University, Diss., 2004--Kassel.

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Clausthal.

Universiẗat, Diss., 2006--Kassel.

Einwandige Kohlenstoffnanoröhrchen wurden aufgrund ihrer einzigartigen elektrischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften 1991 in den Fokus der Forschung gerückt. In dieser Dissertation wird gezeigt, dass Ramanspektroskopie eine der besten Methoden ist, um die unterschiedlichen Eigenschaften der Nanoröhrchen wie ihren elektrischen Charakter (halbleitend oder metallisch), ihren Durchmesser, die Chiralität, Defekte oder auch Dotierung zu untersuchen. Die Charakterisierung dieser Eigenschaften wird sowohl für das reine Material als auch im elektrischen Bauteil, in diesem Fall einem Feldeffekttransistor, durchgeführt. Der erste Teil der Arbeit vermittelt einen Überblick und gibt eine Einführung in Ramanspektroskopie und in die Struktur von Kohlenstoffnanoröhrchen. Es wird erklärt, welche Eigenschaften speziell mit Hilfe von Position und Intensität der Raman-Modi untersucht werden können und welche Aussagen über die Eigenschaften getroffen werden können. Im experimentellen Teil der Arbeit wurde eine Methode entwickelt, die eine rückstandslose Abscheidung von Dünnschichten aus Kohlenstoffnanoröhrchen ermöglicht. Die Quantifizierung von Defekten wurde durch die in den untersuchten Proben vorhandenen metallischen und halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen ermöglicht. Mittels spitzenverstärkter Ramanspektroskopie wurden außerdem Defekte mit hoher Ortsauflösung (unterhalb von 10 nm) an einzelnen Nanoröhrchen charakterisiert. Der letzte Teil widmet sich den Eigenschaften in elektrische Bauteile, speziell Feldeffekttransistoren, die integrierten Kohlenstoffnanoröhrchen.:Bibliographische Beschreibung 3 Table of Contents 5 1 Introduction 7 2 Background 9 2.1 Structure of carbon nanotubes 9 2.2 Raman spectroscopy basics 10 2.3 Raman spectroscopy on graphene 14 2.4 Raman spectroscopy on carbon nanotubes 16 2.4.1 First-order Raman bands 18 2.4.2 Second-order Raman bands 20 2.5 How to analyze Raman spectra of single-wall carbon nanotubes 21 2.5.1 Diameter and chirality identification 22 2.5.2 Defect characterization 23 2.5.3 Doping and its connection to defects 25 2.5.4 Other effects that can cause frequency shifts 27 2.6 Tip-enhanced Raman spectroscopy 27 2.6.1 TERS experimental requirements 30 2.6.2 Tip and the signal enhancement 30 2.6.3 Brief summary of TERS on single-wall carbon nanotubes 31 3 Materials and Methods 33 3.1 Raman spectroscopy 33 3.2 Ion beam irradiation 34 3.3 SWCNT samples 35 3.4 SWCNT thin film preparation by vacuum filtration 36 3.5 Field effect transistor fabrication and electrical characterization 37 3.6 Tip-enhanced Raman spectroscopy 39 3.6.1 Preparation of the TERS tips 39 3.6.2 Instrumentation 39 3.6.3 SWCNT sample preparation 40 4 Preparation of carbon nanotube thin films 41 4.1 Removal of SDS 42 4.2 Removal of the density gradient medium 43 4.3 Summary 44 5 Quantifying defects in single-wall carbon nanotubes 45 5.1 Parameters of the defect creation 46 5.2 Reference measurement on ion irradiated graphite 47 5.3 Qualitative description of SWCNT defect development 48 5.3.1 Quantitative analysis of the SWCNT defects 57 5.3.2 Summary 59 6 Raman spectroscopy applied to investigate carbon nanotube transistors 61 6.1 Effect of chemical and thermal cleaning of SWCNTs 61 6.2 Effect of temperature and doping on SWCNTs in a Field-effect transistor 65 6.2.1 Investigation of temperature effect 66 6.2.2 In operando CNT-FET Raman spectroscopy measurement 67 6.3 Summary 71 7 TERS on SWCNTs 73 7.1 Preparation of TERS tips 73 7.1.1 Corrosion protection for silver TERS probes 73 7.2 Spatial resolution 76 7.3 Raman spectra of an individual nanotube at the nanoscale 77 7.4 Summary 81 8 Conclusions 83 References 85 Acknowledgement 97 Selbstständigkeitserklärung 99 Lebenslauf 101 Publication list 103

Chemnitz, Techn. Univ., Diplomarb., 2008.

Ulm, Univ. Diss., 2006.

Universiẗat, Diss., 2001--Osnabrück.

Universiẗat, Diss., 2001--Osnabrück.

