Observation of Seven Astrophysical Tau Neutrino Candidates with IceCube

We report on a measurement of astrophysical tau neutrinos with 9.7 yr of IceCube data. Using convolutional neural networks trained on images derived from simulated events, seven candidate ν_{τ} events were found with visible energies ranging from roughly 20 TeV to 1 PeV and a median expected parent ν_{τ} energy of about 200 TeV. Considering backgrounds from astrophysical and atmospheric neutrinos, and muons from π^{±}/K^{±} decays in atmospheric air showers, we obtain a total estimated background of about 0.5 events, dominated by non-ν_{τ} astrophysical neutrinos. Thus, we rule out the absence of astrophysical ν_{τ} at the 5σ level. The measured astrophysical ν_{τ} flux is consistent with expectations based on previously published IceCube astrophysical neutrino flux measurements and neutrino oscillations.

Halide Segregated Crystallization of Mixed-Halide Perovskites Revealed by In Situ GIWAXS

Mixed-halide perovskites of the composition MAPb(BrxI1-x)3, which seem to exhibit a random and uniform distribution of halide ions in the absence of light, segregate into bromide- and iodide-rich phases under illumination. This phenomenon of halide segregation has been widely investigated in the photovoltaics context since it is detrimental for the material properties and ultimately the device performance of these otherwise very attractive materials. A full understanding of the mechanisms and driving forces has remained elusive. In this work, a study of the crystallization pathways and the mixing behavior during deposition of MAPb(BrxI1-x)3 thin films with varying halide ratios is presented. In situ grazing incidence wide-angle scattering (GIWAXS) reveals the distinct crystallization behavior of mixed-halide perovskite compositions during two different fabrication routes: nitrogen gas-quenching and the lead acetate route. The perovskite phase formation of mixed-halide thin films hints toward a segregation tendency since separate crystallization pathways are observed for iodide- and bromide-rich phases within the mixed compositions. Crystallization of the bromide perovskite phase (MAPbBr3) is already observed during spin coating, while the iodide-based fraction of the composition forms solvent complexes as an intermediate phase, only converting into the perovskite phase upon thermal annealing. These parallel crystallization pathways result in mixed-halide perovskites forming from initially halide-segregated phases only under the influence of heating.

Minimizing Interfacial Recombination in 1.8 eV Triple-Halide Perovskites for 27.5% Efficient All-Perovskite Tandems

All-perovskite tandem solar cells show great potential to enable the highest performance at reasonable costs for a viable market entry in the near future. In particular, wide-bandgap (WBG) perovskites with higher open-circuit voltage (VOC ) are essential to further improve the tandem solar cells' performance. Here, a new 1.8 eV bandgap triple-halide perovskite composition in conjunction with a piperazinium iodide (PI) surface treatment is developed. With structural analysis, it is found that the PI modifies the surface through a reduction of excess lead iodide in the perovskite and additionally penetrates the bulk. Constant light-induced magneto-transport measurements are applied to separately resolve charge carrier properties of electrons and holes. These measurements reveal a reduced deep trap state density, and improved steady-state carrier lifetime (factor 2.6) and diffusion lengths (factor 1.6). As a result, WBG PSCs achieve 1.36 V VOC , reaching 90% of the radiative limit. Combined with a 1.26 eV narrow bandgap (NBG) perovskite with a rubidium iodide additive, this enables a tandem cell with a certified scan efficiency of 27.5%.

