Recentemente, nanopartículas (NP) de FePt de fase tetragonal de face centrada (fct) em sistemas auto-organizados tem sido sintetizados como potenciais candidatos para gravação magnética de ultra-alta densidade (UHMR), devido a sua elevada anisotropia magnetocristalina. Entretanto, o alinhamento magnético de NP esféricas tem sido constantemente um problema, pois os eixos de fácil magnetização das NP permanecem randomicamente orientados nas três direções. Na tentativa de superar os problemas decorrentes da falta de alinhamento magnético, trabalhos recentes sugerem que NP alongadas em sistemas auto-organizados orientados perpendicularmente a superfície do substrato como possível solução para a textura e alinhamento magnético. Até o presente momento, as sínteses de nanobastões (NB) e de nanofios (NF) de FePt reportadas na literatura levam a obtenção de NP na fase cúbica de face centrada (fcc), a qual possui baixa anisotropia magnetocristalina e se mostrou termicamente instável, resultando em NP esferoidais após o processo de recozimento para a transformação da fase fcc para fct. Neste trabalho, NP de Fe55Pt55 com tamanho e composição química controlada e morfologia de nanofios e nanobastões foram sintetizadas através da adequação do método do poliol modificado. Além disso, as condições de sínteses foram ajustadas para a obtenção direta das NP na fase fct. Sistemas auto-organizados de NB orientados longitudinalmente ou perpendicularmente em arranjos hexagonais compactos foram obtidos utilizando, respectivamente, ácido oléico (AO) e oleilamina (Oam) ou hexadecilamina (HDA) como agentes espaçadores. Sistemas de NB orientados perpendicularmente com alinhamento magnético devido à anisotropia de forma combinado com as propriedades magnéticas resultantes da fase parcialmente tetragonal obtida sugerem um forte candidato a aplicação em UHMR com densidade de gravação magnética na ordem de terabits/pol2. / Recently, self-assembled FePt nanoparticles (NP) in face-centered tetragonal phase (fct) has been synthesizes as potential candidates for Ultra-High Magnetic Recording Systems (UHMR) due to high magnetocrystalline anisotropy. However, the magnetic alignment of these self-assembled fct-FePt nanoparticles also has been a constant limiting factor, since the axes of easy magnetization of spherical nanoparticles are presented randomly oriented in three directions. Concerning to avoid these restrictions arising from magnetic alignment, one-dimensional NP perpendicularly oriented on the magnetic medium surface has been reported as a possible solution for texture and magnetic alignment. To date, the reported nanorods (NR) and nanowires (NW) synthesized in the literature showed face centered cubic phase (fcc) which present poor magnetocrystalline anisotropy, instead the fct desirable phase, and were found to be thermally unstable resulting in spheroidal NP after annealing required to phase transformation from fcc to fct. In this work, Fe55Pt45 NP with morphologies varying from nanospheres, NR with different lengths up to NW were synthesized by a modified polyol process. Furthermore, the synthesis conditions were adjusted to obtain FePt NP directly in fct phase. Either longitudinal or perpendicular self-assembled NR systems in a hexagonal compact array were obtained using oleic acid (OA) and oleylamine (Oam) or hexadecylamine (HAD), respectively, as molecular organic spacers. Perpendicularly oriented NR system led to magnetic alignment due to shape anisotropy and combined with the magnetic properties due to partial tetragonal phase suggest a strong future candidate to ultra-high magnetic density recording applications capable to achieve density of Terabits/in2.

Two rich and vibrant fields of investigation - graphene and plasmonics - strongly overlap in this work, giving rise to a novel hybrid photodetection device. The intrinsic photoresponse of graphene is significantly enhanced by placing the gold nanorods exhibiting unique anisotropic localized surface plasmon resonances on the graphene surface. The reported enhanced photoresponse of graphene is caused by the redistribution of localized surface plasmons in the nanoparticles into graphene. The exact underlying energy redistribution mechanism is thoroughly studied by a single particle scattering spectroscopy monitoring the particle plasmon linewidth as a function of the number of underlaying graphene layers. The obtained extraordinary plasmon broadening for nanoparticles placed on graphene suggests the contribution of a novel energy redistribution channel attributed to the injection of hot electrons from gold nanorods into graphene.

