Die vorliegende Dissertation berichtet über die Untersuchung von selbst-aggregierten Einfach- und Mehrfachschichten aus Nanographenen-Derivate mit Hilfe der Rastertunnelmikroskopie (RTM) an Fest-Flüssig-Grenzflächen. Die -Konjugation bringt einzigartige elektronische Eigenschaften mit sich, so dass die Nanographen-Derivate viel versprechende Bausteine für eine molekulare und organische Elektronik sind, da sie maßgeschneidert und kostengünstig prozessiert werden können, und leicht und flexibel sind. Für elektronische Anwendungen ist es notwendig, die Nanographene in ultradünnen Filmen mit geordneten supramolekularen Strukturen zu organisieren. Nanostrukturen werden für Nanographene-Derivate auf hoch orientiertem pyrolytischem Graphit (HOPG) untersucht, wie zum Beispiel alkylierte Hexi-peri-hexabenzocoronene (HBCs) unterschiedlicher Symmetrie und dreiecksförmige polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Es zeigt eine erstaunliche Vielfalt von supramolekularen Strukturen, z.B. Zick-Zack-, Blumen- oder Honigwaben-Muster. Eine faszinierende Besonderheit besteht in den Honigwaben Strukturen, die sich durch Selbstaggregation dreieckiger alkylierter Phenyl-PAKs bilden, und die damit Nanotemplate für Gastmoleküle darstellen. In vielen Fällen bilden Nanographene-Derivate nicht nur Monoschichte sondern auch Multischichten auf Graphit. Die Selbstorganisation von Doppelschichten aus einer HBC-Stern-Verbindung bietet das Potenzial für Baustelemente in der organischen Elektronik, zum Beispiel für Nanodrähte. Die alkylierten Phenyl-HBCs bilden polykristalline Strukturen sowohl in der "face-on"-Anordnung in Monoschichten auf Graphit wie in der "edge-on"-Anordnung in Multischichten, die sich in einem äußeren elektrischen Feld bilden. Beides kann nützlich sein, da für die mögliche Anwendung in einer Photovoltaik-Zelle die "face-on"-Orientierung auf Oberflächen erforderlich ist, während für organische Feldeffekt-Transistoreneine "edge-on" Nanostruktur benötigt wird. / This thesis reports on the investigation of self-assembled mono- and multilayers from nanographene derivatives via scanning tunneling microscopy (STM) at solid-liquid interfaces. Because of the unique electronic properties associated with their -bonded topology, nanographenes are promising building blocks for molecular and organic electronics, which provide the possibility of tunability together with low-cost processing, light weight, and flexibility. For the application in electronics it is necessary to organize nanographenes in ultrathin films with well-ordered supramolecular structures. Nanostructures of monolayers on Highly Oriented Pyrolytic Graphite (HOPG) are studied for different nanographene derivatives, such as alkylated hexa-peri-hexabenzocoronenes (HBCs) with different symmetries, and triangle-shaped polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). They exhibit a surprising diversity of supramolecular structures, for example zigzag, flower-like or honeycomb shapes. A fascinating peculiarity provides the honeycomb structures which are self-assembled from triangle-shaped alkylated phenyl PAHs, which provide nanotemplates to accommodate guest molecules. In many cases, nanographene derivatives not only form monolayers but also multilayers on HOPG. Star-shaped HBC molecules self organize into bilayers in polar solvents, which exhibit the potential for the formation of building blocks of organic electronics, for instance nanowires. The alkylated phenyl HBCs form polycrystalline structures both in the “face-on” arrangement in a monolayer on HOPG, and “edge-on” in multilayers within an external electric field. Both may be useful for potential applications, since in a photovoltaic cell, the “face-on” orientation on surfaces is required, while for the purpose to be applied in organic field-effect transistors, the “edge-on” nanostructure on the electrodes is necessary.

