@phdthesis{Hainich2015, author = {Hainich, Rainer}, title = {The Wolf-Rayet stars of the nitrogen sequence in environments of different metallicities}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {161}, year = {2015}, language = {en} } @phdthesis{Goswami2014, author = {Goswami, Bedartha}, title = {Uncertainties in climate data analysis}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-78312}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2014}, abstract = {Scientific inquiry requires that we formulate not only what we know, but also what we do not know and by how much. In climate data analysis, this involves an accurate specification of measured quantities and a consequent analysis that consciously propagates the measurement errors at each step. The dissertation presents a thorough analytical method to quantify errors of measurement inherent in paleoclimate data. An additional focus are the uncertainties in assessing the coupling between different factors that influence the global mean temperature (GMT). Paleoclimate studies critically rely on `proxy variables' that record climatic signals in natural archives. However, such proxy records inherently involve uncertainties in determining the age of the signal. We present a generic Bayesian approach to analytically determine the proxy record along with its associated uncertainty, resulting in a time-ordered sequence of correlated probability distributions rather than a precise time series. We further develop a recurrence based method to detect dynamical events from the proxy probability distributions. The methods are validated with synthetic examples and demonstrated with real-world proxy records. The proxy estimation step reveals the interrelations between proxy variability and uncertainty. The recurrence analysis of the East Asian Summer Monsoon during the last 9000 years confirms the well-known `dry' events at 8200 and 4400 BP, plus an additional significantly dry event at 6900 BP. We also analyze the network of dependencies surrounding GMT. We find an intricate, directed network with multiple links between the different factors at multiple time delays. We further uncover a significant feedback from the GMT to the El Ni{\~n}o Southern Oscillation at quasi-biennial timescales. The analysis highlights the need of a more nuanced formulation of influences between different climatic factors, as well as the limitations in trying to estimate such dependencies.}, language = {en} } @misc{MetzlerBauerRasmussenetal.2015, author = {Metzler, Ralf and Bauer, Maximilian and Rasmussen, Emil S. and Lomholt, Michael A.}, title = {Real sequence effects on the search dynamics of transcription factors on DNA}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-79411}, year = {2015}, abstract = {Recent experiments show that transcription factors (TFs) indeed use the facilitated diffusion mechanism to locate their target sequences on DNA in living bacteria cells: TFs alternate between sliding motion along DNA and relocation events through the cytoplasm. From simulations and theoretical analysis we study the TF-sliding motion for a large section of the DNA-sequence of a common E. coli strain, based on the two-state TF-model with a fast-sliding search state and a recognition state enabling target detection. For the probability to detect the target before dissociating from DNA the TF-search times self-consistently depend heavily on whether or not an auxiliary operator (an accessible sequence similar to the main operator) is present in the genome section. Importantly, within our model the extent to which the interconversion rates between search and recognition states depend on the underlying nucleotide sequence is varied. A moderate dependence maximises the capability to distinguish between the main operator and similar sequences. Moreover, these auxiliary operators serve as starting points for DNA looping with the main operator, yielding a spectrum of target detection times spanning several orders of magnitude. Auxiliary operators are shown to act as funnels facilitating target detection by TFs.}, language = {en} } @phdthesis{Gomez2016, author = {Gomez, David}, title = {Mechanisms of biochemical reactions within crowded environments}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-94593}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {vii, 112}, year = {2016}, abstract = {The cell interior is a highly packed environment in which biological macromolecules evolve and function. This crowded media has effects in many biological processes such as protein-protein binding, gene regulation, and protein folding. Thus, biochemical reactions that take place in such crowded conditions differ from diluted test tube conditions, and a considerable effort has been invested in order to understand such differences. In this work, we combine different computationally tools to disentangle the effects of molecular crowding on biochemical processes. First, we propose a lattice model to study the implications of molecular crowding on enzymatic reactions. We provide a detailed picture of how crowding affects binding and unbinding events and how the separate effects of crowding on binding equilibrium act together. Then, we implement a lattice model to study the effects of molecular crowding on facilitated diffusion. We find that obstacles on the DNA impair facilitated diffusion. However, the extent of this effect depends on how dynamic obstacles are on the DNA. For the scenario in which crowders are only present in the bulk solution, we find that at some conditions presence of crowding agents can enhance specific-DNA binding. Finally, we make use of structure-based techniques to look at the impact of the presence of crowders on the folding a protein. We find that polymeric crowders have stronger effects on protein stability than spherical crowders. The strength of this effect increases as the polymeric crowders become longer. The methods we propose here are general and can also be applied to more complicated systems.}, language = {en} } @phdthesis{Lehmann2016, author = {Lehmann, Jascha In-su}, title = {Changes in extratropical storm track activity and their implications for extreme weather events}, pages = {221}, year = {2016}, language = {en} } @phdthesis{Bittermann2015, author = {Bittermann, Klaus}, title = {Semi-empirical sea-level modelling}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-93881}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {v, 88}, year = {2015}, abstract = {Semi-empirical sea-level models (SEMs) exploit physically motivated empirical relationships between global sea level and certain drivers, in the following global mean temperature. This model class evolved as a supplement to process-based models (Rahmstorf (2007)) which were unable to fully represent all relevant processes. They thus failed to capture past sea-level change (Rahmstorf et al. (2012)) and were thought likely to underestimate future sea-level rise. Semi-empirical models were found to be a fast and useful tool for exploring the uncertainties in future sea-level rise, consistently giving significantly higher projections than process-based models. In the following different aspects of semi-empirical sea-level modelling have been studied. Models were first validated using