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- ItemPath integral solutions for n-dimensional stochastic differential equations under α-stable Lévy excitation(College Park, Md : [Verlag nicht ermittelbar], 2023) Zan, Wanrong; Xu, Yong; Kurths, JürgenIn this paper, the path integral solutions for a general n-dimensional stochastic differential equations (SDEs) with α-stable Lévy noise are derived and verified. Firstly, the governing equations for the solutions of n-dimensional SDEs under the excitation of α-stable Lévy noise are obtained through the characteristic function of stochastic processes. Then, the short-time transition probability density function of the path integral solution is derived based on the Chapman-Kolmogorov-Smoluchowski (CKS) equation and the characteristic function, and its correctness is demonstrated by proving that it satisfies the governing equation of the solution of the SDE, which is also called the Fokker-Planck-Kolmogorov equation. Besides, illustrative examples are numerically considered for highlighting the feasibility of the proposed path integral method, and the pertinent Monte Carlo solution is also calculated to show its correctness and effectiveness.
- 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.
- ItemMicromotor-mediated sperm constrictions for improved swimming performance(Berlin ; Heidelberg : Springer, 2021) Striggow, Friedrich; Nadporozhskaia, Lidiia; Friedrich, Benjamin M.; Schmidt, Oliver G.; Medina-Sánchez, MarianaSperm-driven micromotors, consisting of a single sperm cell captured in a microcap, utilize the strong propulsion generated by the flagellar beat of motile spermatozoa for locomotion. It enables the movement of such micromotors in biological media, while being steered remotely by means of an external magnetic field. The substantial decrease in swimming speed, caused by the additional hydrodynamic load of the microcap, limits the applicability of sperm-based micromotors. Therefore, to improve the performance of such micromotors, we first investigate the effects of additional cargo on the flagellar beat of spermatozoa. We designed two different kinds of microcaps, which each result in different load responses of the flagellar beat. As an additional design feature, we constrain rotational degrees of freedom of the cell’s motion by modifying the inner cavity of the cap. Particularly, cell rolling is substantially reduced by tightly locking the sperm head inside the microcap. Likewise, cell yawing is decreased by aligning the micromotors under an external static magnetic field. The observed differences in swimming speed of different micromotors are not so much a direct consequence of hydrodynamic effects, but rather stem from changes in flagellar bending waves, hence are an indirect effect. Our work serves as proof-of-principle that the optimal design of microcaps is key for the development of efficient sperm-driven micromotors.
- ItemContinuous electroosmotic sorting of particles in grooved microchannels(London : Royal Soc. of Chemistry, 2017) Dubov, Alexander L.; Molotilin, Taras Y.; Vinogradova, Olga I.We propose a novel microfluidic fractionation concept suitable for neutrally buoyant micron-sized particles. This approach takes advantage of the ability of grooved channel walls oriented at an angle to the direction of an external electric field to generate a transverse electroosmotic flow. Using computer simulations, we first demonstrate that the velocity of this secondary transverse flow depends on the distance from the wall, so neutrally buoyant particles, depending on their size and initial location, will experience different lateral displacements. We then optimize the geometry and orientation of the surface texture of the channel walls to maximize the efficiency of particle fractionation. Our method is illustrated in a full scale computer experiment where we mimic the typical microchannel with a bottom grooved wall and a source of polydisperse particles that are carried along the channel by the forward electroosmotic flow. Our simulations show that the particle dispersion can be efficiently separated by size even in a channel that is only a few texture periods long. These results can guide the design of novel microfluidic devices for efficient sorting of microparticles.
- 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.
- ItemMode competition in broad-ridge-waveguide lasers(Bristol : IOP Publ., 2020) Koester, J.-P.; Putz, A.; Wenzel, H.; Wünsche, H.-J.; Radziunas, M.; Stephan, H.; Wilkens, M.; Zeghuzi, A.; Knigge, A.The lateral brightness achievable with high-power GaAs-based laser diodes having long and broad waveguides is commonly regarded to be limited by the onset of higher-order lateral modes. For the study of the lateral-mode competition two complementary simulation tools are applied, representing different classes of approximations. The first tool bases on a completely incoherent superposition of mode intensities and disregards longitudinal effects like spatial hole burning, whereas the second tool relies on a simplified carrier transport and current flow. Both tools yield agreeing power-current characteristics that fit the data measured for 5-23 µm wide ridges. Also, a similarly good qualitative conformance of the near and far fields is found. However, the threshold of individual modes, the partition of power between them at a given current, and details of the near and far fields show differences. These differences are the consequence of a high sensitivity of the mode competition to details of the models and of the device structure. Nevertheless, it can be concluded concordantly that the brightness rises with increasing ridge width irrespective of the onset of more and more lateral modes. The lateral brightness W mm-1at 10 MW cm-2 power density on the front facet of the investigated laser with widest ridge (23 µm) is comparable with best values known from much wider broad-area lasers. In addition, we show that one of the simulation tools is able to predict beam steering and coherent beam coupling without introducing any phenomenological coupling coefficient or asymmetries. © 2020 The Author(s). Published by IOP Publishing Ltd.
- ItemGraphite modified epoxy-based adhesive for joining of aluminium and PP/graphite composites(New York, NY [u.a.] : Taylor & Francis, 2020) Rzeczkowski, P.; Pötschke, Petra; Fischer, M.; Kühnert, I.; Krause, BeateA graphite-modified adhesive was developed in order to simultaneously enhance the thermal conductivity and the strength of an adhesive joint. The thermal conductivity through the joint was investigated by using highly filled PP/graphite composite substrates, which were joined with an epoxy adhesive of different layer thicknesses. Similar measurements were carried out with a constant adhesive layer thickness, whilst applying an epoxy adhesive modified with expanded graphite (EG) (6, 10, and 20 wt%). By reducing the adhesive layer thickness or modifying the adhesive with conductive fillers, a significant increase of the thermal conductivity through the joint was achieved. The examination of the mechanical properties of the modified adhesives was carried out by tensile tests (adhesive only), lap-shear tests, and fracture energy tests (mode 1) with aluminium substrates. Modification of the adhesive with EG led to an increase of the tensile lap-shear strength and the adhesive fracture energy (mode 1) of the joint. In addition, burst pressure tests were performed to determine the strength of the joint in a complex component. The strength of the joint increased with the graphite content in the PP substrate and in the epoxy adhesive.
- 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).
- ItemPhase Transitions in Low-Dimensional Layered Double Perovskites: The Role of the Organic Moieties(Washington, DC : ACS, 2021) Martín-García, Beatriz; Spirito, Davide; Biffi, Giulia; Artyukhin, Sergey; Francesco Bonaccorso, null; Krahne, RomanHalide double perovskites are an interesting alternative to Pb-containing counterparts as active materials in optoelectronic devices. Low-dimensional double perovskites are fabricated by introducing large organic cations, resulting in organic/inorganic architectures with one or more inorganic octahedra layers separated by organic cations. Here, we synthesized layered double perovskites based on 3D Cs2AgBiBr6, consisting of double (2L) or single (1L) inorganic octahedra layers, using ammonium cations of different sizes and chemical structures. Temperature-dependent Raman spectroscopy revealed phase transition signatures in both inorganic lattice and organic moieties by detecting variations in their vibrational modes. Changes in the conformational arrangement of the organic cations to an ordered state coincided with a phase transition in the 1L systems with the shortest ammonium moieties. Significant changes of photoluminescence intensity observed around the transition temperature suggest that optical properties may be affected by the octahedral tilts emerging at the phase transition.