The rules of quantum mechanics makes it possible to exchange a secret key at a distance. This is called quantum key distribution (QKD). In theory the key exchange can be made completely secure. Real QKD implementations however, has numerous imperfections. Luckily one has also been able to prove the security of QKD with a large variety of imperfections. The field of QKD has matured over the recent years, and it has now reached commercial applications with photons as the quantum bits, and optical fibers as the quantum channel. Today there are at least three commercial vendors of QKD-systems. We live in the times of quantum hacking. Researchers has begun the task of breaking the security of QKD-systems. Many new imperfections has been discovered, some of which might be used to break the security of QKD. This thesis is a study of the detector efficiency mismatch loophole. Most QKD-systems require two detectors, and it is virtually impossible to make two identical detectors with the exact same efficiency. What is worse, it turns out that the eavesdropper can often control the relative efficiencies of the two detectors trough some domain, for instance by controlling the timing, the frequency or the spacial mode of the photons. This can in turn be used by the eavesdropper to gain information about the secret key. Previously the best known attack would compromise security if the detector efficiency mismatch of about 1:15. Here the current attacks on systems with detector efficiency mismatch are improved to compromise security for a mismatch of about 1:4. This is less than the mismatch found in a commercial QKD-system, so the attack could in principle be used to eavesdrop on this QKD-system. One might try to close the loophole by modifying the implementation. One suggestion is the four state Bob. The problem is that this patch will in turn open other loopholes, and one of these loopholes reopen the detector efficiency mismatch loophole. One can remove Eves information about the key by doing a sufficient amount of extra privacy amplification. Here a general security bound is presented, quantifying the required amount of extra privacy amplification to remove Eve's information about the key. The proof is more general than the previous security proof, and is valid for any basis dependent, possibly lossy, linear optical imperfections in the channel and receiver/detectors. Since this is more realistic assumptions for a QKD-implementation, the proof represents a major step of closing the loophole in real devices.

GaAs/AlGaAs core-shell nanowires (NWs) were grown on GaAs(111)B substrates by Au-assisted molecular beam epitaxy (MBE) to investigate how different Al compositions in the shell influences the structural and optical properties of the NWs. Investigations with a secondary electron microscope (SEM) revealed that an increase in Al content leads to an increase in radial growth rate and a decrease in the axial growth rate of the AlGaAs shell. Low temperature μ-photoluminescence (PL) measurements showed that there was great improvement in the luminescence for the GaAs/AlGaAs core-shell NWs compared to GaAs NWs without shell.

This master's thesis describe electromagnetic simulations of a gallium antimonide (GaSb) light emitting diode, LED. A problem for such devices is that most of the generated light is reflected from the surface due to total internal reflection, and is therefore prevented from coupling out of the semiconductor material. Etching out a 2D photonic crystal grating on the LED surface would put aside the absolute rule of total internal reflection, and could therefore be used to increase the total transmission. The simulation method which was developed was supposed to find geometry parameters for the photonic crystal to optimize the light extraction. A set of plane waves were therefore simulated using FDTD to build an equivalent to the Fresnel equations for the photonic crystal surface. From that the total transmittance and radiation patterns for the simulated geometries were calculated. The results indicated an increase in the transmission properties of up to 70% using a square grating of holes where the holes have a radius of 0.5µm, the hole depth is 0.4µm, and the grating constant is 1µm. A hexagonal grating of holes and a square grating of isotropically etched holes were also simulated, and featured improvements on the same scale, but with different dimensions for the holes. The simulations were computationally very demanding, and the simulation structure therefore had to be highly trimmed to limit the calculation time to reasonable values. This might have reduced the accuracy of the results. Especially the optimum grating constant, and the value of the optimum improvement itself is believed to be somewhat inaccurate.

In this thesis a compact drain current model for nanoscale double-gate MOSFETs is presented. The model covers all operation regimes and bias voltages up to 0.4V. The modeling is done using conformal mapping techniques to solve the 2D Laplace equation in sub-threshold, and using a long channel model in strong-inversion. In near threshold, a quasi-Fermi level model which uses empirical constants is used to find the current. A continuous model is found by expressing asymptotes in the sub-threshold and strong inversion regimes, and combining them using a interpolation function. The interpolation function uses a parameter that is decided analytically from the near threshold calculations. The model shows good agreement with numerical simulations for bias voltages below 0.4V and channel lengths bellow 50nm.

