Acoustic charge manipulation in semiconductor nanostructures for optical applications

Within this thesis, the influence of a surface acoustic wave (SAW) on the luminescence of semiconductor nanostructures is investigated. Beginning with the physics of low-dimensional semiconductor structures, the quantum mechanical and optical properties of quantum dot (QD) systems are discussed. In particular, intrinsic parameters of QDs such as morphology, composition, strain and occupation with carriers are taken into account. Subsequently, the influence of an applied electric field and of externally induced strain are introduced. From this general approach, the discussion is focused to quantum posts (QPs) which are columnar shaped semiconductor nanostructures. In contrast to conventional self-assembled QDs, the height of the QPs can be controlled by the epitaxial growth process. Due to the adjustable height, electronic states and therefore the exciton transition energies can be tailored. Furthermore, QPs are embedded in a matrix-quantum-well structure which has important influence on the carrier dynamic if a SAW is excited on the sample. Mainly, two effects have to be considered regarding the interaction of charge carriers with SAWs: deformation potential coupling and acousto-electric coupling. For the investigated material and used SAW frequencies, acousto-electric coupling dominates the interaction between charges and SAW. For a quantum well (QW) structure, the periodic band modulation dissociates excitons into sequential stripes of electrons and holes which then are conveyed by the SAW. This so called bipolar transport or charge conveyance effect can be used to inject carriers into remote QD structures and has already been demonstrated for QD ensembles. The injection of carriers into individual quantum posts is successfully demonstrated for the first time within this work. The spectrally resolved photoluminescence (PL) data of individual QPs show an unexpected switching of PL lines which cannot be induced by varying other parameters, e.g. the laser intensity. At a well-defined critical SAW power a switching from lines with lower PL energy to lines with higher energy is observed. Since the SAW induces a bipolar charge transport within the surrounding matrix-QW, a SAW driven carrier capture process from the matrix into the posts is assumed. Conventional self-assembled QDs show a switching behaviour, too. However, a pronounced hysteresis is observed for a single QD when the SAW power is increased and subsequently decreased, whereas the QP luminescence has a non-hysteretic characteristic. The different experimental observations are explained by the widths of the 2-dimensional layers to which the nanostructures are coupled. The matrix-QW of the QP sample is relatively wide compared to the thin wetting layer of the QD sample giving rise to different carrier mobilities within these structures. The matrix-QW and individual QP luminescence is detected temporally resolved using phase locking. Then, the oscillation of the SAW and the trigger of a pulsed laser are synchronized. This method offers multi-channel detection and is highly sensitive, since the same detector can be used as for time-integrated measurements. For an entire SAW cycle, both signals show a modulation in intensity with a period that corresponds to one SAW cycle. The period of this modulation can be explained by different effective masses and mobilities of electrons and holes.Untersuchungsgegenstand der vorliegenden Arbeit ist der Einfluss akustischer Oberflächenwellen auf die Lumineszenz von Halbleiter-Nanostrukturen. Beginnend mit der Physik niedrigdimensionaler Halbleiterstrukturen werden die quantenmechanischen und optischen Eigenschaften von Quantenpunktsystemen diskutiert. Zunächst werden intrinsische Parameter der Quantenpunkte behandelt, wie z.B. Morphologie, chemische Zusammensetzung, mechanische Spannung und Ladungsträgerbesetzung. Anschließend wird der Einfluss eines extern angelegten elektrischen Feldes und einer extern induzierten mechanischen Spannung diskutiert. Ausgehend von dieser allgemeinen Abhandlung wird der Fokus der Arbeit auf sogenannte Quantenposts gelenkt. Diese sind säulenartige Halbleiter-Nanostrukturen, deren Höhe im Gegensatz zu konventionellen Quantenpunktstrukturen beim Wachstumsprozess gezielt kontrolliert werden kann. Dadurch können die elektronischen Zustände und damit die Exziton-Übergangsenergien maßgeschneidert werden. Eine weitere Besonderheit dieser Strukturen ist die Tatsache, dass die Quantenposts in einer lateralen Matrix mit Quantentopf-Eigenschaften eingebettet sind. Dies hat im Zusammenspiel mit akustischen Oberflächenwellen entscheidenden Einfluss auf die Ladungsträgerdynamik. Für die Wechselwirkung zwischen akustischen Oberflächenwellen und im Halbleiter angeregten Ladungsträgern kommen im Wesentlichen zwei Effekte in Betracht: die Deformationspotentialkopplung und die akusto-elektrische Kopplung. Für das verwendete Probenmaterial und bei moderaten Oberflächenwellenfrequenzen wird die Wechselwirkung letztlich durch die akusto-elektrische Kopplung dominiert und führt in Quantentopfstrukturen zu einer Dissoziation von Exzitonen und einer lokalen Unterdrückung der strahlenden Rekombination. Die Ladungsträger liegen nun in sequentiellen Streifen von Elektronen und Löchern vor und werden im dynamisch modulierten Potential der Welle mit transportiert. Dieser sogenannte bipolare Ladungsträgertransport kann dazu genutzt werden, Ladungsträger in entfernt liegende Quantenpunktstrukturen zu injizieren, was für Ensembles von Quantenpunkten bereits gezeigt wurde. Die Ladungsträgerinjektion in einzelne Quantenposts mit Hilfe von akustischen Oberflächenwellen konnte zum ersten Mal in dieser Arbeit demonstriert werden. Betrachtet man die Photolumineszenz-Spektren einzelner Quantenpoststrukturen unter Anregung akustischer Oberflächenwellen, so zeigt sich ein unerwartetes Schaltverhalten. Ab einer kritischen Oberflächenwellenleistung setzt ein Schalten von niederenergetischen zu höherenergetischen Spektrallinien ein, welches durch das Verändern anderer Parameter, wie z.B. der Laserleistung, nicht herbeigeführt werden kann. Das charakteristische Schaltverhalten der Quantenposts wird anhand eines Modells erklärt, bei welchem der bipolare Ladungsträgertransport in der umgebenden Matrix eine entscheidende Rolle einnimmt. Im Falle konventioneller Quantenpunkte stellt man ebenfalls ein Schalten der Lumineszenz fest. Die spektralen Linien einzelner Quantenpunkte und der Benetzungsschicht weisen jedoch eine ausgeprägte Hysterese auf, wenn man die Leistung der akustischen Oberflächenwelle erhöht und danach erniedrigt. Im Falle der Quantenpostprobe erkennt man weder für die einzelnen Posts noch für die Matrix eine ausgeprägte Hysterese. Diese Unterschiede werden u.a. durch die unterschiedlichen Ausmaße von Matrix und Benetzungsschicht erklärt, welche zu unterschiedlichen effektiven Massen und Beweglichkeiten der Ladungsträger führen. Mit Hilfe phasengekoppelter Photolumineszenz-Messungen wird die Lumineszenz der Matrix und einzelner Quantenposts zeitlich aufgelöst aufgenommen. Bei dieser Methode wird die zeitliche Auflösung nicht detektionsbasiert, sondern durch die Synchronisation der Oberflächenwelle mit den emittierten Laserpulsen realisiert. Vorteile dieser Methode sind, dass die hohe Empfindlichkeit und die Vielkanaldetektion der nicht-zeitauflösenden CCD beibehalten werden. Sowohl die Photolumineszenz der Matrix als auch die einzelner Posts zeigen eine Modulation der Intensitäten, deren Periode genau einem Oberflächenwellenzyklus entspricht. Die Modulationsperiode lässt sich durch die unterschiedlichen effektiven Massen und Mobilitäten von Elektronen und Löchern erklären

