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Bibliographic Metadata

Title
Coupling of electron and ion dynamics in 1D, 2D and 3D materials / Andreas Lücke ; [Promotionskommission: Vorsitzender: Prof. Dr. rer. nat. habil. Cedrik Meier (Universität Paderborn), Erstgutachter: Prof. Dr. rer. nat. habil. Wolf Gero Schmidt (Universität Paderborn), Zweitgutachter: Prof. Dr. rer. nat. habil. Michael Horn-von Hoegen (Universität Duisburg-Essen), Beisitzer: Dr. rer. nat. Matthias Reichelt (Universität Paderborn)]
AuthorLücke, Andreas
ParticipantsMeier, Cedrik ; Schmidt, W. Gero ; Horn-von Hoegen, Michael ; Reichelt, Matthias
PublishedPaderborn, 2017
Edition
Elektronische Ressource
Description1 Online-Ressource (140 Seiten) : Diagramme
Institutional NoteUniversität Paderborn, Univ., Dissertation, 2017
Annotation
Tag der Verteidigung: 27.03.2017
Defended on2017-03-27
LanguageEnglish
Document TypesDissertation (PhD)
URNurn:nbn:de:hbz:466:2-28087 
DOI10.17619/UNIPB/1-1 
Files
Coupling of electron and ion dynamics in 1D, 2D and 3D materials [25.65 mb]
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Reference
Classification
Abstract (German)

Organische Halbleiter finden aufgrund ihrer günstigen Produktion und ihren besonderen Eigenschaften wie z.B. Flexibilität immer mehr Anwendungen in moderner Elektronik. Da ein effizienter Ladungstransport dabei häufig zwingend notwendig ist, wird dieser am Beispiel von dem Polymer P3HT in dieser Arbeit untersucht. Im ersten Teil liegt der Fokus auf der Identifizierung von transporthemmenden strukturellen Defekten. Als besonders transportschädigend herausgestellt haben sich dabei die Adsorption von Sauerstoff sowie eine Verdrehung von zwei aufeinander folgenden P3HT Monomeren um Winkel im Bereich von 90. Da eine starke Kopplung von ionischen und elektronischen Freiheitsgraden interessante physikalische sowie technologisch relevante Effekte ermöglicht, steht diese Kopplung im Zentrum der weiteren Betrachtungen. In P3HT wird die Elektron-Phonon-Kopplung durch die Einführung von Polaron-Quasiteilchen berücksichtigt, welches eine temperaturabhängige Beschreibung der Transporteigenschaften ermöglicht. Neuere Entwicklungen beruhen zudem zunehmend auf der konkreten Ausnutzung von speziellen Eigenschaften von Nanomaterialien, z.B. in Form von Quantenpunkten und Nanodrähten. Aus diesem Grund werden im letzten Teil der Arbeit Indium-Nanodrähte auf einer Siliziumoberfläche charakterisiert. Der Schwerpunkt liegt dabei auf einer theoretischen Beschreibung eines experimentell beobachteten, optisch getriebenen Phasenübergangs, da dieser vor allem durch eine stark gekoppelte, zeitabhängige Atomkern- und Elektron-Dynamik charakterisiert werden kann. Die Ergebnisse erklären dabei die Wirkmechanismen in sehr guter Übereinstimmung mit den experimentellen Befunden. Eine zusätzlich durchgeführte Bindungsanalyse visualisiert zudem den Verlauf des Phasenübergangs und gibt detaillierte Einblicke auf atomarer Ebene.

Abstract (English)

Organic semiconductors experience increasingly applications in modern electronics due to their cheap manufacturing and their special properties like, e.g., flexibility. In general these applications require an efficient charge transport, which is investigated here using the example of the polymer P3HT. Thereby, the focus is on the identification of strongly transport limiting structural defects. These defects are modeled by a variety of configurations for which the properties are determined in the framework of the density functional theory. An adsorption of oxygen to a polymer strands carbon backbone as well as torsion angles around 90 between two adjacent P3HT monomers are found to strongly reduce the conductivity.A strong coupling between ionic and electronic degrees of freedoms enables interesting physical and technological relevant effects. Therefore, the analysis of such couplings constitutes the main part in the following considerations. The electron-phonon coupling in P3HT is accounted for by introducing the polaron quasiparticle, which enables also a temperature-dependent transport description. Since modern processings exploit increasingly the particular properties of nanomaterials like, e.g., quantum dots and nanowires, the last part of the thesis deals with indium nanowires on a silicon surface. The representative focus is here on the theoretical description of an experimentally observed optically driven phase transition. This transition is characterized by strongly coupled, time-dependent ion and electron dynamics. The microscopic details of the phase transition are elucidated and the results are, e.g., additionally visualized by a detailed bonding analysis. The predicted phase transition time constants are thereby in good agreement with the experimental measurements.