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- ItemWachstum und Charakterisierung von Seltenerdoxiden und Magnesiumoxid auf Galliumarsenid-Substraten(Berlin : Humboldt-Universität zu Berlin, 2015) Hentschel, ThomasDie Erzeugung spinpolarisierter Ladungsträger in einem Halbleiter gilt als Grundvoraussetzung zur Realisierung spintronischer Bauelemente. Einen möglichen Ansatz zu deren Realisierung stellen Ferromagnet/Halbleiter(FM/HL)-Hybridstrukturen dar, deren Herstellung jedoch mit einigen Schwierigkeiten verbunden ist. Durch die Vermischung des ferromagnetischen Materials mit dem Halbleiter werden die elektronischen Eigenschaften der Hybridstruktur verändert und die Spininjektionseffizienz stark verringert. Durch das gezielte Einfügen einer dünnen Oxidschicht in den FM/HL-Grenzübergang kann die Diffusion unterdrückt, die Kristallqualität verbessert und die Effizienz der Struktur erhöht werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Wachstum und der Charakterisierung dünner Oxidschichten, hergestellt mittels Molekularstrahlepitaxie. Zwei Seltenerdoxide, La2O3 und Lu2O3, werden auf GaAs-Substraten gewachsen und die Kristallqualität der Schichten miteinander verglichen. Mit der Heusler-Legierung Co2FeSi als Injektorschicht wird eine FM/Oxid/HL-Hybridstruktur auf Basis einer La2O3/GaAs(111)B-Struktur realisiert und magnetisch und elektrisch charakterisiert. Ein häufig verwendetes Barrierenmaterial in FM/HL-Hybridstrukturen ist Magnesiumoxid (MgO). In dieser Arbeit werden dünne MgO-Schichten auf GaAs(001) an der PHARAO-Wachstumsanlage am BESSY II erzeugt. Dies geschieht durch getrenntes Verdampfen von metallischem Mg bzw. Einleiten von molekularem Sauerstoff in die Wachstumskammer. Um die Oxidation des Halbleitersubstrats zu verhindern, wird vor dem MgO-Wachstum eine dünne Mg-Schicht abgeschieden. Abhängig von der Dicke dieser Schicht sind zwei in-plane-Orientierungen des MgO relativ zum GaAs kontrolliert einstellbar. Darüber hinaus werden Hybridstrukturen mit Eisen Fe als Injektorschicht und schrittweise erhöhter MgO-Schichtdicke gewachsen. Die Eindiffusion von Fe in das GaAs-Substrat nimmt mit zunehmender MgO-Schichtdicke um mehrere Größenordnungen ab.
- ItemScanning X-ray nanodiffraction from ferroelectric domains in strained K0.75Na0.25NbO3 epitaxial films grown on (110) TbScO3(Copenhagen : Munksgaard, 2017) Schmidbauer, Martin; Hanke, Michael; Kwasniewski, Albert; Braun, Dorothee; von Helden, Leonard; Feldt, Christoph; Leake, Steven John; Schwarzkopf, JuttaScanning X-ray nanodiffraction on a highly periodic ferroelectric domain pattern of a strained K0.75Na0.25NbO3 epitaxial layer has been performed by using a focused X-ray beam of about 100 14;nm probe size. A 90°-rotated domain variant which is aligned along [1 2]TSO has been found in addition to the predominant domain variant where the domains are aligned along the [12]TSO direction of the underlying (110) TbScO3 (TSO) orthorhombic substrate. Owing to the larger elastic strain energy density, the 90°-rotated domains appear with significantly reduced probability. Furthermore, the 90°-rotated variant shows a larger vertical lattice spacing than the 0°-rotated domain variant. Calculations based on linear elasticity theory substantiate that this difference is caused by the elastic anisotropy of the K0.75Na0.25NbO3 epitaxial layer.
