Ultrafast carrier dynamics studies have been carried out on samples with single layers of self-assembled In0.4Ga0.6As/GaAs quantum dots (QDs). Measurements were made using femtosecond degenerate pump-probe differential reflectivity with an 800-nm, 28-fs Ti-sapphire oscillator as the source. The QDs were grown via modified Stranski-Krastanov growth. This modified growth process consists of two steps: low-temperature growth and high-temperature annealing. Specifically, the InGaAs QD structures are fabricated on n-type GaAs(001) using molecular beam epitaxy. The InGaAs layer is deposited at 350-3700C followed by QD self assembly at 420-4900C. Finally, these QDs are capped with 10 nm or 100 nm of GaAs. The measured width and height of these QDs are typically 25 nm and 8 nm, respectively. Dots annealed at higher temperature have larger base area (width and length) and reduced height, as compared to those annealed at lower temperature. We have used a model consisting of a linear combination of an exponential decaying function to describe the carrier dynamics and fit the reflectivity data, revealing trends in the carrier capture and relaxation times associated with the InGaAs layer versus laser excitation level and QD morphology. Capture times are ~ 1 ps for the 100-nm capped samples, but slightly shorter for the 10-nm capped thin samples, indicating carrier transport plays a role in dynamics. The carrier dynamics in 10-nm capped samples are correlated with sample annealing temperature, indicating QD morphology affects carrier capture. Versus laser intensity, and thus carrier excitation level, the dynamics generally become slower, suggesting state filling is important in both the capture and relaxation of excited carriers in these samples.

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Disertacija skirta nepusiausvirųjų krūvininkų dinamikos tyrimams SiC, GaN bei deimantuose naudojant šviesa indukuotų dinaminių gardelių, diferencinio pralaidumo, diferencinio atspindžio bei fotoliuminescencijos metodikas. Taipogi pristatomos naujos sugerties koeficiento matavimo bei gyvavimo trukmės mikroskopijos metodikos. Tyrimai atlikti plačiame nepusiausvirųjų krūvininkų tankių ir temperatūrų intervale esant vienfotoniam bei dvifotoniam sužadinimui. Nustatytas stiprus krūvininkų difuzijos koeficiento priklausomumas nuo krūvininkų tankio ir temperatūros. Jis paaiškintas fononine sklaida, krūvininkų tarpusavio sąveikos procesais bei išsigimimu. Buvo nustatyta, kad netiesiatarpiuose SiC ir deimanto puslaidininkiuose prie mažų sužadinimų rekombinacija yra ribota taškiniais bei paviršiniais defektais, o GaN dominuoja rekombinacija ant tarpkristalitinių ribų. Taipogi pasireiškė netiesinis Ože rekombinacijos procesas, kuris prie žemų sužadinimų buvo sustiprintas kulonine sąveika bei susilpnintas prie didelių dėl elektron-fononinės sąveikos ekranavimo bei išsigimimo. Fotoliuminescencijos efektyvumas parodė, kad spindulinės rekombinacijos koeficientas GaN mažėja nuo sužadinimo, tuo tarpu SiC jis nuo žadinimo nepriklauso. Kompensuojančių defektų (aliuminio SiC ir boro deimante) koncentracijos ir aktyvacijos energijos nustatytos stebint jų sąlygotos sugerties įsisotinimą bei jų signalo relaksacijos spartos priklausomybę nuo temperatūros. / The thesis is dedicated to investigation of carrier dynamics in SiC, GaN and diamond by using light-induced transient gratings, differential transmittivity, differential reflectivity and photoluminescence techniques. Also new absorption coefficient measurement and carrier lifetime microscopy techniques are presented. The experimental studies were performed in a wide range of excess carrier densities and temperatures under single- and two- photon excitation conditions. Strong diffusion coefficient temperature and injection dependences were determined. They were explained by phonon scattering, inter-carrier interaction processes and degeneracy. It was determined, that in indirect-gap SiC and diamond semiconductors at low injections lifetime is limited by point and surface defects, while in GaN recombination on grain boundaries prevails. Also nonlinear Auger recombination coefficient was observed. It was Coulombically enhanced at low injections and screened at high ones. Photoluminescence efficiency revealed radiative recombination coefficient reduction with injection in GaN. On the other hand, in SiC radiative coefficient was injection independent. Compensating defect (aluminum in SiC and boron in diamond) concentrations and activation energies were determined from their absorption saturation and recovery rate temperature dependences.