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L’évolution de la microélectronique suit plusieurs axes notamment la miniaturisation des éléments actifs (réduction de taille des transistors), et l’augmentation de la densité d’interconnexion qui se traduisent par la loi de Gordon Moore qui prédit que la densité d'intégration sur silicium doublerait tous les deux ans. Ces évolutions ont pour conséquence la réduction des prix et du poids des composants. L’hybridation ou flip chip est une technologie qui s’inscrit dans cette évolution, elle consiste en l’assemblage de matériaux hétérogènes. Dans cette étude il s‘agit d’un circuit de lecture Silicium et d’un circuit de détection InP ou GaAs assemblés par l’intermédiaire d’une matrice de billes d’indium. La connexion flip chip est basée sur l’utilisation d’une jonction par plots métalliques de faibles dimensions qui permet de diminuer les pertes électriques (faible inductance et faible bruit), une meilleure dissipation thermique, une bonne tenue mécanique. Enfin elle favorise la miniaturisation avec l’augmentation de la compacité et de la densité d’interconnexion.Les travaux de thèse se concentrent sur deux axes principaux. Le premier concerne l’hybridation par brasure avec la technologie des billes d’indium par refusion, et le second concerne l’hybridation par pression à température ambiante (nano-scratch) par l’intermédiaire des nanostructures (Nano-fils d’or, Nano-fils ZnO). Ces travaux ont permis la réalisation d’un détecteur InGaAs avec extension visible de format TV 640*512 pixels au pas de 15 µm. Ces travaux ont également permis la validation mécanique de l’assemblage d’un composant de format double TV 1280*1024 pixels au pas de 10 µm par cette même méthode de reflow. Pour l’axe hybridation à froid, nos travaux ont permis la validation d’une méthode de croissance de nano-fils ZnO par une voix hydrothermique à basse température (<90°C). / Evolution of microelectronics follows several major roads, in particular the size decrease of active elements (reduction of size of transistors), better electrical performances, high I/O density and smaller size. This revolution has been predicted by Gordon Moore who suggested that integrated circuits would double in complexity every 24 months. As a consequence, this evolution induces both the reduction of prices and the weight of components.The term flip chip describes the method of electrically connecting the die to the package substrate. Flip chip microelectronic assembly is the direct electrical connection of face-down (or flipped) integrated circuit (IC) chips onto substrates, circuit boards, or carriers, using conductive bumps on the chip bond pads. Flip chip offers the highest speed electrical performance, reduces the delaying inductance and capacitance of the connection, Smallest Size Greatest I/O Flexibility, Most Rugged, high I/O density and Lowest Cost.This thesis work study concentrates on two main directions. The first one concerns hybridization by means of the technology of Indium bumps associated to a reflow process and the second one is about pressure induced hybridization at low temperature using nanostructures (Nano-scratch). In this work, we have developed a complete process to assemble a focal plane array format of 640 x 512 pixels with a pitch of 15 µm. These studies also allowed the mechanical validation of hybridization of a focal plane arrays 1280*1024 pixels with a pitch of 10 µm. Concerning alternative technologies to flip chip reflow, we introduced and demonstrate the relevance of a method of growth of ZnO nanorods using low temperature wet chemical growth and further hybridization at ambient temperature.