Rosetta 3dtool - a web-based application for science planning

The Rosetta 3dtool was developed in order to provide an overview over the spatial and temporal evolution of Rosetta trajectories. The application supports science planning of the Rosetta mission and shares operational ideas with a broader science community and spacecraft operation engineers. The 3dtool is a web-based application. Therefore, there is a very low threshold for the user to take advantage of it

Surface acoustic wave controlled carrier injection into self-assembled quantum dots and quantum posts

We report on recent progress in the acousto-electrical control of self-assembled quantum dot and quantum post using radio frequency surface acoustic waves (SAWs). We show that the occupancy state of these optically active nanostructures can be controlled via the SAW-induced dissociation of photogenerated excitons and the resulting sequential bipolar carrier injection which strongly favors the formation of neutral excitons for quantum posts in contrast to conventional quantum dots. We demonstrate high fidelity preparation of the neutral biexciton which makes this approach suitable for deterministic entangled photon pair generation. The SAW driven acoustic charge conveyance is found to be highly efficient within the wide quantum well surrounding the quantum posts. Finally we present the direct observation of acoustically triggered carrier injection into remotely positioned, individual quantum posts which is required for a low-jitter SAW-triggered single photon source.Comment: Proceedings of ISCS 2011; to appear in physics status solidi (c