This thesis focuses on pioneering a scalable route to fabricate quantum information devices based upon single InAs/InP quantum dots emitting in the telecommunications wavelength band around 1550 nm. Using metallic gates in combination with nanotemplate, site-selective epitaxy techniques, arrays of single quantum dots are produced and electrostatically tuned with a high degree of control over the electrical and optical properties of each individual quantum dot. Using metallic gates to apply local electric fields, the number of electrons within each quantum dot can be tuned and the nature of the optical recombination process controlled. Four electrostatic gates mounted along the sides of a square-based, pyramidal nanotemplate in combination with a flat metallic gate on the back of the InP substrate allow the application of electric fields in any direction across a single quantum dot. Using lateral fields provided by the metallic gates on the sidewalls of the pyramid and a vertical electric field able to control the charge state of the quantum dot, the exchange splitting of the exciton, trion and biexciton are measured as a function of gate voltage. A quadrupole electric field configuration is predicted to symmetrize the product of electron and hole wavefunctions within the dot, producing two degenerate exciton states from the two possible optical decay pathways of the biexciton. Building upon these capabilities, the anisotropic exchange splitting between the exciton states within the biexciton cascade is shown to be reversibly tuned through zero for the first time. We show direct control over the electron and hole wavefunction symmetry, thus enabling the entanglement of emitted photon pairs in asymmetric quantum dots. Optical spectroscopy of single InAs/InP quantum dots atop pyramidal nanotemplates in magnetic fields up to 28T is used to examine the dispersion of the s, p and d shell states. The g-factor and diamagnetic shift of the exciton and charged exciton states from over thirty single quantum dots are calculated from the spectra. The g-factor shows a generally linear dependence on dot emission energy, in agreement with previous work on this subject. A positive linear correlation between diamagnetic coefficient and g-factor is observed.

This thesis focuses on pioneering a scalable route to fabricate quantum information devices based upon single InAs/InP quantum dots emitting in the telecommunications wavelength band around 1550 nm. Using metallic gates in combination with nanotemplate, site-selective epitaxy techniques, arrays of single quantum dots are produced and electrostatically tuned with a high degree of control over the electrical and optical properties of each individual quantum dot. Using metallic gates to apply local electric fields, the number of electrons within each quantum dot can be tuned and the nature of the optical recombination process controlled. Four electrostatic gates mounted along the sides of a square-based, pyramidal nanotemplate in combination with a flat metallic gate on the back of the InP substrate allow the application of electric fields in any direction across a single quantum dot. Using lateral fields provided by the metallic gates on the sidewalls of the pyramid and a vertical electric field able to control the charge state of the quantum dot, the exchange splitting of the exciton, trion and biexciton are measured as a function of gate voltage. A quadrupole electric field configuration is predicted to symmetrize the product of electron and hole wavefunctions within the dot, producing two degenerate exciton states from the two possible optical decay pathways of the biexciton. Building upon these capabilities, the anisotropic exchange splitting between the exciton states within the biexciton cascade is shown to be reversibly tuned through zero for the first time. We show direct control over the electron and hole wavefunction symmetry, thus enabling the entanglement of emitted photon pairs in asymmetric quantum dots. Optical spectroscopy of single InAs/InP quantum dots atop pyramidal nanotemplates in magnetic fields up to 28T is used to examine the dispersion of the s, p and d shell states. The g-factor and diamagnetic shift of the exciton and charged exciton states from over thirty single quantum dots are calculated from the spectra. The g-factor shows a generally linear dependence on dot emission energy, in agreement with previous work on this subject. A positive linear correlation between diamagnetic coefficient and g-factor is observed.

This thesis focuses on pioneering a scalable route to fabricate quantum information devices based upon single InAs/InP quantum dots emitting in the telecommunications wavelength band around 1550 nm. Using metallic gates in combination with nanotemplate, site-selective epitaxy techniques, arrays of single quantum dots are produced and electrostatically tuned with a high degree of control over the electrical and optical properties of each individual quantum dot. Using metallic gates to apply local electric fields, the number of electrons within each quantum dot can be tuned and the nature of the optical recombination process controlled. Four electrostatic gates mounted along the sides of a square-based, pyramidal nanotemplate in combination with a flat metallic gate on the back of the InP substrate allow the application of electric fields in any direction across a single quantum dot. Using lateral fields provided by the metallic gates on the sidewalls of the pyramid and a vertical electric field able to control the charge state of the quantum dot, the exchange splitting of the exciton, trion and biexciton are measured as a function of gate voltage. A quadrupole electric field configuration is predicted to symmetrize the product of electron and hole wavefunctions within the dot, producing two degenerate exciton states from the two possible optical decay pathways of the biexciton. Building upon these capabilities, the anisotropic exchange splitting between the exciton states within the biexciton cascade is shown to be reversibly tuned through zero for the first time. We show direct control over the electron and hole wavefunction symmetry, thus enabling the entanglement of emitted photon pairs in asymmetric quantum dots. Optical spectroscopy of single InAs/InP quantum dots atop pyramidal nanotemplates in magnetic fields up to 28T is used to examine the dispersion of the s, p and d shell states. The g-factor and diamagnetic shift of the exciton and charged exciton states from over thirty single quantum dots are calculated from the spectra. The g-factor shows a generally linear dependence on dot emission energy, in agreement with previous work on this subject. A positive linear correlation between diamagnetic coefficient and g-factor is observed.