Le contrôle de la synthèse et de l'assemblage de nanobâtonnets est un enjeu important pour l'étude de dispositifs présentant des propriétés physiques anisotropes, notamment dans le domaine de l'optique ou du magnétisme. L'objectif de cette thèse était d'étudier un système particulier, le phosphate de lanthane (LaPO4), dont on a montré qu'il peut être fabriqué sous forme de nanobâtonnets en solution jusqu'à des concentrations remarquablement élevées. Comme les cristaux liquides organiques, ces bâtonnets s'organisent spontanément en solution et leur orientation peut être contrôlée en appliquant un champ électrique. Par ailleurs, il est possible de déposer ces bâtonnets sur des substrats de verre et les couches minces obtenues présentent une remarquable biréfringence. Enfin, le dopage des bâtonnets avec des ions europium les rend luminescents, avec un signal qui dépend de l'orientation du bâtonnet. Une application originale est l'utilisation de ces nanobâtonnets comme capteurs du débit d'un liquide.

Arrays of free-standing metallic nanorods are promising candidates for sensors, switches and spectroscopy. They have structure sizes much smaller than the wavelength of visible light, feature a long-axis surface plasmonic resonance (LSPR) and show metamaterial-like properties. This thesis provides a detailed investigation of their linear optical properties and highlights some nonlinear optical aspects. By means of graded structures having a tunable LSPR and three different theoretical models -- a numerical multiple-multipole method (MMP) model, a semi-analytic collective surface plasmon (CSP) model and an analytic dipolar interaction model (DIM) -- the optical properties were analyzed. Using the DIM, the experimentally observed blueshift of the LSPR in comparison to a single nanorod is confirmed and a physical explanation is provided. The LSPR strongly depends on the angle of incidence and the rod diameter. However, for a varying length the changes are small with the long-axis mode showing a lower energy limit. The detailed arrangement of the nanorods and the azimuthal angle of the incoming light plays only a minor role for small nanorod separations. Similarly, the dependence on the metal is the same as for single particles, whereas the sensitivity to the surrounding dielectric is much stronger than in the single-particle case. For longer nanorods made of silver, angle-dependent higher-order modes are observed and reproduced using MMP. The CSP model is applied and Fabry-Pérot-like oscillations of the CSPs are found. The propagating nature of these modes leads to the discovery that the p component of the transmitted light experiences a phase jump and to the observation of polarization conversion inside the structures. Negative refraction is found in nanorod arrays; it is revealed that a negative energy flux occurs only within a bandwidth given by the LSPR of a single nanorod and the array resonance. For smaller wavelengths, the in-plane component of the Poynting vector reverses, leading to an (extraordinary) positive flux. At the LSPR itself, the flux parallel to the surface is found to be zero. The negative refraction is also exploited to mimic a nanolens with structure parameters that are infact technical realizable. In the visible regime the nanolens shows a NA of 1.06 and superlens-like features such as identical rotation and linear translation of image and object. The nonlinear measurements on graded structures are conducted using femtosecond pump-probe spectroscopy resulting in kinetics showing either an increased transmission or absorption with signal changes of up to 40%. By converting them to transient spectra and