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Haak, Victoria;
Dynamik und Fernfeldabstrahlung von Mikrokavitäten mit fluoreszierenden Quellen. - Ilmenau. - 47 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

In dieser Arbeit werden verschiedene strahlenoptische Modelle zur Beschreibung lumineszierender dielektrischer optischer Mikrokavitäten vorgestellt und verglichen. Dazu werden zunächst in Kapitel 3 die Strahlendynamik und Abstrahlcharakteristik dielektrischer optischer Mikrokavitäten der Limacon- und der Shortegg-Form, welche beide der chaotischen Dynamik unterliegen, mittels des strahlenoptischen Modells untersucht. Für bestimmte Brechungsindizes und Verformungsparameter lässt sich bei diesen Kavitäten eine direktionale Fernfeldabstrahlung feststellen, die durch die dann besonders günstigen Eigenschaften der instabilen Mannigfaltigkeit im stationären Regime bedingt wird. Auf dieser Grundlage wird das Modell auf lumineszierende Kavitäten erweitert. Zur Modellierung lumineszierender Moleküle im Material der Kavität werden hier zwei verschiedene Ansätze verfolgt. In Kapitel 4.1 werden diese zunächst als Strahlung emittierende Punktquellen modelliert, an denen aber weder Reflexion noch Transmission stattfinden kann. Für eine Kavität mit einem lumineszierenden Partikel ergeben sich große von dessen Position innerhalb der Kavität abhängige Unterschiede in der Abstrahlcharakteristik. Obwohl die von der Quelle emittierten Strahlen die Kavität größtenteils nach sehr kurzer Laufzeit wieder verlassen, bietet die gezielte Beeinflussung der Abstrahlung kurz nach der Anregung der Quelle durch deren Positionierung viel Spielraum für technische Anwendungen. Im Falle mehrerer Punktquellen lässt die Positionsabhängigkeit der Abstrahlcharakteristik der Quellen mit steigender Anzahl an Quellen zugunsten einer Angleichung der Abstrahlcharakteristik an die der instabilen Mannigfaltigkeit nach. Dies lässt sich gleichermaßen in der Limacon- als auch in der Shortegg-Kavität beobachten. In Kapitel 4.2 wurden im Rahmen des zweiten Ansatzes die lumineszierenden Partikel durch kreisförmige, ausgedehnte Quellen dargestellt, wobei diese als vollkommen reflektierend oder als dielektrisch betrachtet werden können und somit im Gegensatz zu den Punktquellen neben der Emission von Strahlen auch die Möglichkeit zur Reflexion und Transmission am lumineszierenden Partikel bieten. Ähnlich wie im Falle der Punktquellen stellt man auch hier eine Abhängigkeit der Abstrahlcharakteristik von der Position der ausgedehnten Quelle in der Kavität fest. Die an der Quelle stattfindende Reflexion und Transmission hat jedoch aufgrund der geringen Fläche der Quelle gegenüber der Kavität und der somit geringen Auftreffrate der Strahlen auf die Quelle kaum eine Auswirkung auf die Strahlendynamik und die Fernfeldabstrahlung. Somit liefert diese Methode nur unwesentlich andere Ergebnisse als die Modellierung der luminszierenden Partikel durch Punktquellen. Insgesamt stellt man fest, dass, sofern das konkrete Positionieren eines lumineszierenden Moleküls in einer Kavität technisch realisierbar ist, die lumineszierenden Kavitäten ein erweitertes Einsatzspektrum der optischen Mikrokavitäten als beispielsweise Mikrolaser, Sensoren oder ähnliches bieten.