Visualization and study of reconformation of polyelectrolytes (PEs) of different architecture is of great fundamental and practical interest. Verification of theoretical predictions with experiment is of essential importance. On the other hand, a wide range of bottom-up techniques based on patterning of matter on the length scale of a few nanometers have been recently developed. Particularly interesting is the possibility of using self-assembled single molecule structures as templates for the deposition of inorganic matter, in particular metals. Synthetic "normal-sized" polymers of various architecture, like poly-2-vinylpyridine (P2VP) or polystyrene-poly(2-vynil pyridine) P2VP7-PS7 star-like block copolymer, adsorbed on solid substrates have been visualized for the first time with molecular resolution by AFM in different conformation. This finding allowed us to study largely discussed problem, a coil-to-globule transition of PEs. It was found that PE molecules undergo conformational transitions from stretched worm-like coil to compact globule via set of necklace-like globules, as the fraction of charged monomers decreases with an increase of pH and ionic strength. These results are in good agreement with recently developed DRO theory for weakly charged flexible PEs in poor solvent. The size of the deposited single molecules correlates very well with molecular dimensions in solution obtained in light scattering experiments. PE single molecules of various architectures was mineralized in different conformations that constitutes the route to nanoparticles with desired shape (including wire-shape and star-shaped), size, and composition (including metallic, magnetic and semiconductive nanoparticles). It was shown that molecular details of the adsorbed linear flexible PE molecules determine the dimensions of the nanostructures after metallization and that observed sizes are consistent with the decoration of single molecules with nanoclusters. Thus those metallized nanoparticles (cluster assembles) reflect the conformation of original adsorbed PE molecules. The dimensions of the obtained nanowires are significantly smaller than those previously reported. All of these features are of the potential benefit in applications for nanodevices. Metallization of the PS7-P2VP7 improves AFM resolution due to the selective deposition of Pd clusters along the P2VP chains. For the first time, the number of the P2VP second generation arms of the heteroarm block-copolymer was directly counted in the single molecule AFM experiment. Simple contrasting procedure was developed to improve AFM visualization of positively charged polymer chains deposited on the substrates of relatively high roughness. This method allows increasing the thickness of the resulting structures up to 10 nm, and, consequently, provide visualization of polymer chains on rough surfaces. This innovation is important for the development of single molecule experiments with polymer chains. The reaction of HCF-anion could be used for recognition of polycation molecules, when polycations, polyanions and neutral molecules coexist on the surface. Recently, the study was strongly restricted to atomically smooth surfaces. The contrasting procedure extends the range of substrates (Si-wafers, chemically modified or patterned Si-wafers, polished glasses, polymer films, etc) appropriate for the experiments. Thus, polymer single molecules can be considered not only as representative of the ensemble molecules, but also as individual nanoscale objects which can be used for future nanotechnology for the fabrication of single molecule electronic devices. Also these findings are important from fundamental point of view, since developed approach can be successfully applied for investigation of various "classical" problems in polymer science, such as polymer reconformation, interpolyelectrolyte complex formation, polymer diffusion, adsorption, etc.

Multiferroika, also Materialien, die gleichzeitig ferroelektrische und ferromagnetische Eigenschaften besitzen, sind sowohl für die Forschung um das Verständnis dieser Eigenschaften als auch für potentielle Anwendungen in neuartigen Speichern von großem Interesse. Die Rasterkraftmikroskopie spielt hierbei eine entscheidende Rolle, da mit ihrer Hilfe die Eigenschaften solcher Probensysteme auf der Nanometerlängenskala untersucht werden können. In der vorliegenden Arbeit werden drei unterschiedliche multiferroische Systeme auf ihre ferroelektrischen und ferromagnetischen Eigenschaften sowie auf deren Kopplung hin mit Hilfe verschiedener Methoden der Rasterkraftmikroskopie untersucht. Im Grundlagenteil dieser Arbeit wird dazu zunächst eine Methode vorgestellt, mit der magnetische Spitzen für die Rasterkraftmikroskopie charakterisiert werden können, so dass in experimentellen Untersuchungen die Wechselwirkung zwischen der untersuchenden Spitze und der untersuchten Probe besser abgeschätzt werden kann. Des Weiteren wird eine Möglichkeit vorgestellt, Kelvin-Sonden-Rasterkraftmikroskopie mit der magnetischen Rasterkraftmikroskopie zu kombinieren, um elektrostatische Artefakte bei den Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften auszuschließen. Im experimentellen Teil der Arbeit werden zuerst die beiden einphasigen Multiferroika BiFeO3 und BiCrO3 untersucht. Es kann experimentell gezeigt werden, dass für die Untersuchung der ferromagnetischen Eigenschaften von Multiferroika die Kombination aus Kelvin-Sonden-Rasterkraftmikroskopie und magnetischer Rasterkraftmikroskopie notwendig ist und mit dieser Technik die magnetischen und elektrostatischen Kräfte ohne Übersprechen voneinander getrennt werden können. Mit Hilfe der Piezoantwort-Rasterkraftmikroskopie werden die ferroelektrischen Domänen dieser Systeme untersucht und lokal die Polarisationsrichtung in den einzelnen Domänen bestimmt. Weiterhin wird an einem Schichtsystem, bestehend aus einem Nickelfilm, der auf BaTiO3 aufgebracht ist, die magnetoelektrische Kopplung analysiert. Hierbei wird vor allem der Einfluss einer elektrischen Spannung auf die leichte magnetische Achse des Nickelfilms studiert, sowie die Veränderung der magnetischen Domänenstruktur in Abhängigkeit der angelegten elektrischen Spannung.