- ItemExchange-Striction Driven Ultrafast Nonthermal Lattice Dynamics in NiO(College Park, Md. : APS, 2021) Windsor, Y.W.; Zahn, D.; Kamrla, R.; Feldl, J.; Seiler, H.; Chiang, C.-T.; Ramsteiner, M.; Widdra, W.; Ernstorfer, R.; Rettig, L.We use femtosecond electron diffraction to study ultrafast lattice dynamics in the highly correlated antiferromagnetic (AFM) semiconductor NiO. Using the scattering vector (Q) dependence of Bragg diffraction, we introduce Q-resolved effective temperatures describing the transient lattice. We identify a nonthermal lattice state with preferential displacement of O compared to Ni ions, which occurs within ∼0.3 ps and persists for 25 ps. We associate this with transient changes to the AFM exchange striction-induced lattice distortion, supported by the observation of a transient Q asymmetry of Friedel pairs. Our observation highlights the role of spin-lattice coupling in routes towards ultrafast control of spin order.
- ItemLuminescence of group-III-V nanowires containing heterostructures – the role of polytypism, polarization fields and carrier localization(Berlin : Humboldt-Universität zu Berlin, 2013) Lähnemann, JonasIn dieser Dissertation wird die spektrale und örtliche Verteilung der Lumineszenz von Heterostrukturen in selbstorganisierten Nanodrähten (ND) mit Hilfe von Kathodolumineszenz-Spektroskopie (KL) im Rasterelektronenmikroskop untersucht. Diese Methode wird ergänzt durch Messungen der kontinuierlichen und zeitaufgelösten Mikro-Photolumineszenz. Drei verschiedene Strukturen werden behandelt: (i) GaAs-ND bestehend aus Segmenten der Wurtzit (WZ) bzw. Zinkblende (ZB) Kristallstrukturen, (ii) auf GaN-ND überwachsene GaN-Mikrokristalle und (iii) (In,Ga)N Einschlüsse in GaN-ND. Die gemischte Kristallstruktur der GaAs-ND führt zu komplexen Emissionsspektren. Dabei wird entweder ausschließlich Lumineszenz bei Energien unterhalb der ZB Bandlücke, oder aber zusätzlich bei höheren Energien, gemessen. Diese Differenz wird durch unterschiedliche Dicken der ZB und WZ Segmente erklärt. Messungen bei Raumtemperatur zeigen, dass die Bandlücke von WZ-GaAs mindestens 55 meV größer als die von ZB-GaAs ist. Die Lumineszenz-Spektren der GaN-Mikrokristalle enthalten verschiedene Emissionslinien, die auf Stapelfehler (SF) zurückzuführen sind. SF sind ZB Quantentöpfe verschiedener Dicke in einem WZ-Kristall und es wird gezeigt, dass ihre Emissionsenergie durch die spontane Polarisation bestimmt wird. Aus einer detaillierten statistischen Analyse der Emissionsenergien der verschiedenen SF-Typen werden Emissionsenergien von 3.42, 3.35 und 3.29 eV für die intrinsischen (I1 und I2) sowie für extrinsische SF ermittelt. Aus den entsprechenden Energiedifferenzen wird -0.022C/m² als experimenteller Wert für die spontane Polarisation von GaN bestimmt. Die Bedeutung sowohl der piezoelektrischen Polarisation als auch die der Lokalisierung von Ladungsträgern wird für (In,Ga)N-Einschlüsse in GaN-ND gezeigt. Hierbei spielt nicht nur die Lokalisierung von Exzitonen, sondern auch die individueller Elektronen und Löcher an unterschiedlichen Potentialminima eine Rolle.