various data sets of global sea level and temperature. SEMs were then used on the glacier contribution to sea level, and to infer past global temperature from sea-level data via inverse modelling. Periods studied encompass the instrumental period, covered by tide gauges (starting 1700 CE (Common Era) in Amsterdam) and satellites (first launched in 1992 CE), the era from 1000 BCE (before CE) to present, and the full length of the Holocene (using proxy data). Accordingly different data, model formulations and implementations have been used. It could be shown in Bittermann et al. (2013) that SEMs correctly predict 20th century sea-level when calibrated with data until 1900 CE. SEMs also turned out to give better predictions than the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) 4th assessment report (AR4, IPCC (2007)) models, for the period from 1961-2003 CE. With the first multi-proxy reconstruction of global sea-level as input, estimate of the human-induced component of modern sea-level change and projections of future sea-level rise were calculated (Kopp et al. (2016)). It turned out with 90\% confidence that more than 40 \% of the observed 20th century sea-level rise is indeed anthropogenic. With the new semi-empirical and IPCC (2013) 5th assessment report (AR5) projections the gap between SEM and process-based model projections closes, giving higher credibility to both. Combining all scenarios, from strong mitigation to business as usual, a global sea-level rise of 28-131 cm relative to 2000 CE, is projected with 90\% confidence. The decision for a low carbon pathway could halve the expected global sea-level rise by 2100 CE. Present day temperature and thus sea level are driven by the globally acting greenhouse-gas forcing. Unlike that, the Milankovich forcing, acting on Holocene timescales, results mainly in a northern-hemisphere temperature change. Therefore a semi-empirical model can be driven with northernhemisphere temperatures, which makes it possible to model the main subcomponent of sea-level change over this period. It showed that an additional positive constant rate of the order of the estimated Antarctic sea-level contribution is then required to explain the sea-level evolution over the Holocene. Thus the global sea level, following the climatic optimum, can be interpreted as the sum of a temperature induced sea-level drop and a positive long-term contribution, likely an ongoing response to deglaciation coming from Antarctica.}, language = {en} } @article{GhoshCherstvyPetrovetal.2016, author = {Ghosh, Surya K. and Cherstvy, Andrey G. and Petrov, Eugene P. and Metzler, Ralf}, title = {Interactions of rod-like particles on responsive elastic sheets}, series = {Soft matter}, journal = {Soft matter}, publisher = {RSC}, address = {London}, issn = {1744-6848}, doi = {10.1039/C6SM01522K}, year = {2016}, abstract = {What are the physical laws of the mutual interactions of objects bound to cell membranes, such as various membrane proteins or elongated virus particles? To rationalise this, we here investigate by extensive computer simulations mutual interactions of rod-like particles adsorbed on the surface of responsive elastic two-dimensional sheets. Specifically, we quantify sheet deformations as a response to adhesion of such filamentous particles. We demonstrate that tip-to-tip contacts of rods are favoured for relatively soft sheets, while side-by-side contacts are preferred for stiffer elastic substrates. These attractive orientation-dependent substrate-mediated interactions between the rod-like particles on responsive sheets can drive their aggregation and self-assembly. The optimal orientation of the membrane-bound rods is established via responding to the elastic energy profiles created around the particles. We unveil the phase diagramme of attractive-repulsive rod-rod interactions in the plane of their separation and mutual orientation. Applications of our results to other systems featuring membrane-associated particles are also discussed.}, language = {en} } @misc{GhoshCherstvyPetrovetal.2016, author = {Ghosh, Surya K. and Cherstvy, Andrey G. and Petrov, Eugene P. and Metzler, Ralf}, title = {Interactions of rod-like particles on responsive elastic sheets}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-95882}, year = {2016}, abstract = {What are the physical laws of the mutual interactions of objects bound to cell membranes, such as various membrane proteins or elongated virus particles? To rationalise this, we here investigate by extensive computer simulations mutual interactions of rod-like particles adsorbed on the surface of responsive elastic two-dimensional sheets. Specifically, we quantify sheet deformations as a response to adhesion of such filamentous particles. We demonstrate that tip-to-tip contacts of rods are favoured for relatively soft sheets, while side-by-side contacts are preferred for stiffer elastic substrates. These attractive orientation-dependent substrate-mediated interactions between the rod-like particles on responsive sheets can drive their aggregation and self-assembly. The optimal orientation of the membrane-bound rods is established via responding to the elastic energy profiles created around the particles. We unveil the phase diagramme of attractive-repulsive rod-rod interactions in the plane of their separation and mutual orientation. Applications of our results to other systems featuring membrane-associated particles are also discussed.}, language = {en} } @phdthesis{Shenar2017, author = {Shenar, Tomer}, title = {Comprehensive analyses of massive binaries and implications on stellar evolution}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-104857}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {187}, year = {2017}, abstract = {Via their powerful radiation, stellar winds, and supernova explosions, massive stars (Mini \& 8 M☉) bear a tremendous impact on galactic evolution. It became clear in recent decades that the majority of massive stars reside in binary systems. This thesis sets as a goal to quantify the impact of binarity (i.e., the presence of a companion star) on massive stars. For this purpose, massive binary systems in the Local Group, including OB-type binaries, high mass X-ray binaries (HMXBs), and Wolf-Rayet (WR) binaries, were investigated by means of spectral, orbital, and evolutionary analyses. The spectral analyses were performed with the non-local thermodynamic equillibrium (non-LTE) Potsdam Wolf-Rayet (PoWR) model atmosphere code. Thanks to critical updates in the calculation of the hydrostatic layers, the code became a state-of-the-art tool applicable for all types of hot massive stars (Chapter 2). The eclipsing OB-type triple system δ Ori served as an intriguing test-case for the new version of the PoWR code, and provided key insights regarding the formation of X-rays in massive stars (Chapter 3). We further analyzed two prototypical HMXBs, Vela X-1 and IGR J17544-2619, and obtained fundamental conclusions regarding the dichotomy of two basic classes of HMXBs (Chapter 4). We performed an exhaustive analysis of the binary R 145 in the Large Magellanic Cloud (LMC), which was claimed to host the most massive stars known. We were able to disentangle the spectrum of the system, and performed an orbital, polarimetric, and spectral analysis, as well as an analysis of the wind-wind collision region. The true masses of the binary components turned out to be significantly lower than suggested, impacting our understanding of the initial mass function and stellar evolution at low metallicity (Chapter 5). Finally, all known WR binaries in the Small Magellanic Cloud (SMC) were analyzed. Although it was theoretical predicted that virtually all WR stars in the SMC should be formed via mass-transfer in binaries, we find that binarity was not important for the formation of the known WR stars in the SMC, implying a strong discrepancy between theory and observations (Chapter 6).