Compact sample environment for in situ X-ray scattering during spin-coating

We demonstrate a compact sample environment for the in situ study of crystallization kinetics of thin films on synchrotron beamlines, featuring atmospheric control, automated deposition, spin-coating, and annealing stages. The setup is suitable for studying thin film growth in real time using grazing-incidence X-ray diffraction techniques. Humidity and oxygen levels are being detected by sensors. The spinning stage exhibits low vertical oscillation amplitude (∼3μm at speeds up to 10 000 rpm) and can optionally be employed for antisolvent application or gas quenching to investigate the impact of these techniques, which are often used to assist thin film growth. Differential reflectance spectroscopy is implemented in the spin-coater environment for inspecting thin film thickness and optical properties. The infrared radiation-based annealing system consists of a halogen lamp and a holder with an adjustable lamp-to-sample distance, while the sample surface temperature is monitored by a pyrometer. All features of the sample environment can be controlled remotely by the control software at synchrotron beamlines. In order to test and demonstrate the performance, the crystallization pathway of the antisolvent-assisted MAPbI3 (MA = methylammonium) perovskite thin film during the spinning and annealing stages is monitored and discussed.

Elucidating Structure Formation in Highly Oriented Triple Cation Perovskite Films

Metal halide perovskites are an emerging class of crystalline semiconductors of great interest for application in optoelectronics. Their properties are dictated not only by their composition, but also by their crystalline structure and microstructure. While significant efforts are dedicated to the development of strategies for microstructural control, significantly less is known about the processes that govern the formation of their crystalline structure in thin films, in particular in the context of crystalline orientation. This work investigates the formation of highly oriented triple cation perovskite films fabricated by utilizing a range of alcohols as an antisolvent. Examining the film formation by in situ grazing-incidence wide-angle X-ray scattering reveals the presence of a short-lived highly oriented crystalline intermediate, which is identified as FAI-PbI₂ -xDMSO. The intermediate phase templates the crystallization of the perovskite layer, resulting in highly oriented perovskite layers. The formation of this dimethylsulfoxide (DMSO) containing intermediate is triggered by the selective removal of N,N-dimethylformamide (DMF) when alcohols are used as an antisolvent, consequently leading to differing degrees of orientation depending on the antisolvent properties. Finally, this work demonstrates that photovoltaic devices fabricated from the highly oriented films, are superior to those with a random polycrystalline structure in terms of both performance and stability.

Optical Properties of Perovskite-Organic Multiple Quantum Wells

A comprehensive study of the optical properties of CsPbBr₃ perovskite multiple quantum wells (MQW) with organic barrier layers is presented. Quantum confinement is observed by a blue-shift in absorption and emission spectra with decreasing well width and agrees well with simulations of the confinement energies. A large increase of emission intensity with thinner layers is observed, with a photoluminescence quantum yield up to 32 times higher than that of bulk layers. Amplified spontaneous emission (ASE) measurements show very low thresholds down to 7.3 µJ cm^-2 for a perovskite thickness of 8.7 nm, significantly lower than previously observed for CsPbBr₃ thin-films. With their increased photoluminescence efficiency and low ASE thresholds, MQW structures with CsPbBr₃ are excellent candidates for high-efficiency perovskite-based LEDs and lasers.

The Role of Alkyl Chain Length and Halide Counter Ion in Layered Dion-Jacobson Perovskites with Aromatic Spacers

Layered hybrid perovskites based on Dion-Jacobson phases are of interest to various optoelectronic applications. However, the understanding of their structure-property relationships remains limited. Here, we present a systematic study of Dion-Jacobson perovskites based on (S)PbX₄ (n = 1) compositions incorporating phenylene-derived aromatic spacers (S) with different anchoring alkylammonium groups and halides (X = I, Br). We focus our study on 1,4-phenylenediammonium (PDA), 1,4-phenylenedimethylammonium (PDMA), and 1,4-phenylenediethylammonium (PDEA) spacers. Systems based on PDA did not form a well-defined layered structure, showing the formation of a 1D structure instead, whereas the extension of the alkyl chains to PDMA and PDEA rendered them compatible with the formation of a layered structure, as shown by X-ray diffraction and solid-state NMR spectroscopy. In addition, the control of the spacer length affects optical properties and environmental stability, which is enhanced for longer alkyl chains and bromide compositions. This provides insights into their design for optoelectronic applications.