Perfect lenses operating in the near visible spectrum has only recently been introduced, and these kind of metamaterials seem to have a large potential. One problem encountered with these perfect lenses are exceedingly large intrinsic losses, making them impractical for use in applications. This project has explored some of the limitations in using gain to compensate for these losses, specifically the effect of gain saturation has been considered. Gain saturation has been proven to limit the maximum parallel spatial frequency that can be reproduced by the lens. Even though, it has been shown that amplification has the potential to increase the resolution limit by a measurable factor. In the case of several waves traversing the lens simultanously, the critical factor is how much of the total amplitudes lies in waves close to the resolution limit. Waves with relatively small parallel spatial frequencies requires small amplifications, and those with high parallel spatial frequencies will get attenuated or reflected almost immediately, meaning both these types contribute little to gain saturation.

Au catalyst ZnO nanostructures have been grown on the a- and c-plane sapphire substrate by PLD. Influence of substrate lattice orientation, substrate surface and different substrate annealing temperature have been characterized by AFM, SEM and XRD. This report shows that a-plane sapphire substrate annealed at 1000 degree C and 1200 degree C improves the growth condition of Au catalyst ZnO nanostructures. For c-plane sapphire; annealing at 1200 degree C and 1400 degree C enhances the nanostructure growth. The better growth condition is a result of the terrace-and-step morphology seen on the substrate surface prior to growth. This report also indicates a correlation between the azimuthal in-plane alignment of the grown nanostructures and the sapphire substrate lattice orientation.

This report presents a method for fabrication of ridge-type waveguide electro-optic modulators in 500 nm thick, c-oriented, epitaxial, (Pb0.92,La0.08)(Zr0.4,Ti0.6)O3 thin films on a MgO substrate. The method is based on ordinary photolitography and wet etching techniques with lift-off metallisation of gold electrodes. To achieve good input coupling of light the device end faces were polished using diamond lapping film swith grain sizes as small as 0.5 um. Several devices with both Mach-Zehnder electro-optic modulators and phase modulators with co-planar gold electrodes and an interaction length of L = 3 mm were fabricated using this method. These modulators were used to examine the electro-optic efect in the thin films at the wavelength 1.55 um. Coherent, linearly polarised light was coupled into the waveguide end face using tapered fibres while a modulation voltage was applied to the electrodes. The phase modulators were used as intensity modulators by exciting them with light polarised 45 degrees on the optical axis and placing a linear polariser at the output. Practical modulation was achieved using voltages as low as 46 V with the phase modulators and 80 V with the Mach-Zehnder modulators. Using a numerical curve fitting technique, the measured data was fitted to a proposed theoretical model for the modulators. The model was based on Jones matrix formalism and the assumption that the electro-optic effect in the thin films corresponds with the Pockels effect. Good fits were achieved indicating that the effect is indeed a Pockels effect and estimates of the Pockels coecient r51 ranged from 4.4 pm/V to 11 pm/V depending on the device. These values were obtained under the uncertain assumption that the birefringence of (Pb,La)(Zr,Ti)O3 is 0.005. It is found that if the actual value of the birefringence is lower, then r51 will also be lower than estimated. Based on previous works the Pockels coeficient was expected to be on the order or ~102 pm/V. The low measured values of r51 and the variation between films is believed to be due to the thin films being multi domain with a domain structure created by a stochastic process.

The major issue with solar cells today, is the price per watt. To tackle this challenge several approaches are being made. One possible approach is to reduce the amount of silicon raw material used in todays wafer-based solar cells by making the wafers thinner. This approach does however bring with it another problem; much of the incident light will escape the cell before being absorbed. One possible way to solve this problem is to use a photonic crystal (PC) as a rear reflector. PCs is a periodic dielectric structure that can reflect light in a non-specular manner, which can substantially increase the optical pathlength for the light within the cell, and hence increase the probability of absorption- One such PC is the inverted opal. To make an inverted opal, one first fabricates a synthetic opal, consisting of microspheres of some kind, that can be used as a template. The gaps between the spheres of such an opal can then be filled with a suitable dielectric, e.g. silicon, and the spheres can be removed by a selective process, leaving the inverted opal structure. In this master project, opals were attempted made with Ugelstad spheres and polysterene (PS) spheres. With the Ugelstad spheres, wafer sized monolayers were made, but opals were not achieved. The PS spheres however, proved very suitable, and opals with a grain size of 150x300$mu m$ were successfully made. These opals were then partially inverted, by first filling in the gaps between the spheres with silicon, using a low temperature low pressure PECVD process, and then heating the samples to 600 degrees Celsius for 2.5 hours.

