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DDC: 530 × Subject: thermodynamics ×

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    Switchable magnetic bulk photovoltaic effect in the two-dimensional magnet CrI3
    (London : Nature Publishing Group, 2019) Zhang, Y.; Holder, T.; Ishizuka, H.; de Juan, F.; Nagaosa, N.; Felser, C.; Yan, B.
    The bulk photovoltaic effect (BPVE) rectifies light into the dc current in a single-phase material and attracts the interest to design high-efficiency solar cells beyond the pn junction paradigm. Because it is a hot electron effect, the BPVE surpasses the thermodynamic Shockley–Queisser limit to generate above-band-gap photovoltage. While the guiding principle for BPVE materials is to break the crystal centrosymmetry, here we propose a magnetic photogalvanic effect (MPGE) that introduces the magnetism as a key ingredient and induces a giant BPVE. The MPGE emerges from the magnetism-induced asymmetry of the carrier velocity in the band structure. We demonstrate the MPGE in a layered magnetic insulator CrI3, with much larger photoconductivity than any previously reported results. The photocurrent can be reversed and switched by controllable magnetic transitions. Our work paves a pathway to search for magnetic photovoltaic materials and to design switchable devices combining magnetic, electronic, and optical functionalities.
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    Nonlinearly-enhanced energy transport in many dimensional quantum chaos
    (London : Nature Publishing Group, 2013) Brambila, D.S.; Fratalocchi, A.
    By employing a nonlinear quantum kicked rotor model, we investigate the transport of energy in multidimensional quantum chaos. This problem has profound implications in many fields of science ranging from Anderson localization to time reversal of classical and quantum waves. We begin our analysis with a series of parallel numerical simulations, whose results show an unexpected and anomalous behavior. We tackle the problem by a fully analytical approach characterized by Lie groups and solitons theory, demonstrating the existence of a universal, nonlinearly-enhanced diffusion of the energy in the system, which is entirely sustained by soliton waves. Numerical simulations, performed with different models, show a perfect agreement with universal predictions. A realistic experiment is discussed in two dimensional dipolar Bose-Einstein-Condensates (BEC). Besides the obvious implications at the fundamental level, our results show that solitons can form the building block for the realization of new systems for the enhanced transport of matter.
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    Growth kinetics, thermodynamics, and phase formation of group-III and IV oxides during molecular beam epitaxy
    (Berlin : Humboldt-Universität zu Berlin, 2017) Vogt, Patrick
    Die vorliegende Arbeit präsentiert eine erste umfassende Wachstumsstudie, und erste quantitative Wachstumsmodelle, von Gruppe-III und IV Oxiden synthetisiert mit sauerstoffplasmaunterstützter Molekularstrahlepitaxie (MBE). Diese entwickelten Modelle beinhalten kinetische und thermodynamische Effekte. Die erworbenen Erkenntnisse sind auf fundamentale Wachstumsprozesse in anderen Syntheseverfahren übertragbar, wie zum Beispiel der Laserdeposition oder metallorganische Gasphasenepitaxie. Die Wachstumsraten und Desorptionsraten werden in-situ mit Laser-Reflektometrie bzw. Quadrupol-Massenspektrometrie (QMS) bestimmt. Es werden die transparenten halbleitenden Oxide Ga2O3, In2O3 und SnO2 untersucht. Es ist bekannt, dass sich das Wachstum von Gruppe-III und IV Oxiden, aufgrund der Existenz von Suboxiden, fundamental von anderen halbleitenden Materialien unterscheidet. Es stellt sich heraus, dass die Wachstumsrate der untersuchten binären Oxide durch die Formierung und Desorption von Suboxiden flussstöchiometrisch und thermisch limitiert ist. Es werden die Suboxide Ga2O für Ga2O3, In2O für In2O3 und SnO für SnO2 identifiziert. Ein Suboxid ist ein untergeordneter Oxidationszustand, und es wird gezeigt, dass die untersuchten Oxide über einen Zwei-Stufen-Prozess gebildet werden: vom Metall zum Suboxid, und weiterer Oxidation vom Suboxid zum thermodynamisch stabilen festen Metalloxid. Dieser Zwei-Stufen-Prozess ist die Basis für die Entwicklung eines ersten quantitativen, semiempirschen MBE-Wachstumsmodells für binare Oxide die Suboxide besitzen. Dieses Model beschreibt und erklärt die gemessenen Wachstumsraten und Desorptionsraten. Es wird die Kinetik und Thermodynamik des ternären Oxidsystems (InxGa1−x)2O3 untersucht. Die gemittelten Einbauraten von In und Ga in ein makroskopisches Volumen von (InxGa1−x)2O3 Dünnschichten werden ex-situ mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie gemessen. Diese Einbauraten werden systematisch analysiert und im Rahmen kinetischer und thermodynamischer Grenzen beschrieben. Es wird gezeigt, dass Ga den In-Einbau in (InxGa1−x)2O3 aufgrund seiner stabileren Ga–O Bindungen thermodynamisch verhindert. In diesen Zusammenhang wird ein neuer katalytisch-tensidischer Effekt des In auf den Einbau von Ga gefunden. Eine Folge dieses katalytisch-tensidischen Effektes ist die Formierung der thermodynamisch, metastabilen hexagonalen Ga2O3 phase mit sehr hoher Kristallqualität. Ein thermodynamisch induziertes, kinetisches Wachstumsmodel für (InxGa1−x)2O3 wird entwickelt, mit dem sich alle makroskopischen Metall-Einbauraten und Desorptionsraten vorhersagen lassen. Mögliche (InxGa1−x)2O3 Strukturen gewachsen mit MBE werden mittels Röntgenkristallographie bestimmt. Mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse wird ein erster makroskopischer Ansatz zur Bestimmung der mikroskopischen In Konzentration X in möglichen (InXGa1−X)2O3 Phasen hergeleitet. Es werden Löslichkeitsgrenzen von In bzw. Ga in monoklinem und kubischem (InXGa1−X)2O3 bestimmt.