}, language = {en} } @misc{Goychuk2016, author = {Goychuk, Igor}, title = {Quantum ergodicity breaking in semi-classical electron transfer dynamics}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-102264}, pages = {11}, year = {2016}, abstract = {Can the statistical properties of single-electron transfer events be correctly predicted within a common equilibrium ensemble description? This fundamental in nanoworld question of ergodic behavior is scrutinized within a very basic semi-classical curve-crossing problem. It is shown that in the limit of non-adiabatic electron transfer (weak tunneling) well-described by the Marcus-Levich-Dogonadze(MLD) rate the answer is yes. However, in the limit of the so-called solvent-controlled adiabatic electron transfer, a profound breaking of ergodicity occurs. Namely, a common description based on the ensemble reduced density matrix with an initial equilibrium distribution of the reaction coordinate is not able to reproduce the statistics of single-trajectory events in this seemingly classical regime. For sufficiently large activation barriers, the ensemble survival probability in a state remains nearly exponential with the inverse rate given by the sum of the adiabatic curve crossing (Kramers) time and the inverse MLD rate. In contrast, near to the adiabatic regime, the single-electron survival probability is clearly non-exponential, even though it possesses an exponential tail which agrees well with the ensemble description. Initially, it is well described by a Mittag-Leffler distribution with a fractional rate. Paradoxically, the mean transfer time in this classical on the ensemble level regime is well described by the inverse of the nonadiabatic quantum tunneling rate on a single particle level. An analytical theory is developed which perfectly agrees with stochastic simulations and explains our findings.}, language = {en} } @phdthesis{Anielski2015, author = {Anielski, Alexander}, title = {Entwicklung einer mikrofluidischen, adaptiv geregelten Messapparatur zur quantitativen Untersuchung von Chemotaxis mit Hilfe der Flussfotolyse}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {iv, 130 Seiten : Illustrationen, Diagramme + 1 DVD}, year = {2015}, language = {de} } @phdthesis{Kruesemann2016, author = {Kr{\"u}semann, Henning}, title = {First passage phenomena and single-file motion in ageing continuous time random walks and quenched energy landscapes}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {122}, year = {2016}, abstract = {In der Physik gibt es viele Prozesse, die auf Grund ihrer Komplexit{\"a}t nicht durch physikalische Gleichungen beschrieben werden k{\"o}nnen, beispielsweise die Bewegung eines Staubkorns in der Luft. Durch die vielen St{\"o}ße mit Luftmolek{\"u}len f{\"u}hrt es eine Zufallsbewegung aus, die so genannte Diffusion. Auch Molek{\"u}le in biologischen Zellen diffundieren, jedoch befinden sich in einer solchen Zelle im selben Volumen viel mehr oder viel gr{\"o}ßere Molek{\"u}le. Das beobachtete Teilchen st{\"o}ßt dementsprechend {\"o}fter mit anderen zusammen und die Diffusion wird langsamer, sie wird subdiffusiv. Mit der Zeit kann sich die Charakteristik der Subdiffusion {\"a}ndern; dies wird als (mikroskopisches) Altern bezeichnet. Ich untersuche in der vorliegenden Arbeit zwei mathematische Modelle f{\"u}r eindimensionale Subdiffusion, einmal den continuous time random walk (CTRW) und einmal die Zufallsbewegung in einer eingefrorenen Energielandschaft (QEL=quenched energy landscape). Beide sind Sprungprozesse, das heißt, sie sind Abfolgen von r{\"a}umlichen Spr{\"u}ngen, die durch zufallsverteilte Wartezeiten getrennt sind. Die Wartezeiten in der QEL sind r{\"a}umlich korrelliert, w{\"a}hrend sie im CTRW unkorrelliert sind. Ich untersuche in der vorliegenden Arbeit verschiedene statistische Gr{\"o}ßen in beiden Modellen. Zun{\"a}chst untersuche ich den Einfluss des Alters und den Einfluss der Korrellationen einer QEL auf die Verteilung der Zeiten, die das diffundierendes Teilchen ben{\"o}tigt, um eine (r{\"a}umliche) Schwelle zu {\"u}berqueren. Ausserdem bestimme ich den Effekt des Alters auf Str{\"o}me von (sub)diffundierenden Partikeln, die sich auf eine absorbierende Barriere zubewegen. Zuletzt besch{\"a}ftige ich mich mit der Diffusion einer eindimensionalen Anordnung von Teilchen in einer QEL, in der diese als harte Kugeln miteinander wechselwirken. Dabei vergleiche ich die gemeinsame Bewegung in einer QEL und als individuelle CTRWs miteinander {\"u}ber die Standartabweichung von der Startposition, f{\"u}r die ich das Mittel {\"u}ber mehrere QELs untersuche. Meine Arbeit setzt sich zusammen aus theoretischen {\"U}berlegungen und Berechnungen sowie der Simulation der Zufallsprozesse. Die Ergebnisse der Simulation und, soweit vorhanden, experimentelle Daten werden mit der Theorie verglichen.}, language = {en} } @article{deCarvalhoMetzlerCherstvy2016, author = {de Carvalho, Sidney J. and Metzler, Ralf and Cherstvy, Andrey G.}, title = {Critical adsorption of polyelectrolytes onto planar and convex highly charged surfaces}, series = {New journal of physics : the open-access journal for physics}, volume = {18}, journal = {New journal of physics : the open-access journal for physics}, publisher = {IOP Publ.}, address = {London}, issn = {1367-2630}, doi = {10.1088/1367-2630/18/8/083037}, year = {2016}, abstract = {We study the adsorption-desorption transition of polyelectrolyte chains onto planar, cylindrical and spherical surfaces with arbitrarily high surface charge densities by massive Monte Carlo computer simulations. We examine in detail how the well known scaling relations for the threshold transition—demarcating the adsorbed and desorbed domains of a polyelectrolyte near weakly charged surfaces—are altered for highly charged interfaces. In virtue of high surface potentials and large surface charge densities, the Debye-H{\"u}ckel approximation is often not feasible and the nonlinear Poisson-Boltzmann approach should be implemented. At low salt conditions, for instance, the electrostatic potential from the nonlinear Poisson-Boltzmann equation is smaller than the Debye-H{\"u}ckel result, such that the required critical surface charge density for polyelectrolyte adsorption σc increases. The nonlinear relation between the surface charge density and electrostatic potential leads to a sharply increasing critical surface charge density with growing ionic strength, imposing an additional limit to the critical salt concentration above which no polyelectrolyte adsorption occurs at all. We contrast our simulations findings with the known scaling results for weak critical polyelectrolyte adsorption onto oppositely charged surfaces for the three standard geometries. Finally, we discuss some applications of our results for some physical-chemical and biophysical systems.