Near-field optical microscopy allows the nondestructive examination of surfaces with a spatial resolution far below the diffraction limit of Abbe. In fact, the resolution of this kind of microscope is not at all dependent on the wavelength, but is typically in the range of 10 to 100 nanometers. On this scale, many materials are anisotropic, even though they might appear isotropic on the macroscopic length scale. In the present work, the previously never studied interaction between a scattering-type near-field probe and an anisotropic sample is examined theoretically as well as experimentally. In the theoretical part of the work, the analytical dipole model, which is well known for isotropic samples, is extended to anisotropic samples. On isotropic samples one observes an optical contrast between different materials, whereas on anisotropic samples one expects an additional contrast between areas with different orientations of the same dielectric tensor. The calculations show that this anisotropy contrast is strong enough to be observed if the sample is excited close to a polariton resonance. The experimental setup allows the optical examination in the visible and in the infrared wavelength regimes. For the latter, a free-electron laser was used as a precisely tunable light source for resonant excitation. The basic atomic force microscope provides a unique combination of different scanning probe microscopy methods that are indispensable in order to avoid artifacts in the measurement of the near-field signal and the resulting anisotropy contrast. Basic studies of the anisotropy contrast were performed on the ferroelectric single crystals barium titanate and lithium niobate. On lithium niobate, we examined the spectral dependence of the near-field signal close to the phonon resonance of the sample as well as its dependence on the tip-sample distance, the polarization of the incident light, and the orientation of the sample. On barium titanate, analogous measurements were performed and, additionally, areas with different types of domains were imaged and the near-field optical contrast due to the anisotropy of the sample was directly measured. The experimental results of the work agree with the theoretical predictions. A near-field optical contrast due to the anisotropy of the sample can be measured and allows areas with different orientations of the dielectric tensor to be distinguished optically. The contrast results from variations of the dielectric tensor components both parallel and perpendicular to the sample surface. The presented method allows the optical examination of anisotropies of a sample with ultrahigh resolution, and promises applications in many fields of research, such as materials science, information technology, biology, and nanooptics. / Die optische Nahfeldmikroskopie ermöglicht die zerstörungsfreie optische Unter- suchung von Oberflächen mit einer räumlichen Auflösung weit unterhalb des klas- sischen Beugungslimits von Abbe. Die Auflösung dieser Art von Mikroskopie ist unabhängig von der verwendeten Wellenlänge und liegt typischerweise im Bereich von 10-100 Nanometern. Auf dieser Längenskala zeigen viele Materialien optisch anisotropes Verhalten, auch wenn sie makroskopisch isotrop erscheinen. In der vorliegenden Arbeit wird die bisher noch nicht bestimmte Wechselwirkung einer streuenden Nahfeldsonde mit einer anisotropen Probe sowohl theoretisch als auch experimentell untersucht. Im theoretischen Teil wird das für isotrope Proben bekannte analytische Dipol- modell auf anisotrope Materialien erweitert. Während fÄur isotrope Proben ein reiner Materialkontrast beobachtet wird, ist auf anisotropen Proben zusätzlich ein Kontrast zwischen Bereichen mit unterschiedlicher Orientierung des Dielektrizitätstensors zu erwarten. Die Berechnungen zeigen, dass dieser Anisotropiekontrast messbar ist, wenn die Probe nahe einer Polaritonresonanz angeregt wird. Der verwendete experimentelle Aufbau ermöglicht die optische Untersuchung von Materialien im sichtbaren sowie im infraroten Wellenlängenbereich, wobei zur re- sonanten Anregung ein Freie-Elektronen-Laser verwendet wurde. Das dem Nahfeld- mikroskop zugrunde liegende Rasterkraftmikroskop bietet eine einzigartige Kombi- nation verschiedener Rastersondenmikroskopie-Methoden und ermöglicht neben der Untersuchung von komplementären Probeneigenschaften auch die Unterdrückung von mechanisch und elektrisch induzierten Fehlkontrasten im optischen Signal. An den ferroelektrischen Einkristallen Lithiumniobat und Bariumtitanat wurde der anisotrope Nahfeldkontrast im infraroten WellenlÄangenbereich untersucht. An eindomÄanigem Lithiumniobat wurden das spektrale Verhalten des Nahfeldsignals sowie dessen charakteristische Abhängigkeit von Polarisation, Abstand und Proben- orientierung grundlegend untersucht. Auf Bariumtitanat, einem mehrdomänigen Kristall, wurden analoge Messungen durchgeführt und zusätzlich Gebiete mit ver- schiedenen Domänensorten abgebildet, wobei ein direkter nachfeldoptischer Kon- trast aufgrund der Anisotropie der Probe nachgewiesen werden konnte. Die experimentellen Ergebnisse dieser Arbeit stimmen mit den theoretischen Vorhersagen überein. Ein durch die optische Anisotropie der Probe induzierter Nahfeldkontrast ist messbar und erlaubt die optische Unterscheidung von Gebie- ten mit unterschiedlicher Orientierung des Dielektriziätstensors, wobei eine Än- derung desselben sowohl parallel als auch senkrecht zur Probenoberfläche messbar ist. Diese Methode erlaubt die hochauflösende optische Untersuchung von lokalen Anisotropien, was in zahlreichen Gebieten der Materialwissenschaft, Speichertech- nik, Biologie und Nanooptik von Interesse ist.

