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Stiehm, Noah;
Density functional theory calculations for interpretation of ultra-fast charge carrier dynamics in gallium phosphide. - Ilmenau. - 42 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Mit der neu entwickelten Methode der zeitaufgelösten spektroskopischen Ellipsometrie im Femtosekundenbereich mit einem pump-probe Verfahren ist es möglich Modelle der spektral- und zeitaufgelösten dielektrischen Funktion einer Probe zu erstellen. Das Experiment wird beschrieben und ein Ansatz zur Identifizierung von Phänomenen, die durch Ladungsträgerdynamik auf ultrakurzen Zeitskalen verursacht werden, wie z.B. Pauli blocking, Relaxation und Intraband-Tunneling, wird entwickelt. Mithilfe von Dipolmatrixelementen und der Joint Density of States, die aus DFT Rechnungen mit einer modifizierten Version des QUANTUM ESPRESSO Codes gewonnen werden, werden die Freiheitsgrade in der Beschreibung der transienten Signale in der zeitabhängigen dielektrischen Funktion effektiv auf die Besetzungszahlen eingeschränkt. Somit ist es möglich, mithilfe der ermittelten transienten dielektrischen Funktion, Bewegungen von Populationen angeregter Elektronen durch die Bandstruktur via Inter- und Intrabandübergängen zu identifizieren. Die vorgestellte Methode wird verwendet um qualitativ die transiente dielektrische Funktion von Galliumphosphid zu analysieren, und es werden Anzeichen für einen schnellen Γ &flech; 𝑋 Tunnelprozess gefunden.



Charakterisierung von GaP durch spektrale Standard- und Pump-Probe-Ellipsometrie. - Ilmenau. - 58 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

In dieser Masterarbeit soll eine herkömmlich hergestellte Galliumphosphid- (GaP) Probe durch spektrale Standard- und zeitaufgelöste Pump-Probe Ellipsometrie charakterisiert werden. Bei GaP handelt es sich um ein Halbleitermaterial. Es sollen dessen elektronische Eigenschaften vor dem Hintergrund untersucht werden, dass GaP für die solare Wasserspaltung in einer photoelektrochemischen Zelle (PEC) eingesetzt werden soll. Die Bedingungen für die Entwicklung einer PEC werden in dieser Arbeit kurz erläutert. Durch die Erstellung eines entsprechenden Modells bestehend aus Oszillatoren können die ellipsometrischen Messungen ausgewertet und die dielektrische Funktion (DF) der Probe bestimmt werden. Für die zeitaufgelöste Messung wird die DF für jeden einzelnen Zeitschritt bestimmt und in den einzelnen Oszillatoren des Modells werden Änderungen der DF aufgrund von Absorptionsprozessen bei bestimmten Energien deutlich. Besonderes Augenmerk wird in dieser Arbeit darauf gelegt, diese Absorptionsprozesse Übergängen und Prozessen in der Bandstruktur von GaP zuzuordnen. Dafür werden die Oszillatorverläufe mit durch DFT berechneten Übergangswahrscheinlichkeiten und Energien der Bandstruktur von GaP verglichen. Für die spektrale Standard-Ellipsometriemessung wurde ein WVASE32 Ellipsometer verwendet. Die zeitaufgelösten Pump-Probe Ellipsometriemessungen wurden mit einem umfangreicheren Messaufbau durchgeführt, der in der Arbeit näher erläutert wird.



Seyfarth, Jakob;
Modellierung des Absorptionspektrums eines Dünnschichtstapelsystems. - Ilmenau. - 54 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

In der Bachelorarbeit wird das optische Verhalten und im speziellen das Absorptionspektrums eines Dünnschichtstapelsystems untersucht und modelliert. Hierfür wurden zu Beginn vorliegende Messungen und Eigenschaften sowie Literaturwerte verwendet. Die mit Transfermatrizen aufgestellte Simulation des optischen Verhalten mit diesen Werten wurde für eine qualitative Betrachtung verwendet. Die Abhängigkeit einzelner Parameter wurde somit erkenntlich und wichtige Schichteigenschaften wurden anschließend mittels Ellipsometrie gemessen. Anschließend fand eine Einbeziehung dieser Messwerte und eine Betrachtung der Ergebnisse statt.



