T1 - Electronic structure and interface properties of epitaxial chalkopyrite layers N2 - Chalkopyrite gelten aufgrund ihrer direkten Bandlücke sowie der hohen Absorptions-koeffizienten als vielversprechende Materialien für Absorber in der Dünnschichtsolarzellentechnik. Speziell CuGaSe2 (CGS) mit einer für Kupfer-Chalkopyrite großen Bandlücke von 1.68 eV ist ein für die Photovoltaik interessantes Material in Hinblick auf Tandemsolarzellen mit CuInSe2. Das Grundverständnis der Eigenschaften des CGS-Materialsystems ist daher von entscheidender Bedeutung für effizienzsteigernde Optimierungen für Solarzellen auf Chalkopyrit-Basis. Mit Hilfe der Molekularstrahlepitaxie wurden einkristalline CGS-Schichten unterschiedlicher Stöchiometrie auf GaAs-Substraten abgeschieden. Die Oberflächenzusammensetzung sowie die Valenzbandstruktur wurden mit Hilfe der Photoelektronen-Spektroskopie bestimmt. Zusätzlich erlaubten die einkristallinen Schichten eine Bestimmung der Periodizität der Oberfläche durch niederenergetische Elektronenstreuung. Dabei konnte eine (4x2) Rekonstruktion der Zinkblende-Ordnung der (001) Fläche für kupferreiche CGS-Schichten nachgewiesen werden. Für kupferarme bis nahstöchiometrische Präparationsbedingungen wurde eine (4x1) Rekonstruktion erhalten. Die (112) Fläche hingegen zeigte für kupferarme Stöchiometrien eine bisher noch nicht nachgewiesene (3x1) Rekonstruktion der Chalkopyrit-Ordnung mit zwei Rotationsdomänen, welche für höhere Cu/Ga Verhältnisse in eine (1x1) Struktur überging. Weiterhin gelang es die bereits für Kupfer-Chalkopyrite bekannte Cu2-xSe Sekundärphase, welche unter kupferreichen Präparationsbedingungen auftritt, durch einen nachträglichen Heizschritt auf Wachstumstemperatur deutlich abzuschwächen bzw. zu entfernen. Für die Effizienz der Solarzelle sind die Grenzflächen von Absorber zu Puffer- und Puffer- zu Fensterschicht von besonderer Bedeutung. Die Untersuchung des Heterokontakts von CGS zu ZnO stellt einen weiteren Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit dar. Hierbei stand die Bandanpassung von Chalkopyrit zu ZnO im Vordergrund. Für das Wachstum von ZnO konnte mit Hilfe der Metall-Organischen-MBE auf CuGaSe2 das Auftreten einer dünnen (1-2 nm) ZnSe-Zwischenschicht nachgewiesen werden. Im Gegensatz zu CuInSe2 wurde jedoch anstatt eines „Spikes“ in der Leitungsbandanpassung von CGS zu ZnO ein für die Solarzelleneffizienz ungünstiges „Cliff“ gefunden. Letzteres trat unabhängig von der CGS Substratorientierung auf. Mit Hilfe von niederenergetischer Elektronenstreuung gelang für das Wachstum von ZnO auf der (112) CGS Fläche trotz der großen Gitterfehlanpassung von ZnO zu CGS der Nachweis von geordnetem Wachstum. Für das Wachstum von ZnO auf CGS (001) wurde polykristallines Wachstum beobachtet. Aufgrund der nicht optimalen Bandanpassung zum CGS scheint ZnO zusammen mit ZnSe als Pufferschicht kein geeignetes Fenstermaterial für dieses Kupfer-Chalkopyrit zu sein. Damit ist eine mögliche Erklärung für den, im Vergleich zu CuInSe2 basierten Zellen, geringen Wirkungsgrad von CGS Solarzellen gefunden. N2 - Chalcopyrites are a promising material for thin-film solar cell applications due to their direct bandgap and high absorption coefficients. Especially CuGaSe2 (CGS) with its large bandgap of 1.68 eV is an interesting photovoltaic material with respect to tandem devices on CuInSe2 based systems. Understanding the material properties of CGS is crucial for optimizing the solar cell efficiency. Single crystalline CuGaSe2 layers with varying Cu/Ga ratios were epitaxially grown on GaAs (100) and (111)A substrates by molecular beam epitaxy. The surface composition as well as the valence band structure were determined by photoelectron spectroscopy. Additionally, the mono-crystalline layers allowed an investigation of surface periodicity by low energy electron diffraction. A (4x2) reconstruction of the zinc blende type was obtained for the Cu-rich CGS (001) surface. For Cu-poor and near stoichiometric samples a (4x1) reconstruction was found, which is formed out of the (4x2) structure by statistical distribution of the cation elements. In contrast, the Cu-poor [112] direction showed a (3x1) reconstruction of the chalcopyrite type with two rotational domains which has not been observed before. For higher Cu/Ga ratios a (1x1) structure was obtained. For Cu-rich copper-chalcopyrites the presence of a Cu2-xSe secondary phase is known. By subsequently annealing the CGS layers at growth temperature the secondary phase was weakened or even suppressed. For the device performance the absorber to buffer and buffer to window-layer interfaces are of particular importance. Therefore, another subject of this thesis was the preparation of a hetero contact of CGS to ZnO by metal-organic MBE. This system was analyzed with a focus on the band alignment. Preliminary to the ZnO growth the formation of a thin (1-2 nm) ZnSe layer has been detected. ZnSe is a candidate for a cadmium free buffer-layer material. In contrast to the band alignment data for ZnO on CuInSe2, the conduction band linup showed a cliff for ZnO on CGS. This cliff appeared independent of the orientation of the CGS substrate. By low energy electron diffraction ordered growth of ZnO on CGS (112) was achieved despite the large lattice mismatch of ZnO to CGS. Polycrystalline growth was detected for ZnO on CGS (001). Due to the unfavorable band matching of ZnO to CGS, ZnO in combination with ZnSe as buffer layer does not seem to be a feasible window layer material for this copper-chalcopyrite. Future work should address further element compounds with a lower electronegativity difference to the selenide system. Compared to solar cells based on CuInSe2, these results provide a possible explanation for the low CGS cell efficiency. KW - Verbindungshalbleiter KW - Chalkopyrit KW - Dünnschicht-Solarzelle KW - Heterokontakt KW - Bandanpassung KW - Compound semiconductor KW - Chalcopyrite KW - Thin-film solar cell KW - Hetero contact KW - Band alignment KW - Kupferkies KW - Dünnschichtsolarzelle KW - Verbindungshalbleiter KW - Grenzfläche Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42465 ER - TY - THES A1 - Käso, Mathias T1 - Thermischer und elektrischer Transport in hybriden Heterostrukturen T1 - Thermal and electrical transport in hybrid heterostructures N2 - Im ersten Teil untersuchen wir den phononischen Wärmetransport in nanoskaligen, heterogenen Strukturen. Mit Hilfe des Nichtgleichgewicht-Green-Funktionen-Formalismus leiten wir eine Entwicklung der phononischen Stromtransmission für kleine Frequenzen her. Diese besitzt Gültigkeit für eine beliebige Oszillatorkette, welche eine typische Kontakt-Device-Kontakt-Struktur aufweist. Wir nutzen die gefundene Entwicklung in der Landauer Darstellung der Wärmeleitfähigkeit, wodurch wir eine systematische Tieftemperaturentwicklung bestimmen können. Betrachtet man diese Entwicklung bis zur zweiten Ordnung, erscheint die quantisierte Wärmeleitfähigkeit als ein konstantes Plateau, in der Darstellung der Wärmeleitfähigkeit geteilt durch die Temperatur. Dies gilt für die von uns untersuchten Kontakt-Device-Kontakt-Systeme, welche vollständig heterogen sein können, insofern das Produkt aus Kopplungskonstante und Oszillatormasse in beiden Kontakten identisch ist. Dabei ist das Ergebnis vollkommen unabhängig vom Streugebiet. Im Anschluss an das Plateau gewinnen die höheren Ordnungen der Tieftemperaturentwicklung an Bedeutung und führen zu endlichen Temperaturkorrekturen, die einem kubischen Potenzgesetz gehorchen. Dieses Verhalten hängt von den strukturellen Details des Streugebiets ab und ist in Übereinstimmung mit dem Experiment und numerischen Berechnungen. Als Anwendung unserer allgemeinen Ergebnisse betrachten wir eine „Double Junction“-Kette und finden als erstes Phänomen nach unserer Tieftemperaturentwicklung ein zweites Plateau. Dieses Plateau steht in Verbindung mit einer phasengemittelten Phononentransmission, welche für steigende Temperaturen zu einer Unabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von der Device-Länge führt. Im weiteren Verlauf dieser Arbeit werden diese Ergebnisse auf quasi-eindimensionale 3DSysteme in der Kontakt-Device-Kontakt-Struktur verallgemeinert. Dazu werden exemplarisch geeignete Kristallstrukturen identifiziert