Tummalieh, Ammar;
Schicht- und Oberflächenanalyse MOVPE-präparierter GaAsP-Pufferstrukturen für hocheffiziente III-V-Mehrfachsolarzellen. - Ilmenau. - 63 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Die Integration von GaAsP-Topabsorbern mit Si ermöglicht die Präparation kostengünstiger und hocheffizienter Mehrfachsolarzellen. Um die große Gitterfehlanpassung zwischen dem Si-Substrat und dem GaAsP-Absorber zu überbrücken, werden häufig eine dünne GaP-Schicht und anschließend gradierte GaAsP-Pufferschichten abgeschieden, in denen das As zu P-Verhältnis schrittweise ansteigt. Eine hochqualitative Grenzfläche zwischen den einzelnen GaAsP-Pufferschichten ist erforderlich, um die Bildung von Defekten zu minimieren. Hier wurden die atomare Oberflächenstruktur und die chemische Zusammensetzung von GaAsP-Oberflächen in Abhängigkeit von der Ausheiztemperatur nach dem Wachstum und dem As-Gehalt untersucht. Die GaAsP-Pufferschichten wurden mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie auf GaP(100)-Substraten abgeschieden und ihre Oberflächenpräparation wurde in-situ mittels Reflexionsanisotropiespektroskopie (RAS) überwacht. Präparierte GaAsP-Epischichten wurden mittels oberflächensensiblen Messmethoden im Ultrahochvakuum untersucht. Die Spannungsrelaxation der gradierten GaAsP-Pufferschichten wurde mittels hochauflösender Röntgenbeugung gemessen. Durch Einsatz einer "Overshoot Schicht" wurde eine Relaxation von etwa 94% für die GaAs50P50-Schicht erreicht, welche eine defektarme Epitaxie des GaAsP-Absorbers ermöglicht. Die Oberflächenrekonstruktion und ihre Stöchiometrie hängen von der Ausheiztemperatur nach dem Wachstum ab und es kann entweder V- oder Ga-reiche Oberfläche präpariert werden. Die bei 500˚C getemperten GaAs50P50-Proben zeigen eine Oberflächenrekonstruktion (2×4) und weisen eine As-reiche Oberfläche auf, während das Tempern bei 700˚C zu einer Ga-reichen Oberfläche führt. Des Weiteren zeigten GaAs30P70- und GaAs19P81-Oberflächen die gleiche Oberflächenrekonstruktion (2×4). Die Oberflächenpräparation kann in-situ durch ihre charakteristischen RA-Spektra optimiert werden.



Schwartzkopff, Sebastian;
Vielfach-Streutheorie zur Berechnung elektronischer Zustände. - Ilmenau. - 45 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Die Vielfach-Streutheorie hat bereits viele Anwendungen gefunden. Zum Beispiel können Schallwellen, welche sich durch poröse Medien bewegen, Licht, das von Wassertropfen in einer Wolke gestreut wird, oder auch Röntgenstrahlen, welche an einem Kristall streuen, mit dieser Theorie berechnet werden. Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Anwendung der Vielfach-Streutheorie für die Berechnung elektronischer Strukturen. Dabei wird speziell die Transmission und Reflexion, sowie die Bandstruktur einer Anordnung von Delta-Streuern mit Hilfe mehrerer für diese Zwecke erstellten Programme berechnet. Außerdem werden gestörte Streuanordnungen betrachtet, bei denen die Potentiale und Positionen der Streuer zufällig, für jeden Streuer einzeln, variiert werden.



Bosch, Martí;
Analytical and numerical studies of coupled optical microresonators. - Ilmenau. - 72 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Analyse von Lichtwellen in Systemen aus gekoppelten optischen Mikroresonatoren. Diese Analyse wird sowohl durch numerische Wellensimulationen in COMSOL durchgeführt sowie auch durch das Entwickeln eines eigenen Modells für die Approximation von Eigenfrequenzen und Eigenmoden in gekoppelten Resonatoren. Ein Vergleich zwischen Modell und Simulation liefert vergleichbare Ergebnisse. Im zweiten Teil der Arbeit wird das entwickelte Model genutzt, um ein photonisches System mit Defektzuständen zu entwickeln. Defektzustände sind nützlich für Anwendungen aufgrund ihrer räumlichen Lokalisierung sowie auch wegen ihrer spektralen Isolierung gegenüber andere Moden des Systems. Dabei wird gezeigt, dass die bis jetzt angenommene asymmetrische Rückstreuung, dass für solche Systeme als notwendig angenommen würde durch einfachere Störungen am System ersetzt werden kann.



