Berechnung der elektronischen Struktur des Einzelmolekülmagneten Fe4(OCH2)6(C4H9ON)6 mittels Dichtefunktionaltheorie. - 39 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009
In der vorliegenden Arbeit wird die elektronische Struktur des Einzelmolekülmagneten Fe4(OCH2)6(C4H9ON)6 berechnet. Zunächst wird kurz in das Themengebiet des Einzelmolekülmagnetismus eingeführt, wobei der Schwerpunkt auf den besonderen physikalischen Eigenschaften dieser Moleküle und daraus resultierenden technischen Perspektiven liegt. Im anschließenden Kapitel werden zwei Methoden zur Berechnung der elektronischen Struktur vorgestellt, die Hartree-Fock-Methode und die Dichtefunktionaltheorie (DFT). Dabei werden die Vor- und Nachteile der jeweiligen Methode besonders herausgestellt. Im dritten Teil der Arbeit werden eigene DFT-Rechnungen zum Einzelmolekülmagneten Fe4(OCH2)6(C4H9ON)6 präsentiert, bei denen v.a. die magnetische Anisotropieenergie von Interesse ist.
Simulation von Schlieren in optischem Glas. - 58 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Das Entstehen von Inhomogenitäten (Schlieren) während das Glasherstellungsprozesses kann nicht verhindert werden. Die Untersuchung dieser Strukturen mit Hilfe der Schattenmethode ist ein allgemein annerkanntes Verfahren. Diese Arbeit behandelt maßgeblich die Simulation dieser Inhomogenitäten (Schlieren) in optischem Glas. Es werden Unterschiede zwischen der zweidimensionalen und dreidimensionalen Betrachtung erläutert. Eine erste Rückrechnung konnte quantitativ erzielt werden.
Berechnung von Oberflächenplasmon-Polaritonen an Nanodrahtgittern und Metall-Halbleiter-Hybriden. - 98 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Bei einer Bestrahlung mit Licht zeigen metallische Nanostrukturen interessante Eigenschaften, die der Anregung gekoppelten Moden aus Photon und Oberflächenplasmonen, d. h. so genannten Oberflächenplasmon-Polaritonen, zuzuordnen sind. Durch eine geeignete Nanostrukturierung der Metall-Grenzfläche können die Eigenschaften dieser optischen Moden in weiten Teilen kontrolliert werden. Dadurch hat sich in den letzten Jahren ein breites Spektrum an neuen Anwendungsbereichen ergeben. Viele dieser Anwendungen sind momentan durch die außerordentlich kurze Lebenszeit der Oberflächenplasmon-Polaritonen von 10 bis einigen 100 fs beschränkt. Diese Einschränkung resultiert aus den hohen Strahlungsverlusten innerhalb der Nanostrukturen sowie aus ohmschen Verlusten im Metall. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine mögliche Strategie zur Kompensation dieser Verluste anhand eines Prototypsystems aus periodisch angeordneten Metall-Nanodrähten in Verbindung mit einem Gain-Material theoretisch untersucht. Dabei kommen verschiedene numerische Methoden zur Lösung der Maxwell-Gleichung zur Anwendung. Es zeigt sich, dass es zu einer Kompensation der Verluste der Oberflächenplasmon-Polaritonen kommt. Außerdem wird die Abhängigkeit der Kompensation der Verluste von verschiedenen Parametern untersucht. Der zweite Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses der Drahtform auf die Anregung von Oberflächenplasmon-Polaritonen. Dazu wird ein Nanodrahtsystem auf einem Polymersubstrat mit einem rechteckigen und halb-elliptischen Drahtquerschnitt aufgebracht und diese miteinander verglichen. Es wird gezeigt, dass im Falle der rechteckigen Drahtform die Moden an der Gitterunterseite und im Falle der halb-elliptischen Drahtform die Moden an der Gitteroberseite verstärkt werden. Außerdem konnte nachgewiesen werden, dass die Drahtform einen direkten Einfluss auf die Resonanzposition der Oberflächenplasmon-Polaritonen hat.