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.

Avec le développement rapide des technologies sans fil modernes et la miniaturisation des antennes et des systèmes électriques, l'emploi des antennes à l'intérieur du corps humain pour le suivi thérapeutique est devenu possible. Des batteries permettent d'alimenter ces antennes ; la réduction de la consommation de puissance implique l'augmentation de la durée de vie de circuits ingérables. Le corps humain, qui a une conductivité non nulle, n'est pas un milieu idéal pour la transmission des ondes RF à cause de l'atténuation liée aux propriétés diélectriques des tissus biologiques. Cependant, les tissus humains ne perturbent pas le champ magnétique car celui-ci dépend de la perméabilité du milieu qui est égale à un dans le corps humain. Bien que la puissance du champ magnétique décroisse avec l'exposant six de la distance, la technique utilisant les communications par induction magnétique en champ proche a été adoptée dans cette étude pour concevoir une liaison sans fil à faible portée à travers le corps humain. Durant ces travaux de thèse, après une caractérisation détaillée de la bobine d'émission située à l'intérieur du corps humain et de la bobine de réception localisée à sa surface, nous avons mis en place un bilan de liaison pour contribuer à l'amélioration du transfert de puissance dans ce milieu dissipatif. Un modèle analytique, déterminant les facteurs qui peuvent affecter le bilan de liaison par induction magnétique, a été vérifié à travers les simulations et les mesures. La variation de la position et de l'orientation de l'antenne ingérable ont été prises en compte pour évaluer la réponse de couplage entre la bobine émettrice et la bobine réceptrice. Les résultats obtenus constituent un pas en avant vers de futures recherches sur la conception de antennes dans les milieux dissipatifs et en particulier le corps humain / With the rapid growth of wireless technology and the miniaturization of modern antennas and electrical systems, the use of antennas inside the human body for therapeutic monitoring became possible. Batteries are used to supply these antennas; reducing the power consumption allows to increase the lifetime of ingestible systems. The human body, which has non-zero conductivity, is not an ideal environment for the transmission of RF waves because of the attenuation due to the dielectric properties of biological tissues. However, the human tissues do not disrupt the magnetic field as it depends on the permeability of the medium which is equal to one in the human body. Although the magnetic field power decreases with the distance exponent six, the technique using near-field magnetic induction communications was adopted in this study to design a short range wireless link through the human body. In this thesis, after a detailed characterization of the transmitting coil antenna located inside the human body and the receiving coil placed on its surface, we have implemented a link budget to contribute to the improvement of power transfer in the dissipative medium. An analytical model, identifying factors that can affect the link budget by magnetic induction, has been verified through simulations and measurements. The variation of the position and the orientation of the ingestible antenna were taken into account to evaluate the coupling response between the transmitting coil and the receiving coil. The results are a step toward future research on the design of antennas in dissipative media, in particular the human body

Dans la première partie de cette thèse, nous tirons parti du concept de nano-antenne optique afind'apporter une solution innovante au problème d'interprétation de la microscopie champ procheoptique (SNOM). En effet, il est connu que certaines nano-antennes développent des réponsesoptiques dipolaires. Dans cette thèse nous démontrons comment l’utilisation d’une nano-ouverturepapillon (nano-antenne dipolaire), à l’extrémité d’une pointe SNOM, permet de détecter et collecteruniquement une seule composante du champ proche électrique. Ce résultat est démontré d’unpoint de vue théorique par l’utilisation de simulation FDTD (Finite Difference Time Domain) et d’unpoint de vue expérimental par la caractérisation, par cette pointe innovante, d´échantillonsdiélectriques (réseaux, cristaux photoniques) et métalliques (milieux désordonnés plasmoniques).Dans une deuxième partie, nous démontrons comment la sonde développée dans la premièrepartie, peut être utilisée comme détecteur du signal émis par un nano-émetteurs (NE) unique. Il estétudié dans cette partie l’effet de couplage entre ces deux objets. Dans un premier temps, après ladescription complète des grandeurs caractéristiques d’un NE, nous démontrons théoriquementl’effet de la pointe sur la réduction du temps de vie de l’état excité et l’augmentation de lafluorescence d’un NE, en régime saturé et non saturé. Puis dans un deuxième temps nousdémontrons expérimentalement comment cette sonde réduit le temps de vie de l’état excité deboites quantiques placées