}, language = {en} } @misc{deCarvalhoMetzlerCherstvy2016, author = {de Carvalho, Sidney J. and Metzler, Ralf and Cherstvy, Andrey G.}, title = {Critical adsorption of polyelectrolytes onto planar and convex highly charged surfaces}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-100295}, pages = {17}, year = {2016}, abstract = {We study the adsorption-desorption transition of polyelectrolyte chains onto planar, cylindrical and spherical surfaces with arbitrarily high surface charge densities by massive Monte Carlo computer simulations. We examine in detail how the well known scaling relations for the threshold transition—demarcating the adsorbed and desorbed domains of a polyelectrolyte near weakly charged surfaces—are altered for highly charged interfaces. In virtue of high surface potentials and large surface charge densities, the Debye-H{\"u}ckel approximation is often not feasible and the nonlinear Poisson-Boltzmann approach should be implemented. At low salt conditions, for instance, the electrostatic potential from the nonlinear Poisson-Boltzmann equation is smaller than the Debye-H{\"u}ckel result, such that the required critical surface charge density for polyelectrolyte adsorption σc increases. The nonlinear relation between the surface charge density and electrostatic potential leads to a sharply increasing critical surface charge density with growing ionic strength, imposing an additional limit to the critical salt concentration above which no polyelectrolyte adsorption occurs at all. We contrast our simulations findings with the known scaling results for weak critical polyelectrolyte adsorption onto oppositely charged surfaces for the three standard geometries. Finally, we discuss some applications of our results for some physical-chemical and biophysical systems.}, language = {en} } @phdthesis{FrancoGonzalez2002, author = {Franco Gonz{\´a}lez, Olga}, title = {Structural and spectroscopical study of crystals of 1,3,4-oxadiazole derivatives at high pressure}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000572}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2002}, abstract = {Die Suche nach neuen Materialien von technischem Interesse hat in den letzten Jahren neue Antriebe zu der Untersuchung organischer Verbindungen gegeben. Organische Substanzen haben viele Vorteile wie z.B. die M{\"o}glichkeit, ihre Eigenschaften durch verschiedene chemische und physikalische Techniken im Herstellung-Prozess f{\"u}r ein bestimmtes Ziel zu modifizieren. Oxadiazolverbindungen sind interessant aufgrund ihrer Nutzung als Material f{\"u}r Licht emittierende Dioden und Scintillatoren. Die physikalischen Eigenschaften eines Festk{\"o}rpers h{\"a}ngen von seiner Struktur ab. Unterschiedliche Strukturen entwickeln unterschiedliche intra- und intermolek{\"u}lare Wechselwirkungen. Eine ausgezeichnete Weise, um sowohl die intra- als auch die intermolekularen Wechselwirkungen eines bestimmtes Stoffes zu beeinflussen, ohne seine chemischen Charakteristiken zu {\"a}ndern, ist die Verwendung von hohem Druck. Wir haben den Einfluss von hohem Druck und hoher Temperatur auf die super-molekulare Struktur einiger Oxadiazolverbindungen im kristallinem Zustand untersucht. Aus diesen Untersuchungsergebnissen wurde eine Zustandsgleichung f{\"u}r diese Kristalle bestimmt. {\"U}berdies wurden die spektroskopischen Eigenschaften dieser Materialien unter hohem Druck charakterisiert.}, subject = {Oxadiazolderivate ; Kristallstruktur ; Hochdruck ; UV-VIS-Spektroskopie ; Raman-Spektroskopie}, language = {en} } @phdthesis{Kuhlbrodt2002, author = {Kuhlbrodt, Till}, title = {Stability and variability of open-ocean deep convection in deterministic and stochastic simple models}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000622}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2002}, abstract = {Die Tiefenkonvektion ist ein wesentlicher Bestandteil der Zirkulation im Nordatlantik. Sie beeinflusst den nordw{\"a}rtigen W{\"a}rmetransport der thermohalinen Zirkulation. Ein Verst{\"a}ndnis ihrer Stabilit{\"a}t und Variabilit{\"a}t ist daher n{\"o}tig, um Klimaver{\"a}nderungen im Bereich des Nordatlantiks einsch{\"a}tzen zu k{\"o}nnen. Diese Arbeit hat zum Ziel, das konzeptionelle Verst{\"a}ndnis der Stabilit{\"a}t und der Variabilit{\"a}t der Tiefenkonvektion zu verbessern. Beobachtungsdaten aus der Labradorsee zeigen Phasen mit und ohne Tiefenkonvektion. Ein einfaches Modell mit zwei Boxen wird an diese Daten angepasst. Das Ergebnis legt nahe, dass die Labradorsee zwei koexistierende stabile Zust{\"a}nde hat, einen mit regelm{\"a}ßiger Tiefenkonvektion und einen ohne Tiefenkonvektion. Diese Bistabilit{\"a}t ergibt sich aus einer positiven Salzgehalts-R{\"u}ckkopplung, deren Ursache ein Netto-S{\"u}ßwassereintrag in die Deckschicht ist. Der konvektive Zustand kann schnell instabil werden, wenn der mittlere Antrieb sich hin zu w{\"a}rmeren oder weniger salzhaltigen Bedingungen {\"a}ndert. Die wetterbedingte Variabilit{\"a}t des externen Antriebs wird durch die Addition eines stochastischen Antriebsterms in das Modell eingebaut. Es zeigt sich, dass dann die Tiefenkonvektion h{\"a}ufig an- und wieder ausgeschaltet wird. Die mittlere Aufenthaltszeit in beiden Zust{\"a}nden ist ein Maß ihrer stochastischen Stabilit{\"a}t. Die stochastische Stabilit{\"a}t h{\"a}ngt in glatter Weise von den Parametern des Antriebs ab, im Gegensatz zu der deterministischen (nichtstochastischen) Stabilit{\"a}t, die sich abrupt {\"a}ndern kann. Sowohl das Mittel als auch die Varianz des stochastischen Antriebs beeinflussen die H{\"a}ufigkeit von Tiefenkonvektion. Eine Abnahme der Konvektionsh{\"a}ufigkeit, als Reaktion auf eine Abnahme des Salzgehalts an der Oberfl{\"a}che, kann zum Beispiel durch eine Zunahme der Variabilit{\"a}t in den W{\"a}rmefl{\"u}ssen kompensiert werden. Mit einem weiter vereinfachten Box-Modell werden einige Eigenschaften der stochastischen Stabilit{\"a}t analytisch untersucht. Es wird ein neuer Effekt beschrieben, die wandernde Monostabilit{\"a}t: Auch wenn die Tiefenkonvektion aufgrund ge{\"a}nderter Parameter des Antriebs kein stabiler Zustand mehr ist, kann der stochastische Antrieb immer noch h{\"a}ufig Konvektionsereignisse ausl{\"o}sen. Die analytischen Gleichungen zeigen explizit, wie die wandernde Monostabilit{\"a}t sowie andere Effekte von den Modellparametern abh{\"a}ngen. Diese Abh{\"a}ngigkeit ist f{\"u}r die mittleren Aufenthaltszeiten immer exponentiell, f{\"u}r die Wahrscheinlichkeit langer nichtkonvektiver Phasen dagegen nur dann, wenn diese Wahrscheinlichkeit gering ist. Es ist zu erwarten, dass wandernde Monostabilit{\"a}t auch in anderen Teilen des Klimasystems eine Rolle spielt. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass die Stabilit{\"a}t der Tiefenkonvektion in der Labradorsee sehr empfindlich auf den Antrieb reagiert. Die Rolle der Variabilit{\"a}t ist entscheidend f{\"u}r ein Verst{\"a}ndnis dieser Empfindlichkeit. Kleine {\"A}nderungen im Antrieb k{\"o}nnen bereits die H{\"a}ufigkeit von Tiefenkonvektionsereignissen deutlich mindern, was sich vermutlich stark auf das regionale Klima auswirkt.