Abschlussarbeiten

Hintergrund und Motivation
Quantensensorik hat ein großes Potential für die aktuelle technologische Revolution in den Quantentechnologien. Mithilfe von Atomen können sehr präzise Messungen verschiedenster Effekte wie z.B. Gravitation oder den Einflusses von dunkler Materie durchgeführt werden. Sogenannte Atomchips sind kompakte Systeme, in denen Atome gefangen, sowie hinsichtlich ihrer quantenmechanischen Zustände manipuliert und detektiert, werden können.

Zur Miniaturisierung dieser Atomchips sind integrierte photonische Systeme zur Übertragung und Aufbereitung von Laserlicht auf dem Chip essentiell – und ermöglichen eine weitere Steigerung der Komplexität dieser Messinstrumente sowie ihrer Benutzerfreundlichkeit. Dafür  müssen unterschiedliche integrierte photonische Komponenten entwickelt werden. Es werden z.B. Wellenleiter zum Verteilen des Laserlichts innerhalb des Chips und Lichtauskoppler zum Aussenden des Laserlichts vom Chip direkt zum Atom für verschiedene Wellenlängen benötigt, sodass die Atome in komplexen Konfigurationen angesteuert werden können.

Zentrale Fragen, die in der Masterarbeit bearbeitetet werden: Was ist zukünftig möglich auf einem solchen Atomchip? Wo sind Schwierigkeiten und Hausforderungen für die integrierte Photonik und ihre Herstellung? Das Ziel soll es sein, am Ende der Masterarbeit ein Design für einen Atomchip erstellt zu haben.

Aufgabenbeschreibung
Im Rahmen des Projektes werden mittels geometrischer Optik mögliche Chip-Konfigurationen untersucht und darauf aufbauend Wellenleiter und Auskoppler für Laserlicht auf einen integrierten Atomchip entwickelt. Für die optischen Simulationen wird einekommerzielle Software, z.B. Lumerical, verwendet.

Anforderungen 
Kenntnisse bzw. ein großes Interesse für Phython und/oder Matlab sowie grundlegendes Verständnis im Bereich der Optik sind erforderlich.

Kontakt: Steffen Sauer

Ziel der Masterarbeit ist es, monodisperse Polystyrolsphären verschiedener Größen in einer Monolage mit konfokaler Ramanmikroskopie metrologisch zu untersuchen.  Die strukturierte Anordnung der Polystyrolsphären soll als Kalibrierstandard für die konfokale Ramanspektroskopie funktionieren, sodass rückführbare 3D-Messungen durchgeführt werden können.

Die Aufgaben sind konkreter:

1. Charakterisierung der prozessierten Proben in Hinsicht ihrer Größenordnungen
   i) Mikroskopische Aufnahmen
   ii) REM-Messungen
2. Raman-Mikroskopie
   i) Untersuchung von Polystyrolkugeln verschiedener Größen auf Si
   ii) Untersuchung von Polystyrolkugeln auf GaN
   iii) Untersuchung von PMMA-Kugeln
   iv) Untersuchung von Schichten mit Polystyrol- und PMMA-Kugeln in zufälliger Mischanordnung

Kontakt: Alina Syring

2D-Materialien wie Graphen, „Beyond-Graphen“ (Übergangsmetall-Chalkogenide, hBN, Gallenene, Silicene, Phosphene usw.) und insbesondere Materialien, die durch die traditionelle Synthese schwer als zweidimensionale Schichten darstellbar sind (wie z.B. graphenähnliches Zinkoxid (g-ZnO) etc.) sind eine der wichtigsten Forschungsrichtungen in der Materialwissenschaft und Ingenieurtechnik. Ihre einzigartigen Eigenschaften haben das Potenzial, elektronische Bauelemente deutlich zu verbessern und zu erweitern können aber auch zu neuen Anwendungsbereichen führen. Die neue Herstellungsansätze führen zu einer neuen Route für zweidimensionales Kristallwachstum und könnte auch zur Herstellung von selbstorganisierten Stacks von 2D-Materialien als neuartigen Property-on-Demand-Heterostrukturen und somit zu einem Durchbruch in zukünftigen Bauelementen und Nanotechnologien führen.

Die Arbeit wird in Kooperation mit der PTB Braunschweig durchgeführt.

Weitere Informationen:

Prof. Andrey Bakin

Oberflächen können durch Aufbringen von Molekülen in ihren Eigenschaften modifiziert und für spezielle Anwendungen passend optimiert werden. Eine solche Funktionalisierung ist Ziel der hier ausgeschriebenen Masterarbeit. (Metall-)Phthalocyanin-Schichten mit verschiedenen Schichtdicken sollen auf GaN-Oberflächen abgeschieden und optisch charakterisiert werden. Das Fernziel sind Einzelphotonenemitter. Als Charakterisierungstechniken stehen Photolumineszenz-, Raman- und Kathodolumineszenzspektroskopie im Vordergrund. Die Morphologie der Oberfläche wird mit einem Rasterkraftmikroskop untersucht. Die Aufgaben der Masterarbeit umfassen unter anderem:

• Charakterisierung des GaN-Substrates mittels Photolumineszenz- und Kathodoluminesspektroskopie, Rasterkraftmikroskopie (AFM) und Raman-Spektroskopie
• Prozessierung der Phathalocyaninschichten auf GaN-Substrat
  • Abscheiden der Phthalocyaninschichten mittels Aufdampfen
  • Untersuchung des Einflusses der Aufdampftemperatur auf die gewachsenen Schichten und das Emissionsverhalten
• Optische Charakterisierung:
  • zeitintegrierte und -aufgelöste Photolumineszenz- und Kathodoluminesspektroskopie an verschiedener Phthalocyanin-Schichtdicken und Vergleich der Messergebnisse

Kontakt: Gunilla Harm

2D-Materialien wie Graphen, hexagonales Bornitrid oder Übergangsmetall-Dichalkogenide zeichnen sich durch ihre vielfältig nutzbaren Eigenschaften aus, die Einsatzmöglichkeiten in (opto-)elektrischen Strukturen wie Transistoren, Lichtdioden oder Sensoren erwarten lassen.

Ziel dieser Masterarbeit ist es, eine Grundcharakterisierung von MoS₂ durchzuführen. Dafür werden optische Charakterisierungstechniken wie Raman-Spektroskopie sowie Kathodo- und Photolumineszenzmessungen verwendet. Ein wesentlicher Bestandteil der Arbeit ist zudem die Probenpräparation, z.B. der MoS₂ Monolagen.

Kontakt: Alina Syring und Gunilla Harm