Messplatz für optische Thermometrie

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511416444

Bei dem beantragten Großgerät handelt es sich um einen Messplatz für optische Thermometrie, der durch die Junior AG des Antragsstellers aus Komponenten zusammengesetzt werden muss. Die geplante Umsetzung basiert auf Erfahrungswerten mit einem Prototyp dieses Messplatzes, der vom Antragssteller an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL, Schweiz) aufgebaut und für erste Messungen genutzt wurde. Es ist das Ziel, mit diesem Messplatz eine optische Charakterisierung von Halbleiterproben mittels z.B. (zeitaufgelöster) Photolumineszenz vorzunehmen und gleichzeitig auch die thermischen Materialeigenschaften zu vermessen, um ein wechselseitiges physikalisches Verständnis zu erzeugen. Hierzu unterstützt das Großgerät unterschiedliche thermische Messverfahren beruhend auf dem Raman- oder Reflexionssignal einer Probe, welche die Vermessung von orts- und zeitaufgelösten Temperaturfeldern ermöglichen und somit Zugriff auf wichtige thermische Materialparameter wie z.B. die thermische Leitfähigkeit κ und Diffusivität α geben. Genau diese Möglichkeit der simultanen Untersuchung von optischen und thermischen Materialeigenschaften stellt ein wichtiges Merkmal des beantragten Messplatzes dar. Die Komplexität der hiermit zu untersuchenden Proben muss aus Sicht des Materialsystems (z.B. von Ge hin zu InGaN) und der Probenstruktur (z.B. vom bulk Halbleiter hin zu Nanobeam Laser Strukturen) in einem sorgfältigen Schritt-für-Schritt Ansatz gesteigert werden. Als Ergebnis soll so der Satz an gewählten Messmethodiken, unterstützt von eigenen thermischen Simulationen, etabliert werden. Mit Hilfe des Großgeräts können daraufhin die unterschiedlichen Beiträge zum thermischen Transport, gegeben durch z.B. Elektronen, Exzitonen und thermische, d.h., akustische THz-Phononen, in Halbleiterstrukturen untersucht werden. Gerade das fehlende Verständnis der unterschiedlichen Gewichtung dieser Beiträge zum thermischen Transport bei einer variablen Umgebungstemperatur stellt ein grundlegendes physikalisches Problem dar, welches z.B. die Untersuchung einer wellenförmigen und kohärenten Ausbreitung von Wärme erschwert. Hier ermöglicht das Großgerät einen experimentellen Zugriff auf die zu Grunde liegenden unterschiedlichen Transportregime für thermische Phononen (ballistisch, hydrodynamisch, diffusiv, etc.) als Vorbereitung zur Untersuchung von Interferenzeffekten von thermischen Phononen in Halbleiternanostrukturen. Die Ausstattung des beantragten Messplatzes ermöglicht auf Grund des interdisziplinären Forschungsansatzes - der Vereinigung von optischer Charakterisierung und Thermometrie in einem Großgerät - dessen flexible Nutzung in einer Vielzahl von zukunftsträchtigen Forschungsprojekten. Als direktes Resultat kann somit die Infrastruktur der experimentellen Festkörperphysik nachhaltig gestärkt werden, was auf Grund der vielfältig einsetzbaren Spektroskopie auch einen Mehrwert für alle materialwissenschaftlich arbeitenden Forschungsgruppen der Universität Bremen ergibt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Messplatz für optische Thermometrie
• Gerätegruppe: 8690 Sonstige Meßgeräte für thermische Größen (außer 860-868)
• Antragstellende Institution: Universität Bremen
• Leiter: Professor Dr. Gordon Callsen