und anschließend für langwellige Phononen mathematisch analysiert. Für Temperaturen unterhalb eines kritischen Wertes TK sind die Ergebnisse des eindimensionalen Falls auf jede der akustischen Moden übertragbar. Daraus resultiert eine analoge Beschreibung und Diskussion des Tieftemperaturverhaltens der Wärmeleitung, wie wir sie im strikt eindimensionalen Fall vorfinden. Im zweiten Teil betrachten wir ein thermisches Modell integrierter Schaltkreise, unter Berücksichtigung der zugehörigen Chip-Umgebung. Als die einfachste Wahl, behandeln wir die aktive Schicht („Front End Of Line“) als ein Feld, bestehend aus identischen Quantenbauelementen mit der gleichen, von der Zeit abhängigen mittleren Temperatur. Um die Chip-Umgebung zu modellieren, setzen wir voraus, dass sich die aktive Schicht zwischen zwei planparallelen Wärmereservoirs befindet. Das obere Reservoir stellt dabei die Verdrahtungsschicht des Chips dar („Back End Of Line“). Die Temperatur dieser Schicht ist weitestgehend durch die in den Leitern dissipierte joulesche Wärme bestimmt und ist typischerweise in der Größenordnung von hundert Grad Celsius. Das untere Reservoir verkörpert die Kühleinheit, die sich ungefähr auf Raumtemperatur befindet. Wir lösen die gekoppelten Gleichungen, die auf der einen Seite den Wärmetransport zwischen der aktiven Schicht und den umgebenden Wärmereservoirs und auf der anderen Seite den elektrischen Transport im Quantenbauelement beschreiben. Daraus ergeben sich die Arbeitstemperaturen der betrachteten Quantenbauelemente, welche Lösungen eines Fixpunktproblems sind. Diese Temperaturen hängen von der Position der aktiven Schicht zwischen den beiden Wärmereservoirs ab. Die Stabilität der Fixpunkte lässt sich aus einer geeigneten Linearisierung der zeitabhängigen Gesamtlösung ableiten. Für ausgewählte Parameter und eine aktive Schicht aus identischen Nanotransistoren werden numerische Lösungen präsentiert. N2 - In the first part, we study phononic heat transport in nanoscale devices. In the non-equilibrium Green's function formalism an analytical small-frequency expansion of the phonon current transmission is derived for an arbitrary oscillator chain with typical contact-device-contact structure. Applying this expansion in a Landauer formula it is possible to construct a systematic low-temperature expansion of the thermal conductance. It follows that quantized thermal conductance occurs as a plateau of the thermal conductance divided by the temperature within second order of the temperature expansion for completely heterogeneous systems as long as the product of force constant and oscillator mass is identical in both contacts, independent of the scattering area. Beyond these plateau the higher order terms of the low-temperature expansion yield a finite-temperature correction exhibiting the form of a cubic power law depending on the details of the scattering area. These findings are in agreement with experiments and numerical calculations. Our general results are applied to a double junction chain, where we find as the first phenomenon beyond our low-temperature expansion a second plateau. This plateau is associated with a thermal phase-averaging of the phonon transmission, which leads for increasing temperatures to an independence of the thermal conductance from the device length. Subsequently, we generalise these results on quasi-one dimensional 3D-systems with the contact-device-contact shape. For this purpose, we identify exemplarily suitable crystal structures, which we analyze mathematically for the long-wave phonons. For temperatures below a critical value TK the relevant results of the one dimensional case are valid for each acoustic mode. This lead to an analog description and discussion of the low-temperatures behaviour of the thermal conduction as in the strict one dimensional case. In the second part, we consider a thermal model for an integrated circuit including its chip environment. As the simplest choice, the active device layer (“Front End Of Line”) consists of an array of replicas of the same quantum device with the same time depended average temperature. Modeling the chip