}, subject = {Labradorsee ; Thermohaline Konvektion ; Stochastisches Modell}, language = {en} } @phdthesis{Kraut2001, author = {Kraut, Suso}, title = {Multistable systems under the influence of noise}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000424}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2001}, abstract = {Nichtlineare multistabile Systeme unter dem Einfluss von Rauschen weisen vielschichtige dynamische Eigenschaften auf. Ein mittleres Rauschlevel zeitigt ein Springen zwischen den metastabilen Zustaenden. Dieser "attractor-hopping" Prozess ist gekennzeichnet durch laminare Bewegung in der Naehe von Attraktoren und erratische Bewegung, die sich auf chaotischen Satteln abspielt, welche in die fraktalen Einzugsgebietsgrenzen eingebettet sind. Er hat rauschinduziertes Chaos zur Folge. Bei der Untersuchung der dissipativen Standardabbildung wurde das Phaenomen der Praeferenz von Attraktoren durch die Wirkung des Rauschens gefunden. Dies bedeutet, dass einige Attraktoren eine groessere Wahrscheinlichkeit erhalten aufzutreten, als dies fuer das rauschfreie System der Fall waere. Bei einer bestimmten Rauschstaerke ist diese Bevorzugung maximal. Andere Attraktoren werden aufgrund des Rauschens weniger oft angelaufen. Bei einer entsprechend hohen Rauschstaerke werden sie komplett ausgeloescht. Die Komplexitaet des Sprungprozesses wird fuer das Modell zweier gekoppelter logistischer Abbildungen mit symbolischer Dynamik untersucht. Bei Variation eines Parameters steigt an einem bestimmten Wert des Parameters die topologische Entropie steil an, die neben der Shannon Entropie als Komplexitaetsmass verwendet wird. Dieser Anstieg wird auf eine neuartige Bifurkation von chaotischen Satteln zurueckgefuehrt, die in einem Verschmelzen zweier Sattel besteht und durch einen "Snap-back"-Repellor vermittelt wird. Skalierungsgesetze sowohl der Verweilzeit auf einem der zuvor getrennten Teile des Sattels als auch des Wachsens der fraktalen Dimension des entstandenen Sattels beschreiben diese neuartige Bifurkation genauer. Wenn ein chaotischer Sattel eingebettet in der offenen Umgebung eines Einzugsgebietes eines metastabilen Zustandes liegt, fuehrt das zu einer deutlichen Senkung der Schwelle des rauschinduzierten Tunnelns. Dies wird anhand der Ikeda-Abbildung, die ein Lasersystem mit einer zeitverzoegerden Interferenz beschreibt, demonstriert. Dieses Resultat wird unter Verwendung der Theorie der Quasipotentiale erzielt. Sowohl dieser Effekt, die Senkung der Schwelle f{\"u}r rauschinduziertes Tunneln aus einem metastabilen Zustand durch einen chaotischen Sattel, als auch die beiden Skalierungsgesteze sind von experimenteller Relevanz.}, language = {en} } @phdthesis{Breidenich2000, author = {Breidenich, Markus}, title = {Polymers at membranes}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000284}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2000}, abstract = {Die Oberfl{\"a}che biologischer Zellen besteht aus einer Lipidmembran und einer Vielzahl von Proteinen und Polymeren, die in die Membran eingebaut sind. Die Beeinflussung der Membran durch Polymere, die mit einem Ende an der Membran verankert sind, wird im Rahmen dieser Arbeit anhand eines vereinfachten biomimetischen Systems studiert. Der entropische Druck, den das Polymer durch St{\"o}ße auf die Membran aus{\"u}bt, f{\"u}hrt dazu, dass sich die Membran vom Polymer weg kr{\"u}mmt. Die resultierende Membranform ist ein Kegel in der N{\"a}he des Ankers und ein Katenoid in grossem Abstand vom Ankerpunkt. Monte Carlo-Simulationen best{\"a}tigen die perturbativ berechneten Resultate. Bei Hinzunahme eines attraktiven Potentials zwischen Polymer und Membran verringert sich die urspr{\"u}nglich vom Polymer induzierte Kr{\"u}mmung. Im Limes starker Adsorption, in welchem das Polymer ganz auf der Membranoberfl{\"a}che lokalisiert ist, verschwindet der Polymerdruck und die durch diesen induzierte Kr{\"u}mmung der Membran. Falls das Polymer nicht direkt auf der Membranoberfl{\"a}che verankert ist, sondern in endlichem Ankerabstand, biegt sich die Membran im adsorbierten Fall zum Polymer hin. Im letzten Teil der Arbeit werden nicht verankerte Polymere in L{\"o}sung betrachtet. Untersucht wird der Einfluss einer solchen Polymerl{\"o}sung auf die Kr{\"u}mmung der Membran. Im Grenzfall einer rein sterischen, repulsiven Wechselwirkung zwischen Polymeren und Membran biegt sich diese, im Gegensatz zur verankerten Situation, zur L{\"o}sung hin. Bei zunehmender Attraktion biegt sich die Membran im Limes starker Adsorption der Polymere von der L{\"o}sung weg.}, language = {en} } @phdthesis{Teppner2000, author = {Teppner, Randolf}, title = {Adsorptionsschichten an fluiden Grenzfl{\"a}chen : Skalengesetze und Ionenverteilungen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000117}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2000}, abstract = {In dieser Arbeit wurden zwei Themenbereiche bearbeitet: 1. Ellipsometrie an Adsorpionsschichten niedermolekularer Tenside an der Wasser/Luft-Grenzfl{\"a}che (Ellipsometrie ist geeignet, adsorbierte Mengen von nicht- und zwitterionischen Tensiden zu messen, bei ionischen werden zus{\"a}tzlich die Gegenionen mit erfaßt; Ellipsometrie mißt sich {\"a}ndernde Gegenionenverteilung). 2. Ellipsometrische Untersuchung von endadsorbierten Polymerb{\"u}rsten an der Wasser/{\"O}l-Grenzfl{\"a}che (Ellipsometrie ist nicht in der Lage, verschiedene Segmentkonzentrationsprofile innerhalb der B{\"u}rste aufzul{\"o}sen, ist aber sehr wohl geeignet, Skalengesetze f{\"u}r Dicken und Dr{\"u}cke in Abh{\"a}ngigkeit von Ankerdichte und Kettenl{\"a}nge der Polymere zu {\"u}berpr{\"u}fen; f{\"u}r in Heptan gequollene Poly-isobuten-B{\"u}rsten konnte gezeigt werden, daß sie sich entsprechend den theoretischen Vorhersagen f{\"u}r B{\"u}rsten in einem theta-L{\"o}sungsmittel verhalten)}, language = {de} } @phdthesis{Hammoudeh2002, author = {Hammoudeh, Ismail}, title = {Qualitative nichtlineare Zeitreihenanalyse mit Anwendung auf das Problem der Polbewegung}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000640}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2002}, abstract = {In der nichtlinearen Datenreihenanalyse hat sich seit etwa 10 Jahren eine Monte-Carlo-Testmethode etabliert, die Theiler-surrogatmethode, mit Hilfe derer entschieden werden kann, ob eine Datenreihe nichtlinearen Ursprungs sei. Diese Methode wird kritisiert, modifiziert und verallgemeinert. Das, was Theiler untersuchen will braucht andere Surrogatmethoden, die hier konstruiert werden. Und das, was Theiler untersucht braucht gar keine Monte-Carlo-Methoden. Mit Hilfe des in der Arbeit eingef{\"u}hrten Begriffs des Phasensignals werden Testm{\"o}glichkeiten dargelegt und Beziehungen zwischen den nichtlinearen Eigenschaften der Zeitreihe und deren Phasenspektrum erforscht. Das Phasensignal wird aus dem Phasenspektrum der Zeitreihe hergeleitet und registriert außerordentliche Geschehnisse im Zeitbereich sowie Phasenkopplungen im Frequenzbereich. Die gewonnenen Erkenntnisse werden auf das Problem der Polbewegung angewendet. Die Hypothese einer nichtlinearen Beziehung zwischen der atmosph{\"a}rischen Erregung und der Polbewegung wird untersucht. Eine nichtlineare Behandlung wird nicht f{\"u}r n{\"o}tig gehalten.