Interleukin-22 Is Frequently Expressed in Small- and Large-Cell Lung Cancer and Promotes Growth in Chemotherapy-Resistant Cancer Cells

Introduction: In lung cancer, interleukin-22 (IL-22) expression within primary tissue has been demonstrated, but the frequency and the functional consequence of IL-22 signaling have not been addressed. This study aims at analyzing the cellular effects of IL-22 on lung carcinoma cell lines and the prognostic impact of IL-22 tissue expression in lung cancer patients. Methods: Biological effects of IL-22 signaling were investigated in seven lung cancer cell lines by Western blot, flow cytometry, real-time polymerase chain reaction, and proliferation assays. Tumor tissue specimens of two cohorts with a total of 2300 lung cancer patients were tested for IL-22 expression by immunohistochemistry. IL-22 serum concentrations were analyzed in 103 additional patients by enzyme-linked immunosorbent assay. Results: We found the IL-22 receptor 1 (IL-22-R1) to be expressed in six of seven lung cancer cell lines. However IL-22 signaling was functional in only four cell lines, where IL-22 induced signal transducer activator of transcription 3 phosphorylation and increased cell proliferation. Furthermore, IL-22 induced the expression of antiapoptotic B-cell lymphoma 2, but did not rescue tumor cells from carboplatin-induced apoptosis. Cisplatin-resistant cell lines showed a significant up-regulation of IL-22-R1 along with a stronger proliferative response to IL-22 stimulation. IL-22 was preferentially expressed in small- and large-cell lung carcinoma (58% and 46% of cases, respectively). However, no correlation between IL-22 expression by immunohistochemistry and prognosis was observed. Conclusion: IL-22 is frequently expressed in lung cancer tissue. Enhanced IL-22-R1 expression and signaling in chemotherapy-refractory cell lines are indicative of a protumorigenic function of IL-22 and may contribute to a more aggressive phenotype

Development and testing of a pyro-driven launcher for harpoon-based comet sample acquisition

The CORSAIR (COmet Rendezvous, Sample Acquisition, Investigation, and Return) mission is a proposal for the fourth NASA New Frontiers program. It belongs to the Comet Surface Sample Return mission theme which focuses on acquiring and returning to Earth a macroscopic sample from the surface of a comet nucleus. CORSAIR uses a harpoon-based Sample Acquisition System (SAS) with the spacecraft hovering several meters above the comet surface. This stand-off strategy overcomes disadvantages of systems using drills or shovels. Since comets are low gravity objects, these techniques would require anchoring before sampling, which is not necessary here. Moreover, the harpoon-based system allows for acquiring several samples from different locations on the comet maximizing the scientifc output of the mission. Each SAS assembly consists of a pyro-driven launcher, a Sample Acquisition and Retrieval Projectile (SARP) and a retraction system using a deployable composite boom structure. In order to collect enough cometary material, the launcher has to provide the required kinetic energy to the SARP. Due to high energy densities, pyrotechnically actuated devices ultimately reduce the overall system mass and dimensions. Here, an overview of the development, design and testing of the launcher is given. Furthermore, the launcher theory is introduced explaining the entire reaction chain: initiation -> gas dynamics -> SARP motion

Preliminary Results for the Multi-Robot, Multi-Partner, Multi-Mission, Planetary Exploration Analogue Campaign on Mount Etna

This paper was initially intended to report on the outcome of the twice postponed demonstration mission of the ARCHES project. Due to the global COVID pandemic, it has been postponed from 2020, then 2021, to 2022. Nevertheless, the development of our concepts and integration has progressed rapidly, and some of the preliminary results are worthwhile to share with the community to drive the dialog on robotics planetary exploration strategies. This paper includes an overview of the planned 4-week campaign, as well as the vision and relevance of the missiontowards the planned official space missions. Furthermore, the cooperative aspect of the robotic teams, the scientific motivation, the sub task achievements are summarised

Finally! Insights into the ARCHES Lunar Planetary Exploration Analogue Campaign on Etna in summer 2022