Novel highly substituted thiophene-based n-type organic semiconductor: structural study, optical anisotropy and molecular control

Oligothiophenes and their functionalized derivatives have been shown to be a viable option for high-performance organic electronic devices.

Einfluß optischer Gitterschwingungen auf die Ultrarot-Dispersion in zweiatomigen polaren Kristallen mit trigonaler, tetragonaler und hexagonaler Symmetrie

In einer früheren Arbeit1 wurde gezeigt, daß in den genannten Kristallen die ultrarot-aktiven langen optischen Gitterschwingungen zum Teil richtungsabhängig sind. Diese Richtungsabhängigkeit muß sich auch im Ultrarot-Spektrum äußern. Zur quantitativen Berechnung der Dispersion und der Form der Ultrarot-Banden in Abhängigkeit von der Richtung ist die Kenntnis des (komplexen) Brechungsindex erforderlich. Dieser läßt sich als Funktion der Frequenz und der Richtung aus dem vollständigen System der Schwingungsgleichungen berechnen, welches man erhält durch Hinzufügen einer dritten, die Kopplung mit dem Maxwell-Feld beschreibenden Gleichung zu den beiden Grundgleichungen für die langen optischen Gitterschwingungen. Die Berechnung wird unter sehr allgemeinen Voraussetzungen in der vorliegenden Arbeit durchgeführt. Die sich ergebende Richtungsabhängigkeit der Dispersion und der Ultrarot-Banden wird im einzelnen diskutiert. Dabei zeigt sich, daß zwei wesentlich verschiedene Fälle auftreten können.

Über die Gitterschwingungen in Kristallen mit Wurtzitstruktur

In Erweiterung zu Teil I und Teil II werden im vorliegenden dritten Teil auch die Schwingungen mit Wellenzahlvektoren q ≠ 0 behandelt, insbesondere werden die Dispersionsbeziehungen in Abhängigkeit von den Kopplungsparametern (Kraftkonstanten) für spezielle Richtungen berechnet. Die durch Ausnutzung der Kristallsymmetrie vereinfachten Kopplungsmatrizen werden im ersten Abschnitt zusammengestellt, wobei nur Wechselwirkungen mit nächsten und zweitnächsten Nachbaratomen berücksichtigt werden. — Die einzige Richtung, für die sich die Dispersionsbeziehungen für alle zwölf Schwingungszweige in geschlossener Form angeben lassen, ist die Richtung der hexagonalen Achse.

Alle bisher in dieser Arbeit hergeleiteten Ergebnisse wurden ohne direkten Bezug auf das Zinkblendegitter gewonnen. Es ergeben sich jedoch erhebliche weitere Vereinfachungen, wenn man die enge Verwandtschaft der beiden Gitter berücksichtigt. Insbesondere erhält man sehr einfache Beziehungen zwischen den Kopplungsparametern nächster Nachbarn des Wurtzit- und des Zinkblendegitters, wenn man voraussetzt, daß die Kräfte für alle vier Valenzbindungen eines Atoms sowohl untereinander gleich, als auch gleich sind denen im Gitter der zugehörigen Zinkblende-Modifikation. Durch ähnliche Annahmen lassen sich ebenfalls noch Beziehungen zwischen den Kopplungsparametern zweitnächster Nachbaratome aufstellen, wodurch die noch relativ große Anzahl der voneinander unabhängigen Kopplungsparameter des Wurtzitgitters auf die gleiche Anzahl wie beim Zinkblendegitter reduziert wird. Im Rahmen dieser Näherung stimmt ein Teil der Schwingungszustände in beiden Gittern überein. Insbesondere folgt, daß die Frequenzen (Dispersionsfrequenzen) der ultrarot-aktiven optischen Grenzschwingungen keine Anisotropie zeigen und mit der Dispersionsfrequenz in der zugehörigen Zinblende-Modifikation zusammenfallen. Tatsächlich unterscheiden sich nach neueren Messungen des Ultrarot-Schwingungs-Spektrums einiger Kristalle mit Wurtzitstruktur die Dispresionsfrequenzen in den Kristallhauptrichtungen kaum voneinander und sind auch fast gleich der Dispersionsfrequenz in der zugehörigen Zinkblende-Modifikation.