Rahn, Jonathan;
Geometric phases of spins in polygonal loops. - Ilmenau. - 63 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

In der vorliegenden Arbeit werden Phasen von Elektronen-Spins unter- sucht, die bei zyklischen Zeitentwicklungen in Rashba-aktiven, nanoelektrischen und polygonförmigen Halbleiterschleifen auftreten. Diese Phasen setzen sich zusammen aus einem dynamischen, energieabhängigen Teil sowie einer geometrischen Aharonov-Anandan-Phase, die von geometrischen und topologischen Eigenschaften der zurückgelegten Kurve im Parameterraum des entsprechenden Hamiltonoperators abhängt. Im Zuge der Arbeit wird das Verhalten von Schleifen mit einer beliebigen Anzahl von Ecken betrachtet, hierbei wird ein Fokus auf den Grenzfall N &flech; ∞ gelegt, bei dem die Leiterschleife effektiv einem Ring entspricht. Die genutzten mathematischen Methoden sind simpel, sie beruhen im Wesentlichen auf einfachen Spin-Rotationsoperatoren, die jeweils eine Seite der Polygonschleife beschreiben und anschließend miteinander verknüpft werden, um größere Segmente und schließlich die gesamte Schleife zu modellieren. Damit kommt das Modell ohne aufwendige und umfangreiche Störungsrechnungen oder intransparente numerische Simulationen aus. Dennoch ist dieser einfache Ansatz in der Lage, die verschiedenen Phasenkomponenten voneinander zu separieren. Darauf aufbauend, konnten anschließend mithilfe des Landau-Büttiker Formalismus experimentell verifizierbare Interferenzmuster erzeugt werden.



Pause, Saskia;
Untersuchung des Wachstums aktivierter Wolkenwassertropfen in zeitabhängigen Strömungen. - Ilmenau. - 120 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Erweiterung des Verständnisses der für die Wolkenbildung wesentlichen Dynamik von Wassertropfen in turbulenten Strömungsfeldern. Das Wachstum einzelner Tropfen durch Anlagerung von Wasserdampf in einer übersättigten Umgebung wird durch das Geschwindigkeits-, Temperatur- und Wasserdampffeld bestimmt. Für die Simulation des Prozesses wird ein Programm entwickelt, welches das Tropfenwachstum möglichst numerisch effizient in einem räumlich abgeschlossenen System beschreibt. Die physikalischen Prozesse hängen wesentlich von verschiedenen äußeren Faktoren ab, deren Einfluss ebenfalls im Rahmen dieser Arbeit untersucht wird. Die chemischen Prozesse bei der Wolkenbildung werden in einem Löslichkeitsterm erfasst. Des Weiteren ist die Schwankung der Übersättigung von Bedeutung. Die Fluktuationen der Übersättigung haben ihren Ursprung in den Luftströmungen. Diese werden zunächst in einem effektiven Modell untersucht, indem zu einer konstanten Übersättigung eine periodische Schwankung bzw. ein Rauschterm auf Basis des Wiener Prozesses addiert wird. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit werden die Ergebnisse der vertieft. Dazu wird im zweiten Teil eine einfache turbulente Strömung im Fourierraum verwendet, welche eine Lösung der Navier-Stokes Gleichung ist. Die Zeitabhängigkeit der Strömung wird dabei durch Zufallszahlen beschrieben. Ein reduzierter Modensatz soll den Rechenaufwand minimieren. Dabei erhält man ein Gleichungssystem von Differentialgleichungen, welches mit einem Euler-Verfahren gelöst wird Nach dem erfolgreichen Funktionstest des Programms werden erste Simulationen durchgeführt und ausgewertet. Die Untersuchungen dieser Masterarbeit haben gezeigt, dass eine Berechnung des Tröpfchenwachstums im Fourierraum, im Vergleich zum Realraum, nummerisch effizient ist. Die Voraussetzung hierfür ist ein periodisches Geschwindigkeitsfeld, welches durch eine angemessene Anzahl an Moden darstellbar ist. Zu wenige Kopplungen erschweren die Berechnung, da die turbulente Strömung sich nur unvollständig ausbilden kann. Die große Abhängigkeit des Tropfenwachstums von hochfluktierenden Übersättigungsfeldern wird aufgezeigt. Ebenfalls zeigt sich der Einfluss des Löslichkeitseffektes auf das Wachstum der Wolkentropfen. Der Krümmungseffekt, welcher die Oberflächenspannung berücksichtigt, hat unerwarteterweise nur einen geringen Einfluss.



