Die Längsbiegefestigkeit von kohlenstofffaserverstärktem Reinmagnesium konnte durch eine geeignete Nanostrukturierung der Bornitridgrenzschichten von 1140 auf 1620 MPa erhöht werden. Diese optimale Nanostrukturierung zeichnet sich dadurch aus, dass die atomaren Basisebenen des hexagonalen Bornitrids an den Grenzflächen zu den C-Faserfilamenten parallel zu deren Oberfläche verlaufen und an der Grenzfläche zur Matrix turbostratisch verknäult sind, wodurch einerseits an der inneren Grenzfläche die Haftung moderat eingestellt wird und andererseits an der äußeren Grenzfläche eine gute mechanische Verzahnung zwischen Schicht und Matrix besteht. Somit lässt diese Texturierung mikromechanische Versagensprozesse zu, wie z. B. energiedispersives Filamentdebonding und Abbau von Spannungskonzentrationen an den Rissspitzen, die eine weitgehende Nutzung der hohen Faserfestigkeit im Verbund ermöglichen.

Aufbauend auf den Grundlagen der Standard- und Mehrkunststoffspritzgießtechnik sowie der verarbeitungsinduzierten Grenzflächen (Bindenaht, Zwei-K-Grenzflächen) erfolgt eine detaillierte experimentelle Analyse von wichtigen Einflussfaktoren. Dabei werden Material- und Prozessparameter variiert und deren Auswirkungen auf die resultierende Verbundfestigkeit untersucht. Es wird auf das komplexe Zusammenspiel der Formänderungen und dadurch veränderter Wärmetransportbedingungen eingegangen. Im theoretischen Teil der Arbeit werden die experimentellen Erkenntnisse zur Festlegung der Anfangs- und Randbedingungen eines zweidimensionalen Berechnungsmodells angewandt, so dass die für eine Grenzfläche relevanten Abkühl- und Temperaturausgleichsabläufe nachgebildet werden können. Schwerpunkt ist dabei die Anpassung der lokal unterschiedlichen Wärmeübergangsbedingungen hinsichtlich der einzelnen Prozessphasen. Im Ergebnis der Analyse der Einflussgrößen konnte ein Beitrag zur Optimierung der Prozessführung und somit der Verbundfestigkeit erbracht werden.

Die Dissertation beschäftigt sich mit der Analyse von oxidischen Nanostrukturen. Die Grundlage der Bauelemente stellt dabei die LaAlO3/SrTiO3-Heterostruktur dar. Hierbei entsteht an der Grenzfläche beider Übergangsmetalloxide ein quasi zweidimensionales Elektronengas, welches wiederum eine Fülle von beachtlichen Eigenschaften und Charakteristika zeigt. Mithilfe lithographischer Verfahren wurden zwei unterschiedliche Bauelemente verwirklicht. Dabei handelt es sich einerseits um einen planaren Nanodraht mit lateralen Gates, welcher auf der Probenoberfläche prozessiert wurde und eine bemerkenswerte Trialität aufweist. Dieses Bauelement kann unter anderem als ein herkömmlicher Feldeffekttransistor agieren, wobei der Ladungstransport durch die lateral angelegte Spannung manipuliert wird. Zusätzlich konnten auch Speichereigenschaften beobachtet werden, sodass das gesamte Bauelement als ein sogenannter Memristor fungieren kann. In diesem Fall hängt der Ladungstransport von der Elektronenakkumulation auf den lateralen potentialfreien Gates ab. Die Memristanz des Nanodrahts lässt sich unter anderem durch Lichtleistungen im Nanowattbereich und mithilfe von kurzen Spannungspulsen verändern. Darüber hinaus kann die Elektronenakkumulation auch in Form einer memkapazitiven Charakteristik beobachtet werden. Neben dem Nanodraht wurde auch eine Kreuzstruktur, die eine ergänzende ferromagnetischen Elektrode beinhaltet, realisiert. Mit diesem neuartigen Bauteil wird die Umwandlung zwischen Spin- und Ladungsströmen innerhalb der nanoskaligen Struktur untersucht. Hierbei wird die starke Spin-Bahn-Kopplung im quasi zweidimensionalen Elektronengas ausgenutzt. / The dissertation focuses on the analysis of oxide nanostructures. The basis of the devices consists of the LaAlO3/SrTiO3 heterostructure. A quasi two-dimensional electron gas is formed at the interface of the two transition metal oxides, which in turn exhibits a plethora of remarkable properties and characteristics. Two different components were realized using lithographic processes. The first is a planar nanowire with lateral gates, which was processed on the sample surface and exhibits remarkable triality. Among other things, this device can act as a conventional field-effect transistor, whereby the charge transport is manipulated by the laterally applied voltage. In addition, storage properties could also be observed, so that the entire component can function as a so-called memristor. In this case, the charge transport depends on the accumulation of electrons on the floating gates. The memristance of the nanowire can be altered using light power in the nanowatt range and with the aid of short voltage pulses. In addition, electron accumulation can also be observed in the form of a memcapacitive characteristic. In addition to the nanowire, a cross structure containing a complementary ferromagnetic electrode was also realized. This novel device is used to investigate the conversion between spin and charge currents within the nanoscale structure. Here, the strong spin-orbit coupling in the quasi two-dimensional electron gas is utilized.