<p> It has been hypothesized that some measurable properties of $Z_{DR}$ arcs in supercells may change in the minutes prior to tornadogenesis and tornadogenesis failure, and that $Z_{DR}$ arc area will change with SRH and can be used as a real-time proxy to estimate SRH. Output form the Cloud Model 1 (CM1) along with a polarimetric emulator is used to simulate $Z_{DR}$ arcs in 9 tornadic and 9 non-tornadic supercells. A random forest algorithm is used to automatically identify the $Z_{DR}$ arcs. Finally the inflow sector SRH is calculated at times when $Z_{DR}$ arcs are identified. To analyze the change in intensity and area a comparison between the average $Z_{DR}$ value inside and outside of the arc, as well as the spatial size of the arc and storm was done. Model calculated SRH is then compared to these metrics.</p> <p> </p> <p> It has also been observed that hail fallout complicates the automatic identification of $Z_{DR}$ arcs. In this study, three experiments are run where the simulated $Z_{DR}$ arcs are produced. One using all categories of hydrometeors, one where wet growth and melting of hail is excluded, and one excluding the contribution to $Z_{DR}$ from the hail hydrometeor category. The same analysis as above is repeated for all three experiments. Finally observed $Z_{DR}$ arcs are analyzed to see if these results are applicable to the real world. </p>

Das Radar mit synthetischer Apertur (Synthetic Aperture Radar - SAR) liefert eine quasi-fotographische Abbildung der beleuchteten Bodenoberfläche mit zusätzlichen Informationen, die von der gesendeten und empfangenen Polarisation der Wellen abhängig sind. Eine nützliche Anwendung der polarimetrischen SAR-Daten liegt bei der Klassifizierung der Bodenstruktur anhand der polarimetrischen Streuungseigenschaften. In diesem Zusammenhang beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Entwicklung und Untersuchung neuer polarimetrischen Fokussierungsfunktion für die SAR-Datenverarbeitung mit Hilfe der polarimetrischen Rückstreuungseigenschaft, die zu einer alternativen quantitativen Auswertung der polarimerischen SAR-Daten führen kann. Die physikalische Optik Approximation wird für die numerische Berechnung der rückgestreuten elektrischen Felder der kanonischen Ziele unter SAR-Geometrie unter Berücksichtigung der Polarisationslage verwendet. Aus den rückgestreuten elektrischen Felder werden die polarimetrischen Radarrückstreuquerschnitte berechnet. Ein SAR-Simulator wird zur Datenverarbeitung der E-SAR des DLR entwickelt. Der Ansatz des polarimetrischen Radarrückstreuquerschnittes ermöglicht die approximierte numerische Berechnung der Rückstreuungseigenschaften der kanonischen Ziele sowohl im kopolaren als auch im kreuzpolaren Polarisationsbetrieb. Bei der SAR-Datenverarbeitung werden die Rohdatensätze durch die Referenzfunktion eines Punktzieles in der Entfernungsrichtung verarbeitet. Bei der Azimutkompression werden die vier Referenzfunktionen, das heißt die Referenzfunktion eines Punktzieles, die polarimetrische Fokussierungsfunktion einer flachen Platte, die polarimetrische Fokussierungsfunktion eines Zweifach-Reflektors und die polarimetrische Fokussierungsfunktion eines Dreifach-Reflektors, eingesetzt. Die qunatitativen Auswertung der SAR-Daten werden anhand des Pauli-Zerlegungstheorems, der differentiellen Reflektivität und des linearen Depolarisationsverhältnises durchgeführt.