environment we assume this active layer is sandwiched between two coplanar heat reservoirs. The top heat reservoir represents the wiring layer of the chip (“Back End Of Line”). Its temperature is predominantly determined by the dissipated Joule heat in the wiring, typically in the order of one hundred degrees of Celsius. The bottom reservoir represents the cooling unit at about room-temperature. We solve the coupled equations describing thermal transport between the active layer and surrounding heat reservoirs and electrical transport in the quantum devices. The stationary working temperatures of the considered quantum devices can be found from a fix-point problem. These temperatures depend on the position of the active layer between the both heat reservoirs. A proper linearization of the complete time-depended problem yields the stability of these fix-points. Numerical solutions for a device layer consisting of identical nano-transistors are given for selected parameters. KW - Thermischer und elektrischer Transport KW - Nanoheterostrukturen KW - Quantisierte Wärmeleitfähigkeit von Phononen KW - Thermal and electrical transport KW - Thermal properties of integrated nano-devices KW - Quantized thermal conductance of phonons KW - Nano-heterostructures KW - Thermische Eigenschaften integrierter Nanobauelemente KW - Wärmeleitfähigkeit KW - Elektrische Leitfähigkeit KW - Quantenelektronik KW - Thermisches Phonon Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-38481 ER - TY - THES A1 - Blasl, Martin T1 - Elektrooptisch induzierte Wellenleiter in paranematischen Flüssigkristallen T1 - Electro-optically induced waveguides in paranematic liquid crystals N2 - In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer neuartigen fasergekoppelten Wellenleiterweiche beschrieben, womit erstmals das Anwendungspotential elektrooptisch induzierter Wellenleiter für komplexe faseroptische Anwendungen aufgezeigt wird. Die entwickelte Wellenleiterweiche kann das Licht einer Glasfaser auf zwei Glasfasern sowohl wechselseitig schalten als auch mit steuerbarem Leistungsverhältnis aufteilen. Hierzu wird das Prinzip elektrooptisch induzierter Wellenleiter genutzt. Bei diesem Prinzip entsteht in einer aus elektrooptischem Material bestehenden Schicht durch die lokale Brechzahländerung infolge eines elektrischen Feldes oberhalb einer Elektrode ein reversibler Wellenleiter. In den mittels Halbleitertechnologien gefertigten Wellenleiterstrukturen dient das flüssigkristalline Nematogen 5CB als elektrooptisches Material. Hierbei besitzt dessen paranematische Phase eine hohe Transmission über einen breiten Wellenlängenbereich, einen ausgeprägten elektrooptischen Kerr-Effekt und eine Relaxationszeitkonstante kleiner einer Mikrosekunde. Neben dem Kerr-Effekt treten in paranematischen Flüssigkristallen elektrooptische Effekte höherer Ordnung und ein für die Anwendung kritischer feldinduzierter nematisch-paranematischer Phasenübergang auf. In diesem Zusammenhang wird die Eignung paranematischer Flüssigkristalle hinsichtlich der Verwendung in elektrooptisch induzierten Wellenleitern mittels des im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Dünnschichtrefraktometers untersucht. N2 - The objective of this thesis is to develop a novel fibre coupled waveguide switch, whereby the potential of electro-optically induced waveguides for complex fibre-optic applications is demonstrated for the first time. The developed waveguide switch allows the switching of light from an optical input fibre to one of two optical output fibres, as well as variable power splitting. For this, the working principle of electro-optically induced waveguides is applied. In a layer made of an electro-optical material, the electrical field above an electrode causes an optical waveguide due to the locally increased refractive index. In the waveguide structures fabricated by means of semiconductor technologies, the nematogenic liquid crystal 5CB is used as electro-optic material, which provides a good transmission over a broad wavelength range, a huge electro-optical Kerr-effect and a response time below one microsecond. In addition to the