à son extrémité, en comparaison de pointes SNOM plus conventionnellestelle que la pointe diélectrique et la pointe à ouverture circulaire. / In the first part of this manuscript, we use in our advantage the concept of optical nano-antennas, toget new solutions on the interpretation problems of scanning near-field optical microscope (SNOM)images. Indeed, it is known that some of the developed nano-antennas can express dipolarbehaviours. In this manuscript, we show how a bowtie nano-aperture (dipolar nano-antenna)embedded at the apex of a SNOM probe, can be used to detect and collect only one component ofthe electric near-field. This result is demonstrated as well theoretically, by the use of FDTD (FiniteDifference Time Domain) codes, as experimentally, by the characterisation with this tip, of dielectricsamples (diffraction grating and photonic crystals) and metallic ones (random plasmonic medium).In a second part, we show how the tip previously described, can be used as a detector of the signalfrom single emitter (SE). We study in this part the coupling and interactions between those twoobjects. After a full description of a two level system characteristics, we show theoretically the effectof our probe on the reduction of the excited state life time and the enhancement of thefluorescence of the SE, in both regime, saturated and non-saturated. Then we describeexperimentally how our special tip reduces the excited state life time of quantum dots placed at theapex of it, respect to more conventional SNOM probes as the dielectric and the circular apertureones.

La microscopie de grille à balayage (SGM pour Scanning GateMicroscopy), développée à la fin des années 1990, est devenue un outilpuissant pour étudier les propriétés électroniques locales dans lesnano-dispositifs semi-conducteurs. La SGM est basée sur la techniqueAFM, mais la pointe métallique est utilisée comme une grille mobilecouplée capacitivement au dispositif, et les propriétés de transportélectronique sont étudiées sous l'influence de cette grille,fournissant des informations spatiales à haute résolution. Cette thèsedécrit d'abord le remplacement de la détection optique de notresystème AFM par une détection piézo-électrique utilisant un diapason àquartz, puis les résultats de mesures SGM sur divers nano-dispositifs,qui sont tous fabriqués à partir d'hétérostructures InGaAs / InAlAscontenant un gaz d'électrons bi-dimensionnel (2DEG) de grande mobilitésitué à quelques dizaines de nanomètres sous la surface. Sur unesimple constriction, nous étudions l'interaction pointe-échantillonavec deux approches: la force électrostatique et l'effet capacitif.Sur une boite quantique, nous étudions les phénomènes de blocage deCoulomb lorsque la pointe est utilisée comme une grille pour modulerla charge à l'intérieur de la boite. Dans un travail sur le paradoxede Braess, avec l'aide de simulations numériques, nous découvrons uneffet paradoxal en modulant la largeur du canal central dans undispositif mésoscopique en forme de double anneau, en analogie avec leparadoxe qui se produit dans un réseau classique. Par une étudedétaillée de l'évolution de la conductance, nous découvrons enfinplusieurs pièges de charge dans les images SGM, et proposons un modèlepour interpréter le changement de conductance en présence de pièges decharge. Nous développons alors une méthode pour imager directement lespièges de charge par des mesures de transconductance avec unemodulation de la tension sur la pointe. / Scanning gate microscopy (SGM), developed in the late 1990's, has become a powerful tool to investigate the local electronic properties in semiconductor nano devices. SGM is based on the AFM technique but the metallic tip is used as a movable gate capacitively coupled to the device, and the electron transport property is studied on influence of this gate, providing spatial information with high resolution. This thesis presents the update of the force detection mode of our AFM system from optical method to force sensing by a quartz tuning fork, and the SGM measurement results on various nano devices, all of which are fabricated from InGaAs/InAlAs heterostructures containing a high mobility 2DEG located a few tens of nanometers below the surface. On a 2DEG constriction, we investigate the tip-sample interaction with two approaches: the capacitive force and the gate effect. On a quantum dot, we study the Coulomb blockade phenomena where the tip is used as a gate to modulate the charging/discharging inside the dot. In a work on Braess paradox, with the help of numerical simulations, we discover a Braess paradox effect by modulating a channel width in a ‘double-ring' shaped mesoscopic device in analogy with the one that occurs in a classical network. By a detailed study of the conductance changes, we discover several charge traps from the SGM map, and propose a model to interpret the conductance change with the presence of charge traps. We develop a method to directly image the charge traps by transconductance measurements with a voltage modulation on the tip.

