Les cristaux de KDP (KH2PO4) et de DKDP (K(H1-xDx)2PO4) sont largement utilisés pour leur propriété optique non linéaire comme convertisseur de fréquence ou cellule de Pockels. Le développement d’un système de croissance rapide par circulation de solution sous conditions stationnaire permet d’obtenir des cristaux de DKDP plus rapidement avec une distribution en deutérium homogène. Cependant, les premiers optiques obtenus par ce système montrent de fortes perturbations optiques en cartographie de surface d’onde ainsi que du crazing (formation de fissure sur le surface résultant d’un échange isotopique entre H/D).pouvant rendre leur utilisation problématique. Des défauts structuraux en topographie des rayons X ainsi qu’un abaissement de surface de 100 nm (mesuré en microtopographie de surface) ont été observés et sont corrélés par leur localisation avec les perturbations optiques. Cette localisation, identifiée comme étant le secteur vicinal shallow, est également la partie du cristal subissant le plus fort échange isotopique H/D. De plus, il a été montré récemment que le crazing pouvait être provoqué par la présence d’impuretés silicate s’incorporant dans une partie spécifique du cristal, le secteur shallow. Afin de déterminer qui, de l’incorporation d’impureté ou de l’échange isotopique, est responsable des défauts observés, des mesures similaires ont été réalisées sur une lame de KDP. Des perturbations optiques et des défauts structuraux ont également été observés, traduisant le fait que le deutérium exacerbe certains défauts, tel que l’abaissement de surface, mais n’en est pas l’origine. L’incorporation d’impureté dans le secteur shallow est donc l’hypothèse retenue quant à l’origine des perturbations optiques. Afin d’améliorer la qualité des optiques, les paramètres de croissance tels que la température, la sursaturation et le pH ont été modifiés pour identifier des conditions optimales de croissance, sans défauts structuraux ni perturbations optiques. Les topographies aux RX des cristaux obtenues dans les différentes conditions testées, montrent qu’une croissance avec un pH acide présente des qualités optiques prometteuses. Parallèlement, des mesures en ICP-MS ont été réalisées afin d’identifier l’impureté s’incorporant dans le secteur shallow, révélant une corrélation possible entre concentration en calcium et contraste en topographie aux RX. / KDP (KH2PO4) and deuterated DKDP (K(H1-xDx)2PO4) crystals are widely used for their nonlinear optical properties as frequency converters or Pockels cells. The development of a system for rapid growth under stationary conditions led to obtain DKDP crystals in shorter time with homogeneous distribution of deuterium. However, the first uncoated optics cut from DKDP crystals grown with such system showed significant perturbations of the laser wave front (optical distortions) as well as crazing (formation of cracks on the surface due to the isotopic H/D exchange), which may render problematic the utilization of these crystals as optics for high energy lasers. Recently, it has been shown that crazing could be promoted by the presence of silicate impurities incorporated into specific parts of the crystal: the vicinal sectors, shallow. To obtain DKDP crystals with optimal optical properties it was thus of major importance to determine the origin of the optical distortions, their eventual correlation with crazing and identify the mechanism responsible: nature of impurity, its gradient between sectors and what part does the isotopic composition play. We have confirmed for KDP the direct correlations observed in DKDP between vicinal sectors, contrasts in X-ray topography and optical distortions. Complications specific to DKDP related to deuterium losses were observed: crazing and surface alteration takes place only in the vicinal sectors previously identified. So even if inhomogeneous deuterium losses in DKDP may cause optical distortion by itself and should thus be avoided in coated optics, other causes exist. Hence, gradients of traces impurities inside the crystal appear to be at the origin of several phenomena leading to optical distortions. To improve optical quality, growth parameters, as temperature, supersaturation and pH, are modified to identify optimal conditions. X-ray topography obtained for each parameters demonstrate that a crystal grown at acid pH havs a very low density of defects. Simultaneously, ICP-MS is used to identify impurity incorporating inside vicinal sector shallow, revealing a correlation between Ca2+ concentration and structural defects in X-ray topography.