by comparison with the literature, electron distribution changes at the Fermi edge and hot electrons/phonons are identified as the main reasons for the changes. Probing at the inflection points of the LSPR reveals ultrafast signals. Using transient spectra they are traced back to a short blueshift of the LSPR. / Strukturen aus frei stehenden metallischen Nanostäbchen versprechen interessante An­wendungen als Sensoren, Schalter und in der Spektroskopie. Da ihre Strukturgrößen kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes sind, besitzen sie eine langachsige Oberflächen­plasmonenresonanz (LSPR) und weisen metamaterialartige Eigenschaften auf. In dieser Dissertation werden die linearen und nichtlinearen optischen Eigenschaften solcher Struk­turen im Detail untersucht. Mit Hilfe von Gradientenstrukturen, die eine durchstimmbare LSPR besitzen, und dreier theoretischer Modelle – eines numerischen Modells basierend auf der Methode der mul­tiplen Multipole (MMP), eines semianalytischen Modells kollektiver Oberflächenplasmonen (CSP) sowie eines analytischen dipolaren Interaktionsmodells (DIMs) – werden die op­tischen Eigenschaften analysiert. Unter Verwendung des DIMs wird die experimentell beobachtete Blauverschiebung der LSPR im Vergleich zur Resonanz eines Einzelstäbchens bestätigt und eine physikalische Erklärung dafür geliefert. Die LSPR ist stark vom Einfallswinkel und vom Stäbchendurch­messer abhängig. Im Unterschied dazu sind die Änderungen bei einer Längenvariation klein, wobei die langachsige Mode ein unteres Energielimit aufweist. Weiterhin haben die genaue Anordnung der Stäbchen und der azimutale Winkel des einfallenden Lichtes nur einen untergeordneten Einfluss. Die Abhängigkeit vom verwendeten Metall ist analog zu einem Einzelstäbchen, während die Empfindlichkeit in Bezug auf das Umgebungsmedium wesentlich stärker ist. Längere Nanostäbchen aus Silber zeigen winkelabhängige Moden höherer Ordnung, welche mittels MMP reproduziert werden können. Das CSP-Modell wird ebenfalls darauf ange­wendet, wobei Fabry-Pérot-artige Oszillationen der CSPs entdeckt werden. Die propa­gierende Natur der CSPs führt zur Entdeckung eines Phasensprungs der p‑Komponente des transmittierten Lichtes sowie zur Beobachtung von Polarisationskonversion in den Strukturen. Nanostäbchen-Arrays weisen außerdem negative Brechung auf. Es wird gezeigt, dass ein negativer Energiefluss nur in dem Wellenlängenbereich zwischen der LSPR der Einzelstäb­chen und der Arrayresonanz auftritt. Für kleinere Wellenlängen kehrt sich die in der Ebene befindende Poynting-Vektor-Komponente um, was zu einer (außerordentlichen) positiven Brechung führt. An der LSPR selbst ist der zur Strukturebene parallele Fluss Null. Die negative Brechung wird ferner ausgenutzt, um eine Nanolinse mit realistischen Struktur­parametern zu simulieren. Im sichtbaren Bereich zeigt sie eine NA von 1,06 und super­linsenartige Eigenschaften, wie eine identische Rotation und eine lineare Translation von Bild und Objekt. Die nichtlinearen Messungen an Gradientenstrukturen werden mittels Femtosekunden-Pump-Probe-Spektroskopie durchgeführt und liefern Kinetiken, welche entweder eine ver­stärkte Transmission oder eine verstärkte Absorption mit Signalstärken von bis zu 40% aufweisen. Durch Konvertierung in transiente Spektren und Vergleich mit der Literatur werden eine veränderte Elektronverteilung an der Fermi-Kante und heiße Elektronen/Pho­nonen als Ursache für die Änderungen gefunden. Das Abtasten mit dem Probe-Puls an den Wendepunkten der Resonanz offenbart ultraschnelle Signale. Mit Hilfe der transienten Spektren wird dies auf eine kurzzeitige Blauverschiebung der LSPR zurückgeführt.