- ItemFabrication and characterization of graphene nanoribbons epitaxially grown on SiC(0001)(Berlin : Humboldt-Universität zu Berlin, 2018) Aranha Galves, LaurenEinzelschichten von Graphen-Nanobänders (GNRs) wurden auf SiC(0001)-Substraten mit zwei unterschiedlichen Fehlschnitten bei Temperaturen von 1410 bis 1460 °C synthetisiert. Das GNR-Wachstum lässt sich bei niedriger Stufenkantenhöhe am besten durch eine exponentielle Wachstumsrate, welche mit der Energiebarriere für die Ausdiffusion von Si korreliert ist. Anderseits wird bei Substraten mit höheren Stufenkanten eine nicht-exponentielle Rate beobachtet, was mit der Bildung von mehrlagigen Graphen an den Stufenkanten in Verbindung gebracht wird. Die Sauerstoffinterkalation von epitaktischen GNRs mittels Ausglühen an Luft von Bändern wird als nächstes untersucht, welche auf unterschiedlichen SiC-Substraten gewachsen wurden. Neben der Umwandlung von monolagigem zu zweilagigem Graphen in der Nähe der Stufenkanten von SiC, führt die Sauerstoffinterkalation zusätzlich zu der Bildung einer Oxidschicht auf den Terrassen des Substrats, was die zweilagigen GNRs elektrisch isoliert voneinander zurücklässt. Die elektrische Charakterisierung der zweilagigen GNRs zeigten dass die Bänder durch die Behandlung mit Sauerstoff elektrisch voneinander entkoppelt sind. Eine robuste Lochkonzentration von etwa 1x10¹³ cm-² und Mobilitäten von bis zu 700 cm²/(Vs) wurden für die GNRs mit einer typischen Breite von 100 nm bei Raumtemperatur gemessen. Wohl definierte Mesastrukturen gebildet mittels Elektronenstrahllithographie auf SiC-Substraten, wurde zuletzt untersucht. Die Charakterisierung des Ladungsträgertransports von GNRs die auf den Seitenwänden der strukturierten Terrassen gewachsen wurden, zeigt eine Mobilität im Bereich von 1000 bis 2000 cm²/(Vs), welche für verschiedene Strukturen auf der gesamten Probe homogen ist, was die Reproduzierbarkeit dieses Herstellungsverfahrens hervorhebt, sowie dessen Potential für die Implementierung in zukünftigen Technologien, welche auf epitaktischgewachsenene GNRs basieren.
- ItemEffect of Ge-doping on the short-wave, mid- and far-infrared intersubband transitions in GaN/AlGaN heterostructures(Bristol : IOP, 2017) Lim, Carolin B.; Ajay, Akhil; Lähnemann, Jonas; Bougerol, Catherine; Monroy, EvaThis paper assesses the effects of Ge-doping on the structural and optical (band-to-band and intersubband (ISB)) properties of GaN/AlGaN multi-quantum wells (QWs) designed to display ISB absorption in the short-wave, mid- and far-infrared ranges (SWIR, MIR, and FIR, respectively). The standard c-plane crystallographic orientation is considered for wells absorbing in the SWIR and MIR spectral regions, whereas the FIR structures are grown along the nonpolar m-axis. In all cases, we compare the characteristics of Ge-doped and Si-doped samples with the same design and various doping levels. The use of Ge appears to improve the mosaicity of the highly lattice-mismatched GaN/AlN heterostructures. However, when reducing the lattice mismatch, the mosaicity is rather determined by the substrate and does not show any dependence on the dopant nature or concentration. From the optical point of view, by increasing the dopant density, we observe a blueshift of the photoluminescence in polar samples due to the screening of the internal electric field by free carriers. In the ISB absorption, on the other hand, there is a systematic improvement of the linewidth when using Ge as a dopant for high doping levels, whatever the spectral region under consideration (i.e. different QW size, barrier composition and crystallographic orientation).
- ItemWavefunction of polariton condensates in a tunable acoustic lattice(Bristol : IOP, 2012) Cerda-Méndez, E.A.; Krizhanovskii, D.N.; Biermann, K.; Hey, R.; Skolnick, M.S.; Santos, P.V.We study the spatial coherence of polariton condensates subjected to coherent modulation by a one-dimensional tunable acoustic potential.We use an interferometric technique to measure the amplitude and phase of the macroscopic condensate wavefunction. By increasing the acoustic modulation amplitude, we track the transition from the extended wavefunction of the unperturbed condensate to a regime where the wavefunction is spatially modulated and then to a fully confined regime, where independent condensates form at the minima of the potential with negligible particle tunneling between adjacent sites.
- ItemHigh-spectral-resolution terahertz imaging with a quantum-cascade laser(Washington, DC : Optical Society of America, 2016) Hagelschuer, Till; Rothbart, Nick; Richter, Heiko; Wienold, Martin; Schrottke, Lutz; Grahn, Holger T.; Hübers, Heinz-WilhelmWe report on a high-spectral-resolution terahertz imaging system operating with a multi-mode quantum-cascade laser (QCL), a fast scanning mirror, and a sensitive Ge:Ga detector. By tuning the frequency of the QCL, several spectra can be recorded in 1.5 s during the scan through a gas cell filled with methanol (CH3OH). These experiments yield information about the local absorption and the linewidth. Measurements with a faster frame rate of up to 3 Hz allow for the dynamic observation of CH3OH gas leaking from a terahertz-transparent tube into the evacuated cell. In addition to the relative absorption, the local pressure is mapped by exploiting the effect of pressure broadening.