This paper summarises the first outcomes of the space demonstration mission of the ARCHES project which could have been performed this year from 13 june until 10 july on Italy’s Mt. Etna in Sicily. After the second postponement related to COVID from the initially for 2020 planed campaign, we are now very happy to report, that the whole campaign with more than 65 participants for four weeks has been successfully conduced. In this short overview paper, we will refer to all other publication here on IAC22. This paper includes an overview of the performed 4-week campaign and the achieved mission goals and first results but also share our findings on the organisational and planning aspects

Acoustic charge manipulation in semiconductor nanostructures for optical applications

Within this thesis, the influence of a surface acoustic wave (SAW) on the luminescence of semiconductor nanostructures is investigated. Beginning with the physics of low-dimensional semiconductor structures, the quantum mechanical and optical properties of quantum dot (QD) systems are discussed. In particular, intrinsic parameters of QDs such as morphology, composition, strain and occupation with carriers are taken into account. Subsequently, the influence of an applied electric field and of externally induced strain are introduced. From this general approach, the discussion is focused to quantum posts (QPs) which are columnar shaped semiconductor nanostructures. In contrast to conventional self-assembled QDs, the height of the QPs can be controlled by the epitaxial growth process. Due to the adjustable height, electronic states and therefore the exciton transition energies can be tailored. Furthermore, QPs are embedded in a matrix-quantum-well structure which has important influence on the carrier dynamic if a SAW is excited on the sample. Mainly, two effects have to be considered regarding the interaction of charge carriers with SAWs: deformation potential coupling and acousto-electric coupling. For the investigated material and used SAW frequencies, acousto-electric coupling dominates the interaction between charges and SAW. For a quantum well (QW) structure, the periodic band modulation dissociates excitons into sequential stripes of electrons and holes which then are conveyed by the SAW. This so called bipolar transport or charge conveyance effect can be used to inject carriers into remote QD structures and has already been demonstrated for QD ensembles. The injection of carriers into individual quantum posts is successfully demonstrated for the first time within this work. The spectrally resolved photoluminescence (PL) data of individual QPs show an unexpected switching of PL lines which cannot be induced by varying other parameters, e.g. the laser intensity. At a well-defined critical SAW power a switching from lines with lower PL energy to lines with higher energy is observed. Since the SAW induces a bipolar charge transport within the surrounding matrix-QW, a SAW driven carrier capture process from the matrix into the posts is assumed. Conventional self-assembled QDs show a switching behaviour, too. However, a pronounced hysteresis is observed for a single QD when the SAW power is increased and subsequently decreased, whereas the QP luminescence has a non-hysteretic characteristic. The different experimental observations are explained by the widths of the 2-dimensional layers to which the nanostructures are coupled. The matrix-QW of the QP sample is relatively wide compared to the thin wetting layer of the QD sample giving rise to different carrier mobilities within these structures. The matrix-QW and individual QP luminescence is detected temporally resolved using phase locking. Then, the oscillation of the SAW and the trigger of a pulsed laser are synchronized. This method offers multi-channel detection and is highly sensitive, since the same detector can be used as for time-integrated measurements. For an entire SAW cycle, both signals show a modulation in intensity with a period that corresponds to one SAW cycle. The period of this modulation can be explained by different effective masses and mobilities of electrons and holes.Untersuchungsgegenstand der vorliegenden Arbeit ist der Einfluss akustischer Oberflächenwellen auf die