}, subject = {Nichtlineare Zeitreihenanalyse ; Signalanalyse - Polbewegung ; Chandler-Periode ; Nichtlineares Ph{\"a}nomen}, language = {de} } @phdthesis{Moreira2001, author = {Moreira, Andr{\´e} Gu{\´e}rin}, title = {Charged systems in bulk and at interfaces}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000677}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2001}, abstract = {Eine der Faustregeln der Kolloid- und Oberfl{\"a}chenphysik ist, dass die meisten Oberfl{\"a}chen geladen sind, wenn sie mit einem L{\"o}sungsmittel, normalerweise Wasser, in Kontakt treten. Dies ist zum Beispiel bei ladungsstabilisierten Kolloidalen Suspensionen der Fall, bei denen die Oberfl{\"a}che der Kolloidteilchen geladen ist (gew{\"o}hnlich mit einer Ladung von mehreren Hunderttausend Elementarladungen), oder bei Monoschichten ionischer Tenside, die auf einer Luft-Wasser Grenzfl{\"a}che sitzen (wobei die wasserliebenden Kopfgruppen durch die Freisetzung von Gegenionen geladen werden), sowie bei Doppelschichten, die geladene phospholipide enthalten (wie Zellmembranen). In dieser Arbeit betrachten wir einige Modellsysteme, die zwar eine vereinfachte Fassung der Realit{\"a}t darstellen, von denen wir aber dennoch erwarten koennen, dass wir mit ihrer Hilfe einige physikalische Eigenschaften realer geladener Systeme (Kolloide und Elektrolyte) einfangen k{\"o}nnen.}, language = {en} } @phdthesis{GilMerinoRubio2003, author = {Gil-Merino Rubio, Rodrigo}, title = {Cosmology through gravitational lenses}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001030}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2003}, abstract = {In dieser Dissertation nutze ich den Gravitationslinseneffekt, um eine Reihe von kosmologischen Fragen zu untersuchen. Der Laufzeitunterschied des Gravitationslinsensystems HE1104-1805 wurde mit unterschiedlichen Methoden bestimmt. Zwischen den beiden Komponenten erhalte ich einen Unterschied von Delta_t(A-B) = -310 +-20 Tagen (2 sigma Konfidenzintervall). Außerdem nutze ich eine dreij{\"a}hrige Beobachtungskampagne, um den Doppelquasar Q0957+561 zu untersuchen. Die beobachteten Fluktuationen in den Differenzlichtkurven lassen sich durch Rauschen erkl{\"a}ren, ein Mikrogravitationslinseneffekt wird zur Erkl{\"a}rung nicht ben{\"o}tigt. Am Vierfachquasar Q2237+0305 untersuchte ich den Mikrogravitationslinseneffekt anhand der Daten der GLITP-Kollaboration (Okt. 1999-Feb. 2000). Durch die Abwesenheit eines starken Mikrogravitationslinsensignals konnte ich eine obere Grenze von v=600 km/s f f{\"u}r die effektive Transversalgeschwindigkeit der Linsengalaxie bestimmen (unter der Annahme von Mikrolinsen mit 0.1 Sonnenmassen). Im zweiten Teil der Arbeit untersuchte ich die Verteilung der Dunklen Materie in Galaxienhaufen. F{\"u}r den Galaxienhaufen Cl0024+1654 erhalte ich ein Masse-Leuchtkraft-Verh{\"a}ltnis von M/L = 200 M_sun/L_sun (innerhalb eines Radius von 3 Bogenminuten). Im Galaxienhaufen RBS380 finde ich eine relativ geringe R{\"o}ntgenleuchtkraft von L =2*10^(44) erg/s, obwohl im optischen eine große Anzahl von Galaxien gefunden wurde.}, language = {en} } @phdthesis{Fuessel2003, author = {F{\"u}ssel, Hans-Martin}, title = {Impacts analysis for inverse integrated assessments of climate change}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001089}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2003}, abstract = {Diese Dissertation beschreibt die Entwicklung und Anwendung des Klimawirkungsmoduls des ICLIPS-Modells, eines integrierten Modells des Klimawandels ('Integrated Assessment'-Modell). Vorangestellt ist eine Diskussion des gesellschaftspolitischen Kontexts, in dem modellbasiertes 'Integrated Assessment' stattfindet, aus der wichtige Anforderungen an die Spezifikation des Klimawirkungsmoduls abgeleitet werden. Das 'Integrated Assessment' des Klimawandels umfasst eine weiten Bereich von Aktivit{\"a}ten zur wissenschaftsbasierten Unterst{\"u}tzung klimapolitischer Entscheidungen. Hierbei wird eine Vielzahl von Ans{\"a}tzen verfolgt, um politikrelevante Informationen {\"u}ber die erwarteten Auswirkungen des Klimawandels zu ber{\"u}cksichtigen. Wichtige Herausforderungen in diesem Bereich sind die große Bandbreite der relevanten r{\"a}umlichen und zeitlichen Skalen, die multifaktorielle Verursachung vieler 'Klimafolgen', erhebliche wissenschaftliche Unsicherheiten sowie die Mehrdeutigkeit unvermeidlicher Werturteile. Die Entwicklung eines hierarchischen Konzeptmodells erlaubt die Strukturierung der verschiedenen Ans{\"a}tze sowie die Darstellung eines mehrstufigen Entwicklungsprozesses, der sich in der Praxis und der zu Grunde liegenden Theorie von Studien zur Vulnerabilit{\"a}t hinsichtlich des Klimawandels wiederspiegelt. 'Integrated Assessment'-Modelle des Klimawandels sind wissenschaftliche Werkzeuge, welche eine vereinfachte Beschreibung des gekoppelten Mensch-Klima-Systems enthalten. Die wichtigsten entscheidungstheoretischen Ans{\"a}tze im Bereich des modellbasierten 'Integrated Assessment' werden im Hinblick auf ihre F{\"a}higkeit zur ad{\"a}quaten Darstellung klimapolitischer Entscheidungsprobleme bewertet. Dabei stellt der 'Leitplankenansatz' eine 'inverse' Herangehensweise zur Unterst{\"u}tzung klimapolitischer Entscheidungen dar, bei der versucht wird, die Gesamtheit der klimapolitischen Strategien zu bestimmen, die mit einer Reihe von zuvor normativ bestimmten Mindestkriterien (den sogenannten 'Leitplanken') vertr{\"a}glich sind. Dieser Ansatz verbindet bis zu einem gewissen Grad die wissenschaftliche Strenge und Objektivit{\"a}t simulationsbasierter Ans{\"a}tze mit der F{\"a}higkeit von Optimierungsans{\"a}tzen, die Gesamtheit aller Entscheidungsoptionen zu ber{\"u}cksichtigen. Das ICLIPS-Modell ist das erste 'Integrated Assessment'-Modell des Klimawandels, welches den Leitplankenansatz implementiert. Die Darstellung von Klimafolgen ist eine wichtige Herausforderung f{\"u}r 'Integrated Assessment'-Modelle des Klimawandels. Eine Betrachtung bestehender 'Integrated Assessment'-Modelle offenbart große Unterschiede in der Ber{\"u}cksichtigung verschiedener vom Klimawandel betroffenen Sektoren, in der Wahl des bzw. der Indikatoren zur Darstellung von Klimafolgen, in der Ber{\"u}cksichtigung nicht-klimatischer Entwicklungen einschließlich gezielter Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel, in der Behandlung von Unsicherheiten und in der Ber{\"u}cksichtigung von 'singul{\"a}ren' Ereignissen. 