Themen für studentische Arbeiten
Mögliche Bachelor- und Masterarbeiten oder Praktika können zu Themen aus den folgenden Bereichen oder untenstehenden konkreten Themenvorschlägen durchgeführt werden. Bei Interesse kontaktieren Sie uns bitte per Telefon oder Email oder kommen Sie einfach vorbei.
Bei der Entwicklung neuer Halbleitermaterialien und -bauelemente ist eine Simulation der elektronischen und optischen Eigenschaften in vieler Hinsicht hilfreich: Zur Abschätzung des (wissenschaftlichen und ökonomischen) Potentials eines Materials, zur Optimierung der Strukturparameter, zum Erkennen von Verlustprozessen etc. Grundvoraussetzung solcher Simulationen ist eine parameterfreie Theorie, die nicht auf Parametern und somit steten experimentellen Input angewiesen ist. Hierfür kommen nur numerisch sehr komplexe und aufwändige Methoden in Frage, wie Vielteilchentheorien oder Multi-Skalen-Simulationen. Parameter semi-empirischer Methoden werden dabei aus Ab-initio-Rechnungen mikroskopischer Systeme extrahiert, um makroskopische Simulationen durchführen zu können. Mit Hilfe einer solchen Theorie lassen sich interessante Vorhersagen treffen, wie wir zuletzt am Beispiel von Wismiden und Antimoniden gezeigt haben. Die Arbeit erfolgt in enger Kooperation mit experimentellen Gruppen.
Laser werden in vielen Bereichen des täglichen Lebens, z.B. der Telekommunikation und der Medizin, immer wichtiger. Theoretisch werden sie aber oft mit sehr einfachen Modellen beschrieben, die z.B. aufgrund der hohen Dichte und schnellen Streuung eine Gleichgewichtsverteilung der Ladungsträger im Halbleiterlaser voraussetzen. Diese Näherung ist vor allem bei Lasern mit sehr hoher Leistung fragwürdig, wird aber meist aus numerischen Gründen angewandt. Eine Modellierung der vollen Dynamik der Ladungsträger erfordert einen hohen Rechenaufwand, ist aber auf modernen Computersystemen durchaus möglich und zeigt interessante Effekte, beispielsweise eine mögliche Optimierung von Lasersystemen im Hinblick auf Leistung oder Geschwindigkeit durch Variation der Form des anregenden Pulses.
Phoxonische Kristalle sind Metamaterialien mit räumlich periodisch variierenden Materialeigenschaften. Analog zu Kristallgittern aus der Festkörperphysik tritt das Phänomen von erlaubten und verbotenen Energiebereichen auf — nur nicht für Elektronen, sondern für Phononen bzw. Photonen. Bei phononischen Kristallen variiert die Dichte räumlich periodisch, wodurch die Ausbreitung akustischer Wellen auf verschiedene Weisen manipuliert werden kann. Durch ihre besonderen Eigenschaften versprechen phononische Kristalle zahlreiche Anwendungen wie akustische Spiegel, Geräusch- und Schwingungsisolation, Verminderung der Gruppengeschwindigkeit von Schallwellen bis hin zur Beeinflussung thermischer Eigenschaften auf der Nanometerskala durch die Manipulation von Gitterschwingungen. Photonische Kristalle weisen einen räumlich periodisch variierenden Brechungsindex auf. Diese sind in der Lage die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen signifikant zu beeinflussen. Die Tatsache, dass amorphe photonische Kristalle im Gegensatz zu geordneten Strukturen in ihren Reflexionseigenschaften weniger winkelabhängig sind, macht sie vor allem für die Herstellung von Strukturfarben interessant. Als Antireflexions-Beschichtungen ermöglichen sie zudem die Effizienzsteigerung von Solarzellen.
Aktuelle Themenvorschläge für Bachelor- und Masterarbeiten
Neben den allgemeinen Themenblöcken bieten wir folgende spezifische Vorschläge für Bachelor- und Masterarbeiten an.
Simulase ist eine Software zur Modellierung von optischen Spektren von Halbleitermaterialien, die sich durch Berücksichtigung der vollen Vielteilchenwechselwirkung auszeichnet. In dieser Arbeit sollen zunächst die entsprechenden Bewegungsgleichungen aufgestellt und verstanden werden. Daraufhin sollen ausgehend von einer Standard-AlInGaAsP-Struktur die Eigenschaften des Materials hinsichtlich einer Laseranwendung optimiert werden.
Ramanstreuung beruht auf der inelastischen Wechselwirkung des einfallenden Lichts mit Gitterschwingungen, auch genannt Phononen. Da dieser Prozess relativ unwahrscheinlich ist, kann eine Messung der Streuung an einzelnen Atomen oder Molekülen nur durch gezielte Verstärkung des Signals z.B. durch Mikroantennen erfolgen. Die Auswirkungen solcher Metallstrukturen auf das elektrische Feld sollen mithilfe der Software Comsol berechnet und mithilfe der Ergebnisse experimenteller Spektren interpretiert werden.
Morphologieeingenschaften und elektrische Felder haben einen starken Einfluss auf die Ladungsträgerbewegung und somit auf die Effizienz organischer Solarzellen. Zu deren Beschreibung soll auf Basis der Mastergleichung ein Transportmodel entwickelt und impelmentiert werden. Mithilfe von Monte-Carlo-Simulationen soll die Labungsträgerbeweglichkeit in Abhängigkeit der Morphologie sowie der elektrischen Felder untersucht werden.
Simulation von Ladungsträgerbewegung durch Bulk-Heterojunctions in organischen Solarzellen
In der Realität gelingt allerdings nie die Herstellung einer perfekten Struktur. Die Rolle von Unordnung auf finite zweidimensionale photonische Strukturen soll untersucht werden, z.B. welchen Einfluss Oberflächenunebenheiten bzw. Formabweichungen der Konstituenten und partielle Verschiebungen an den Rändern bzw. der Oberfläche der Struktur auf die photonischen Eigenschaften haben. Zudem sollen auch materielle Unreinheiten innerhalb der Konstituenten und des Dispersionsmediums berücksichtigt werden.
Beim Phänomen der peripheren Driftillusion scheint ein stationäres Bild sich inbesondere im peripheren Sehen zu bewegen bzw. zu drehen. Zunächst soll die Literatur zu diesem Thema gesichtet und zusammengefasst werden [A. Kitaoka, H. Ashida, Vision 15 (4), 261 (2003)]. Aufgrund dieser Erkenntnisse soll ein eigenes, das Phänomen illustrierendes Bild entworfen werden. Durch Befragungen soll schließlich festgestellt werden, inwieweit der gewünschte Effekt bei anderen Menschen erzielt wurde.
Kontakt für weitere Auskünfte
Prof. Dr. Angela Thränhardt
Raum: P307
EMail: angela.thraenhardt@…
Tel.: 37636