Photoluminescent behaviour of organo-hallide perovskite. - Ilmenau. - 38 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Organo-metallische Perovskite zeigen großen Potential was neue kostengünstige, effiziente Nutzung für Photovoltaik und Lichtemission. Die Weiterverarbeitung als Lösung ist ein großer Vorteil, auch wenn sie zunächst für inhomogene Kristallstrukturen sorgt und damit eine Reichweite an unterschiedlichen Verhalten unter Licheinsendung aufweist. Mittels Einzelmolekül-Fluoreszenzspektroskopie (SMS) wurden das Leuchtverhalten von Perovskit untersucht. SMS ist in der Lage, uns fundamentale Einblicke über das Ensemble hinweg in die Eigenschaften kleiner Raumstrukturen zu geben. Zunächst wurden Einzelmpleküle und Orte auf großen Kristallen beobachten, die zwischen bestimmen Intensitätsniveaus blinkten. Die Amplitude eines einzelnen Blinkers war so groß wie 100000 gewöhnliche Farbmoleküle, die unter denselben Bedingungen gleichzeitig an und aus gehen. Unter höherer Laserleistung hat sich die Amplitude verringert und die off-Zeit hat sich reduziert. Physikalische oder chemische Defekte fungieren als "quencher" (für Fluoreszenzlöschung verantwortliche Gebilde), die freie Ladungen einfängt und nicht-radiativ rekombinieren lässt. Des weiteren wurde eine Steigerung um bis zu drei Größenordnungen der Fluoreszenz bei größeren Kristallen mit der Zeit festgestellt. Kleinere Kristalle erreichen ihren Sättigungspunkt deutlich schneller als größere, was ein Hinweis darauf ist, dass die Kritalle über ihr ganzes Volumen hinweg Ladungsfallen enthält, die durch Licht bereinigt werden können. Auch wenn der Laser ausgestellt wird, so findet die Verringerung der Ladungsfallen trotzdem statt. Dieser Prozess ist teilweise umkehrbar, indem man z.B. die Probe unter in eine reine Stickstoffumgebung begibt. Wir vermuten, dass langsame Diffusion der Reaktionsbeteiligten wie Sauerstoff in das Kristallinnere die Ursache für diesen Effekt ist.



Hofmann, Tim;
Charakterisierung von ScxAl1-xN-Schichten für die Anwendung in der Magnetfeldsensorik. - Ilmenau : Universitätsbibliothek. - 1 Online-Ressource (IV, 59 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018

Im Titel sind "x" und "1-x" tiefgestellt

In dieser Bachelorarbeit erfolgt eine grundlegende Charakterisierung gesputterter Sc(x)Al(1-x)N-Schichten, welche als vielversprechendes piezoelektrisches Material für die Anwendung in der Magnetfeldsensorik im Bereich mikroelektromechanischer Systeme gelten. Durch die Einbindung eines bestimmten Anteils x an Scandium in die hexagonale Struktur des AlN erfolgt eine Änderung des Bindungscharakters im Materialsystem. Aus der so ansteigenden Fähigkeit der Polarisation in der Gitterstruktur resultiert ein starker piezoelektrischer Effekt, der zusammen mit einem magnetostriktiven Material als Magnetfeldsensor fungieren soll. Eine Reihe ausgewählter Sc(x)Al(1-x)N-Proben wird mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie auf ihre genaue Zusammensetzung, besonders auf den Scandiumgehalt x, untersucht. Anschließend wird in Abhängigkeit von x die Gitterkonstante c der hexagonalen Struktur mit Hilfe der Röntgendiffraktometrie ermittelt. Zudem erfolgt eine optische Charakterisierung des Materials in Form der Raman- und Infrarotspektroskopie, um einen genauen Überblick der Änderung der Schwingungsbanden in Sc(x)Al(1-x)N in Abhängigkeit von x zu gewinnen. Zusätzlich können anhand der gewonnen Daten Aussagen über die kristalline Qualität der Struktur getroffen werden. Zuletzt werden die gefundenen Ergebnisse der verschiedenen Messmethoden miteinander korreliert und verglichen. Das weiterführende Ziel im Anschluss an diese Arbeit ist die genaue Quantifizierung der piezoelektrischen Reaktion von Sc(x)Al(1-x)N in mikroelektromechanischen Sensoren. Als Grundlage hierfür und für ein genaueres Verständnis des Materialsystems Sc(x)Al(1-x)N wurde diese Bachelorarbeit angefertigt.