Die in Blockcopolymeren beobachtete Mikrophasenseparation ermöglicht die Herstellung von periodischen Strukturen mit einer charakteristische Länge kleiner 100 nm. In der vorliegenden Arbeit wurden dünne Blockcopolymerfilme als Template zur Herstellung von metallischen, keramischen bzw. polymeren Nanodots untersucht. Derartige Nanodots könnten in magnetischen Datenspeichern, Superkondensatoren oder als photonische Kristalle eingesetzt werden. / The microphase seregation observed in block copolymers enables the generation of mesoscopic structures with characteristic lengths below 100 nm on a large scale. In this thesis, thin block copolymer films were investigated as templates for the synthesis of metallic, ceramic and polymeric nanodots. Such nanodots could be used in magnetic data storage devices, supercapacitors or photonic crystals.

Die in Blockcopolymeren beobachtete Mikrophasenseparation ermöglicht die Herstellung von periodischen Strukturen mit einer charakteristische Länge kleiner 100 nm. In der vorliegenden Arbeit wurden dünne Blockcopolymerfilme als Template zur Herstellung von metallischen, keramischen bzw. polymeren Nanodots untersucht. Derartige Nanodots könnten in magnetischen Datenspeichern, Superkondensatoren oder als photonische Kristalle eingesetzt werden. / The microphase seregation observed in block copolymers enables the generation of mesoscopic structures with characteristic lengths below 100 nm on a large scale. In this thesis, thin block copolymer films were investigated as templates for the synthesis of metallic, ceramic and polymeric nanodots. Such nanodots could be used in magnetic data storage devices, supercapacitors or photonic crystals.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Strukturierbarkeit ultradünner, funktioneller Polymerfilme anhand von Diazosulfonat-Terpolymer- und Aminoterpolymer-Schichten untersucht. Beide Polymersysteme enthalten eine photoaktive Gruppe in der Seitenkette, die sich durch gezielte UV-Bestrahlung verändern läßt. In den Diazosulfonat-Terpolymeren wird durch die Belichtung die Funktionalität zerstört, während bei den Aminoterpolymeren die Funktionalität durch die Belichtung erst freigelegt wird. Dafür wurden Strukturierungsmethoden für verschiedene Längenskalen erarbeitet und auf ihre Eignung geprüft. Der Nachweis der erfolgreichen Strukturierung wurde durch an die Längenskala angepaßte Methoden geführt und damit die erzeugten Strukturen sichtbar gemacht. Die Veränderungen im optischen Absorptionsverhalten konnten an makroskopischen Probenbereichen nachgewiesen werden. Sowohl der verwendete Aufbau für die Strukturierung (Belichtung) als auch die Detektion mit dem 2-Stahl-Spektrometer erwies sich als geeignet. Es konnte deutlich der Abbau der UV-Absorptionsbande der Diazosulfonat-Terpolymerfilme gezeigt und quantitativ untersucht werden. Dafür wurden Lichtdosen von etwa 0,35 ... 39 nJ/µm² eingebracht und deren Auswirkungen auf die Absorptionsänderung des Polymers direkt festgestellt. Diese Messungen zeigen, daß die eingebrachte Energie und nicht die Leistung (sofern diese unterhalb 2,5 mW liegt) entscheidend für die Modifikation der optischen Eigenschaften dieser Polymere ist. Anhand der Meßergebnisse konnte eine Abschätzung der Quantenausbeute durchgeführt werden, die für die Diazosulfonat-Terpolymerfilme einen Wert von (12 ± 6) % ergab. Auf der Mikrometer-Skala wurden unterschiedliche Ansätze verfolgt, um die optische Strukturierung nachzuweisen. Der Nachweis optischer Modifikationen der Diazosulfonat-Terpolymerfilme wurde nach Belichtung mit hohen Lichtdosen geführt, da er sich nur in diesem Energiebereich mit der erforderlichen Empfindlichkeit realisieren ließ. Für die Aminoterpolymerfilme wurden Strukturen durch Fluoreszenzmarkierung