Para o desenvolvimento da nanociência atual há forte demanda por equipamentos capazes de caracterizar sistemas em escalas da ordem nanométrica. Este contexto impulsionou o desenvolvimento de microscópios ópticos de varredura em campopróximo (Scanning Near-field Optical Microscope SNOM). Diferentemente da microscopia óptica tradicional, os SNOMs detectam a radiação eletromagnética evanescente e, conseqüentemente, a resolução não é limitada pelo critério de Rayleigh. No Laboratório de Materiais Magnéticos IFUSP desenvolvemos um SNOM sensível a efeitos Kerr magnetoópticos (MO-SNOM). Dessa maneira, associamos a alta resolução da técnica à alta sensibilidade dos efeitos magnetoópticos. Trata-se se uma área relativamente pouco explorada e carente de resultados sistemáticos na literatura. Utilizando o MO-SNOM, caracterizamos partículas microestruturadas de Co70.4Fe4.6Si15B10 amorfo com dimensões de 16x16x0.08 microm3 e 4x4x0.08 microm3. Os resultados compreendem dezenas de imagens de susceptibilidade magnetoóptica diferencial com resolução melhor que 200 nm e curvas de histerese local. Em primeira análise, a demonstração de resultados sistemáticos ajuda a estabelecer a técnica. O comportamento magnético das partículas, estudadas sob várias condições de campo aplicado, se mostrou determinado basicamente pela anisotropia de forma. As curvas de histerese local mostraram comportamentos intrinsecamente locais e motivaram uma interessante discussão sobre os parâmetros de caracterização magnética convencionais. As medidas realizadas indicam que o efeito Kerr magnetoótico transversal em campopróximo é similar ao campo-distante. Os resultados são fortemente sustentados por medidas de microscopia magnetoóptica de campo-distante, simulações micromagnéticas e medidas de microscopia de força magnética. Medidas complementares revelam o potencial do MO-SNOM para caracterizações de objetos extensos quanto a potenciais de pinning. Além disso, medidas em filmes finos de NiFe/FeMn acoplados por exchange-bias evidenciam a alta sensibilidade do MO-SNOM, estimada de DM ~ 2 x 10-12 emu. / To support nanosciences evolution, there is a strong demand for developing new instrumentation devoted to nano-scale characterization. In this context, the development of the Scanning Near-field Optical Microscope (SNOM) took place. In contrast to traditional optical microscopes, SNOM deals with evanescent electromagnetic radiation and, consequently, the resolution is no longer limited by the Rayleigh criterion. At Laboratório de Materiais Magnéticos (LMM) IFUSP a SNOM devoted to magneto-optical Kerr effect measurements (MO-SNOM) has been developed. The MOSNOM associates the high resolution of the near-field technique to the high sensibility of the magneto-optical Kerr effect. Near-field magneto-optical microscopy is not yet wellestablished and there is a lack of systematic results in the literature. Using the MO-SNOM, amorphous Co70.4Fe4.6Si15B10 particles with 16x16x0.08 microm3 and 4x4x0.08 microm3 dimensions were studied. With resolution better than 200 nm, several magneto-optical differential susceptibility images and local hysteresis loops were obtained. The systematic results uphold the establishment of this new technique. Under the different applied field conditions, the magnetic behavior of the particles was found to be determined by shape anisotropy. Local hysteresis loops presented shapes intrinsic of local field induced process. The unusual hystesesis loops motivated interesting discussion about the conventional magnetic parameters. The MO-SNOM measurements indicate that the near-field transverse magneto-optical Kerr effect is similar to the far-field case. The results are highly supported by far-field magneto-optical microscopy, micromagnetic simulations and magnetic force microscopy measurements. Complementary measurements indicate the MO-SNOM potential to extensive magnetic surface characterization related to pinning potential distribution. Furthermore, measurements on the exchange-bias coupled NiFe/FeMn thin films make evident the MO-SNOM high sensitivity, estimated to be DeltaM ~ 2 x 10-12 emu.