Rothe, Karl;
Rasterkraftmikroskopie mit CO-funktionalisierten Spitzen an atomar manipulierten Phthalocyanin-Molekülen auf Ag(111). - Ilmenau. - 38 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

In dieser Masterarbeit werden Phthalocyaninmoleküle über kombinierte Tieftemperatur- Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskopie mit CO-terminierten Spitzen unter Ultrahochvakuumatmosphäre auf einer Ag(111)-Oberfläche untersucht und hinsichtlich einer zuvor erfolgten spitzeninduzierten atomaren Manipulation charakterisiert. Über atomweise Entfernung des pyrrolischen Wasserstoffs aus dem molekularen Makrocyclus werden zwei weitere Modifikationen der Phthalocyaninmoleküle erzeugt. In topografischen Abbildungen mit submolekularer Auflösung wird eine Veränderung der Adsorptionsgeometrie aufgrund der Dehydrogenierung sichtbar, welche aus der Bindung der zentralen pyrrolischen Stickstoffatome zur Oberfläche resultiert. Die ortsaufgelöste Rasterkraftspektroskopie der chemischen Phthalocyaninstruktur mit Hilfe der CO-terminierten Mikroskopsonde zeigt die Zunahme der attraktiven Wechselwirkung zum Zentrum des Makrozyklus für alle Molekülspezies. Für die vollständig dehydrogenierten Phthalocyanine ist dieser Effekt besonders stark ausgeprägt. Die durch Rechnungen vorhergesagte Absenkung des zentralen molekularen Bereichs in Richtung Oberfläche lässt sich experimentell durch das Verschieben des Punktes maximaler Attraktion nachweisen.



Zier, Maximilian;
Berechnung und Simulation eines kapazitiven Mikrosystems. - Ilmenau. - 127 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung eines allgemeingültigen Analyseprozesses für die mechanische Untersuchung eines kapazitiven MEMS-Kraftsensors der 5microns GmbH, der auf die Verwendung kostenintensiver FEM-Lizenzen verzichtet. Dabei beschränken sich die Betrachtungen auf den durch Federn aufgehängten Teil des MEMS-Kraftsensors. Der vorliegende Entwurf wurde schrittweise mithilfe der Software GMSH partitioniert, vernetzt und diskretisiert. Anschließend erfolgte die Untersuchung der resultierenden Struktur auf mechanische Deformationen und auftretende mechanische Spannungen mithilfe einer innerhalb des FEM-Programms FreeFEM++ individuell entwickelten und angepassten Simulationsroutine. Parallel dazu wurde die numerische Lösung mit unterschiedlichen analytischen Abschätzungen verglichen, die sich aufgrund abnehmender Vereinfachung hinsichtlich ihrer Komplexität und Übereinstimmung voneinander abgrenzen. Die bisher verwendete analytische Dimensionierung trifft nicht zu und unterschätzt auftretende Deformationen und mechanische Spannungen. Deshalb wurde mithilfe des entwickelten Analyseprozesses der Einfluss der einzelnen geometrischen Abmessungen untersucht und in Kombination mit einer verringerten Zielauslenkung ein verbessertes Design erarbeitet. Nach diesem erreicht der Sensor eine Auslenkung von 50 [my]m bei einer maximalen mechanischen Spannung von 266 MPa. Dies entspricht bei der gleichen wirkenden Kraft von 100mN einer Absenkung der Auslenkung um 60 μm bei gleichzeitiger Minimierung der mechanischen Belastung um rund 260 MPa im Vergleich zum ursprünglichen Entwurf.



