Kaiserslautern - Fachbereich Physik
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Annual Report 1999
(2000)
Phase velocities of surface acoustic waves in several boron nitride films were investigated by Brillouin light scattering. In the case of films with predominantly hexagonal crystal structure, grown under conditions close to the nucleation threshold of cubic BN, four independent elastic constants have been determined from the dispersion of the Rayleigh and the first Sezawa mode. The large elastic anisotropy of up to c11/c33 = 0.1 is attributed to a pronounced texture with the c-axes of the crystallites parallel to the film plane. In the case of cubic BN films the dispersion of the Rayleigh wave provides evidence for the existence of a more compliant layer at the substrate-film interface. The observed broadening of the Rayleigh mode is identified to be caused by the film morphology.
In den letzten Jahren konnte ein beachtlicher Fortschritt bei der Entwicklung kostengünstiger, hoch effektiver Si-Solarzellen mit kristalliner Basis und einem Emitter aus amorphem Silizium (a-Si:H) beobachtet werden. Für die Herstellung dieser Emitter wird zur Zeit ausschliesslich die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD)verwendet, die jedoch aufgrund ihrer Hochfrequenztechnik sehr aufwendig ist. Die Hot-wire CVD, das heisst die Abscheidung durch Zersetzung eines Gases an einem heissen Draht, ist in dieser Hinsicht eine viel versprechende Alternative. Ziel dieser Arbeit ist es, das Hot-wire Wachstum auf Si-Wafern zu charakterisieren, um auf diese Weise eine systematische Optimierung von Solarzellen mit kristalliner Basis zu erreichen. Daher wurden sowohl grundlegende materialwissenschaftliche als auch bauelementspezifische Fragen diskutiert. Mittels kinetischer in-situ Ellipsometrie wurde erstmals die Hot-wire CVD von Silizium auf poliertem HF-geätztem (100)-Silizium untersucht und die zeitliche Entwicklung eines epitaktischen Wachstums beobachtet. Im Verlauf der Deposition kann die Epitaxie abbrechen und sich eine Mischphase aus kristallinem und amorphem Silizium bilden, wobei der c-Si-Volumenanteil nahezu linear mit der Zeit abnimmt und anschließend reines a-Si:H-Wachstum stattfindet. Die Dicken der rein epitaktischen Schicht als auch der Mischphase nehmen mit ansteigender Substrattemperatur Ts und sinkender Depositionsrate R zu. Bei Ts=300 °C und R=1.4 A/s konnte eine epitaktische Schichtdicke grösser 200 nm abgeschieden werden. Untersuchungen zur Hot-wire CVD von Germanium auf poliertem HF-geätztem (100)-Silizium zeigten erstmals, dass ein über 170 nm dickes heteroepitaktisches Wachstum bei Ts= 350°C und R=2.8 A/s möglich ist. Daher besitzt die Hot-wire CVD viel versprechende Perspektiven hinsichtlich der industriellen Herstellung (opto-)elektronischer Bauelemente auf der Nanometerskala. Verschiedenartige Si-Schichten (amorph/nanokristallin/einkristallin, n/p-dotiert) wurden mittels Hot-wire CVD hergestellt und als Emitter von Solarzellen mit kristalliner Si-Basis aufgebracht. Mit (n)a-Si:H-Emittern auf texturierten Wafer wurde ein intrinsischer Wirkungsgrad von 15.2% erreicht. Ausserdem ermöglicht die Hot-wire Deposition epitaktischer Emitter die Verwendung von SiO2 oder SiN als Antireflexionsschicht anstelle von transparenten leitfähigen Oxiden (TCO) und damit eine deutliche Reduzierung der Herstellungskosten. Die Leerlaufspannung und der Füllfaktor der hergestellten Solarzellen hängen stark von der Passivierung der Waferoberlfäche ab, wobei beide Hellkennlinienparameter durch eine optimierte Hot-wire Wasserstoffbehandlung des Substrats vor der Emitterdeposition hohe stabile Werte erreichen. Abschliessend wird festgestellt, dass die in-situ Ellipsometrie hervorragend zur zerstörungsfreien und oberflächensensitiven Untersuchung des Schichtwachstum mittels Hot-wire CVD geeignet ist. Ausserdem ist die Hot-wire CVD sehr gut für die Herstellung von Si-Solarzellen mit kristalliner Basis geeignet und besitzt viel versprechende Perspektiven bezüglich (opto-)elektronischer Bauelemente auf der Nanometerskala.
The paper studies the effect of a weak periodic driving on metastable Wannier-Stark states. The decay rate of the ground Wannier-Stark states as a continuous function of the driving frequency is calculated numerically. The theoretical results are compared with experimental data of Wilkinson et at. [Phys.Rev.Lett.76, 4512 (1996)] obtained for cold sodium atoms in an accelerated optical lattice.
The statistics of the resonance widths and the behavior of the survival probability is studied in a particular model of quantum chaotic scattering (a particle in a periodic potential subject to static and time-periodic forces) introduced earlier in Ref. [5,6]. The coarse-grained distribution of the resonance widths is shown to be in good agreement with the prediction of Random Matrix Theory (RMT). The behavior of the survival probability shows, however, some deviation from RMT.