This thesis establishes methods to locally and effciently detect the fluorescence from photonic crystals (PCs) in dependence on wavelength and direction. These are applied to three dimensional (3D) PCs grown by vertical deposition of polystyrene beads. The experiments allow conclusions about the local 3D structure of a sample, about defects in its volume and about spatial structural variations. They thus provide more information than typical spectroscopy measurements that average over large areas and methods that only image the surface structure like scanning electron microscopy. A focused laser is used to excite emitters in the sample only locally. The fluorescence is then collected by a microscope objective. Every point in this objective’s back focal plane (BFP) corresponds to a certain direction. This property is utilized in two ways. When observing a small spectral range of the emission in the BFP, stop bands appear as intensity minima since they hinder the emission into the corresponding directions. Thus, back focal plane imaging (BFPI) allows to visualize stop bands of many directions at the same time. The detected patterns permit to find the in-plane and out-of-plane orientation of the PC lattice and to conclude on the presence of stacking faults. Spatial variations of the structure are observed on a length scale of a few micrometers. The depth of the stop band is reduced at sample positions, where structural changes occur. In back focal plane spectroscopy (BFPS), a slit selects light from certain points in the BFP, which is spectrally dispersed subsequently. This allows to record spectra from many directions simultaneously. From them, a lattice compression along the sample normal of about 4% is found. Small deformations are also observed for other directions. Scattering at defects redistributes the emission. This increases the detected intensity compared to homogeneous media at some stop band edges in a broad spectral range for samples thicker than the scattering mean free path. Thinner samples show a narrow enhancement due to an increase in the fractional density of optical states and thus in emission. BFPI and BFPS are also used to observe the growth of PCs from drying droplets. The experiments show that the beads initially form a non-close packed lattice. This causes stress as the lattice constant decreases, which is released by cracking of the PCs.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den Untersuchungen zum Einfluss der Züchtungsbedingungen auf die Eigenschaften von multikristallinen (mc) Silizium-Kristallen. Im Mittelpunkt stehen Züchtungsexperimente mit einer gezielten Variation der Züchtungsaufbauten und Züchtungsgeschwindigkeiten. Die gezüchteten Kristalle wurden umfassend charakterisiert im Hinblick auf die Kohlenstoffkonzentration, die Kornstruktur, die Vesetzungsdichte, Verteilung der Ausscheidungen und Ladungsträgerlebensdauer. Zusätzlich wurde die Versetzungsanordnung in Abhängigkeit von der Wachstumsrate bzw. Abkühlrate systematisch untersucht. Als Ergebnis wurde gezeigt, dass die Züchtungsbedingungen die Kohlenstoffkonzentration, die Versetzungsdichte, die Bildung von den Ausscheidungen sowie die Ladungsträgerlebensdauer beeinflussen können, jedoch nicht die Korngröße. Es wurde ein direkter Zusammenhang zwischen Ausscheidungsgebieten und erhöhte Versetzungsdichte beobachtet. Im Rahmen der Arbeit wurde festgestellt, dass die endgültige Versetzungsstruktur sich als Resultat von Gleit- und Erholungsprozessen darstellt.

Ziel dieser Arbeit war es, Beziehungen zwischen den kristallchemischen Eigenschaften und dem beobachteten anomalen Verhalten im spezifischen elektrischen Widerstand (nicht-magnetischer Kondo-Effekt) aufzuzeigen und zusammenhängend zu interpretieren. Verbindungen, an denen dieser Effekt beobachtet wurde, werden aus einem Übergangs-, oder Actinidmetall mit je einem Vertreter der 15. (Pniktogene) und 16. Gruppe (Chalkogene) des Periodensystems gebildet und kristallisieren im PbFCl-Strukturtyp. Da zu ternären Actinidmetall-Pniktid-Chalkogeniden (z.B. ThAsSe, UPS) nur sehr wenige chemische und kristallographische Informationen existieren, wurden in dieser Arbeit umfassende Untersuchungen zur Kristallchemie ternärer Phasen aus den Systemen M-Pn-Q (M = Zr, Hf, La-Ce; Pn = As, Sb; Q = Se, Te durchgeführt. Der Schwerpunkt lag dabei auf der strukturellen Lokalisierung der beobachteten Widerstandsanomalie und der Erarbeitung chemisch-physikalischer Eigenschaftsbeziehungen. Die Darstellung der untersuchten ternären Phasen in Form von Einkristallen gelang über exothermen Chemischen Transport mit Jod. Da die erhaltenen Kristalle bis zu mehreren Millimetern groß sind, konnten an ein und demselben Kristallindividuum sowohl die stoffliche Charakterisierung (EDXS, WDXS, ICP-OES, LA-ICP-MS, CIC) und die strukturelle Charakterisierung, als auch die Messung der physikalischen Eigenschaften erfolgen. Es konnte u.a. gezeigt werden, dass ZrAs1,4Se0,5 und HfAs1,7Se0,2 ein ähnlich ungewöhnliches Verhalten im temperaturabhängigen elektrischen Widerstand zeigen, welches bereits an Thorium-Arsenid-Seleniden und Uran-Phosphid-Sulfiden beobachtet wurde. Desweiteren gelang es den beobachteten Verlauf im elektrischen Widerstand, mit seinem Minium bei etwa T = 15 K, auf intrinsische strukturelle Merkmale in der anionischen Arsen-Teilstruktur zurückzuführen. / The aim of this work was, to evaluate and interpret a relationship between the crystal-chemical properties and the observed unusual behavior in the electrical resistivity (non-magnetic Kondo-effect). Compounds, which show such an effect, are formed by a transition- or actinide-metal with both a group 15 element and a group 16 element of the periodic table. All these compounds crystallizing in the PbFCl type of structure. Because of less crystallographic and chemical information about actinide-metal-pnictide-chalcogenides (i.e. ThAsSe, UPS), intensive investigation were made concerning the crystal-chemistry of ternary phases of the systems M-Pn-Q (M = Zr, Hf, La-Ce; Pn = As, Sb; Q = Se, Te. Our studies were focused on the structurally localization of the observed anomaly in the electrical resistivity and the evaluation of chemical-physical relations of properties. The synthesis of the investigated ternary phases was realized by exothermically Chemical Transport with iodine as transport agent. The dimension of the synthesized crystals allowed a chemical (EDXS, WDXS, ICP-OES, LA-ICP-MS, CIC) and structurally characterization, as well as a determination of the physical properties on one large single crystal. It could be shown, that ZrAs1,4Se0,5 and HfAs1,7Se0,2 reveal a similar unusual behavior in the temperature dependent electrical resistivity, as it was observed in thorium-arsenide-selenides and uranium-phosphide-sulphides. In conclusion, the non-magnetic Kondo-effect, which was found in the low-temperature range (about 15 K), arises from structurally features of the anionic sublattice with arsenic.

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