Stoß, Christian;
Eine Datenanalyse am ATLAS Detektor für die Suche nach Instantonen in der Quantenchromodynamik. - Ilmenau. - 42 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Das Standardmodell der Teilchenphysik vereinheitlicht drei der vier fundamentalen Wechselwirkungen und ist die präziseste Theorie, die wir in der Physik haben. Trotz ihrer großen Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen enthält sie bisher noch ungeklärte Fragen. Beispielsweise kann die Materie-Antimaterie Asymmetrie nicht erklärt werden. Eine mögliche Lösung könnten Instantonen sein. Dabei handelt es sich um nicht-störungstheoretisch beschreibbare Pseudoteilchen, die von einem Vakuumzustand in der Yang-Mills Theorie in einen anderen tunneln können. In der starken Wechselwirkung, welche durch die Quantenchromodynamik beschrieben wird, könnten solche Instantonen entstehen und anschließend in Gluonen, rechtshändige Quarks und linkshändige Antiquarks zerfallen. Bisher gibt es jedoch keinen experimentellen Nachweis für die Instantonenlösung. Deshalb wird in dieser Arbeit eine Suche nach Instantonen in der Quantenchromodynamik mit einer invarianten Masse von etwa 50 GeV mithilfe von Daten des ATLAS Detektors durchgeführt. Dazu werden mittels einer Monte-Carlo Simulation über das mögliche Verhalten von Instantonen innerhalb des ATLAS-Detektors Observablen gesucht, bei denen sich die Instantonensimulation wesentlich von dem ebenfalls simulierten soft-QCD Hintergrund unterscheiden. Durch Abgleich mit den Daten des ATLAS, welche eine Luminosität von L = 10^34 cm-2 s-1 haben, kann eine Ausschlussgrenze für die Existenz von Instantonen angegeben werden, oberhalb der Instantonenevents in den gemessenen Daten auszuschließen sind. Außerdem wird mithilfe der Methode der kleinsten Quadrate der wahrscheinlichste Bereich ermittelt, in denen Instantonenevents innerhalb der Daten zu erwarten sind. Damit kann innerhalb dieser Arbeit ein weiterer Hinweis auf die Existenz von Instantonen in der Quantenchromodynamik gefunden und ein Bereich, der sich für weitere Analysen eignet, identifiziert werden.



Kögler, Maximilian;
Strain tuned electronic properties of the transition metal dichalcogenide 2H-NbSe2 : an angle resolved photoemission spectroscopy study. - Ilmenau. - 72 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Um mit den anhaltend gesteigerten technologischen Anforderungen Schritt halten zu können, müssen quantenphysikalische Effekte verstanden und auf spezielle Anwendungen zugeschnitten werden. Materialien, die Quanteneffekte beherbergen, nennt man Quanten Materialien. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einem Vertreter dieser Quanten Materialien, nämlich dem Übergangsmetalldichalkogenid (TMDC) NbSe2. In NbSe2 stellen die elektronischen Eigenschaften ein Produkt des Zusammenspiels aus zweidimensionalem Charakter, Kristallsymmetrien und gigantischer Spin-Bahn-Kopplung (SOC) dar. Zunächst wird eine Methode vorgestellt, NbSe2 einachsig entlang einer Hauptsymmetrierichtung zudehnen. Anschließend dient winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie (ARPES) zur direkten Bestimmung von dehnungsinduzierten Änderungen in seiner elektronischen Bandstruktur. Das hier durchgeführte Experiment wird zum Verständnis der beinhalteten Mechanismen beitragen und dadurch maßgeschneiderte Strain- und Spintronik-Anwendung aus Übergangsmetalldichalkogeniden weiter vorantreiben.