electro-optical Kerr-effect in paranematic liquid crystals, higher-order electro-optical effects occur as well as the nematic-paranematic phase transition, which is critical for the application in the electro-optically induced waveguides. In this context, the applicability of paranematic liquid crystals is investigated by means of a thin film refractometer developed within the presented work. KW - Elektrooptik KW - Flüssigkristall KW - Paranematisch KW - Wellenleiter KW - Halbleitertechnologie KW - Electrooptics KW - Liquid crystal KW - Paranematic KW - Waveguide KW - Semiconductor technology KW - Elektrooptik KW - Flüssigkristall KW - Halbleitertechnologie KW - Lichtwellenleiter Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40845 ER - TY - THES A1 - Blasl, Martin T1 - Elektrooptisch induzierte Wellenleiter in paranematischen Flüssigkristallen T1 - Electro-optically induced waveguides in paranematic liquid crystals N2 - In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer neuartigen fasergekoppelten Wellenleiterweiche beschrieben, womit erstmals das Anwendungspotential elektrooptisch induzierter Wellenleiter für komplexe faseroptische Anwendungen aufgezeigt wird. Die entwickelte Wellenleiterweiche kann das Licht einer Glasfaser auf zwei Glasfasern sowohl wechselseitig schalten als auch mit steuerbarem Leistungsverhältnis aufteilen. Hierzu wird das Prinzip elektrooptisch induzierter Wellenleiter genutzt. Bei diesem Prinzip entsteht in einer aus elektrooptischem Material bestehenden Schicht durch die lokale Brechzahländerung infolge eines elektrischen Feldes oberhalb einer Elektrode ein reversibler Wellenleiter. In den mittels Halbleitertechnologien gefertigten Wellenleiterstrukturen dient das flüssigkristalline Nematogen 5CB als elektrooptisches Material. Hierbei besitzt dessen paranematische Phase eine hohe Transmission über einen breiten Wellenlängenbereich, einen ausgeprägten elektrooptischen Kerr-Effekt und eine Relaxationszeitkonstante kleiner einer Mikrosekunde. Neben dem Kerr-Effekt treten in paranematischen Flüssigkristallen elektrooptische Effekte höherer Ordnung und ein für die Anwendung kritischer feldinduzierter nematisch-paranematischer Phasenübergang auf. In diesem Zusammenhang wird die Eignung paranematischer Flüssigkristalle hinsichtlich der Verwendung in elektrooptisch induzierten Wellenleitern mittels des im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Dünnschichtrefraktometers untersucht. N2 - The objective of this thesis is to develop a novel fibre coupled waveguide switch, whereby the potential of electro-optically induced waveguides for complex fibre-optic applications is demonstrated for the first time. The developed waveguide switch allows the switching of light from an optical input fibre to one of two optical output fibres, as well as variable power splitting. For this, the working principle of electro-optically induced waveguides is applied. In a layer made of an electro-optical material, the electrical field above an electrode causes an optical waveguide due to the locally increased refractive index. In the waveguide structures fabricated by means of semiconductor technologies, the nematogenic liquid crystal 5CB is used as electro-optic material, which provides a good transmission over a broad wavelength range, a huge electro-optical Kerr-effect and a response time below one microsecond. In addition to the electro-optical Kerr-effect in paranematic liquid crystals, higher-order electro-optical effects occur as well as the nematic-paranematic phase transition, which is critical for the application in the electro-optically induced waveguides. In this context, the applicability of paranematic liquid crystals is investigated by means of a thin film refractometer developed within the presented work. KW - Elektrooptik KW - Flüssigkristall KW - Paranematisch KW - Wellenleiter KW - Halbleitertechnologie KW - Electrooptics KW - Liquid crystal KW - Paranematic KW - Waveguide KW - Semiconductor technology KW - Elektrooptik KW - Flüssigkristall KW - Halbleitertechnologie KW - Lichtwellenleiter Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42215 ER -