Lumineszenz von Halbleiter-Nanostrukturen. Beginnend mit der Physik niedrigdimensionaler Halbleiterstrukturen werden die quantenmechanischen und optischen Eigenschaften von Quantenpunktsystemen diskutiert. Zunächst werden intrinsische Parameter der Quantenpunkte behandelt, wie z.B. Morphologie, chemische Zusammensetzung, mechanische Spannung und Ladungsträgerbesetzung. Anschließend wird der Einfluss eines extern angelegten elektrischen Feldes und einer extern induzierten mechanischen Spannung diskutiert. Ausgehend von dieser allgemeinen Abhandlung wird der Fokus der Arbeit auf sogenannte Quantenposts gelenkt. Diese sind säulenartige Halbleiter-Nanostrukturen, deren Höhe im Gegensatz zu konventionellen Quantenpunktstrukturen beim Wachstumsprozess gezielt kontrolliert werden kann. Dadurch können die elektronischen Zustände und damit die Exziton-Übergangsenergien maßgeschneidert werden. Eine weitere Besonderheit dieser Strukturen ist die Tatsache, dass die Quantenposts in einer lateralen Matrix mit Quantentopf-Eigenschaften eingebettet sind. Dies hat im Zusammenspiel mit akustischen Oberflächenwellen entscheidenden Einfluss auf die Ladungsträgerdynamik. Für die Wechselwirkung zwischen akustischen Oberflächenwellen und im Halbleiter angeregten Ladungsträgern kommen im Wesentlichen zwei Effekte in Betracht: die Deformationspotentialkopplung und die akusto-elektrische Kopplung. Für das verwendete Probenmaterial und bei moderaten Oberflächenwellenfrequenzen wird die Wechselwirkung letztlich durch die akusto-elektrische Kopplung dominiert und führt in Quantentopfstrukturen zu einer Dissoziation von Exzitonen und einer lokalen Unterdrückung der strahlenden Rekombination. Die Ladungsträger liegen nun in sequentiellen Streifen von Elektronen und Löchern vor und werden im dynamisch modulierten Potential der Welle mit transportiert. Dieser sogenannte bipolare Ladungsträgertransport kann dazu genutzt werden, Ladungsträger in entfernt liegende Quantenpunktstrukturen zu injizieren, was für Ensembles von Quantenpunkten bereits gezeigt wurde. Die Ladungsträgerinjektion in einzelne Quantenposts mit Hilfe von akustischen Oberflächenwellen konnte zum ersten Mal in dieser Arbeit demonstriert werden. Betrachtet man die Photolumineszenz-Spektren einzelner Quantenpoststrukturen unter Anregung akustischer Oberflächenwellen, so zeigt sich ein unerwartetes Schaltverhalten. Ab einer kritischen Oberflächenwellenleistung setzt ein Schalten von niederenergetischen zu höherenergetischen Spektrallinien ein, welches durch das Verändern anderer Parameter, wie z.B. der Laserleistung, nicht herbeigeführt werden kann. Das charakteristische Schaltverhalten der Quantenposts wird anhand eines Modells erklärt, bei welchem der bipolare Ladungsträgertransport in der umgebenden Matrix eine entscheidende Rolle einnimmt. Im Falle konventioneller Quantenpunkte stellt man ebenfalls ein Schalten der Lumineszenz fest. Die spektralen Linien einzelner Quantenpunkte und der Benetzungsschicht weisen jedoch eine ausgeprägte Hysterese auf, wenn man die Leistung der akustischen Oberflächenwelle erhöht und danach erniedrigt. Im Falle der Quantenpostprobe erkennt man weder für die einzelnen Posts noch für die Matrix eine ausgeprägte Hysterese. Diese Unterschiede werden u.a. durch die unterschiedlichen Ausmaße von Matrix und Benetzungsschicht erklärt, welche zu unterschiedlichen effektiven Massen und Beweglichkeiten der Ladungsträger führen. Mit Hilfe phasengekoppelter Photolumineszenz-Messungen wird die Lumineszenz der Matrix und einzelner Quantenposts zeitlich aufgelöst aufgenommen. Bei dieser Methode wird die zeitliche Auflösung nicht detektionsbasiert, sondern durch die Synchronisation der Oberflächenwelle mit den emittierten Laserpulsen realisiert. Vorteile dieser Methode sind, dass die hohe Empfindlichkeit und die Vielkanaldetektion der nicht-zeitauflösenden CCD beibehalten werden. Sowohl die Photolumineszenz der Matrix als auch die einzelner Posts zeigen eine Modulation der Intensitäten, deren Periode genau einem Oberflächenwellenzyklus entspricht. Die Modulationsperiode lässt sich durch die unterschiedlichen effektiven Massen und Mobilitäten von Elektronen und Löchern erklären

Acoustic charge manipulation in semiconductor nanostructures for optical applications