Die Dissertation beinhaltet Untersuchungen mittels optischer Rasternahfeldmikroskopie (SNOM)an epitaktisch gewachsenen Halbleiter-Nanostrukturen des Materialsystems GaAs/(Al,Ga)As, sowie Untersuchungen mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM/MFM) an ferromagnetischen MnAs-Schichten auf GaAs. Der erste Teil der Arbeit widmet sich dem Aufbau und der Wirkungsweise eines neuen SNOM fürden Einsatz bei tiefen Temperaturen. Das Auflösungsvermögen des Mikroskopswird einmal in Hinblick auf die topographische Empfindlichkeit des Scanners in Richtung der Oberflächennormale, andererseits optisch-lateral charakterisiert. Es wird gezeigt, welche Möglichkeiten der Einsatz geätzter, unbedampfter Nahfeldsonden bietet. Im zweiten Teil werden nahfeld-optische Untersuchungen an GaAs-Quantenfilmen und GaAs-Quantendrähten vorgestellt. Die Grenzflächeneigenschaften der Quantenfilmstrukturen wurden per Wachstumsunterbrechung dahingehend beeinflusst, dass inselartige Gebiete konstanter Quantenfilmdicke entstehen, deren lateraler Durchmesser einige hundert Nanometer beträgt. Durch Photolumineszenzspektroskopie im SNOM kann die räumliche Verteilung der Inseln detektiert werden. Die optischen Nahfeldbilder geben einen interessanten Einblick in die Grenzflächenmorphologie des Quantenfilms und ermöglichen so Rückschlüsse auf die Wachstumsprozesse. Quantendrähte aus GaAs wurden in die intrinsische Zone einer p-i-n-Struktur eingebaut. Durch räumlich aufgelöste sowie energie-selektive Anregung von Photoströmen mittels SNOMkann das Verhalten von zusätzlich in der Struktur erzeugten Ladungsträgern auf den Gesamtstromfluss untersucht werden. Die Ergebnisse liefern ein verbessertes Verständnis über denProzess der selektiven Elektrolumineszenz, durch den diese Strukturen gekennzeichnet sind. Im letzten Teil werden strukturelle Untersuchungen an MnAs-Schichten vorgestellt, die auf GaAs(001) gewachsen wurden. Epitaktisch gewachsene MnAs-Schichten auf GaAs(001) zeigen eine Phasenkoexistenzvon ferromagnetischem und paramagnetischem MnAs unterhalb der Curie-Temperatur. Auf Grund dieser Besonderheit kommt es zur Ausbildung von periodischen elastischen Domänen in der Schicht. Die Entwicklung solcher Domänen wird mittels temperaturabhängiger Rasterkraftmikroskopiedirekt beobachtet. / In this thesis, investigations on both epitactically grown GaAs/(Al,Ga)As semiconductor nanostructures using near-field scanning optical microscopy (SNOM) as well as ferromagnetic MnAs films on GaAs using scanning force microscopy are presented.Setup, operation modes, and properties of a new SNOM designed for low-temperature experiments are discussed. In terms of resolution, both topographical sensitivity of the scanner and optical limitsare distinguished. Surprisingly, the use of uncoated optical fibre tips enables sufficient optical resolution, while the transmission increases dramtically compared to conventional SNOM probes. Using the SNOM setup, near-field optical experiments on GaAs quantum wells and GaAs quantum wiresare made. The interface properties of the quantum well structures had been influenced during growth by interrupting the growth process. Thus, island-like areas with constant well thickness are prepared, whose lateraldiameter is in the order of a few hundred nanometers.Near-field optical photoluminescence spectroscopy can detect the spatial distribution of the islands.The near-field optical images provide interesting insight into the interface morphology and henceabout the growth process itself. GaAs sidewall quantum wires had been grown such that they are built in the center of the intrinsic layer of a p-i-n LED structure.Applying the SNOM, spatially refined photocurrents are induced in the structure. The initial localisation of photogeneratedcharge carriers can also be chosen by varying the excitation energy.This enables a detailed study of how additionally generated carriers contribute to the photocurrent signal,the outcome of which provides deeper understanding in the process of a selective electroluminescenceof the structure. In the last part, structural investigations on MnAs film are discussed, which had been grown on GaAS(001) substrates.These films exhibit a phase coexistense of ferromagnetic and paramagnetic MnAs below the Curie temperature. As a result, periodic elastic domains of the coexisting phases are formed. The development of such domains is studied using temperature-dependent (magnetic) scanning force microscopy.The structural effects are discussed in connection with a theoretical model.

