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Type: Text × Subject: phase change materials ×

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    Multiphysics simulations of adaptive metasurfaces at the meta-atom length scale
    (Berlin : de Gruyter, 2020) Meyer, Sebastian; Tan, Zhi Yang; Chigrin, Dmitry N.
    Adaptive metasurfaces (MSs) provide immense control over the phase, amplitude and propagation direction of electromagnetic waves. Adopting phase-change materials (PCMs) as an adaptive medium allows us to tune functionality of MSs at the meta-atom length scale providing full control over MS (re-)programmability. Recent experimental progress in the local switching of PCM-based MSs promises to revolutionize adaptive photonics. Novel possibilities open new challenges, one of which is a necessity to understand and be able to predict the phase transition behavior at the sub-micrometer scale. A meta-atom can be switched by a local deposition of heat using optical or electrical pulses. The deposited energy is strongly inhomogeneous and the resulting phase transition is spatially non-uniform. The drastic change of the material properties during the phase transition leads to time-dependent changes in the absorption rate and heat conduction near the meta-atom. These necessitate a self-consistent treatment of electromagnetic, thermal and phase transition processes. Here, a self-consistent multiphysics description of an optically induced phase transition in MSs is reported. The developed model is used to analyze local tuning of a perfect absorber. A detailed understanding of the phase transition at the meta-atom length scale will enable a purposeful design of programmable adaptive MSs. © 2020 Sebastian Meyer, Dmitry N. Chigrin et al., published by De Gruyter, Berlin/Boston 2020.
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    In-situ transmission electron microscopy on high-temperature phase transitions of Ge-Sb-Te alloys
    (Berlin : Humboldt-Universität zu Berlin, 2018) Berlin, Katja
    Das Hochtemperaturverhalten beeinflusst viele verschiedene Prozesse von der Materialherstellung bis hin zur technologischen Anwendung. In-situ Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) bietet die Möglichkeit, die atomaren Prozesse während struktureller Phasenübergänge direkt und in Realzeit zu beobachten. In dieser Arbeit wurde in-situ TEM angewendet, um die Reversibilität des Schmelz- und Kristallisationsprozesses, sowie das anisotropen Sublimationsverhaltens von Ge-Sb-Te (GST) Dünnschichten zu untersuchen. Die gezielte Probenpräparation für die erfolgreiche Beobachtung der Hochtemperatur-Phasenübergänge wird hervorgehoben. Die notwendige Einkapselung für die Beobachtung der Flüssigphase unter Vakuumbedingungen und die erforderliche sauberer Oberfläche für den Sublimationsprozess werden detailliert beschrieben. Außerdem wird die Elektronenenergieverlustspektroskopie eingesetzt um die lokale chemische Zusammensetzung vor und nach den Übergängen zu bestimmen. Die Untersuchung der Grenzflächenstruktur und Dynamik sowohl beim Phasenübergang fest-flüssig als auch flüssig-fest zeigt Unterschiede zwischen den beiden Vorgängen. Die trigonale Phase von GST weist beim Schmelzen eine teilweise geordnete Übergangszone an der fest-flüssig-Grenzfläche auf, während ein solcher Zwischenzustand bei der Erstarrung nicht entsteht. Außerdem läuft der Schmelzvorgang zeitlich linear ab, während die Kristallisation durch eine Wurzelabhängigkeit von der Zeit mit überlagerter Start-Stopp-Bewegung beschrieben werden kann. Der Einfluss der Substrat-Grenzfläche wird diskutiert und die Oberflächenenergie von GST bestimmt. Die anisotrope Dynamik führt beim Phasenübergang fest-gasförmig der kubischen Phase von GST zur Ausbildung stabiler {111} Facetten. Dies erfolgt über die Bildung von Kinken und Stufen auf stabilen Terrassen. Die Keimbildungsrate und die bevorzugten Keimbildungsorte der Kinken wurden identifiziert und stimmen mit den Voraussagen des Terrassen-Stufen-Kinken Modells überein.