Spektrale Kontrolle von elastischer Dynamik und Wärmetransport in periodischen Nanostrukturen

Meyer, Dennis

dc.contributor.advisor	Ulrichs, Henning Dr.
dc.contributor.author	Meyer, Dennis
dc.date.accessioned	2021-11-26T11:17:43Z
dc.date.available	2021-12-03T00:50:04Z
dc.date.issued	2021-11-26
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0008-59A9-6
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8969
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8969
dc.language.iso	deu	de
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.ddc	530	de
dc.title	Spektrale Kontrolle von elastischer Dynamik und Wärmetransport in periodischen Nanostrukturen	de
dc.type	doctoralThesis	de
dc.title.translated	Spectral control of elastic dynamics and thermal transport in periodic nanostructures	de
dc.contributor.referee	Ulrichs, Henning Dr.
dc.date.examination	2021-09-27
dc.subject.gok	Physik (PPN621336750)	de
dc.description.abstractger	In 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.abstracteng	In 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.coReferee	Jooß, Christian Prof. Dr.
dc.subject.ger	Wärmetransport	de
dc.subject.ger	Nanostrukturen	de
dc.subject.ger	Multilagen	de
dc.subject.ger	Übergitter	de
dc.subject.ger	LMO	de
dc.subject.ger	SMO	de
dc.subject.ger	Phononblocking	de
dc.subject.ger	Minimale Wärmeleitfähigkeit	de
dc.subject.ger	Phononischer Wärmetransport	de
dc.subject.ger	Überübergitter	de
dc.subject.eng	Heat transport	de
dc.subject.eng	multilayers	de
dc.subject.eng	superlattices	de
dc.subject.eng	LMO	de
dc.subject.eng	SMO	de
dc.subject.eng	minimal heat conduction	de
dc.subject.eng	phonon blocking	de
dc.subject.eng	phonon heat transport	de
dc.subject.eng	Super-superlattice	de
dc.identifier.urn	urn:nbn:de:gbv:7-21.11130/00-1735-0000-0008-59A9-6-0
dc.affiliation.institute	Fakultät für Physik	de
dc.description.embargoed	2021-12-03
dc.identifier.ppn	177963921X

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