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Spektrale Kontrolle von elastischer Dynamik und Wärmetransport in periodischen Nanostrukturen

dc.contributor.advisorUlrichs, Henning Dr.
dc.contributor.authorMeyer, Dennis
dc.date.accessioned2021-11-26T11:17:43Z
dc.date.available2021-12-03T00:50:04Z
dc.date.issued2021-11-26
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0008-59A9-6
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-8969
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-8969
dc.language.isodeude
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.ddc530de
dc.titleSpektrale Kontrolle von elastischer Dynamik und Wärmetransport in periodischen Nanostrukturende
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedSpectral control of elastic dynamics and thermal transport in periodic nanostructuresde
dc.contributor.refereeUlrichs, Henning Dr.
dc.date.examination2021-09-27
dc.subject.gokPhysik (PPN621336750)de
dc.description.abstractgerIn dieser Dissertation zeige ich theoretische und experimentelle Untersuchungen zum phononischen Wärmetransport. Im ersten Teil der Arbeit zeige ich mit Hilfe der Femtosekunden-Pumpspektroskopie, wie eine keilförmige Schicht aus Wolfram auf MgO/ZrO2-Multilayern zur Untersuchung der akustischen Bandstruktur dieser Multilayer im GHz-Bereich verwendet werden kann. Wenn die Resonanzfrequenz der Wolframschicht an die Bandlücke angepasst wird, zeigt sich darüber hinaus, dass sich eine schwach gedämpfte Oberflächenmode bildet. Dabei wirkt die Multischicht wie ein Bragg-Spiegel für die akustischen Schwingungen und reflektiert einen Teil der Schwingungsenergie. Im zweiten Teil der Arbeit wird dieses Prinzip mit Hilfe von atomaren LMO/SMO-Übergittern auf den THz-Bereich hochskaliert. Mit Hilfe von transienten Thermoreflektivitätsmessungen wird die Wärmeleitfähigkeit verschiedener Übergitter gemessen. Dabei zeigt sich eine Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von der Gitterstruktur des LMO und ein Minimum der Wärmeleitfähigkeit für Übergitter mit vier Atomlagen pro Übergittereinheitszelle. Mit Hilfe eines numerischen Born-von-Kármán-Modells werden die Bandstrukturen dieser Übergitter berechnet und die mittlere freie Phononenweglänge aus den Messdaten extrahiert. Aus den Ergebnissen lässt sich ein kontinuierlicher Wechsel vom klassischen diffusiven Phononentransport in Übergittern mit dicken Schichten zu einem kohärenten ballistischen Phononentransport in den Übergittern mit den dünnsten Schichten ableiten. Schließlich zeige ich, wie die Phonon-Magnon-Streuung an antiferromagnetischen Grenzflächen in diesen Übergittern zur aktiven Steuerung der Wärmeleitfähigkeit genutzt werden könnte, und schlage mit Hilfe unseres Modells den Aufbau eines Phononenisolator ("Überübergitter") vor.de
dc.description.abstractengIn this dissertation I show theoretical and experimental investigations of phononic heat transport. In the first part of the thesis, I use femtosecond pump-probe spectroscopy to demonstrate how a wedge-shaped transducer layer of tungsten on MgO/ZrO2 multilayers can be used to study the acoustic band structure of these multilayers in the GHz range. If the resonance frequency of the tungsten layer is matched to the band gap, it is also shown that a weakly damped surface mode is formed. Here, the multilayer acts as a Bragg mirror for the acoustic oscillations and reflects part of the oscillation energy. In the second part, this principle is scaled up to the THz range with the help of atomic LMO/SMO superlattices. With the help of transient thermoreflectivity measurements, the thermal conductivity of different superlattices is measured. This shows a dependence of the thermal conductivity on the lattice structure of LMO and a minimum of the thermal conductivity for superlattices with four atomic layers per superlattice unit cell. With the help of a numerical Born-von-Kármán model, the band structures of these superlattices are calculated and the mean free phonon path length is extracted from the measured data. From the results, a continuous change from the classical diffusive phonon transport of superlattices with thick layers to a coherent ballistic phonon transport in the superlattices with the thinnest layers can be deduced. Finally I show how phonon-magnon scattering at antiferromagnetic interfaces in these superlattices could be used to actively control the thermal conductivity and using our model I propose a phonon insulator ("super-superlattice”).de
dc.contributor.coRefereeJooß, Christian Prof. Dr.
dc.subject.gerWärmetransportde
dc.subject.gerNanostrukturende
dc.subject.gerMultilagende
dc.subject.gerÜbergitterde
dc.subject.gerLMOde
dc.subject.gerSMOde
dc.subject.gerPhononblockingde
dc.subject.gerMinimale Wärmeleitfähigkeitde
dc.subject.gerPhononischer Wärmetransportde
dc.subject.gerÜberübergitterde
dc.subject.engHeat transportde
dc.subject.engmultilayersde
dc.subject.engsuperlatticesde
dc.subject.engLMOde
dc.subject.engSMOde
dc.subject.engminimal heat conductionde
dc.subject.engphonon blockingde
dc.subject.engphonon heat transportde
dc.subject.engSuper-superlatticede
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-21.11130/00-1735-0000-0008-59A9-6-0
dc.affiliation.instituteFakultät für Physikde
dc.description.embargoed2021-12-03
dc.identifier.ppn177963921X


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