The reversible and topotactic insertion of guest species within layered host lattices, known as intercalation is a widely studied phenomena. The Layered Double Hydroxides (LDHs) or Anionic Alloys are important class of layered solids with its own distinct ion-exchange host-Guest Chemistry. The LDH structure may be derived from that of Brucite, Mg(OH)2, by random isomorphous substitution of Mg2+ ions by trivalent cations like Al3+, Ga3+ etc. This substitution leaves an excess positive charge on the layers, which is compensated by interlamellar anions. These ions are exchangeable and thus new functionalities can be introduced to ion exchange reactions. Insertion of neutral, non-polar or poorly water-soluble guest molecules remains a challenge. In the present study, two methodologies were adopted to extend the host-guest chemistry of LDHs to neutral and non-polar species, first by using Hydrophobic interaction and second, charge transfer (CT) interaction as driving force. Hlydrophobic interaction as driving force involves functionalization of the Mg-Al-LDH galleries as bilayers, thus covering the essentially hydrophilic interlamellar space of the LDH to one that is hydrophobic and able to solubilize neutral molecules like Anthracene. CT interaction as driving force, involves pre-functionalization of the galleries of the LDH with a donor species e.g. 4-aminobenzoic acid by conventional ion exchange methods to form a LDH-donor intercalated compound. This compound can selectively adsorb acceptor species like Chloranil, Tetracyanoquinodimethane etc. into the interlamellar space of the solid by forming donor-acceptor complexes. The confined donor-acceptor complexes have been characterized by X-Ray Diffraction, UV-Visible, Fourier Transformed Infra-Red and Raman Spectroscopy, Molecular Dynamics Simulations were able to reproduce the experimental results. One dimensional gold nanostructure like nanorods (AuNRs) have received great attention due to their size dependent optical properties, Extending these applications requires assembling the AuNRs into one-, two- and if possible three-dimensional architectures. Several approaches have been developed to assemble AuNRs in two-orientation modes namely end-to-end and side-to-side. The present study self-assembly of the AuNRs has been achieved by anchoring β-cyclodextrin (β-CD) cavities to the nanorods surface. The host-guest chemistry of β-CD has been exploited to assemble the AuNRs. Our strategy was to use a guest molecule that is capable to link β-CD into 1:2 host-guest fashions to link up two β-CD capped nanorods. The guest molecule chosen for the present study was 1,10-phenanthroline. Linkage between the ends of rods leading to V-shaped rods dimmer assembly and side-to-side assembly was achieved by varying the extent of cyclodextrin capping of the AuNRs followed by the addition of linker, 1,10-phenanthroline. The formation of the assembly was characterized using UV-Visible-Near-IR Spectoscopy and Transmission Electron Microscopy.

Arrays of free-standing metallic nanorods are promising candidates for sensors, switches and spectroscopy. They have structure sizes much smaller than the wavelength of visible light, feature a long-axis surface plasmonic resonance (LSPR) and show metamaterial-like properties. This thesis provides a detailed investigation of their linear optical properties and highlights some nonlinear optical aspects. By means of graded structures having a tunable LSPR and three different theoretical models -- a numerical multiple-multipole method (MMP) model, a semi-analytic collective surface plasmon (CSP) model and an analytic dipolar interaction model (DIM) -- the optical properties were analyzed. Using the DIM, the experimentally observed blueshift of the LSPR in comparison to a single nanorod is confirmed and a physical explanation is provided. The LSPR strongly depends on the angle of incidence and the rod diameter. However, for a varying length the changes are small with the long-axis mode showing a lower energy limit. The detailed arrangement of the nanorods and the azimuthal angle of the incoming light plays only a minor role for small nanorod separations. Similarly, the dependence on the metal is the same as for single particles, whereas the sensitivity to the surrounding dielectric is much stronger than in the single-particle case. For longer nanorods made of silver, angle-dependent higher-order modes are observed and reproduced using MMP. The CSP model is applied and Fabry-Pérot-like oscillations of the CSPs are found. The propagating nature of these modes leads to the discovery that the p component of the transmitted light experiences a