nachgewiesen, welche sich als sehr sensitiv herausstellte. Im Anschluß an die Belichtung konnten topographische Modifikationen mit dem AFM gemessen werden. Mit dem SNOM konnten diese Modifikationen bereits während der Belichtung direkt analysiert werden. Die getesteten Methoden der Raman-Spektroskopie und der Metallisierung mit anschließender Röntgen-Photoelektronenspektroskopie zeigten weder die benötigte Sensitivität noch Selektivität. Die untersuchten Polymersysteme können in Form ultradünner Filme auf unterschiedliche Substrate aufgebracht werden. In diesen Polymerfilmen wurden Strukturen von der Millimeter-Skala bis Nanometer-Skala erzeugt. Anhand von an die Größenskala angepaßten direkten und indirekten Nachweismethoden konnten Veränderungen der optischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften der Polymere analysiert werden.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Strukturierbarkeit ultradünner, funktioneller Polymerfilme anhand von Diazosulfonat-Terpolymer- und Aminoterpolymer-Schichten untersucht. Beide Polymersysteme enthalten eine photoaktive Gruppe in der Seitenkette, die sich durch gezielte UV-Bestrahlung verändern läßt. In den Diazosulfonat-Terpolymeren wird durch die Belichtung die Funktionalität zerstört, während bei den Aminoterpolymeren die Funktionalität durch die Belichtung erst freigelegt wird. Dafür wurden Strukturierungsmethoden für verschiedene Längenskalen erarbeitet und auf ihre Eignung geprüft. Der Nachweis der erfolgreichen Strukturierung wurde durch an die Längenskala angepaßte Methoden geführt und damit die erzeugten Strukturen sichtbar gemacht. Die Veränderungen im optischen Absorptionsverhalten konnten an makroskopischen Probenbereichen nachgewiesen werden. Sowohl der verwendete Aufbau für die Strukturierung (Belichtung) als auch die Detektion mit dem 2-Stahl-Spektrometer erwies sich als geeignet. Es konnte deutlich der Abbau der UV-Absorptionsbande der Diazosulfonat-Terpolymerfilme gezeigt und quantitativ untersucht werden. Dafür wurden Lichtdosen von etwa 0,35 ... 39 nJ/µm² eingebracht und deren Auswirkungen auf die Absorptionsänderung des Polymers direkt festgestellt. Diese Messungen zeigen, daß die eingebrachte Energie und nicht die Leistung (sofern diese unterhalb 2,5 mW liegt) entscheidend für die Modifikation der optischen Eigenschaften dieser Polymere ist. Anhand der Meßergebnisse konnte eine Abschätzung der Quantenausbeute durchgeführt werden, die für die Diazosulfonat-Terpolymerfilme einen Wert von (12 ± 6) % ergab. Auf der Mikrometer-Skala wurden unterschiedliche Ansätze verfolgt, um die optische Strukturierung nachzuweisen. Der Nachweis optischer Modifikationen der Diazosulfonat-Terpolymerfilme wurde nach Belichtung mit hohen Lichtdosen geführt, da er sich nur in diesem Energiebereich mit der erforderlichen Empfindlichkeit realisieren ließ. Für die Aminoterpolymerfilme wurden Strukturen durch Fluoreszenzmarkierung nachgewiesen, welche sich als sehr sensitiv herausstellte. Im Anschluß an die Belichtung konnten topographische Modifikationen mit dem AFM gemessen werden. Mit dem SNOM konnten diese Modifikationen bereits während der Belichtung direkt analysiert werden. Die getesteten Methoden der Raman-Spektroskopie und der Metallisierung mit anschließender Röntgen-Photoelektronenspektroskopie zeigten weder die benötigte Sensitivität noch Selektivität. Die untersuchten Polymersysteme können in Form ultradünner Filme auf unterschiedliche Substrate aufgebracht werden. In diesen Polymerfilmen wurden Strukturen von der Millimeter-Skala bis Nanometer-Skala erzeugt. Anhand von an die Größenskala angepaßten direkten und indirekten Nachweismethoden konnten Veränderungen der optischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften der Polymere analysiert werden.