Within this thesis, the influence of a surface acoustic wave (SAW) on the luminescence of semiconductor nanostructures is investigated. Beginning with the physics of low-dimensional semiconductor structures, the quantum mechanical and optical properties of quantum dot (QD) systems are discussed. In particular, intrinsic parameters of QDs such as morphology, composition, strain and occupation with carriers are taken into account. Subsequently, the influence of an applied electric field and of externally induced strain are introduced. From this general approach, the discussion is focused to quantum posts (QPs) which are columnar shaped semiconductor nanostructures. In contrast to conventional self-assembled QDs, the height of the QPs can be controlled by the epitaxial growth process. Due to the adjustable height, electronic states and therefore the exciton transition energies can be tailored. Furthermore, QPs are embedded in a matrix-quantum-well structure which has important influence on the carrier dynamic if a SAW is excited on the sample. Mainly, two effects have to be considered regarding the interaction of charge carriers with SAWs: deformation potential coupling and acousto-electric coupling. For the investigated material and used SAW frequencies, acousto-electric coupling dominates the interaction between charges and SAW. For a quantum well (QW) structure, the periodic band modulation dissociates excitons into sequential stripes of electrons and holes which then are conveyed by the SAW. This so called bipolar transport or charge conveyance effect can be used to inject carriers into remote QD structures and has already been demonstrated for QD ensembles. The injection of carriers into individual quantum posts is successfully demonstrated for the first time within this work. The spectrally resolved photoluminescence (PL) data of individual QPs show an unexpected switching of PL lines which cannot be induced by varying other parameters, e.g. the laser intensity. At a well-defined critical SAW power a switching from lines with lower PL energy to lines with higher energy is observed. Since the SAW induces a bipolar charge transport within the surrounding matrix-QW, a SAW driven carrier capture process from the matrix into the posts is assumed. Conventional self-assembled QDs show a switching behaviour, too. However, a pronounced hysteresis is observed for a single QD when the SAW power is increased and subsequently decreased, whereas the QP luminescence has a non-hysteretic characteristic. The different experimental observations are explained by the widths of the 2-dimensional layers to which the nanostructures are coupled. The matrix-QW of the QP sample is relatively wide compared to the thin wetting layer of the QD sample giving rise to different carrier mobilities within these structures. The matrix-QW and individual QP luminescence is detected temporally resolved using phase locking. Then, the oscillation of the SAW and the trigger of a pulsed laser are synchronized. This method offers multi-channel detection and is highly sensitive, since the same detector can be used as for time-integrated measurements. For an entire SAW cycle, both signals show a modulation in intensity with a period that corresponds to one SAW cycle. The period of this modulation can be explained by different effective masses and mobilities of electrons and holes.Untersuchungsgegenstand der vorliegenden Arbeit ist der Einfluss akustischer Oberflächenwellen auf die Lumineszenz von Halbleiter-Nanostrukturen. Beginnend mit der Physik niedrigdimensionaler Halbleiterstrukturen werden die quantenmechanischen und optischen Eigenschaften von Quantenpunktsystemen diskutiert. Zunächst werden intrinsische Parameter der Quantenpunkte behandelt, wie z.B. Morphologie, chemische Zusammensetzung, mechanische Spannung und Ladungsträgerbesetzung. Anschließend wird der Einfluss eines extern angelegten elektrischen Feldes und einer extern induzierten mechanischen Spannung diskutiert. Ausgehend von dieser allgemeinen Abhandlung wird der Fokus der Arbeit auf sogenannte Quantenposts gelenkt. Diese sind säulenartige Halbleiter-Nanostrukturen, deren Höhe im Gegensatz zu konventionellen Quantenpunktstrukturen beim Wachstumsprozess gezielt kontrolliert werden kann. Dadurch können die elektronischen Zustände und damit die Exziton-Übergangsenergien maßgeschneidert werden. Eine weitere Besonderheit dieser Strukturen ist die Tatsache, dass die Quantenposts in einer lateralen Matrix mit Quantentopf-Eigenschaften eingebettet sind. Dies hat im Zusammenspiel mit akustischen Oberflächenwellen entscheidenden Einfluss auf die Ladungsträgerdynamik. Für die Wechselwirkung zwischen akustischen Oberflächenwellen und im Halbleiter angeregten Ladungsträgern kommen im Wesentlichen zwei Effekte in Betracht: die Deformationspotentialkopplung und die akusto-elektrische Kopplung. Für das verwendete Probenmaterial und bei moderaten Oberflächenwellenfrequenzen wird die Wechselwirkung letztlich durch die akusto-elektrische Kopplung dominiert und führt in Quantentopfstrukturen zu einer Dissoziation von Exzitonen und einer lokalen Unterdrückung der strahlenden Rekombination. Die Ladungsträger liegen nun in sequentiellen Streifen von Elektronen und Löchern vor und werden im dynamisch modulierten Potential der Welle mit transportiert. Dieser sogenannte bipolare Ladungsträgertransport kann dazu genutzt werden, Ladungsträger in entfernt liegende Quantenpunktstrukturen zu injizieren, was für Ensembles von Quantenpunkten bereits gezeigt wurde. Die Ladungsträgerinjektion in einzelne Quantenposts mit Hilfe von akustischen Oberflächenwellen konnte zum ersten Mal in dieser Arbeit demonstriert werden. Betrachtet man die Photolumineszenz-Spektren einzelner Quantenpoststrukturen unter Anregung akustischer Oberflächenwellen, so zeigt sich ein unerwartetes Schaltverhalten. Ab einer kritischen Oberflächenwellenleistung setzt ein Schalten von niederenergetischen zu höherenergetischen Spektrallinien ein, welches durch das Verändern anderer Parameter, wie z.B. der Laserleistung, nicht herbeigeführt werden kann. Das charakteristische Schaltverhalten der Quantenposts wird anhand eines Modells erklärt, bei welchem der bipolare Ladungsträgertransport in der umgebenden Matrix eine entscheidende Rolle einnimmt. Im Falle konventioneller Quantenpunkte stellt man ebenfalls ein Schalten der Lumineszenz fest. Die spektralen Linien einzelner Quantenpunkte und der Benetzungsschicht weisen jedoch eine ausgeprägte Hysterese auf, wenn man die Leistung der akustischen Oberflächenwelle erhöht und danach erniedrigt. Im Falle der Quantenpostprobe erkennt man weder für die einzelnen Posts noch für die Matrix eine ausgeprägte Hysterese. Diese Unterschiede werden u.a. durch die unterschiedlichen Ausmaße von Matrix und Benetzungsschicht erklärt, welche zu unterschiedlichen effektiven Massen und Beweglichkeiten der Ladungsträger führen. Mit Hilfe phasengekoppelter Photolumineszenz-Messungen wird die Lumineszenz der Matrix und einzelner Quantenposts zeitlich aufgelöst aufgenommen. Bei dieser Methode wird die zeitliche Auflösung nicht detektionsbasiert, sondern durch die Synchronisation der Oberflächenwelle mit den emittierten Laserpulsen realisiert. Vorteile dieser Methode sind, dass die hohe Empfindlichkeit und die Vielkanaldetektion der nicht-zeitauflösenden CCD beibehalten werden. Sowohl die Photolumineszenz der Matrix als auch die einzelner Posts zeigen eine Modulation der Intensitäten, deren Periode genau einem Oberflächenwellenzyklus entspricht. Die Modulationsperiode lässt sich durch die unterschiedlichen effektiven Massen und Mobilitäten von Elektronen und Löchern erklären