phase jump and to the observation of polarization conversion inside the structures. Negative refraction is found in nanorod arrays; it is revealed that a negative energy flux occurs only within a bandwidth given by the LSPR of a single nanorod and the array resonance. For smaller wavelengths, the in-plane component of the Poynting vector reverses, leading to an (extraordinary) positive flux. At the LSPR itself, the flux parallel to the surface is found to be zero. The negative refraction is also exploited to mimic a nanolens with structure parameters that are infact technical realizable. In the visible regime the nanolens shows a NA of 1.06 and superlens-like features such as identical rotation and linear translation of image and object. The nonlinear measurements on graded structures are conducted using femtosecond pump-probe spectroscopy resulting in kinetics showing either an increased transmission or absorption with signal changes of up to 40%. By converting them to transient spectra and by comparison with the literature, electron distribution changes at the Fermi edge and hot electrons/phonons are identified as the main reasons for the changes. Probing at the inflection points of the LSPR reveals ultrafast signals. Using transient spectra they are traced back to a short blueshift of the LSPR. / Strukturen aus frei stehenden metallischen Nanostäbchen versprechen interessante An­wendungen als Sensoren, Schalter und in der Spektroskopie. Da ihre Strukturgrößen kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes sind, besitzen sie eine langachsige Oberflächen­plasmonenresonanz (LSPR) und weisen metamaterialartige Eigenschaften auf. In dieser Dissertation werden die linearen und nichtlinearen optischen Eigenschaften solcher Struk­turen im Detail untersucht. Mit Hilfe von Gradientenstrukturen, die eine durchstimmbare LSPR besitzen, und dreier theoretischer Modelle – eines numerischen Modells basierend auf der Methode der mul­tiplen Multipole (MMP), eines semianalytischen Modells kollektiver Oberflächenplasmonen (CSP) sowie eines analytischen dipolaren Interaktionsmodells (DIMs) – werden die op­tischen Eigenschaften analysiert. Unter Verwendung des DIMs wird die experimentell beobachtete Blauverschiebung der LSPR im Vergleich zur Resonanz eines Einzelstäbchens bestätigt und eine physikalische Erklärung dafür geliefert. Die LSPR ist stark vom Einfallswinkel und vom Stäbchendurch­messer abhängig. Im Unterschied dazu sind die Änderungen bei einer Längenvariation klein, wobei die langachsige Mode ein unteres Energielimit aufweist. Weiterhin haben die genaue Anordnung der Stäbchen und der azimutale Winkel des einfallenden Lichtes nur einen untergeordneten Einfluss. Die Abhängigkeit vom verwendeten Metall ist analog zu einem Einzelstäbchen, während die Empfindlichkeit in Bezug auf das Umgebungsmedium wesentlich stärker ist. Längere Nanostäbchen aus Silber zeigen winkelabhängige Moden höherer Ordnung, welche mittels MMP reproduziert werden können. Das CSP-Modell wird ebenfalls darauf ange­wendet, wobei Fabry-Pérot-artige Oszillationen der CSPs entdeckt werden. Die propa­gierende Natur der CSPs führt zur Entdeckung eines Phasensprungs der p‑Komponente des transmittierten Lichtes sowie zur Beobachtung von Polarisationskonversion in den Strukturen. Nanostäbchen-Arrays weisen außerdem negative Brechung auf. Es wird gezeigt, dass ein negativer Energiefluss nur in dem Wellenlängenbereich zwischen der LSPR der Einzelstäb­chen und der Arrayresonanz auftritt. Für kleinere Wellenlängen kehrt sich die in der Ebene befindende Poynting-Vektor-Komponente um, was zu einer (außerordentlichen) positiven Brechung führt. An der LSPR selbst ist der zur Strukturebene parallele Fluss Null. Die negative Brechung wird ferner ausgenutzt, um eine Nanolinse mit realistischen Struktur­parametern zu simulieren. Im sichtbaren Bereich zeigt sie eine NA von 1,06 und super­linsenartige Eigenschaften, wie eine identische Rotation und eine lineare Translation von Bild und Objekt. Die nichtlinearen Messungen an Gradientenstrukturen werden mittels Femtosekunden-Pump-Probe-Spektroskopie durchgeführt und liefern Kinetiken, welche entweder eine ver­stärkte Transmission oder eine verstärkte Absorption mit Signalstärken von bis zu 40% aufweisen. Durch Konvertierung in transiente Spektren und Vergleich mit der Literatur werden eine veränderte Elektronverteilung an der Fermi-Kante und heiße Elektronen/Pho­nonen als Ursache für die Änderungen gefunden. Das Abtasten mit dem Probe-Puls an den Wendepunkten der Resonanz offenbart ultraschnelle Signale. Mit Hilfe der transienten Spektren wird dies auf eine kurzzeitige Blauverschiebung der LSPR zurückgeführt.