'Integrated Assessment'-Modelle, die auf einem Inversansatz beruhen, stellen besondere Anforderungen an die Darstellung von Klimafolgen. Einerseits muss der Detaillierungsgrad hinreichend sein, um Leitplanken f{\"u}r Klimafolgen sinnvoll definieren zu k{\"o}nnen; andererseits muss die Darstellung effizient genug sein, um die Gesamtheit der m{\"o}glichen klimapolitischen Strategien erkunden zu k{\"o}nnen. Großr{\"a}umige Singularit{\"a}ten k{\"o}nnen h{\"a}ufig durch vereinfachte dynamische Modelle abgebildet werden. Diese Methode ist jedoch weniger geeignet f{\"u}r regul{\"a}re Klimafolgen, bei denen die Bestimmung relevanter Ergebnisse in der Regel die Ber{\"u}cksichtigung der Heterogenit{\"a}t von klimatischen, naturr{\"a}umlichen und sozialen Faktoren auf der lokalen oder regionalen Ebene erfordert. Klimawirkungsfunktionen stellen sich als die geeignetste Darstellung regul{\"a}rer Klimafolgen im ICLIPS-Modell heraus. Eine Klimawirkungsfunktion beschreibt in aggregierter Form die Reaktion eines klimasensitiven Systems, wie sie von einem geographisch expliziten Klimawirkungsmodell f{\"u}r eine repr{\"a}sentative Teilmenge m{\"o}glicher zuk{\"u}nftiger Entwicklungen simuliert wurde. Die in dieser Arbeit vorgestellten Klimawirkungsfunktionen nutzen die globale Mitteltemperatur sowie die atmosph{\"a}rische CO2-Konzentration als Pr{\"a}diktoren f{\"u}r global und regional aggregierte Auswirkungen des Klimawandels auf nat{\"u}rliche {\"O}kosysteme, die landwirtschaftliche Produktion und die Wasserverf{\"u}gbarkeit. Die Anwendung einer 'Musterskalierungstechnik' erm{\"o}glicht hierbei die Ber{\"u}cksichtigung der regionalen und saisonalen Muster des Klima{\"a}nderungssignals aus allgemeinen Zirkulationsmodellen, ohne die Effizienz der dynamischen Modellkomponenten zu beeintr{\"a}chtigen. Bem{\"u}hungen zur quantitativen Absch{\"a}tzung zuk{\"u}nftiger Klimafolgen sehen sich bei der Wahl geeigneter Indikatoren in der Regel einem Zielkonflikt zwischen der Relevanz eines Indikators f{\"u}r Entscheidungstr{\"a}ger und der Zuverl{\"a}ssigkeit, mit der dieser bestimmt werden kann, gegen{\"u}ber. Eine Reihe von nichtmonet{\"a}ren Indikatoren zur aggregierten Darstellung von Klimafolgen in Klimawirkungsfunktionen wird pr{\"a}sentiert, welche eine Balance zwischen diesen beiden Zielen anstreben und gleichzeitig die Beschr{\"a}nkungen ber{\"u}cksichtigen, die sich aus anderen Komponenten des ICLIPS-Modells ergeben. Klimawirkungsfunktionen werden durch verschiedene Typen von Diagrammen visualisiert, welche jeweils unterschiedliche Perspektiven auf die Ergebnismenge der Klimawirkungssimulationen erlauben. Die schiere Anzahl von Klimawirkungsfunktionen verhindert ihre umfassende Darstellung in dieser Arbeit. Ausgew{\"a}hlte Ergebnisse zu Ver{\"a}nderungen in der r{\"a}umlichen Ausdehnung von Biomen, im landwirtschaftlichen Potential verschiedener L{\"a}nder und in der Wasserverf{\"u}gbarkeit in mehreren großen Einzugsgebieten werden diskutiert. Die Gesamtheit der Klimawirkungsfunktionen wird zug{\"a}nglich gemacht durch das 'ICLIPS Impacts Tool', eine graphische Benutzeroberfl{\"a}che, die einen bequemen Zugriff auf {\"u}ber 100.000 Klimawirkungsdiagramme erm{\"o}glicht. Die technischen Aspekte der Software sowie die zugeh{\"o}rige Datenbasis wird beschrieben. Die wichtigste Anwendung von Klimawirkungsfunktionen ist im 'Inversmodus', wo sie genutzt werden, um Leitplanken zur Begrenzung von Klimafolgen in gleichzeitige Randbedingungen f{\"u}r Variablen aus dem optimierenden ICLIPS-Klima-Weltwirtschafts-Modell zu {\"u}bersetzen. Diese {\"U}bersetzung wird erm{\"o}glicht durch Algorithmen zur Bestimmung von Mengen erreichbarer Klimazust{\"a}nde ('reachable climate domains') sowie zur parametrisierten Approximation zul{\"a}ssiger Klimafenster ('admissible climate windows'), die aus Klimawirkungsfunktionen abgeleitet werden. Der umfassende Bestand an Klimawirkungsfunktionen zusammen mit diesen Algorithmen erm{\"o}glicht es dem integrierten ICLIPS-Modell, in flexibler Weise diejenigen klimapolitischen Strategien zu bestimmen, welche bestimmte in biophysikalischen Einheiten ausgedr{\"u}ckte Begrenzungen von Klimafolgen explizit ber{\"u}cksichtigen. Diese M{\"o}glichkeit bietet kein anderes intertemporal optimierendes 'Integrated Assessment'-Modell. Eine Leitplankenanalyse mit dem integrierten ICLIPS-Modell unter Anwendung ausgew{\"a}hlter Klimawirkungsfunktionen f{\"u}r Ver{\"a}nderungen nat{\"u}rlicher {\"O}kosysteme wird beschrieben. In dieser Analyse werden so genannte 'notwendige Emissionskorridore' berechnet, die vorgegebene Beschr{\"a}nkungen hinsichtlich der maximal zul{\"a}ssigen globalen Vegetationsver{\"a}nderungen und der regionalen Klimaschutzkosten ber{\"u}cksichtigen. Dies geschieht sowohl f{\"u}r eine 'Standardkombination' der drei gew{\"a}hlten Kriterien als auch f{\"u}r deren systematische Variation. Eine abschließende Diskussion aktueller Entwicklungen in der 'Integrated Assessment'-Modellierung stellt diese Arbeit mit anderen einschl{\"a}gigen Bem{\"u}hungen in Beziehung.}, language = {en} } @phdthesis{Jung2004, author = {Jung, Carl Christoph}, title = {Lichtinduzierte Generierung und Charakterisierung optischer Anisotropie}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001390}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {Eine Nutzung der optischen Anisotropie d{\"u}nner Schichten ist vor allem f{\"u}r die Displaytechnologie, die optische Datenspeicherung und f{\"u}r optische Sicherheitselemente von hoher Bedeutung. Diese Doktorarbeit befasst sich mit theoretischen und experimentellen Untersuchung von dreidimensionaler Anisotropie und dabei insbesondere mit der Untersuchung von lichtinduzierter dreidimensionaler Anisotropie in organischen d{\"u}nnen Polymer-Schichten. Die gewonnenen Erkentnisse und entwickelten Methoden k{\"o}nnen wertvolle Beitr{\"a}ge f{\"u}r Optimierungsprozesse, wie bei der Kompensation der Blickwinkelabh{\"a}ngigkeit von Fl{\"u}ssigkristall-Displays, liefern. Die neue Methode der Immersions-Transmissions-Ellipsometrie (ITE) zur Untersuchung von d{\"u}nneren Schichten wurde im Rahmen dieser Dissertation entwickelt. Diese Methode gestattet es, in Kombination mit konventioneller Reflexions- und Transmissionsellipsometrie, die absoluten dreidimensionalen Brechungsindices einer biaxialen Schicht zu bestimmen. Erstmals gelang es damit, das dreidimensionale Brechungsindexellipsoid von transparenten, d{\"u}nneren (150 nm) Filmen hochgenau (drei Stellen hinter dem Komma) zu bestimmen. Die ITE-Methode hat demzufolge das Potential, auch bei noch d{\"u}nneren Schichten mit Gewinn eingesetzt werden zu k{\"o}nnen. Die lichtinduzierte Generierung von dreidimensionaler Anisotropie wurde in d{\"u}nnen Schichten von azobenzenhaltigen und zimts{\"a}urehaltigen, amorphen und fl{\"u}ssig-kristallinen Homo- und Copolymeren untersucht. Erstmals wurden quantitative Untersuchungen zur {\"A}nderung von lichtinduzierten, dreidimensionalen Anisotropien in d{\"u}nnen Schichten von azobenzenhaltigen und zimts{\"a}urehaltigen Polymeren bei Tempern oberhalb der Glastemperatur durchgef{\"u}hrt. Bei vielen der untersuchten Polymere war die dreidimensionale Ordnung nach dem Bestrahlen mit polarisiertem Licht und anschließendem Tempern oberhalb der Glastemperatur scheinbar von der Schichtdicke abh{\"a}ngig. Die Ursache liegt wohl in der, mit der neuentwickelten ITE-Methode detektierten, planaren Ausgangsorientierung der aufgeschleuderten d{\"u}nneren Schichten. Um Verkippungs-Gradienten in dickeren Polymerschichten in ihrem Verlauf zu bestimmen, wurde eine spezielle Methode unter Benutzung der Wellenleitermoden-Spektroskopie entwickelt. Quantenchemisch bestimmte, maximal induzierbare Doppelbrechungen in fl{\"u}ssig-kristallinen Polymeren wurden mit den experimentell gefundenen Ordnungen verglichen.}, language = {de} } @phdthesis{Mikat2001, author = {Mikat, J{\"u}rgen E. R.