Dielektrische photonische Kristalle ermöglichen die Manipulation der Ausbreitungsrichtung von Licht. Aufgrund der breiten spektralen Transparenz von Dielektrika sind solche Strukturen besonders in den Gebieten der Optik und Photonik von großem Interesse. Periodische Strukturen – periodische Änderungen des Brechungsindex – können in mehreren Raumrichtungen implementiert werden, so dass sie von einfachen 1D-Systemen wie ein DBR-Spiegel bis hin zu komplexen 3D-Systemen realisiert werden können. Der Aufwand der Herstellung derartiger Strukturen wächst mit der Anzahl der Dimensionen. Konventionell werden diese Strukturen mittels Elektronen- und Ionenstrahllithographie erzeugt. Diese Methoden rufen starke Aufladungseffekte des Dielektrikums hervor. Diese Problematik führt im Allgemeinen zu erheblichem Mehraufwand, was auch zu deutlich größeren Prozesszeiten führt. In dieser Arbeit liegt der Fokus auf einer neuartigen Methode, die zeitlich geformte Femtosekundenlaserpulsen verwendet. Mit dieser Methode lässt sich die genannte Problematik umgehen. Die neuartige Herstellungsmethode wird in dieser Arbeit mit den konventionellen Methoden verglichen. Als Vergleichsstruktur wird das Design eines Fanofilters umgesetzt. Es werden unterschiedliche Tiefenprofile der Strukturen mit Durchmessern im Bereich 400nm bis 1200nm bei einer Tiefe von bis zu mehr als 8 μm realisiert, wodurch sich Aspektverhältnisse von bis zu 17 ergeben. Dabei entstandene tiefe Kanäle im Substrat erreichen im Mittel einen Durchmesser kleiner 300nm. Die Charakterisierung dieser Strukturen erfolgt im Wesentlichen durch Querschnittsanalyse mittels Ionenfeinstrahlanlage und ein polarisationsselektiver InP-Filter wird spektral analysiert.
Aktualisiert: 2023-01-12
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Schon seit vielen Jahrhunderten begeistern sich die Menschen für Magnetismus und dessen vielseitige Anwendungen in Wissenschaft und Technik. Eines der Teilgebiete, die Magnonik, beschäftigt sich dabei mit der Erzeugung und Manipulation von Quasi-Teilchen namens Magnonen, welche in Materialien mit magnetischer Ordnung häufig in Form von Spinwellen auftreten. Diese weisen sowohl interessante fundamentalphysikalische als auch technologische Aspekte auf. So erlauben es Magnonen Information ohne tatsächliche Elektronenbewegung, sondern nur durch Präzession magnetischer Momente zu übertragen. Im Rahmen dieser Dissertation wurden Spinwellen mit Hilfe von zeitaufgelöster Röntgenmikroskopie untersucht. Durch elementspezifischen und quantitativen Kontrast können Magnonen dabei auf den Größenskalen der fundamentalen physikalischen Wechselwirkungen untersucht werden. Dies erlaubt es nicht nur magnonische Bauteile direkt im Betrieb abzubilden, sondern vertieft darüber hinaus das Verständnis der physikalischen Wechselwirkungen auf der Nanoskala.
Aktualisiert: 2023-05-02
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Ziel der vorliegenden Arbeit war es, kristalline, nano- oder mikrostrukturierte Metalloxide mit anisotroper Morphologie herzustellen oder durch Exfolation zu gewinnen, und diese mit Nanopartikeln edler Metalle bzw. Metalloxiden zu modifizieren, damit diese für die (Photo-)Katalyse oder andere Prozesse einsetzbar sind. Dafür mussten Zielverbindungen identifiziert sowie deren Synthese geplant und durchgeführt werden. Für die Verwendung der Metalloxide in der Photokatalyse war es das Ziel, durch die Kontrolle der Keimbildungs- und Keimwachstumsprozesse ein einheitliches Partikelwachstum zu induzieren und die Kristallisation der Keime zu gewährleisten. So wurden hochkristalline Molybdate und Wolframate (β-Ag2MoO4, β/γ-Ag2WO4, β-SnMoO4, β-SnWO4) in verschiedenen, neuen Morphologien erhalten (Tetraeder, gekappte Tetraeder, Oktaeder, gekappte Oktaeder), deren Bandlücken im sichtbaren Bereich des Lichts liegen. Ein teilweiser Austausch des komplexen Anions kann zur weiteren Anpassung der Bandlücke an das Sonnenspektrum genutzt werden. Ein solcher Austausch zur Verkleinerung der Bandlücke von 3,4 auf 2,3 eV konnte am Beispiel von Ag2MoO4 zu Ag2Cr0,05Mo0,95O4 hier durchgeführt werden.
Für die Verwendung in der Katalyse und der Sensorik wurden verschiedene Schichtoxide zu Nanoröhrchen (Titanate, VOx) exfoliert. Die durch Exfolation erreichte hohe spezifische Oberfläche im Vergleich zum Volumenmaterial war dabei ein für die Katalyse wichtiger Faktor. Die katalytische Aktivität in der H2O2-Direktsynthese wurde an Titanat-Nanoröhrchen (TNR) mit Palladium in Flüssigphase bei Raumtemperatur getestet (PD Dr. Silke Behrens, IKFT, KIT), wohingegen die CO-Oxidation in katalytischen Tests an TNR-Pt bei 400 °C in der Gasphase erprobt wurde (Dr. Maria Casapu, Prof. Dr. Jan-Dierk Grunwaldt, ITCP, KIT). Weiterhin zeigen die palladium-modifizierten VOx-Nanoröhrchen katalytische Aktivität in der selektiven katalytischen Reduktion von NO mit H2 (Dr. Patrick Lott, Prof. Dr. Olaf Deutschmann, ITCP, KIT) mit einem Umsatz von 40 % NO zwischen 200 und 300 °C. In allen Fällen waren die katalytischen Tests erfolgreich und zeigten mit den besten Werten der Literatur vergleichbare Aktivitäten.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Thema dieser Arbeit ist die systematische Untersuchung der Mehrstrahlinterferenz für die direkte Strukturierung von Materialien durch Laserablation. Im ersten Schritt wird eine theoretische Analyse der Anforderungen für den direkten Abtrag vorgenommen. Im nächsten Schritt wird als Bindeglied zwischen Theorie und Experiment ein Messverfahren zur Bestimmung des effektiven Interferenzkontrastes entwickelt. Anschließend wird die experimentelle Strukturierung von verschiedenen Materialien untersucht.
Aktualisiert: 2021-07-10
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