GaN-Nanodrähte können mit einer hohen strukturellen Perfektion auf verschiedenen kristallinen und amorphen Substraten gewachsen werden. Sie bieten somit faszinierende Möglichkeiten, sowohl zur Untersuchung von fundamentalen Eigenschaften des Materialsystems, als auch in der Anwendung in optoelektronischen Bauteilen. Obwohl bereits verschiedene Prototypen solcher Bauteile vorgestellt wurden, sind viele grundlegende Eigenschaften von GaN-Nanodrähten noch ungeklärt, darunter die interne Quanteneffizienz (IQE), welche ein wichtiges Merkmal für optoelektronische Anwendungen darstellt. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine detaillierte Untersuchung der Rekombinationsdynamik von Exzitonen, in selbst-induzierten und selektiv gewachsenen GaN Nanodraht-Proben, welche mit Molekularstrahlepitaxie hergestellt wurden. Die zeitaufgelösten Photolumineszenz (PL)-Experimente werden durch Simulationen ergänzt, welche auf Ratengleichungs-Modellen basieren. Es stellt sich heraus, dass die Populationen von freien und gebundenen Exzitonen gekoppelt sind und zwischen 10 und 300 K von einem nichtstrahlenden Kanal beeinflusst werden. Die Untersuchung von Proben mit unterschiedlichem Nanodraht-Durchmesser und Koaleszenzgrad zeigt, dass weder die Nanodraht-Oberfläche, noch Defekte als Folge von Koaleszenz diesen nichtstrahlenden Kanal induzieren. Daraus lässt sich folgern, dass die kurze Zerfallszeit von Exzitonen in GaN-Nanodrähten durch Punktdefekte verursacht wird, welche die IQE bei 10 K auf 20% limitieren. Der häufig beobachtete biexponentiellen PL-Zerfall des Donator-gebundenen Exzitons wird analysiert und es zeigt sich, dass die langsame Komponente durch eine Kopplung mit Akzeptoren verursacht wird. Motiviert durch Experimente, welche eine starke Abhängigkeit der PL-Intensität vom Nanodraht-Durchmesser zeigen, wird die externen Quanteneffizienz von geordneten Nanodraht-Feldern mit Hilfe numerischer Simulationen der Absorption und Extraktion von Licht in diesen Strukturen untersucht. / GaN nanowires (NWs) can be fabricated with a high structural perfection on various crystalline and amorphous substrates. They offer intriguing possibilities for both fundamental investigations of the GaN material system as well as applications in optoelectronic devices. Although prototype devices based on GaN NWs have been presented already, several fundamental questions remain unresolved to date. In particular, the internal quantum efficiency (IQE), an important basic figure of merit for optoelectronic applications, is essentially unknown for GaN NWs. This thesis presents a detailed investigation of the exciton dynamics in GaN NWs using continuous-wave and time-resolved photoluminescence (PL) spectroscopy. Spontaneously formed ensembles and ordered arrays of GaN NWs grown by molecular-beam epitaxy are examined. The experiments are combined with simulations based on the solution of rate equation systems to obtain new insights into the recombination dynamics in GaN NWs at low temperatures. In particular, the free and bound exciton states in GaN NWs are found to be coupled and affected by a nonradiative channel between 10 and 300 K. The investigation of samples with different NW diameters and coalescence degrees conclusively shows that the dominating nonradiative channel is neither related to the NW surface nor to coalescence-induced defects. Hence, we conclude that nonradiative point defects are the origin of the fast recombination dynamics in GaN NWs, and limit the IQE of the investigated samples to about 20% at cryogenic temperatures. We also demonstrate that the frequently observed biexponential decay for the donor-bound exciton originates from a coupling with the acceptor-bound exciton state in the GaN NWs. Motivated by an experimentally observed, strong dependence of the PL intensity of ordered GaN NW arrays on the NW diameter, we perform numerical simulations of the light absorption and extraction to explore the external quantum efficiency of these samples.