In dieser Arbeit werden erstmals die nichtlinearen optischen Eigenschaften einzelner Halbleiterquantenpunkte mit Femtosekunden-Zeitauflösung untersucht und dargestellt. Insbesondere die Besetzungs- und Polarisationsdynamik eines einzelnen Halbleiterquantenpunkts wird diskutiert. Zur Durchführung der Experimente wird eine neuartige Messmethode entwickelt und eingesetzt: die Femtosekunden-Nahfeldspektroskopie. Die Kombination aus fs-Anrege-Abtast-Spektroskopie und optischer Nahfeldspektroskopie ermöglicht es, die nichtlinearen optischen Eigenschaften eines einzelnen Quantenpunkts mit hoher räumlicher, temporaler und spektraler Auflösung bei Temperaturen von 10 K bis 300 K zu untersuchen. Das zu diesem Zweck weiter entwickelte optische Nahfeldmikroskop bietet eine hohe räumliche Auflösung von bis zu 150 nm. Die Einführung einer neuartigen optischen Abstandsregelkontrolle sichert identische experimentelle Bedingungen über zahlreiche Stunden, ohne daß mechanische Wechselwirkungen zwischen den untersuchten Strukturen und dem apparativen Aufbau die Ergebnisse negativ beeinflussen. Durch die Kombination dieses Nahfeldmikroskops mit einem klassischen fs-Anrege-Abtast-Aufbau können die nichtlineare optische Eigenschaften einzelner Quantenpunkte mit einer Zeitauflösung von bis zu 150 fs untersucht werden. Zur Charakterisierung der Mehrfachquantenfilmprobe werden die linearen optischen Eigenschaften einzelner Interface Quantenpunkte mit Hilfe der stationären Methoden der Photolumineszenzspektroskopie und Photolumineszenz-Autokorrelationsspektroskopie untersucht und analysiert. Dadurch bietet sich die Möglichkeit der gezielten Untersuchung der räumlichen Statistik lokalisierter Zustände. Einblick in die räumliche Unordnung des zugrundeliegenden Potentialverlaufs kann gewonnen werden. In PL-Emission wird der Übergang von homogen verbreiterten Emissionslinien dicker Quantenfilme in ein inhomogen verbreitertes Emissionsspektrum bei gleichzeitiger Beobachtung spektral scharfer Emissionslinien einzelner lokalisierter Exzitonenresonanzen mit Abnahme der Filmdicke beobachtet. In PL-Autokorrelationsexperimenten wird ein zweites ausgeprägtes Korrelationsmaximum beobachtet. Dieses wird einem angeregten lokalisierten und optisch aktiven Zustand zugeschrieben. Die beobachtete Energiedifferenz zwischen Exzitonengrundzustand und dem beobachteten angeregten Zustand ermöglicht eine Abschätzung des Dipolmoment zu 40-50D und der Ausdehnung von Quantenpunkte von ca. 50nm. Zeitaufgelöste Untersuchungen an interface Quantenpunkten werden mit einer spektralen Auflösung von 60 µeV in Reflexionsgeometrie durchgeführt. Diese gestatten zum einen die Bestimmung der Lebensdauer und Dipolmomente lokalisierter Exzitonenzustände. Zum anderen ist eine nahezu vollständige Rekonstruktion der Polarisationsdynamik nach optischer Anregung möglich. Grossen Einfluss auf die spektrale Form der detektierten Reflektivitätsänderung besitzt die Tiefe unter der ein Quantenpunkt unter der Oberfläche vergraben ist. Diese Tiefenabhängigkeit wird in dieser Arbeit genauer untersucht und analysiert. Weiterhin wird erstmals die Polarisationsdynamik in einem einzelnen Quantenpunkt mit fs-Zeitauflösung untersucht und analysiert. Wird die durch den Abtastimpuls getriebene Polarisation nicht durch Wechselwirkung mit einem zweiten Impuls gestört, wird eine exponentielle zeitliche Abnahme der Polarisation mit der durch die homogenen Linienbreite bestimmten Dephasierungszeit ermittelt. Vielteilchenwechselwirkung nach nichtresonanter Anregung mit einem Anregeimpuls führt zur Änderung der Polarisationsdynamik lokalisierter Zustände und zur Beobachtung nichtverschwindender Reflektivitätsänderungen zu negativen Verzögerungszeiten. Als dominanter Mechanismus der in den zeitaufgelösten Experimenten vorherrschenden Vielteilchenwechselwirkung wird ein anregungsinduziertes Dephasieren nachgewiesen. / In this thesis the first study of nonlinear optical properties of single Quantum Dots with femtosecond time resolution is presented. Especially the population and polarization dynamics in a single semiconductor quantum dot will be discussed. To achieve this goal a new experimental technology is developed, giving the possibility to investigate the temporal dynamics of a single quantum dot within a temperature range between 10 and 300 K. Hereby the combination of a standard pump-probe setup with a near-field microscope for variable temperatures allows highest temporal, spectral and spatial resolution of up to 100 fs, 60 ueV and 150 nm respectively. The introduction of a new optical distance control enables the investigation of nonlinear optical properties of a single quantum dot in reflection geometry without any restrictions due to masking or stress effects. In first experiments the linear optical properties of single interface Quantum Dots in the multiple quantum well structure is characterized and analyzed via PL- and