In dieser Arbeit werden drei verschiedene kohlenstoffbasierte Materialsysteme behandelt: (i) Organische Halbleiter und kleine Moleküle, in Kombination mit Fullerenen für Anwendungen in der organischen Photovoltaik (OPV), (ii) Halbleitende Einzelwand-Kohlenstoffnanoröhren und (iii) Siliziumkarbid (SiC), dessen Defekte erst seit kurzem als Kandidaten für Quantenapplikationen gehandelt werden. Alle Systeme wurden mit optisch detektierter Magnetresonanzspektroskopie (ODMR) untersucht.
Im OPV-Kapitel, die intrinsischen Parameter und Orientierungen von Exzitonen mit hohem Spin wurden für die Materialsysteme P3HT, PTB7 und DIP untersucht. Speziell der Einfluss von Ordnung diesen organischen Systemen wurde diskutiert. Der zweite Teil des Kapitels beschäftigt sich mit Triplettgeneration mittels Elektronenrücktransfer im leistungsfähigen Materialsystem PTB7:PC71BM.
Das Kohlenstoffnanoröhren-Kapitel zeigt zuert den ersten zweifelsfreien Nachweis von Triplettexzitonen in halbleitenden (6,5) Einzelwandkohlenstoffnanoröhren (SWNT), mittels ODMR-Spektroskopie. Ein Modell für die Anregungskinetik, die intrinsischen Parameter des Exzitons und Abhängigkeit von der Orientierung der Röhren wurden diskutiert.
Der letzte Teil der Arbeit gilt Spinzentren in Siliziumkarbid. Nach einer kurzen Einführung in das Materialsystem wird die Spinmultiplizität für die V2 und V3 Siliziumfehlstellen, sowie eines Frenkelpaars und eines noch nicht zugeordneten Defekts (UD) in 6H SiC, weiterhin für die V2 Fehlstelle und das Frenkelpaar in 4H SiC, durchgängig zu S=3/2 festgestellt. Das spinpolarisierte Befüllen der 3/2-Zustände des Grundzustands der Siliziumfehlstellen erlaubt stimulierte Mikrowellenemission. Ausserdem wurde für UD und Frenkelpaar in 6H SiC eine große Temperaturabhängigkeit der Nullfeldparameter festgestellt, während die Siliziumfehlstellen temperaturunabhängig sind. Anwendung des UD und Frenkelpaars als Temperatursensor, und der Vakanzen als Vektormagnetometer wurden diskutiert. / In this work, three different material systems comprising carbon were researched: (i) Organic polymers and small molecules, in conjunction with fullerene molecules for applications in organic photovoltaics (OPV), (ii) single walled semiconducting carbon nanotubes and (iii) silicon carbide (SiC), whose defect color centers are recently in the limelight as candidates for quantum applications. All systems were analyzed using the optically detected magnetic resonance (ODMR) spectroscopy.
In the OPV chapter, first the intrinsic parameters and orientations of high spin excitons were analyzed in the materials P3HT, PTB7 and DIP. Specifically the influence of ordering in these organic systems was adressed. The second part of the OPV chapter is concerned with triplet generation by electron back transfer in the high-efficiency OPV material combination PTB7:PC71BM.
The carbon nanotube chapter first shows the way to the first unambiguous proof of the existence of triplet excitons in semiconducting (6,5) single-walled carbon nanotubes (SWNT) by ODMR spectroscopy. A model for exciton kinetics, and also orientation and intrinsic parameters were propoesed.
The last part of this work is devoted to spin centers in silicon carbide (SiC). After a brief introduction, the spin multiplicity of the V2 and V3 silicon vacancies, and also of a Frenkel pair and an unassigned defect UD in 6H SiC, and of the V2 vacancy and the Frenkel pair in 4H SiC, was shown to be S=3/2. The spin polarized pumping of the 3/2 manifold of the quartet ground state of the silicon vacancies allows stimulated microwave emission. Furthermore, in 6H SiC, the UD and Frenkel pair were shown to have a large dependence of their intrinsic zero field interaction parameters on the temperature, while the vacancies are temperature independent. The application of the UD and Frenkel pair as temperature sensor, and of the vacancies as a vector magnetic field sensor is discussed.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:10630 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Kraus, Hannes |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/de/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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