Norges første pulset laser deponerings (PLD) lab ble påbegynt høsten 2005 av NTNU i samarbeid med Sintef og ble ferdigstilt våren 2006. Pulset laser deponering brukes til deponering av komplekse oksider som SrRuO3(SRO) og BaTiO3(BTO), deponeringsmetoden til PLD er en fysikalsk fordampnings deponering. Metoden fungerer ved at pulset laserstråle slår løs targetmateriale som deponeres som en tynnfilm på et nærliggende substrat. PLD laben består av en laser, to deponeringskammere, Sintef og NTNU kontrollerer hvert sitt, optikk for styring av laserstrålen og måleutstyr som strålingstermometer og wattmeter. For å kontrollere PLD parametrene som brukes under deponering brukes det et PC program. All kommunikasjon mellom PC og kammer gjøres gjennom en hylle på RS484 protokollen. Programvare, hylle og kammer er levert av Twente Solid State Technology (TSST). Bestemmelse av vekstparameter for tynnfilmer av henholdsvis SRO og BTO ble gjennomført i begge kammerene. Karakterisering ble gjennomført på alle tynnfilmene ved hjelp av røntgendiffraksjon (XRD) og atomærkraft mikroskopi (AFM). Antall atomlag(N), avstanden mellom atomlagene(c) og full bredde halv maksimum (FWHM) verdien ble funnet ved hjelp av XRD. Ved hjelp av AFM ble kvaliteten til overflaten observert og stegstørrelsen ble bestemt. Ideell veksttemperatur i Sintef kammeret ble funnet ved at SRO tynnfilmer ble grodd ved 5 forskjellige temperaturer 600, 650, 700, 750 og 800 °C. Ut fra resultatene til denne serien ble det bestemt at tynnfilmen grodd ved en temperatur på 700 °C ga best kvalitet. Ved denne temperaturen ble en jevn terrassestruktur observert med en steghøyde på 0,356 nm. Resistansen ble målt til 76 Ω over 2 mm av tynnfilmen, resistans målningene ble foretatt ved hjelp av et multimeter. Vekstparametrene til BTO ble bestemt i NTNU kammeret. Temperaturen ble satt til 700 °C mens laserenergien og oksygentrykket ble forandret. Laserenergien måtte bli redusert med 2 halvbølgeledere for å få effekten lav slik at tynnfilmene ikke ble for tykke, laserenergien ble redusert til 0,18 W. Filmer grodd ved en laserenergi på 0,18 W og trykk på 5∙E-3 mbar produserte tynnfilmer med en jevn overflate. FWHM av BTO filmene varierte mellom 0,02° og 0,03°, som indikerte tynnfilmer av god krystallinks orden.