- ItemSpatial patterns of dissipative polariton solitons in semiconductor microcavities(College Park : American Physical Society, 2015) Chana, J.K.; Sich, M.; Fras, F.; Gorbach, A. V.; Skryabin, D. V.; Cancellieri, E.; Cerda-Méndez, E. A.; Biermann, K.; Hey, R.; Santos, P. V.; Skolnick, M.S.; Krizhanovskii, D.N.We report propagating bound microcavity polariton soliton arrays consisting of multipeak structures either along (x) or perpendicular (y) to the direction of propagation. Soliton arrays of up to five solitons are observed, with the number of solitons controlled by the size and power of the triggering laser pulse. The breakup along the x direction occurs when the effective area of the trigger pulse exceeds the characteristic soliton size determined by polariton-polariton interactions. Narrowing of soliton emission in energymomentum space indicates phase locking between adjacent solitons, consistent with numerical modeling which predicts stable multihump soliton solutions. In the y direction, the breakup originates from inhomogeneity across the wave front in the transverse direction which develops into a stable array only in the solitonic regime via phase-dependent interactions of propagating fronts.
- ItemGrowth and properties of GaAs/(In,Ga)As core-shell nanowire arrays on Si(Berlin : Humboldt-Universität zu Berlin, 2018) Küpers, HannoDiese Arbeit präsentiert Untersuchungen zum Wachstum von GaAs Nanodrähten (NWs) und (In,Ga)As Hüllen mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) mit sekundärem Fokus auf den optischen Eigenschaften solcher Kern-Hülle Strukturen. Das ortsselektive Wachstum von GaAs NWs auf mit Oxidmasken beschichteten Si Substraten wird untersucht, wobei der entscheidende Einfluss der Oberflächenpreparation auf die vertikale Ausbeute von NW Feldern aufgedeckt wird. Basierend auf diesen Ergebnissen wird ein zweistufiger Wachstumprozess präsentiert der es ermöglicht NWs mit dünner und gerade Morphologie zu erhalten ohne die vertikale Ausbeute zu verringern. Für die detaillierte Beschreibung der NW Form wird ein Wachstumsmo- dell entwickelt, das die Einflüsse der Veränderung der Tropfen Größe während des Wachstums sowie direktes des Wachstums auf den NW Seitenwänden umfassend beschreibt. Dieses Wachstumsmodell wird benutzt für die Vorhersage der NW Form über einen großen Parameterraum um geeignete Bedingungen für die Realisierung von erwünschten NW Formen und Dimensionen zu finden. Ausgehend von diesen NW Feldern werden die optimalen Parameter für das Wachstum von (In,Ga)As Hüllen untersucht und wir zeigen, dass die Anordnung der Materialquellen im MBE System die Materialqualität entscheidend beeinflusst. Die dreidimensionale Struktur der NWs in Kombination mit der Substratrotation und der Richtungsabhängigkeit der Materialflüsse in MBE resultieren in unterschiedlichen Flusssequenzen auf der NW Seitenfacette welche die Wachstumsdynamik und infolgedessen die Punktde- fektdichte bestimmen. An Proben mit optimaler (In,Ga)As Hülle und äußerer GaAs Hülle zeigen wir, dass thermionische Emission mit anschließender nichtstrahlender Rekombination auf der Oberfläche zu einem starken thermischen Verlöschen der Lumineszenz Intensität führt, welches durch das Hinzufügen einer AlAs Barrierenhülle zur äußeren Hüllenstruktur erfolgreich unterdrückt werden kann. Abschließend wird ein Prozess präsentiert der das ex-situ Tempern von NWs bei hohen Temperaturen ermöglicht, was in der Reduzierung von Inhomogenitäten in den (In,Ga)As Hüllenquantentöpfen führt und in beispiellosen optischen Eigenschaften resultiert.