Da sich die Kopplungsparameter einiger Kristalle mit Zinkblendestruktur näherungsweise bestimmen lassen, kann man unter den angegebenen Voraussetzungen auch die Schwingungen in den zugehörigen Kristallen mit Wurtzitstruktur angenähert berechnen. Dies wird für Wurtzit (ZnS) für einige Schwingungszweige in speziellen Richtungen durchgeführt.

Theory of Damped Polaritons

The basic equations of damped polaritons in orthorhombic crystals and those of higher symmetry are set up. From these basic equations a general dispersion equation for the complex frequencies (real frequency and damping factor) is derived.

Essential differences of the dispersion curves are demonstrated for the case of purely temporally damped polaritons (ω complex, k real) and of purely spatially damped polaritons (ω real, k com-plex). A detailed discussion and numerical evaluations are given for ZnF2 as an example.

Zur Ultrarot-Dispersion zweiachsiger und einachsiger Kristalle I

Die Kopplung der optischen Gitterschwingungen (unter Berücksichtigung ihrer Dämpfung) mit den elektromagnetischen Lichtwellen läßt sich für doppelbrechende kristallographisch zweiachsige und einachsige Kristalle ähnlich wie für kubische Kristalle vollständig im Rahmen einer phänomenologischen Theorie beschreiben. Es ergibt sich eine Dispersionsformel, die auf die äußere Form der FRESNELSchen Normalengleichung gebracht werden kann, in der die dielektrischen Konstanten durch dielektrische Resonanzglieder (LORENTZ-Terme) ersetzt sind. Aus der Dispersionsgleichung erhält man insbesondere die Richtungsabhängigkeit der optischen Konstanten (Brechungsindex n, Absorptionskoeffizient k) und damit der optischen Spektren im Reststrahlgebiet.

Für n→∞ (k=0) ergeben sich die reinen Gitterschwingungen. Ihre Frequenzen gehorchen gewissen Summations- und Produktregeln.

Eigenfrequencies and Eigenvectors of Polaritons with Application to LiNbO3 I. Long Optical Phonons

The properties of polaritons in uniaxial crystals with an arbitrary number of atoms in the unit cell are discussed in the harmonic approximation. For LiNbO3 , which seems to become a very important substance for applications in tunable Raman lasers, the complete set of eigenfrequencies and eigenvectors (normal coordinates, electric field, electric polarisation) is calculated numerically.

In the limiting case k→∞ (long optical phonons), which is treated in detail in this first paper, an example for each possible type of extraordinary phonon branches is discussed, namely a (T→L) -a (L→T)-, a (T→T)-and a (L→L) -branch of each type. The results are comparable with ex­perimental data only for the frequencies of the 45°-phonons, measured by Barker and Loudon. The agreement is very satisfactory.

Dispersion der ordentlichen und außerordentlichen Polaritonen in α-Quarz

Es werden die Polariton-Dispersionszweige von α-Quarz beredinet und diskutiert. Die Polariton- Zweige von α-Quarz unterteilen sich in 9 ordentliche richtungsunabhängige Zweige und 13 außerordentliche richtungsabhängige Zweige. Die ordentlichen Polariton-Wellen sind streng transversal, die außerordentlichen dagegen streng transversal oder longitudinal nur für die Winkel ϑ = 0° und ϑ = 90° und gemischt transversal-longitudinal für die Zwischenwinkel 0° < ϑ < 90° (mit ϑ als Winkel zwischen Wellenvektor und optischer Achse). Für die Zwischenwinkel 0° < ϑ < 90° sind Schnittpunkte der außerordentlichen Polariton-Zweige verboten. - Für die Richtung der optischen Achse (ϑ = 0°) entarten die ordentlichen Polaritonen mit den transversalen außerordentlichen.