In principle, the plasma nitriding of Al based substrates is a well-known process, though it remains extremely challenging from both the technological point of view and the aspect of stress loading conditions. In order to improve the latter, a duplex treatment consisting of plasma nitriding and subsequent surface remelting using electron beam technology was employed. The focus of this paper (part I) was on the characterisation of the initial microstructure after plasma nitriding. This should create the basis for a better understanding of the processes taking place or changes in the subsequent duplex treatment. This was done with the help of high-resolution imaging and analysis tools in the scanning and transmission electron microscope as well as XPS analyses. Special attention was paid to the nitriding mechanism at the interface as a function of the local microstructural constituents of the hypereutectic Al alloy substrate (Al solid solution, primary silicon, and intermetallic phases). While the main part of the nitride layer formed consisted of AlN and small fractions of pure Al in the diffusion paths, other nitrides and oxides could also be detected in the area of the interface.

Die ellipsometrische Lichtstreuung wird als eine neue, leistungsfähige Methode zur Charakterisierung von Schichten um kolloidale Partikel vorgestellt. Theoretische Grundlage der Methode ist die Mie-Theorie der Lichtstreuung. Experimentell wurde die Polarisationsoptik eines Null-Ellipsometers in den Strahlengang eines Lichtstreuaufbaus eingebaut. Wie in der Reflexionsellipsometrie um den Brewsterwinkel herum erhält man in der ellipsometrischen Streuung einen Winkelbereich, in dem die Methode empfindlich auf Schichten an der Oberfläche der Partikel ist. An verschiedenen Systemen wurde die Tauglichkeit der ellipsometrischen Streuung zur Charakterisierung von Schichten auf Partikeln demonstriert. So wurden Dicke und Brechungsindex einer thermosensitiven Schicht von Poly(N-isopropylacrylamid) auf einem Poly(methylmethacrylat)-Kern bestimmt. Damit ist es möglich, experimentell den Schichtbrechungsindex und damit den Quellungsgrad zu bestimmen. Des Weiteren wurde der Einfluss der NaCl-Konzentration auf die Polyelektrolythülle von Poly(methylmethacrylat)-Poly(styrolsulfonat)-Blockcopolymer-Partikeln untersucht. Die Polyelektrolytketten liegen im hier untersuchten Beispiel nicht gestreckt vor. Als drittes wurde die Verteilung von niedermolekularen Ionen um elektrostatisch stabilisierte Poly(styrol)-Latexpartikel in Wasser untersucht. Hier wurde gezeigt, dass die beobachteten Schichtdicken und Schichtbrechungsindizes viel größer sind, als nach der klassischen Poisson-Boltzmann-Theorie zu erwarten ist. Des Weiteren wurde die Doppelbrechung von unilamellaren Lipidvesikeln bestimmt. Außerdem wurden Messungen der dynamische Lichtstreuung im Intensitätsminimum der Ellipsometrie durchgeführt. Dabei wird ein Prozess mit einer Korrelationszeit, die unabhängig vom Streuvektor, aber abhängig von der verwendeten Wellenlänge ist, sichtbar. Die Natur dieses Prozesses konnte hier nicht vollständig geklärt werden. / Ellipsometric light scattering is introduced as a new and powerful technique to characterize layers on colloidal particles. For the experiments, the