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We optically excite dipolar excitons in a semiconductor heterostructure with a pair of coupled GaAs quantum wells. The lateral confinement of excited excitons relies on electrostatic trap geometries defined on the sample surface. We study mixed ensembles of neutral and charged excitons and identify a collective excitation. Furthermore, we determine the underlying mechanism of trion formation and show the influence of charge imbalance on the exciton photoluminescence., Wir untersuchen optisch erzeugte indirekte Exzitonen in einem Paar gekoppelter GaAs-Quantentröge einer Halbleiterheterostruktur. Der laterale Einschluss der erzeugten Exzitonen wird durch elektrostatische Fallen auf der Probenoberfläche erreicht. Wir untersuchen Ensembles aus neutralen und geladenen Exzitonen und finden eine kollektive Anregung. Außerdem bestimmen wir den Mechanismus der Bildung von Trionen und zeigen den Einfluss des Ladungsungleichgewichts auf die Exziton-Photolumineszenz.

We analyze the ultrafast photocurrent dynamics in nanoscale devices based on few to single semiconducting carbon nanotubes, and investigate the ultrafast ballistic non-equilibrium transport of photogenerated charge carriers. Furthermore, we reveal a non-linear unipolar photoemission of hot ballistic electrons in asymmetric plasmonic nanojunctions. We verify that this photoemission response can couple into macroscopic co-planar striplines and hereby drive THz transients over several hundreds of micrometers and with a potential bandwidth up to 10 THz., Wir analysieren die ultraschnelle Fotostrom-Dynamik in Nanostrukturen mit wenigen bis einzelnen Kohlenstoff-Nanoröhren und untersuchen den ballistischen Nichtgleichgewichts-Transport der optisch generierten Ladungsträger. Des Weiteren präsentieren wir die nichtlineare, unipolare Fotoemission heißer Ladungsträger in asymmetrischen, plasmonischen Nanoschnittstellen und zeigen, dass dieser Prozess in makroskopische, koplanare Streifenleiter einkoppeln und hierbei THz-Transienten über mehrere hundert Mikrometer und mit einer Bandbreite von potenziell bis zu 10 THz treiben kann.

We optically excite dipolar excitons in a semiconductor heterostructure with a pair of coupled GaAs quantum wells. The lateral confinement of excited excitons relies on electrostatic trap geometries defined on the sample surface. We study mixed ensembles of neutral and charged excitons and identify a collective excitation. Furthermore, we determine the underlying mechanism of trion formation and show the influence of charge imbalance on the exciton photoluminescence., Wir untersuchen optisch erzeugte indirekte Exzitonen in einem Paar gekoppelter GaAs-Quantentröge einer Halbleiterheterostruktur. Der laterale Einschluss der erzeugten Exzitonen wird durch elektrostatische Fallen auf der Probenoberfläche erreicht. Wir untersuchen Ensembles aus neutralen und geladenen Exzitonen und finden eine kollektive Anregung. Außerdem bestimmen wir den Mechanismus der Bildung von Trionen und zeigen den Einfluss des Ladungsungleichgewichts auf die Exziton-Photolumineszenz.

We analyze the ultrafast photocurrent dynamics in nanoscale devices based on few to single semiconducting carbon nanotubes, and investigate the ultrafast ballistic non-equilibrium transport of photogenerated charge carriers. Furthermore, we reveal a non-linear unipolar photoemission of hot ballistic electrons in asymmetric plasmonic nanojunctions. We verify that this photoemission response can couple into macroscopic co-planar striplines and hereby drive THz transients over several hundreds of micrometers and with a potential bandwidth up to 10 THz., Wir analysieren die ultraschnelle Fotostrom-Dynamik in Nanostrukturen mit wenigen bis einzelnen Kohlenstoff-Nanoröhren und untersuchen den ballistischen Nichtgleichgewichts-Transport der optisch generierten Ladungsträger. Des Weiteren präsentieren wir die nichtlineare, unipolare Fotoemission heißer Ladungsträger in asymmetrischen, plasmonischen Nanoschnittstellen und zeigen, dass dieser Prozess in makroskopische, koplanare Streifenleiter einkoppeln und hierbei THz-Transienten über mehrere hundert Mikrometer und mit einer Bandbreite von potenziell bis zu 10 THz treiben kann.

In this thesis, we investigate the ultrafast photocurrent response of semiconductor nanowires to advance the development of ultrafast and small nanowire photo-switches. Using a THz-time domain photocurrent spectroscopy, the photocurrents in single nanowires are measured with a picosecond time resolution. Hereby, the mechanisms are identified and characterized which generate a photocurrent in a nanowire. The obtained findings contribute to a better understanding of the optoelectronic properties of semiconductor nanowires., Im Rahmen dieser Arbeit werden ultraschnelle Photoströme in Halbleiter-Nanodrähten untersucht, um die Entwicklung von ultraschnellen und kleinen Photoschaltern voranzutreiben. Mit Hilfe einer THz-Zeitdomänen-Photostromspektroskopie werden die Photoströme einzelner Nanodrähte auf einer Pikosekundenzeitskala gemessen. Hierdurch werden die Mechanismen identifiziert und charakterisiert, welche in Nanodrähten Photoströme generieren. Die gewonnen Erkenntnisse liefern einen Beitrag zum besseren Verständnis der optoelektronischen Eigenschaften von Halbleiter-Nanodrähten.