Metamaterialer har blitt betraktet som et kontroversielt tema siden de ble presentert som en teoretisk mulighet av Viktor Veselago i 1969. I den senere tid har det blitt verifisert at flere fundamentale prinsipper i fysikken og optikken blir reversert eller opphevet som følge av nye ukonvensjonelle egenskaper i passive metamaterialer. Metamaterialene er opphav til nye fenomener som negativ brytning, antiparallelle hastigheter, motsatt dopplereffekt, fase- og dispersjonskompensasjon og reversering av evanescente felt. Et stort antall forbedrede tekniske applikasjoner blir mulig som følge av disse fenomenene. Fellesnevneren for disse er at når naturlige begrensninger i forbindelse med materialet kan oppheves, vil en kunne gjøre store forbedringer med tanke på størrelse, effektivitet, oppløsing og kapasitet. Utfordringer Foreløpig er det en del tekniske utfordringer knyttet til produksjon av metamaterialer i enkeltfrekvenser utover mikrobølgeregionen, og for et bredt spekter av frekvenser. Flere av utfordringene er direkte knyttet til materialene som benyttes, mens andre skyldes manglende teknologi når det gjelder produksjon. Enkelte av disse utfordringene vil trolig kunne løses i nær fremtid, mens andre fremstår som større – og foreløpig uoverkommelige – hindringer. Dagens tilgjengelige metamaterialer produseres hovedsaklig med metall som en viktig bestanddel. Dette betyr at de har virkeområde i mikrobølgespekteret, og er opphav til store tap ved optiske frekvenser. For å kunne realisere metamaterialer i et bredere frekvensspekter og særlig med tanke på det synlige spekteret, er det nødvendig å finne fram til ikke-metalliske materialstrukturer. Dessuten er dagens utforskning av magnetiske metamaterialer i terrahertzspekteret fortsatt langt unna operative løsninger. En økning i spekteret som metamaterialer kan operere i kan oppnås ved en minimalisering av strukturenes byggesteiner. Dette vil øke homogeniteten for en gitt frekvens. Bruksområder I første omgang kan det forventes at metamaterialer vil bli brukt i ulike antenneapplikasjoner. Flere forskningsgrupper arbeider for tiden med å utvikle miniatyrantenner av metamaterialer. Disse vil blant annet kunne bidra til en mer effektiv trådløs kommunikasjon, slik at det for eksempel vil bli mulig å være koblet til internett til enhver tid. Dette blir mulig fordi mikroskopiske antenner kan være festet på chips og sensorer som for eksempel kan være ”online”. Dette vil imøtegå de stadig økende kravene til små mobiltelefoner og andre portable dataenheter, samt kravene til tilgjengelighet av nettverk. Det amerikanske forsvaret arbeider også med å utvikle antenner som kan være med i kampen mot terror. Evnen til å fokusere lys og andre elektromagnetiske bølger har lenge blitt betraktet som den mest lovende egenskapen med metamaterialer. Det vil blant annet kunne føre til en mer effektiv solenergiteknologi. Det vil f. eks. også være med på å øke mengden av informasjon lagret på en CD eller DVD drastisk. Usynlighet er det feltet innen metamaterialer som sannsynligvis ligger lengst unna en realisering. Likevel har usynlighet fascinert menneskene til alle tider, så den teoretiske muligheten til å skape en usynlighetskappe og andre usynlighetskomponenter gjør at temaet får mye oppmerksomhet og omtale. Kommersialisering av forskningsresultater Kommersialisering av forskningsresultater er et nasjonalt og internasjonalt satsningsområde. Det tradisjonelle skillet mellom forsknings- og utdanningsinstitusjonenes grunnforskning og næringslivets interesseområder blir svakere, blant annet på grunn av sterkere internasjonal konkurranse og et større fokus på innovasjon og nytenkning i næringslivet. Regjeringen Stoltenberg II gir i Soria-Moriaerklæringen og i Stortingsmeldingen ”Vilje til forskning” klare signaler om at de ønsker en styrket satsning på forskning og et nærere samarbeid mellom forskningsinstitusjoner og næringslivet. Kommersialisering en krevende prosess, både tidsmessig og økonomisk, og det er derfor nødvendig med en god kommersialiseringsplan for å redusere risiko og øke sjansene for suksess. Veien fra ide til et fullt ut kommersialisert produkt er lang og kronglete med mange hindringer og utfordringer i veien. Ofte dreier det seg om flere parallelle oppgaver; finne riktige partnere, etterprøve ideens bæreevne, utvikle og modne prosjektet, beskytte og markedsføre rettighetene til sine oppfinnelser samt skaffe kapital for å sette ideen i produksjon. Goldsmiths kommersialiseringsmodell Goldsmiths kommersialiseringsmodell er utviklet av professor H. Randall Goldsmith og har oppnådd internasjonal anerkjennelse som et godt redskap for å bistå kommersialiseringsprosessen for avansert teknologi. Modellen deler kommersialiseringsprosessen inn i tre hovedfaser; utredningsfasen, utviklingsfasen og kommersiell fase. De tre fasene består av hhv. 1, 3 og 2 trinn, totalt 6. I hvert trinn skal idéen(e) vurderes og videreutvikles ut fra tre perspektiver; teknologi, marked og virksomhet. Kommersialisering av metamaterialer De ulike fremtidige bruksområdene for metamaterialer er alle tidlig i en kommersialiseringsprosess. Både materialer og konkrete produkter er teoretisk mulig å fremstille, men det finnes foreløpig få prototyper. Forskningen foregår hovedsaklig ved etablerte forsknings- og utdanningsmiljøer, men det kan forventes et tettere samarbeid med aktuelle produsenter og investorer når/hvis de teknologiske hindringene løses. Sannsynligvis vil dette skje i flere miljøer samtidig, og det vil da kunne bli en sterk konkurranse om kommersialiseringen av teknologien. Markedet for en slik teknologi er enormt, og interessen vil utvilsomt være stor hos både investorer og forbrukere. Sjekklister utarbeidet med bakgrunn i Goldsmiths kommersialiseringsmodell, tilpasset kommersialisering av metamaterialer, vil kunne brukes som et rammeverk og en veileder i forbindelse med en slik kommersialiseringsprosess.