PL-autocorrelation spectroscopy. Knowledge of the spatial statistics of localized states can be gained. Insight into correlation of the underlying disorder potential is achieved. By investigating different quantum wells the crossover from a homogeneous broadened emission spectra of thick quantum films to an inhomogeneous broadened emission spectra is observed accompanied by the occurrence of sharp emission peaks from localized excitons. In PL-Autocorrelation experiments a second pronounced correlation maximum is observed. This correlation maximum can be explained by a localized excited and optical active resonance in a single quantum dot. The energy difference between the localized ground state and the first excited state of about 3 meV allows a rough estimate of underlying dipole moments to 40-50 D and the extent of isolated quantum dots to 50 nm. Time resolved experiments on interface quantum dots are performed with a spectral resolution of 60 µeV in reflection geometry, allowing on one hand the determination of population life times and dipole moments of localized exciton states. On the other hand a nearly complete reconstruction of the polarization dynamics is possible. Large influence on spectral shape of the reflectivity change is given by the distance between interface quantum dots and the sample surface. This burying depth dependence will discussed and analyzed in detail within this thesis. Moreover polarization dynamics in a single quantum dot is investigated with fs-resolution. If the polarization driven by the probe pulse is not disturbed by a second light pulse, an exponential decay of the polarization amplitude with an decay time determined by the homogeneous line width is observed. Many body interaction after excitation by a non-resonant pump-pulse causes changes in the polarization dynamics of localized states at negative delay times. As prominent mechanism of many-body interactions governing the experiments an excitation induced dephasing will be determined.

Submitted by Mariana Dornelles Vargas (marianadv) on 2015-03-25T13:57:02Z No. of bitstreams: 1 4iPay.pdf: 3380679 bytes, checksum: 49edaff25098492ab3c46fcf4aad082b (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-25T13:57:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4iPay.pdf: 3380679 bytes, checksum: 49edaff25098492ab3c46fcf4aad082b (MD5) Previous issue date: 2012 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho tem por objetivo apresentar um modelo de arquitetura e usabilidade para um sistema de pagamento móvel (Mobile Payment System), considerando as premissas de independência de dispositivo, de localização, de operadora de telefonia móvel e de administradora financeira para suprir as necessidades de efetivar pagamentos e recebimentos de qualquer natureza em ambientes de comércio ubíquo (Ubiquitous Commerce). O trabalho inicialmente descreve a motivação, os objetivos e os conceitos fundamentais sobre os quais se baseia a proposta do modelo. A seguir são elencados os principais trabalhos relacionados e uma análise comparativa detalhada é realizada, derivando as características mais importantes a serem consideradas no modelo proposto. Em seguida, é proposto um modelo de pagamento móvel, denominado 4iPay, onde são detalhados os objetivos, arquitetura, recursos e a proposta técnico-científica de comércio eletrônico em ambientes ubíquos. Na proposição do modelo foi considerada a convergência dos trabalhos relacionados analisados no que tange à ubiquidade, unicidade, universalidade e unissonância. Assim, o modelo 4iPay pretende reunir as melhores características, inovando e melhorando em alguns aspectos relevantes ao comércio ubíquo de fato. O modelo proposto visa propor uma solução diferenciada em termos de arquitetura, modelo de negócio, usabilidade, baixo consumo de banda e alto desempenho nas transações de pagamento e recebimento, em relação às propostas atuais, levando em consideração, nas transações comerciais eletrônicas móveis, questões como independência de dispositivo, localização física, segurança e confiabilidade, além de outras características expostas ao longo do trabalho, como otimização no uso de protocolos de comunicação e flexibilidade na utilização de conexões locais ou remotas. Também são descritos cenários efetivos de uso de onde e como o modelo 4iPay pode ser aplicado. Para tanto é apresentado o protótipo desenvolvido para avaliar o modelo. Por fim, são apresentados os resultados obtidos na avaliação dos cenários, nas avaliações de desempenho da aplicação e na pesquisa de campo de aceitação do modelo proposto. / This work aims at presenting a usability and architectural model for a mobile payment system. In our model, we assume independence of devices, of location, of mobile operator, and of administrator, to allow all kinds of payment in ubiquitous environments (Ubiquitous Commerce). In this work, we begin describing motivation, goals, and