In this thesis, we investigate the ultrafast photocurrent response of semiconductor nanowires to advance the development of ultrafast and small nanowire photo-switches. Using a THz-time domain photocurrent spectroscopy, the photocurrents in single nanowires are measured with a picosecond time resolution. Hereby, the mechanisms are identified and characterized which generate a photocurrent in a nanowire. The obtained findings contribute to a better understanding of the optoelectronic properties of semiconductor nanowires., Im Rahmen dieser Arbeit werden ultraschnelle Photoströme in Halbleiter-Nanodrähten untersucht, um die Entwicklung von ultraschnellen und kleinen Photoschaltern voranzutreiben. Mit Hilfe einer THz-Zeitdomänen-Photostromspektroskopie werden die Photoströme einzelner Nanodrähte auf einer Pikosekundenzeitskala gemessen. Hierdurch werden die Mechanismen identifiziert und charakterisiert, welche in Nanodrähten Photoströme generieren. Die gewonnen Erkenntnisse liefern einen Beitrag zum besseren Verständnis der optoelektronischen Eigenschaften von Halbleiter-Nanodrähten.

The aim of this work was the growth of GaN nanowires on diamond surfaces for the future realization of quantum computers and UV light-emitting diodes. Both, a spontaneous and a selective growth mode are demonstrated, the latter allowing a precise control of the position and diameter of the nanowires. With the help of controlled nanowire doping, p-diamond/n-GaN nanodiodes were fabricated. Their electrical transport properties and electroluminescence spectra are discussed and compared to numerical simulations of the electronic band structure., Gegenstand dieser Arbeit ist das Wachstum von GaN-Nanodrähten auf Diamantoberflächen für eine zukünftige Realisierung von Quantencomputern und UV Leuchtdioden. Demonstriert werden sowohl ein spontaner als auch ein selektiver Wachstumsmodus, der eine Kontrolle von Position und Durchmesser der Nanodrähte erlaubt. Mittels Dotierung der Nanodrähte wurden p-Diamant/n-GaN Nanodioden hergestellt. Deren elektrische Transporteigenschaften sowie Elektrolumineszenzspektren werden diskutiert und mit numerischen Simulationen der elektronischen Bandstruktur verglichen.

Charge state control of nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond is highly desired for the realization of quantum computers or electric and magnetic field sensors. This work demonstrates new ways of charge state control by change of surface termination or, in more versatile ways, with the help of electrolytic top gates or nanometer-sized in-plane gate structures. The experimental results are supported by simulations based on a theoretical model in which NV charge transition levels are included into the diamond energy bands., Die Kontrolle des Ladungszustandes von Stickstoff-Fehlstellen-Komplexen (NV) in Diamant ist unerlässlich bei der Realisierung von Quantencomputern und elektrischen- bzw. Magnetfeldsensoren. Diese Arbeit demonstriert neue Methoden zur Kontrolle des Ladungszustandes durch Änderung der Oberflächenterminierung, mit Hilfe von Elektrolytgattern oder einige Nanometer großer seitlicher Gatterstrukturen. Die experimentellen Ergebnisse werden von Simulationen unterstützt, die auf einem theoretischen Modell basieren, bei dem NV Umladungslevels in die Energiebandstruktur von Diamant integriert werden.

Charge state control of nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond is highly desired for the realization of quantum computers or electric and magnetic field sensors. This work demonstrates new ways of charge state control by change of surface termination or, in more versatile ways, with the help of electrolytic top gates or nanometer-sized in-plane gate structures. The experimental results are supported by simulations based on a theoretical model in which NV charge transition levels are included into the diamond energy bands., Die Kontrolle des Ladungszustandes von Stickstoff-Fehlstellen-Komplexen (NV) in Diamant ist unerlässlich bei der Realisierung von Quantencomputern und elektrischen- bzw. Magnetfeldsensoren. Diese Arbeit demonstriert neue Methoden zur Kontrolle des Ladungszustandes durch Änderung der Oberflächenterminierung, mit Hilfe von Elektrolytgattern oder einige Nanometer großer seitlicher Gatterstrukturen. Die experimentellen Ergebnisse werden von Simulationen unterstützt, die auf einem theoretischen Modell basieren, bei dem NV Umladungslevels in die Energiebandstruktur von Diamant integriert werden.

Photochemical reactions in biology as well as optoelectronic applications are driven by optical excitation of charge carriers. In this work the light-induced electron motion through nanoscale objects in the limits of different electron transport models is studied experimentally. A gold coated scanning near-field optical microscope tip is employed in two experimental configurations. First, photosynthetic protein complexes (PS I) which can be considered as model systems for optically driven charge separation were investigated. Individually contacted single PS I revealed a photocurrent of 10 pA under laser illumination. In a second approach electrons in metal-dielectric-metal nanojunctions were optically excited and steered by ultrashort laser pulses. The results show that the collective electron motion within a dielectric can be controlled by the optical field and generates a macroscopically detectable current., Photochemische Prozesse in der Biologie sowie optolektronische Anwendungen werden durch optische Anregung von Ladungsträgern angetrieben. In dieser Arbeit wird die lichtinduzierte Elektronenbewegung in nanoskopischen Objekten im Rahmen zweier Elektronentransportmodelle experimentell untersucht. Hierfür wird eine metallisierte nahfeldmikroskopische Spitze in zwei verschiedenen experimentellen Anordnungen verwendet. Zunächst wurden photosynthetische Proteinkomplexe (PS I), die als Modellsystem für optische angeregte Ladungstrennung angesehen werden, untersucht. Unter Laserbestrahlung zeigen einzelne PS I einen Photostrom von 10 pA. Im zweiten Experiment wurden Elektronen in einem Metall-Dielektrikum-Metall Nanokontakt durch ultrakurze Laserpulse optisch angeregt und gesteuert. Die Ergebnisse zeigen, dass die kollektive Elektronenbewegung durch das optische Feld kontrolliert und ein makroskopisch detektierbarer Strom generiert wird.