polarization optics used reflection ellipsometry was installed in the beam of a light scattering setup. Using the priciples of null ellipsometry, a small range of scattering angles is obtained, were the method is sensitive to layers on the surface of colloidal particles. This is an analogy to the layer sensitivity of reflection ellipsometry at planer interfaces close to the Brewster angle. The theoretical basis for ellipsometric scattering is the Mie theory with its modern supplements. The feasibility of characterizing layers on colloidal particles was demonstrated with several systems. First, layer thickness and layer refractive index of poly(N-isopropylacrylamide) layers on a poly(methylmethacrylate) core were determined. This was the first time that the refractive index and with that the degree of swelling of a layer was directly determined in an scattering experiment. Second, polyelectrolyte layers on Poly(methylmethacrylate)-Poly(styrenesulfonate)-blockcopolymer particles were characterized. The influence of the salt concentration on the parameters of the layer was determined. The results show that the polyelectrolyte chains in the system investigated are not streched. Third, layers of ions around electrostatically-stabilized poly(styrene) particles were characterized. The layer thickness and layer refractive index in these examples are shown to be much larger than predicted by the classical Poisson-Boltzmann-theory. In addition, the birefringence of lipid vesicles was determined. Another interesting application of the ellipsometric scattering is the dynamic light scattering with ellipsometric optics. Its results show a characteristic process with a correlation time independent of the scattering vector, but wavelength dependent. The origin of this mode is not yet completely clarified.

Diese Dissertation unter dem Titel Experimentelle Bestimmung der elektronischen Eigenschaften anwendungsrelevanter Grenzflächen organischer Halbleiter mittels Photoelektronenspektroskopie wurde am Leibniz Institut für Festkürper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden am Institut für Festkörperforschung (IFF) unter der Betreuung von Prof. Dr. B. Büchner angefertigt. Zur wissenschaftlichen Untersuchung kamen hierbei zwei Typen anwendungsrelevanter Grenzflächen. Zum einem wurde der Einfluss einer Elektrodenpräparation unter Normalbedingungen mittels ex-situ Reinigungsverfahren im Vergleich zu insitu präparierten Kontakten auf das elektronische Verhalten des organischen Halbleiters Sexithiophen an Grenzflächen zu metallischen Substraten studiert. Als Substratmaterialien kamen hierbei die Metalle Silber, Palladium, Gold und Platin zum Einsatz. In einer zweiten Studie wurden die Grenzflächen der organischen Halbleiter Sexithiophen und Kupfer(II)- Phthalocyanin in Kontakt zu dünnen Filmen des Übergangsmetalloxides La0.7Sr0.3MnO3 untersucht. Auch hier wurde eine vergleichende Untersuchung für ex-situ und in-situ gereinigte La0.7Sr0.3MnO3-Kontakte durchgeführt. Die hierzu verwendeten Filme wurden im IFW Dresden am Institut für Metallische Werkstoffe (IMW) hergestellt. Auch im Rahmen dieser Untersuchungen stand der Einfluss von Sauerstoff auf das elektronische und chemische Verhalten an den Grenzflächen im Vordergrund.

Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei Perylen-Derivate als Zwischenschichten in Ag/organischen Schichten/GaAs(100)-Heterostrukturen eingesetzt, um den Einfluss von unterschiedlichen chemischen Endgruppen auf die chemischen und strukturellen Eigenschaften beider Grenzflächen, sowie auf die Morphologie, Struktur und Kristallinität von organischen Schichten zu charakterisieren. Die molekularen Schichten von 3,4,9,10-Perylentetracarbonsäure Dianhydrid (PTCDA) und Dimethyl-3,4,9,10-Perylentetracarbonsäure Diimid (DiMe-PTCDI) werden durch organische Molekularstrahldeposition (OMBD) im Ultrahochvakuum auf S-passivierten GaAs(100):2x1-Substraten hergestellt. Weiterhin wird der Einfluss des Substrats untersucht, indem PTCDA-Wachstum auf H-passiviertem Si(100):1x1 durchgeführt wird. Als Hauptcharakterisierungsmethode wird die Ramanspektroskopie eingesetzt. Diese ist eine nicht-destruktive Methode, die auch in situ Untersuchungen des Wachstumsprozesses ermöglicht. Die komplementäre Infrarotspektroskopie sowie die Rasterkraftmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und Röntgenbeugung (XRD) werden zur Ergänzung des Verständnisses der Heterostruktureigenschaften verwendet. Die Empfindlichkeit von Raman- und Infrarot-Spektroskopien auf die chemisch unterschiedlichen Endgruppen wird durch experimentelle Untersuchungen an PTCDA- und DiMe-PTCDI-Kristallen, beziehungsweise dicken Schichten und mit Hilfe theoretischer Berechnungen nachgewiesen. So wird zum ersten Mal eine vollständige Zuordnung der Schwingunsfrequenzen zu den internen Schwingungsmoden von DiMe-PTCDI vorgeschlagen. Im niedrigen Frequenzbereich der Ramanspektren werden die externen molekularen Schwingungsmoden, oder molekularen „Phononen“, die eine Signatur der Kristallinität darstellen, beobachtet. Die Phononen von DiMe-PTCDI werden in dieser Arbeit zum ersten Mal in einem Ramanexperiment beobachtet. Mittels resonanter Ramanspektroskopie wird die Detektion von C-H-Deformationsmoden und C-C-Streckmoden sogar im Sub-Monolagenbereich molekularer Bedeckung auf Halbleiteroberflächen möglich. Anhand dieser Ramanspektren konnte die Art der Wechselwirkung zwischen Molekülen und passivierten Oberflächen näher charakterisiert werden. Zusätzliche Information bringen die GaAs LO- und Plasmon-gekoppelten LO- Phononen, deren Intensitätsverhältnis im Ramanspektrum die Bandverbiegung im GaAs-Substrat widerspiegelt. Die Kristallinität der hergestellten organischen Schichten mit Dicken größer als 2 nm wird durch Beobachtung der molekularen „Phononen“ nachgewiesen. Als allgemeine Tendenz konnte bewiesen werden, dass mit steigender Substrattemperatur während des Wachstums größere Kristalldomänen entstehen. Weiterhin wird eine Methode vorgeschlagen, um den Anteil von zwei PTCDA- Kristallphasen mit ähnlichen Gitterparametern anhand der Raman- beziehungsweise XRD-Spektren zu bestimmen. Durch ihre sehr gute Ordnung können die DiMe-PTCDI- Schichten als Modellsystem dienen, um eine Methode zu entwickeln, die die Molekülorientierung im Bezug zum Substrat aus polarisationsabhängigen Raman- und Infrarotmessungen bestimmt. Bei der Metall-Bedampfung wird die Empfindlichkeit der Ramanstreuung an internen molekularen Schwingungsmoden von PTCDA und DiMe-PTCDI-Schichten durch oberflächenverstärkte Ramanstreuung (SERS) erhöht. Anhand der unterschiedlichen Signalverstärkungsmechanismen werden Informationen über die Ag/Molekül- Wechselwirkung und die Morphologie der Ag-Schichten abgeleitet.