Numerical modeling of the Internal Ballistics of a pyro-driven Launcher for harpoon-based comet sample acquisition

Comets are invaluable time capsules preserving materials from the origin of the Solar System. Ultimately, a returned sample will permit the necessary elemental, isotopic, organic and mineralogical measurements to be performed for a deeper understanding of the primordial Solar System. Past and current studies on comet sample return missions cover a wide technological range of sample acquisition methods. From these approaches, harpoon-based systems minimize risks regarding near object operations and anchoring which is not necessary here. Furthermore, harpoon-based sampling allows for acquiring multiple samples from different locations on the comet. The considered sample acquisition system consists of a pyro-driven launcher, a Sample Acquisition and Retrieval Projectile and a retraction system using a deployable composite boom structure. The pyro-driven launcher provides the required kinetic energy to the projectile and retraction portions. Due to high energy densities, pyrotechnically actuated devices ultimately minimize the overall system mass and dimensions reducing launch costs. Numerical models of the internal ballistics support the development of this pyrotechnical device. By modeling key ballistic parameters such as combustion chamber volume and propellant charge, the overall design process is more efficient and the number of required hardware tests can be reduced drastically. Moreover, a deeper insight into physical processes is gained and trajectories of the piston motion can be predicted for future tests. The models reproduce the following reaction chain: propellant combustion -> gas dynamics -> piston motion. A special feature of the pyro-driven launcher is the high-low-pressure system providing optimized piston acceleration and nearly ideal conditions for propellant combustion