Ce travail étudie le rôle de la densité de trous à l’équilibre sur la dynamique des charges et de la norme de l’aimantation de (Ga,Mn)As pour des densités de manganèse et d’impuretés fixées indépendamment. Des expériences « pompe-sonde » mettent en relation les dynamiques de réflectivité et d’angle de rotation Kerr. Deux relaxations sont mises en évidence. La première traduit un échauffement variable du gaz de trous entre 1ps et 100ps. La seconde traduit une diffusion-recombinaison des charges entre 100ps et 1500ps et évolue en fonction du rapport entre extension spatiale d’états d’impuretés, piégeant les électrons photo générés, et vitesse de Fermi. Pour compléter l’approche, une étude numérique de l’état fondamental des échantillons par la théorie de la fonctionnelle de la densité relie aimantation, température et densité de trous. Elle interprète la dynamique de la norme de l’aimantation à partir d’un diagramme de phase statique correspondant aux données publiées pour (Ga,Mn)As, qui est fonction de la température et de la densité de trous. Cette dynamique se ramène à celle de la réflectivité. Ceci permet de préciser les contributions de la norme et de l’orientation de l’aimantation dans le signal dynamique de rotation Kerr. / The effects of the background hole density on the charge and magnitude of the magnetization dynamics in (Ga,Mn)As grown with independently fixed manganese and impurity densities. A pump and probe experiment monitored simultaneously the reflectivity and Kerr angle dynamics. Two relaxation steps are highlighted. First the cooling down of the charge clouds between 1ps and 100ps and second the carrier’s diffusion-recombination between 100ps and 1.500 ns. The latter depends on the ratio between the spatial extent of impurity states, which trap the photo electrons, and the Fermi velocity. To complete these experimental results, a numerical study of the ground state of the samples, using a density functional theory, relates the magnitude of the magnetization, the temperature of the carriers and the density of holes. Phase diagram are computed, and compared to already published results. We show that the magnitude of the magnetization dynamics can be fully determined from the reflectivity measurements. We conclude that it is possible to distinguish the dynamics of the magnetization magnitude and direction using the Kerr angle dynamical signal.

Das Radar mit synthetischer Apertur (Synthetic Aperture Radar - SAR) liefert eine quasi-fotographische Abbildung der beleuchteten Bodenoberfläche mit zusätzlichen Informationen, die von der gesendeten und empfangenen Polarisation der Wellen abhängig sind. Eine nützliche Anwendung der polarimetrischen SAR-Daten liegt bei der Klassifizierung der Bodenstruktur anhand der polarimetrischen Streuungseigenschaften. In diesem Zusammenhang beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Entwicklung und Untersuchung neuer polarimetrischen Fokussierungsfunktion für die SAR-Datenverarbeitung mit Hilfe der polarimetrischen Rückstreuungseigenschaft, die zu einer alternativen quantitativen Auswertung der polarimerischen SAR-Daten führen kann. Die physikalische Optik Approximation wird für die numerische Berechnung der rückgestreuten elektrischen Felder der kanonischen Ziele unter SAR-Geometrie unter Berücksichtigung der Polarisationslage verwendet. Aus den rückgestreuten elektrischen Felder werden die polarimetrischen Radarrückstreuquerschnitte berechnet. Ein SAR-Simulator wird zur Datenverarbeitung der E-SAR des DLR entwickelt. Der Ansatz des polarimetrischen Radarrückstreuquerschnittes ermöglicht die approximierte numerische Berechnung der Rückstreuungseigenschaften der kanonischen Ziele sowohl im kopolaren als auch im kreuzpolaren Polarisationsbetrieb. Bei der SAR-Datenverarbeitung werden die Rohdatensätze durch die Referenzfunktion eines Punktzieles in der Entfernungsrichtung verarbeitet. Bei der Azimutkompression werden die vier Referenzfunktionen, das heißt die Referenzfunktion eines Punktzieles, die polarimetrische Fokussierungsfunktion einer flachen Platte, die polarimetrische Fokussierungsfunktion eines Zweifach-Reflektors und die polarimetrische Fokussierungsfunktion eines Dreifach-Reflektors, eingesetzt. Die qunatitativen Auswertung der SAR-Daten werden anhand des Pauli-Zerlegungstheorems, der differentiellen Reflektivität und des linearen Depolarisationsverhältnises durchgeführt.