fundamental concepts, in which the proposed model is based. Next, we present related works and a detailed comparative analysis of those projects, deriving the most important features. Later, we propose a model of mobile payment, called 4iPay, based on those features. We detail the 4iPay model, architecture, features, and the technical-scientific proposal of an electronic commerce system in ubiquitous environments. We consider, in the proposed model, the convergence of various related works in terms of ubiquity, unity, universality, and unison. Thus, 4iPay aims at bringing together the best features, innovating and improving in some aspects. In the model, we propose a distinguished solution in terms of architecture, business model, usability, low bandwidth consumption and high performance in payment and receipt transactions. We also consider issues such as device independence, physical location, security and reliability, and other features related to mobile electronic commerce transactions, such as optimizing communications protocols usage and flexibility in local or remote connections. We also present the effective use in scenarios of where and how 4iPay can be applied. For this purpose we present the prototype developed to evaluate the model. Finally, we present the scenarios assessment results, the application performance evaluation and the proposed model acceptance survey.

Submitted by William Justo Figueiro (williamjf) on 2015-07-10T21:37:30Z No. of bitstreams: 1 36b.pdf: 8321284 bytes, checksum: 5ec8d2ae2a04b68405d9caf30d342a3a (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-10T21:37:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 36b.pdf: 8321284 bytes, checksum: 5ec8d2ae2a04b68405d9caf30d342a3a (MD5) Previous issue date: 2013-08-19 / Nenhuma / O uso de dispositivos móveis como meio de pagamento vem crescendo ao longo dos últimos anos. Embora algumas implantações de carteiras digitais tenham sido bem sucedidas, ainda não existe um padrão a ser utilizado pelo mercado. Este trabalho tem como objetivo apresentar uma solução para pagamento móvel através da utilização de uma carteira digital. Esta solução deve ser heterogênea, sendo disponibilizada para o maior número possível de dispositivos móveis, como telefones celulares e tablets, e deve permitir o pagamento entre dois usuários sem a necessidade de conexão à internet. O trabalho também leva em consideração as informações de contexto do usuário, e busca oferecer uma solução diferenciada ao usuário final, através da interface da aplicação com um servidor de pedidos, a ser instalado no estabelecimento comercial. A segurança também é um item importante, e o modelo deve prever a utilização de um elemento seguro, garantindo a segurança das informações gravadas no dispositivo. Foi desenvolvido um protótipo da arquitetura proposta, denominado Unipag. O protótipo foi desenvolvido através da avaliação de quatro diferentes soluções de carteira digital, sendo duas soluções acadêmicas e duas soluções comerciais. O protótipo foi desenvolvido inicialmente para o sistema Android, e foram realizadas duas avaliações. A avaliação por cenários demonstrou a utilização com sucesso da aplicação em cenários de pagamento cotidianos. A avaliação de usabilidade demonstrou que o aplicativo é de fácil utilização, e 96% dos usuários utilizariam a aplicação se disponível. Os resultados encorajam o estudo e demonstram a viabilidade da solução. / The use of mobile devices as a payment device has been growing over the last few years. Although some deployments of digital wallets have been successful, there is still no standard to be used by market. This work aims to present a solution for mobile payment through the use of a digital wallet. This solution must be heterogeneous, being made available to the largest possible number of mobile devices such as mobile phones and tablets, and should allow payment between two users without internet connection. The solution also considers the context information of the user, and seeks to offer a different solution to the end user through the application interface with a server application to be installed on the premises. Safety is also an important item, and the model should provide for the use of a secure element, ensuring the security of information stored on the device. We developed a prototype of the proposed architecture, called Unipag. The prototype was developed by evaluating four different solutions digital wallet, two academic solutions and two commercial solutions. The prototype was initially developed for the Android system, and were assessed twice. The evaluation scenarios demonstrated the successful use of the application for daily payment scenarios. The usability evaluation demonstrated that the application is easy to use, and 96% of users would use the application if available. The results encourage the study and demonstrate the feasibility of the solution.