Chaotic Billiards
(2000)
The frictionless motion of a particle on a plane billiard table The frictionless motion of a particle on a plane billiard table bounded by a closed curve provides a very simple example of a conservative classical system with non-trivial, chaotic dynamics. The limiting cases of strictly regular ("integrable") and strictly irregular ("ergodic") systems can be illustrated, as well as the typical case which shows an intricate mixture of regular and irregular behavior. Irregular orbits are characterized by an extremely sensitivity with respect to the initial conditions. Such billiard systems are exemplarily suited for educational purposes as models for simple systems with complicated dynamics as well as for far-reaching fundamental investigations.
Abstract: We analyse 4-dimensional massive "phi" ^ 4 theory at finite temperature T in the imaginary-time formalism. We present a rigorous proof that this quantum field theory is renormalizable, to all orders of the loop expansion. Our main point is to show that the counterterms can be chosen temperature independent, so that the temperature flow of the relevant parameters as a function of T can be followed. Our result confirms the experience from explicit calculations to the leading orders. The proof is based on flow equations, i.e. on the (perturbative) Wilson renormalization group. In fact we will show that the difference between the theories at T > 0 and at T = 0 contains no relevant terms. Contrary to BPHZ type formalisms our approach permits to lay hand on renormalization conditions and counterterms at the same time, since both appear as boundary terms of the renormalization group flow. This is crucial for the proof.
In der vorliegenden Arbeit zeigen wir, wie man Masse für die Leptonen, insbesondere die Neutrinos erzeugen kann. Dazu erweitern wir das Standard Modell der Elementarteilchenphysik um eine weitere abelsche Eichgruppe. Diese Erweiterung erlaubt uns die Einführung eines Higgs Bosons zur Generierung der Masse zu vermeiden.Wir zeigen, daß aus der Forderung der Anomalifreiheit der Theorie keine Einschränkungen für die Hyperladungen der zusätzlichen abelschen Eichgruppe folgen.Die Masse der Leptonen werden wir durch die sogenannte dynamische Massengenerierung erzeugen. Dabei zeigen wir, daß obwohl kein Massenterm für die Leptonen in der Lagrangedichte existiert, man doch eine Masse finden kann. Zur Untersuchung, ob dynamische Massengenerierung auftritt, verwenden wir die Dyson-Schwinger Gleichung für die Leptonen. Dabei erhält man ein System gekoppelter Integralgleichungen, das wir mit Hilfe von verschiedenen Näherungen zu lösen versuchen. Als Anhaltspunkt, ob unsere Näherungen sinnvoll sind, fordern wir, daß die Ward-Takahashi Identitäten erfüllt werden. Alle Lösungen die wir finden sind auch mit der Annahme verschwindender Leptonenmasse verträglich. In der "massenlosen quenched rainbow" Näherung, in der wir den Vertex durch den nackten Vertex ersetzt und in dem Bosonenpropagator die Anzahl der Leptonenflavor gleich Null gesetzt haben, gelingt es zu zeigen, daß die Wellenfunktionsrenormierung in der Landau-Eichung verschwindet. In zwei Näherungen für die gefundene Integralgleichung gelingt es uns zu zeigen, daß eine Masse für die Leptonen auftritt. Die erste Näherung benutzt die Ward-Takahashi Identität und löst das Integral direkt. Bei der zweiten Lösunsmethode führen wir die Integralgleichung in eine Differentialgleichung über, die wir mit der Methode der Bifurkationsanalyse analysieren. Wir finden eine kritische Kopplung, so daß nur für Kopplungen die größer sind als die kritische Kopplung man eine dynamische Massengenerierung findet.In der "massive quenched rainbow" Näherung, in der wir den Vertex durch den nackten Vertex ersetzt und in dem massiven Bosonenpropagator die Anzahl der Neutrinoflavor gleich Null gesetzt haben, zeigen wir die Probleme auf, die eine Erweiterung auf dieses Modell aufwirft. Insbesondere das Problem, daß die Wellenfunktionsrenormierung in keiner Eichung verschwindet wird diskutiert. Eine in der Literatur übliche Verallgemeinerung dieser Näherung, die "Landau ähnliche" Eichung, wird auch diskutiert. Danach deuten wir an, wie man unsere Ergebnisse aus der "quenched rainbow" Näherung verwenden kann und eine Massenhierarchie für die Neutrinos aus den Massenverhältnissen der geladenen Leptonen berechnen kann.
Dynamics of Excited Electrons in Copper and Ferromagnetic Transition Metals: Theory and Experiment
(2000)
Both theoretical and experimental results for the dynamics of photoexcited electrons at surfaces of Cu and the ferromagnetic transition metals Fe, Co, and Ni are presented. A model for the dynamics of excited electrons is developed, which is based on the Boltzmann equation and includes effects of photoexcitation, electron-electron scattering, secondary electrons (cascade and Auger electrons), and transport of excited carriers out of the detection region. From this we determine the time-resolved two-photon photoemission (TR-2PPE). Thus a direct comparison of calculated relaxation times with experimental results by means of TR-2PPE becomes possible. The comparison indicates that the magnitudes of the spin-averaged relaxation time t and of the ratio t_up/t_down of majority and minority relaxation times for the different ferromagnetic transition metals result not only from density-of-states effects, but also from different Coulomb matrix elements M. Taking M_Fe > M_Cu > M_Ni = M_Co we get reasonable agreement with experiments.