https://doi.org/10.22032/dbt.38304
Vererbungsanalyse zur Fehlererkennung mit graphentheoretischem Ansatz anhand des Beispiels eines Motorsteuergerätes am Modell der Ladedruckregelung. - Ilmenau. - 89 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018

In der Automobiltechnik ist die Optimierung von Motoren und anderen Systemen zu einem großen Arbeitsschwerpunkt geworden. Ein zentraler Bestandteil davon ist die Analyse von Fehlerursachen. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, ein Verfahren zur Fehlervererbungsanalyse zu entwickeln. Dies wird anhand der Ladedruckregelung eines Motorsteuergerätes durchgeführt. Das Verfahren soll ausdrücklich nicht darauf beruhen, zuerst das gesamte System zu modellieren. Stattdessen wird das komplexe System als "Black Box" betrachtet, was die Anwendung auf vollkommen andere Systeme ermöglicht. So wird zuerst mittels graphentheoretischem Ansatz versucht, die Beziehungen der Funktionen untereinander darzustellen, um grafisch Fehlerursachen in Betracht ziehen und bewerten zu können. Nach dieser Modellierung werden Messdaten von realen Messfahrten nach ihren Eigenschaften analysiert und die Zeitreihen über eine Methode der Kerndichteschätzung skaliert. Diese skalierten Zeitreihen wurden korreliert und in Form von Korrelationsmatrizen den anderen Messungen gegenübergestellt. Anhand der daraus resultierenden auffälligen Funktionen wird im Anschluss noch eine Autokorrelation und zur Beachtung nichtlinearer Abhängigkeiten die Mutual Information durchgeführt. Mit dieser Herangehensweise könnten beliebige Systeme mit unbekannter Ursache- Wirkung- Beziehung analysiert werden. Anwendungsmöglichkeiten können neben dem automotiven Sektor auch physikalische Zusammenhänge an Messapparaturen oder eine Ursachenforschung von Krankheiten sein.



Baronov, Aleksandr;
A study of [TfO] and [Tf2N] based Ionic liquids at different electrode surfaces with x-ray photoelectron spectroscopy. - Ilmenau. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

In der vorliegenden Arbeit werden die elektronische Struktur und die Molekülverteilungen von vier IFs auf Metalloberflächen diskutiert. Eine Kombination zwischen zwei Anionen ([TfO] und [Tf2N]) und zwei Kationen ([EMim] und [BMP]) führt zur Bildung von [EMIm][TfO], [EMim][Tf2N], [BMP][TfO] und [BMP][Tf2N] IFs. Als Metallsubstrate wurden Ti, Ni und Au gewählt. Durch die Verwendung von Spin-Coating wurden dünne (2 [my]m) und ultradünne (ca. 10 nm) IFs Schichten erzielt, die anschließend mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie untersucht wurden. Die temperaturabhängige Stabilität von [Tf2N] Ionen basierten IFs wurde auch in dieser Arbeit gezeigt. Darüber hinaus wurde die Stabilität aller in dieser Arbeit verwendeten IFs während der monochromatischen Röntgenstrahlung untersucht.