Studienabschlussarbeiten

Um In2O3 auch im Bereich transparenter Elektronik einsetzen zu können, muss man die Herstellung von gleichrichtenden Kontakten zu In2O3 verstehen. Behindert wird die Gleichrichtung durch eine intrinsische, hohe Elektronenkonzentration (SEAL) an der In2O3 Oberfläche. Durch reaktives Sputtern in einer Argon- und Sauerstoffatmosphäre konnten bereits gleichrichtende Schottkykontakte hergestellt werden. Ziel dieser Arbeit ist es den Mechanismus dahinter zu verstehen. Reaktive Sauerstoffspezies innerhalb des Sputterprozesses, die ähnlich wie für eine reine Plasmabehandlung bekannt den SEAL verarmen oder eine chemische Veränderung des abgeschiedenen Metalls, hier Platin, sind die vorgeschlagenen Mechanismen. Mit Photoelektronenspektroskopie und elektrischen Messungen wurden sowohl reaktiv abgeschiedenen, als auch nicht-reaktive abgeschiedene Proben untersucht, die vorab noch durch eine optionale Plasmabehandlung verarmt werden konnten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die reaktiven Sauerstoffspezies zu Beginn des Prozesses zwar den SEAL verarmen, aber die chemische Veränderung des Metalls auch notwendig ist um eine Diffusion der Sauerstoffspezies weg von der Grenzfläche zu verhindern, die für die nicht-reaktiv abgeschiedenen Proben beobachtet wurde. Demnach sind beide Mechanismen notwendig um gleichrichtende Kontakte zu In2O3 herzustellen.

Wilberforce-Pendel werden häufig in der Bildung eingesetzt um die Prinzipien gekoppelter harmonischer Oszillatoren zu veranschaulichen. Aufgrund der Kopplung seiner translatorischen und rotatorsichen Schwingung zeigt das Pendel Effekte wie Schwebungen oder die vermiedene Kreuzung seiner Normalschwingungen. Darüber hinaus ist auch ein adiabatischer Transfer von einer Schwingungsform zur anderen zu erwarten. Um diesen nachzuweisen muss bei einem Wilberforce-Pendel dessen Massenträgheitsmoment kontinuierlich verändert werden können, während es schwingt. Bislang gibt es aber kein Pendel welches dies vermag. Deshalb entwerfen und bauen wir ein neues Wilberforce-Pendel. Mit diesem weisen wir adiabatische Transfers innerhalb einzeln angeregter Normalschwingungen nach. Um beweiskräftige Daten dafür zu sammeln, messen wir die Zeitverläufe der translatorischen Schwingung.

Selbstorganisation von Objekten in begrenzten Volumina spielt eine zentrale Rolle für Prozesse in der Natur wie auch in der Industrie. In dieser Arbeit untersuchen wir, wie sich die Form von Objekten auf deren Selbstorganisation auswirkt. Wir nutzen hierfür kolloidale Superballs, submikrometergroße Partikel, deren Form zwischen der einer Kugel und einem Würfel interpoliert. Durch Einschließen von 4-9 Kolloiden in Emulsionstropfen untersuchen wir den Übergang zwischen diskreten dichtgepackten Strukturen, wie sie für perfekte Kugeln und Würfel theoretisch vorhergesagt sind. Wir zeigen, dass trotz der vorherrschenden kugelartigen Packung sogar bei runderen Superballs ein Einfluss der abgeflachten Seiten spürbar ist. Die zur Herstellung von kolloidalen Clustern angewandte experimentelle Technik erlaubt es uns, eine neue Klasse von Kolloiden zu synthetisieren: Partikel mit wohldefinierten magnetischen Bereichen. Wir stellen sogenannte Opal Balls dar, indem wir ∼ 10^10 kolloidale Partikel in mm-große Wassertropfen auf superhydrophoben Oberflächen einschließen. Hiermit zeigen wir, dass kolloidale Superballs weitreichende geordnete Strukturen bilden können, die noch weiter zu untersuchen sind. In dieser Arbeit diskutieren wir verschiedene Einflussfaktoren auf die Bildung solcher Opal Balls.

Supraleitung ist ein stetiges Thema der physikalischen Grundlagenforschung. Von besonderem Interesse sind dabei unkonventionelle Formen der Supraleitung. Das betrifft gerade die Fälle, die sich nicht direkt mit der mikroskopische Theorie nach Bardeen, Cooper und Schriefer erklären lassen. Bekanntestes Beispiel dafür stellt die Klasse der Hochtemperatursupraleiter, auch Typ-II Supraleiter genannt, dar. Allerdings tritt auch in anderen Systemen unkonventionelle Supraleitung auf. In den letzten Jahren ist die Untersuchung von Supraleiter/Ferromagnet-Systemen immer mehr in den Focus gerückt. Aufgrund des Proximity E ekts können in solchen Systemen Supraleitung und Ferromagnetismus koexistieren und das, obwohl sich beide E ekte ansonsten kategorisch ausschliëyen, da ihre Ordnungsmechanismen einander entgegenwirken. In dieser Arbeit werden Cluster aus Eisen auf einer Blei(111)-Oberfläche unter Ultrahochvakuumbedingungen aufgebracht und mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops bei einer Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur des Bleis analysiert. Das Rastertunnelmikroskop bietet die Möglichkeit, ortsaufgelöste Messungen mit einer Präzession im Ångströmbereich durchzuführen. Dabei werden Erkenntnisse über die Adsorptionscharakteristik des Eisen sowie die elektronische Struktur der Cluster erlangt. Weiterhin wird das Verhalten der Supraleitung auf und um die Eisencluster untersucht

Der Elektronenleckstrom ist eins der Hauptverlustmechanismen in AlGaN basierten Licht emittierenden Bauelementen (UV-LEDs). Dieser kann durch das Hinzufügen einer Schicht mit einer breiten Bandlücke, einer Elektronenblockschicht (EBL), in die Heterostruktur und die daraus resultierende Leitungsbanddiskontinuität, die typischerweise 0,3 bis 0,8 eV beträgt, reduziert werden. Durch das aufeinanderstapeln mehrerer Nanometer großen EBLs aufeinander, kann eine zusätzliche virtuelle Barriere (VB) für die Elektronen in den sogenannten Multiquantumbarrieren (MQB) entstehen. Es wurden numerische Untersuchungen durchgeführt um die Breite der VB in AlGaN-MQBs zu quantifizieren und die Strukturen gegenüber von Fluktuationen zu optimieren. Die Beachtung der Polarisationsfelder und die Berechnung des Bandprofils erfolgte durch die selbstkonsistente Lösung der Schrödinger- und der Poisson-Gleichungen. Die Transfermatrixmethode und die Esaki-Tsu-Stromformel wurden benutzt um die Elektronenreflexionswahrscheinlichkeiten und die Strom-Spannungs-Charakteristiken zu berechnen. Die Simulationen zeigen einen Anstieg der effektiven Elektronenbarriere von bis zu 66\% durch die Anwendung einer optimierten Al$_{0,2}$Ga$_{0,8}$N/GaN-MQB gegenüber einer Al$_{0,2}$Ga$_{0,8}$N EBL der gleichen Breite. Ansätze zur experimentellen Verifikation der VB wurden ebenfalls diskutiert.