Exzitonische dielektrische Funktion von Galliumnitrid. - 102 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Galliumnitrid (GaN) ist der wichtigste Halbleiter für die kommerzielle Herstellung von blauen Leucht- und Laserdioden. Doch trotz der verbreiteten Nutzung von GaN ist die Theorie der exzitonischen Beiträge bei derWechselwirkung mit Licht unter dem Einfluss von Verspannungen und elektrischen Feldern bisher nur wenig voran geschritten. Insbesondere wurde der Einfluss der Valenzbandstruktur auf die exzitonische dielektrische Funktion in bisherigen Untersuchungen nicht berücksichtigt. Es wurden bisher ausschließlich isotrope und parabolische Bänder verwendet. In dieser Arbeit wird der Einfluss der Anisotropie, der Nichtparabolizität und der Mischung der Valenzbänder von GaN auf die dielektrische Funktion der Exzitonen in GaN sowie auf die experimentellen Größen Absorption und Reflektivität systematisch untersucht. Außerdem wird die Anisotropie des Leitungsbandes berücksichtigt. Mit Hilfe der relativen Einteilchen-Übergangsintensitäten gelingt es außerdem die Spektren des pi-polarisierten und des sigma-polarisierten Lichtstrahls zu bestimmen. Es werden experimentelle Reflektivitätsspektren mit den numerisch bestimmten Spektren verglichen und die im Experiment sichtbaren Peaks den verschiedenen exzitonischen Zuständen zugeordnet. Diese theoretisch begründete Zuordnung verbessert die Charakterisierung und Auswertung der experimentellen Daten. Da die Verspannungen, die durch das Aufwachsen von GaN auf Substraten wie Siliziumkarbid und Saphir entstehen, die Valenzbandstruktur stark beeinflussen, wurde auch dieser Einfluss auf die dielektrische Funktion untersucht. Ein anderer in dieser Arbeit diskutierter Aspekt ist der Einfluss von elektrischen Feldern auf die dielektrische Funktion der Exzitonen und auf die daraus abgeleiteten Größen Absorption und Reflektivität. Desweiteren werden Elektroreflexionsspektren aus den ermittelten Reflektivitäten zu unterschiedlichen elektrischen Feldstärken berechnet. Durch Elektroreflexionsmessungen wird nicht nur die Bestimmung innerer elektrischer Felder, sondern auch die Beobachtung von exzitonischen Einflüssen bei Raumtemperatur ermöglicht. Die durch diese Arbeit verbesserten theoretischen Erkenntnisse über die zugrunde liegenden Mechanismen der dielektrischen Funktion erlauben eine bessere Interpretation experimentell bestimmter Spektren.
Morphologieuntersuchung an P3HT/PCBM Solarzellen. - 65 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Polymere Solarzellen haben in der Vergangenheit gezeigt, dass sie trotz niedriger Wirkungsgrade gegenüber konventionellen Solarzellen wesentliche Vorteile besitzen. Diese bestehen einerseits in den geringen Produktions- und Energiekosten und andererseits in der Vielzahl von möglichen Anwendungen, die durch die Flexibilität von Substrat und den organischen Schichten gewährleistet wird. Durch die in der Vergangenheit vielfältig durchgeführten Optimierungsprozesse konnte man Wirkungsgrade von bis zu 6% erzielen, obwohl ein genaues Verständnis über die zu Grunde liegenden Prozesse bislang ausbleibt. Ein wesentlicher Einflussparameter auf die Effizienz der polymeren Solarzelle ist die Morphologie der aktiven Schicht, welche aus einer Mischung aus Donor- und Akzeptormaterial besteht. In bisherigen Arbeiten wurden meist nur Optimierungen hinsichtlich der Herstellungsparameter vorgenommen. Jedoch fehlt immer noch ein umfangreiches Verständnis darüber, welchen Einfluss diese Parameter auf die morphologischen Eigenschaften haben. Hierzu wurden in der vorliegenden Arbeit Morphologie-Eigenschafts-Korrelations-Untersuchungen vorgenommen, indem sowohl Tempertemperatur und PCBM-Konzentration systematisch variiert wurden. Die verwendeten Untersuchungsmethoden waren hierbei die optische Mikroskopie, die Rasterkraftmikroskopie, die spektrale Messung der Photolumineszenz und die der externen Quanteneffizienz, sowie die elektrische Charakterisierung mittels Strom-Spannungs-Messungen. - Aufgrund des gewählten Rasters und der beobachteten Phasenseparation konnte ein grobes Phasendiagramm erstellt werden. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Unterschiede der Mischungsmorphologie zu einer Variation des Kurzschlussstromes von einer Größenordnung beitragen. Die Entmischung von Polymer und Fulleren in zwei Phasen wurde ab 150 [Grad] C beobachtet und führt bei geeignetem PCBM-Gehalt zu einem optimalen Verhältnis zwischen Exzitonentrennung an der Grenzfläche von Polymer zu Fulleren und dem Ladungsträgertransport über Perkolationspfade zu den jeweiligen Elektroden. Des Weiteren konnte ein Zusammenhang zwischen elektrischen Parametern und morphologischen Eigenschaften hergestellt werden.
Aufbau und Untersuchung eines optisch gepumpten InGaAs/GaAs-basierten Halbleiterscheibenlasers mit resonatorinterner Frequenzverdopplung. - 101 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Die vorliegende Arbeit vermittelt einen Einblick in die Thematik der optisch gepumpten Halbleiterscheibenlaser mit externem Resonator. Nach einem einleitenden Vergleich mit ähnlichen Lasersystemen werden die physikalischen Grundlagen des Laserprozesses in niederdimensionalen Halbleiterheterostrukturen erläutert und das Funktionsprinzip der nichtlinearen Frequenzverdopplung vorgestellt. Das Hauptinteresse der experimentellen Untersuchungen galt der Maximierung der frequenzkonvertierten Ausgangsleistung im Dauerstrichbetrieb. Dabei wurde sich insbesondere mit den Auswirkungen von der Strahlqualität und dem Kühlsystem auf die Laserausgangsparameter auseinandergesetzt. Unter Verwendung eines Lithiumtriborat-Kristalls und eines speziell für die resonatorinterne Frequenzverdopplung konzipierten Resonators konnte eine Ausgangsleistung von 4,3W bei einer Emissionswellenlänge von 490nm und einer effektiven optisch-optischen Effizienz von mehr als 22% erreicht werden. Die Emissionswellenlänge war über einen Bereich von 13,5nm (9,3nm Halbwertsbreite) durchstimmbar. Basierend auf den experimentellen Ergebnissen und Anregungen aus der Literatur wird eine umfangreiche Zusammenstellung möglicher Optimierungsmaßnahmen in Bezug auf das Design der Halbleiterschichtstruktur und auf die Resonatorkonfiguration vorgestellt.