Schulte, Stefan;
Tuning Yu-Shiba-Rusinov resonances by single-molecule chemistry in a scanning tunnelling microscope. - Ilmenau. - 49 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Mithilfe der Spitze eines Rastertunnelmikroskops werden chemische Reaktionen an einzelnen organischen 5,10,15,20-Tetrakis(4-bromphenyl)-porphyrin-Co Molekülen, die auf einer supraleitenden Pb(111) Oberfläche adsorbiert sind, ausgelöst. Es werden zwei chemische Reaktionen, die Dehalogenierung sowie die Dephenylierung der Moleküle, durchgeführt. Die chemische Zusammensetzung der Reaktionsprodukte sowie ihre jeweilige Adsorptionsgeometrie auf der Oberfläche werden anhand von Molekülorbitalspektren identifiziert. Spektren des differentiellen Leitwerts der supraleitenden Zustandslücke dienen dazu, die Wechselwirkung des magnetischen Moments der Moleküle mit der supraleitenden Oberfläche zu untersuchen. Intakte und dehalogenierte Moleküle zeigen keine Wechselwirkung dieser Art. Vollständig dephenylierte Moleküle jedoch weisen Yu-Shiba-Rusinov-Zuständen innerhalb der supraleitenden Zustandslücke auf, die aufgrund einer Kopplung des magnetischen Moments mit Cooper-Paaren des Substrats entstehen. Die energetische Position der Zustände sowie ihr spektrales Gewicht deuten auf eine schwache Wechselwirkung mit der Oberfläche hin. Das magnetische Moment der vollständig dephenylierten Moleküle wird auf das Auftreten eines unbesetzten Molekülorbitals zurückgeführt. Die Kohärenzlänge und der Fermi Wellenvektor des Substrats sind als charakteristische Längen in der räumlichen Abschwächung der Yu-Shiba-Rusinov-Zustände erkennbar.



Tayo, Joel;
Oberflächenuntersuchungen an den ionischen Flüssigkeiten EMIm[Tf2N] und BMP[Tf2N] in Verbindung mit Li[Tf2N] und dem Zwitterion Vinyl-Im(C3)-SO3. - Ilmenau. - 98 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Die chemische und elektronische Struktur der Oberfläche von Elektrolyten wurde mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) analysiert. Die untersuchten Elektrolyte bestehen aus einer ionischen Flüssigkeit (IL), in der ein oder zwei Salze aufgelöst sind. Als Lösungsmittel wird entweder EMIm[Tf2N] oder BMP[Tf2N] verwendet. Binäre Elektrolyte entstehen durch das Mischen einer IL mit unterschiedlichen Konzentrationen des Lithiumsalzes Li[Tf2N]. In den binären Proben wurde eine Anreicherung von Lithium bestätigt. Diese tritt ab einer Konzentration von 0,2 M Li[Tf2N] in BMP[Tf2N] und ab 0,5M Li[Tf2N] in EMIm[Tf2N] auf. Es wurde nachgewiesen, dass binäre Elektrolyte mit EMIm[Tf2N] für Salzkonzentrationen ≥ 0,5M nicht stabil gegenüber der monochromatischen Al-Kα Röntgenstrahlung sind. In ternären Systemen wurden das Lithiumsalz Li[Tf2N] und das zwitterionische Salz Vinyl-Im(C3)-SO3 in jedem IL aufgelöst. An der Oberfläche der ternären Proben mit BMP[Tf2N] konnte kein Zwitterion nachgewiesen werden und es wurde eine Anreicherung von Lithium beobachtet. An der Oberfläche der anderen ternären Proben wurde kein Lithium nachgewiesen und die Anhäufung von Zwitterionen wurde bestätigt.



Bohlemann, Chris Yannic;
FTIR-Untersuchungen an Arsen-terminierten Silizium(100)-Oberflächen. - Ilmenau. - 48 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Die Ober- und Grenzflächen spielen eine zentrale Rolle für die Funktionsweise von Bauelementen der Optoelektronik sowie der Micro- und Nanotechnologie. Die Arsen-terminierte Silizium(100)-Oberfläche, die als virtuelles Substrat für das Aufwachsen von optoelektronischen Anwendungen wichtiger direkter Halbleiter verwendet werden kann, ist ein Beispiel dafür. In dieser Arbeit wurde diese Oberfläche erstmals mit polarisationsabhängiger Fourier-transformierter Infrarotspektroskopie untersucht. Hierbei konnte durch die Kombination mit RAS-, LEED- und XPS-Messungen die Anwesenheit von Monohydriden an asymmetrischen As-Si-Dimeren nachgewiesen und ein bereits vorhandenes Modell der Oberfläche angepasst werden. Des Weiteren wurde eine bisher unbekannte, durch oberflächennahes Arsen verursachte Absorptionsbande zwischen 2272 1/cm und 3000 1/cm gefunden.