Im Rahmen dieser Arbeit werden DNA-Basen-Moleküle (Thymin, Cytosin, Adenin und Guanin) auf H-passivierten Si(111)-Substraten mittels theoretischer Berechnungen und optischen Spektroskopien charakterisiert. Für ein einzelnes DNA-Basen-Molekül wurden quantenchemische Berechnungen von Elektronenübergängen und vibronischen Moden durchgeführt. Zusätzlich wurden die vibronischen Eigenschaften von Metall(Ag,In)/Cytosin-Komplexen sowie die Adsorption von einzelnen Cytosin-Molekülen auf H:Si(111)-Oberflächen studiert. Die biomolekularen Schichten von DNA-Basen wurden durch organische Molekularstrahldeposition (OMBD) im Ultrahochvakuum auf flachen und vicinalen H:Si(111)-Oberflächen hergestellt. Die Morphologie, Struktur und Kristallinität von DNA-Basen-Schichten wurden mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM), Röntgenbeugung (XRD) und Röntgenreflektometrie (XRR) charakterisiert. Die Vibrationseigenschaften von biomolekularen Schichten wurden experimentell durch Infrarotspektrokopie untersucht. Metall(Ag,In)/Cytosin/H:Si(111)-Heterostrukturen wurden mittels oberflächenverstärkter Ramanstreuung (SERS) charakterisiert. In dieser Arbeit wurden erstmals die optischen Konstanten und die dielektrischen Funktionen von dicken DNA-Basen-Schichten auf ebenen H:Si(111)-Oberflächen mittels spektroskopischer Ellipsometrie (SE) bestimmt. Ebenfalls zum ersten Mal wurden dünne biomolekulare Schichten auf vicinalen H:Si(111)-Oberflächen durch Reflektionsanisotropiespektroskopie (RAS) charakterisiert.

Aufbauend auf den Grundlagen der Standard- und Mehrkunststoffspritzgießtechnik sowie der verarbeitungsinduzierten Grenzflächen (Bindenaht, Zwei-K-Grenzflächen) erfolgt eine detaillierte experimentelle Analyse von wichtigen Einflussfaktoren. Dabei werden Material- und Prozessparameter variiert und deren Auswirkungen auf die resultierende Verbundfestigkeit untersucht. Es wird auf das komplexe Zusammenspiel der Formänderungen und dadurch veränderter Wärmetransportbedingungen eingegangen. Im theoretischen Teil der Arbeit werden die experimentellen Erkenntnisse zur Festlegung der Anfangs- und Randbedingungen eines zweidimensionalen Berechnungsmodells angewandt, so dass die für eine Grenzfläche relevanten Abkühl- und Temperaturausgleichsabläufe nachgebildet werden können. Schwerpunkt ist dabei die Anpassung der lokal unterschiedlichen Wärmeübergangsbedingungen hinsichtlich der einzelnen Prozessphasen. Im Ergebnis der Analyse der Einflussgrößen konnte ein Beitrag zur Optimierung der Prozessführung und somit der Verbundfestigkeit erbracht werden.

Die Längsbiegefestigkeit von kohlenstofffaserverstärktem Reinmagnesium konnte durch eine geeignete Nanostrukturierung der Bornitridgrenzschichten von 1140 auf 1620 MPa erhöht werden. Diese optimale Nanostrukturierung zeichnet sich dadurch aus, dass die atomaren Basisebenen des hexagonalen Bornitrids an den Grenzflächen zu den C-Faserfilamenten parallel zu deren Oberfläche verlaufen und an der Grenzfläche zur Matrix turbostratisch verknäult sind, wodurch einerseits an der inneren Grenzfläche die Haftung moderat eingestellt wird und andererseits an der äußeren Grenzfläche eine gute mechanische Verzahnung zwischen Schicht und Matrix besteht. Somit lässt diese Texturierung mikromechanische Versagensprozesse zu, wie z. B. energiedispersives Filamentdebonding und Abbau von Spannungskonzentrationen an den Rissspitzen, die eine weitgehende Nutzung der hohen Faserfestigkeit im Verbund ermöglichen.