Untersuchung von Scanantrieben für ein schnelles 3D-Inspektionssystem. - 70 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009
Für die dreidimensionale Inspektion von Oberflächen mit einem Weißlichtinter&Uhaak;ferometer (Sensor) muss die optische Entfernung zwischen Sensor und Ober&Uhaak;fläche verändert werden. Während dieser Bewegung nimmt der Sensor in bestimmten Abständen Bilder auf, um echte dreidimensionale Darstellungen von Strukturen auf der Oberfläche zu erzeugen. Für diese Bewegung wurde ein Scanantrieb entwickelt, an welchen durch die interferometrische Empfindlichkeit der Messung besondere Anforderungen zu stellen sind. Es wurde ein Ver&Uhaak;suchsaufbau, basierend auf einem Granitportal, mit einem Piezostack als Hauptkomponente realisiert. - Durch verschiedene Messungen konnte das Verhalten des Antriebes untersucht und Schwachstellen des Aufbaus aufgezeigt werden. Neben der Untersuchung der Hysterese, des Kriechverhaltens und der Leistungsaufnahme wurden ver&Uhaak;schiedene Kennwerte ermittelt, wie bspw. die Steifigkeit und die Kapazität. Diese fanden zum Teil in einer Simulation Anwendung, mit welcher bei verschie&Uhaak;denen Randbedingungen die Längenänderung des Piezostacks untersucht werden konnte. Dafür wurden verschiedene Hystereseschleifen des Antriebs simuliert. - Aus den erworbenen Kenntnissen wurde für den Scanantrieb ein Aufbau&Uhaak;vorschlag abgeleitet.
Graphitisierung von Siliziumkarbid - Herstellung und Analyse. - 35 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2008
1937 bewies der angesehene theoretische Physiker Landau, dass zweidimensionale Kristalle thermodynamisch instabil sind und daher nicht hergestellt werden können. 2004 nahm Novoselov et al. einen Tesafilm und wies die Möglichkeit der Herstellung von einlagigen Kohlenstoffschichten aus Graphit nach: Graphen. Seitdem hat Graphen enorm an Aufmerksamkeit gewonnen und gehört derzeit zu den am stärksten wachsenden Forschungsthemen. Leider lässt sich Graphen nur vergleichsweise mühsam herstellen. Keines der heutzutage bekannten Verfahren ist für eine Massenproduktion geeignet. In dieser Arbeit beschäftige ich mich mit dem Vorgang der Graphitisierung von Siliziumkarbid, welcher eine vielversprechende Möglichkeit zur industriellen Herstellung von Graphen darstellt. Insbesondere untersuche ich das Verhalten der Oberfläche des Siliziumkarbids während der Graphitisierung mit Hilfe von oberflächensensitiven Methoden.
Assessment of carbon nanotubes separated by electronic type. - 88 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der quantitativen Analyse neuartiger Sortiermethoden zur Trennung von Kohlenstoffnanoröhren nach ihrem elektronischen Typ. Es werden Korrelationen zwischen Ladungstransport in Feldeffekttransistorgeometrie sowie Absorptionsspektroskopie gezeigt. Weiterhin werden Methoden präsentiert Kohlenstoffnanoröhren aus der Lösung als parallel ausgerichtete Filme auf geeigneten Substraten zu deponieren. Abschließend wird eine potentielle Anwendung dieser Filme als Dünnschichttransistoren aufgezeigt.
Entwurf, Konstruktion und Aufbau eines Messplatzes für Rheologie-Untersuchungen mit der Profile NMR-MOUSE auf Basis einer Kegel-Platte-Zelle. - 59 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2008
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Kegel-Platte-Zelle entworfen, konstruiert und auf deren Basis ein Messplatz aufgebaut, der mit Hilfe des Streufeld-NMR-Sensors "NMR-MOUSE" Experimente zur Untersuchung rheologischer und molekulardynamischer Eigenschaften komplexer Fluide unter dem Einfluss von Scherung ermöglicht. Darüber hinaus wurden verschiedene Messungen zur Einschätzung von Messeinflüssen und -fehlern durchgeführt. Zuletzt wird in der Arbeit ein erstes Experiment auf Basis von Relaxationsmessungen vorgestellt, das mit Polyacrylamid in wässriger Lösung bei verschiedenen Scherraten durchgeführt wurde.