}, title = {Optische und schwingungsspektroskopische Hochdruckuntersuchungen von Ladungstr{\"a}gereigenschaften in herk{\"o}mmlich und nach der Template-Methode synthetisierten leitf{\"a}higen Polypyrrolschichten}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000069}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2001}, abstract = {Chemisch dotiertes Polypyrrol gilt als Modellsubstanz f{\"u}r leitf{\"a}hige Polymere mit nichtdegeneriertem Grundzustand. Das elektrische Transportverhalten in dotiertem Polypyrrol wird durch lokalisierte Ladungstr{\"a}ger, Bipolaronen und Polaronen, bestimmt. Es besteht dabei eine enge gegenseitige Wechselwirkung zwischen der Struktur der Polymerkette und den Eigenschaften der Ladungstr{\"a}ger. Die in dieser Arbeit vorgestellte Kombination von Hochdruckmethodik und optischer Spektroskopie vertieft das Verst{\"a}ndnis der Beziehung zwischen der molekularen und supramolekularen Struktur und den elektronischen und optischen Eigenschaften. Durch spezifische Synthesemethoden lassen sich unterschiedliche Strukturen in der polymeren Probe induzieren, die sich durch den Anteil an hochgeordneten Polymerketten unterscheiden. Die gezielte Ver{\"a}nderung dieser Strukturen durch Druckexperimente erm{\"o}glicht das Studium des Einflusses der Synthesemethoden auf die Ladungstr{\"a}gereigenschaften. F{\"u}r diese Studien wurden herk{\"o}mmlich synthetisierte Polypyrrol-Filme und Filme, die sich aus Polypyrrol-Nanor{\"o}hren zusammensetzen (Synthese in Kernspur-membranen, \"Template-Synthese\") bei ansonsten gleichen Syntheseparametern untersucht. Raman- und Infrarotspektroskopie sowie UV-Vis-NIR-Absorptionsspektroskopie, die jeweils f{\"u}r die Hochdruckmethodik adaptiert wurden, dienten der Charakterisierung der Proben. Zus{\"a}tzlich wurden temperatur- und druckabh{\"a}ngige Messungen des elektrischen Widerstands an den Template-Proben durchgef{\"u}hrt. Die Morphologie template-synthetisierter Polypyrrol-Nanor{\"o}hren und die filmbildenden Eigenschaften sowie der m{\"o}gliche Aufbau von Schichtarchitekturen wurden mit transmissions- und rasterelektronenmikroskopischen Techniken untersucht. Die aus den Hochdruckexperimenten gewonnenen Daten werden in der Arbeit im Hinblick auf die Stabilit{\"a}t der Ladungstr{\"a}ger interpretiert. Im Ergebnis bewirkt die Druckerh{\"o}hung eine Dissoziation der Bipolaronen in den untersuchten Proben. Das Ladungstr{\"a}ger-gleichgewicht verschiebt sich dadurch mit steigendem Druck zu Zust{\"a}nden mit h{\"o}herem Anteil an polaronischen Ladungstr{\"a}gern. Die Template-Synthese bewirkt gegen{\"u}ber herk{\"o}mmlich synthetisierten Proben einen h{\"o}heren Anteil an Polaronen bereits bei Normaldruck, und eine Lage des Systems n{\"a}her bei einem Isolator-Metall-{\"U}bergang. Die Dissoziationsrate der Bipolaronen ist f{\"u}r Template- und herk{\"o}mmlich synthetisierte Proben vergleichbar groß und unabh{\"a}ngig vom Initialzustand nach der Synthese. Dieses Verhalten der Ladungstr{\"a}ger wird weitergehend im Rahmen eines Modells untersucht, bei dem der Einfluß benachbarter Polymerketten und der Dotandionen ber{\"u}cksichtigt wird. Dementsprechend k{\"o}nnen sich die Wellenfunktionen der Ladungstr{\"a}ger unter bestimmten Bedingungen auch auf benachbarte Ketten erstrecken (transversale Polaronen bzw. Bipolaronen). Eine solche Ausdehnung der Wellenfunktionen unter Mitwirkung der Dotandionen wurde in den untersuchten Proben nicht festgestellt. Die Wellenfunktionen der Ladungstr{\"a}ger besitzen demnach haupts{\"a}chlich Komponenten entlang der Polymerkette (longitudinale Polaronen bzw. Bipolaronen). Aus der {\"A}nderungsrate druckabh{\"a}ngiger spektraler Charakteristiken lassen sich Aussagen {\"u}ber den Ordnungszustand der Probe ableiten. Diese auf experimentellem Wege gefundenen Ergebnisse liefern somit Hinweise f{\"u}r die bisher kontrovers diskutierte Koexistenz der beiden Ladungstr{\"a}gerarten Polaronen und Bipolaronen und die Gr{\"o}ße ihrer jeweiligen Bindungsenergien. Druckerh{\"o}hung und Template-Synthese bewirken analoge {\"A}nderungen der Polymerstruktur. Sowohl h{\"o}herer Druck wie auch die Template-Synthese lassen sich mit einem h{\"o}heren Ordnungsgrad in den Template-Proben korrelieren. Der Ladungstransport in den Proben kann durch ein Mott Variable Range Hopping-Modell mit druckabh{\"a}ngiger charakteristischer Dimension beschrieben werden. Die Erh{\"o}hung des Drucks bewirkt einen Anstieg der Dimension, eine bessere {\"U}berlappung der Wellenfunktionen der Ladungstr{\"a}ger und eine Vergr{\"o}ßerung der Lokalisierungsl{\"a}nge der Ladungstr{\"a}ger. Die druckinduzierte Dissoziation der Bipolaronen beeinflußt den Ladungstransport zus{\"a}tzlich durch Erh{\"o}hung der Anzahl unabh{\"a}ngiger Ladungstr{\"a}ger und verbessert diesen aufgrund st{\"a}rkerer {\"U}berlappung der Wellenfunktionen. Template-Proben niedriger Synthesetemperatur zeigen bei Normaldruck eine h{\"o}here Dimension des Mott Variable Range Hoppings und eine gr{\"o}ßere Lokalisierungsl{\"a}nge gegen{\"u}ber bei Raumtemperatur synthetisierten Proben. K{\"u}rzere Synthesezeiten bewirken einen Anstieg der Dimension bei Normaldruck und eine Verschiebung des Dimensionscrossovers zu niedrigeren Temperaturen. Template-Proben kurzer Synthesezeit zeigen geringere druckinduzierte {\"A}nderungen als solche mit langer Synthesezeit. Es wurde ein kontinuierliches Ordnungsmodell der Polypyrrol-Nanor{\"o}hren entwickelt, das dieses Verhalten beschreibt. Die Morphologie und die mechanischen Eigenschaften der Nanor{\"o}hren werden durch spezifische Syntheseparameter, wie Temperatur und Dauer, beeinflußt und k{\"o}nnen mit Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie beobachtet werden. Die filmbildenden Eigenschaften der R{\"o}hren h{\"a}ngen stark von diesen mechanischen Eigenschaften ab. Die Struktur der Filme kann dabei von einer unregelm{\"a}ßigen Anordnung der R{\"o}hren bis zu nahezu parallel ausgerichteten R{\"o}hren variieren. Es wurden M{\"o}glichkeiten untersucht, die R{\"o}hren in den Filmen zu orientieren und aus diesen Filmen durch Schichtung makroskopische Architekturen mit einem hohen Grad an orientierten R{\"o}hren aufzubauen. Solche Architekturen k{\"o}nnen f{\"u}r verschiedene Anwendungen, z.B. in elektronischen Bauteilen oder mikroskopischen Bioreaktoren, von Interesse sein.}, language = {de} } @phdthesis{Zaikin2002, author = {Zaikin, Alexei}, title = {Noise-induced transitions and resonant effects in nonlinear systems}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000761}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2002}, abstract = {Unsere allt{\"a}gliche Erfahrung ist mit verschiedenen akustischen Einfluessen wie L{\"a}rm, aber auch Musik verbunden. Jeder weiss, wie L{\"a}rm st{\"o}ren kann und Kommunikation behindert oder gar unterbindet. {\"A}hnliche optische Effekte sind bekannt: starkes Schneetreiben oder Regeng{\"u}sse verschlechtern die Sicht und lassen uns Umrisse nur noch schemenhaft erkennen. Jedoch koennen {\"a}hnliche Stimuli auch sehr positive Auswirkungen haben: Autofahrer fahren bei leiser Musik konzentrierter -- die Behauptung von Schulkindern, nur bei dr{\"o}hnenden B{\"a}ssen die Mathehausaufgaben richtig rechnen zu k{\"o}nnen, ist allerdings nicht wissenschaftlich erwiesen. Außerordentlich interessant aus dieser Sicht sind auch Reizleitungsprozesse: Reize werden nur weitergleitet, wenn die strukturlosen Signale der Neuronen mit ausreichend starker Intensit{\"a}t erfolgen, also ein Schwellwert {\"u}berschritten ist. Der Physiker Dr. Alexei Zaikin von der Universit{\"a}t Potsdam besch{\"a}ftigt sich mit sogenannten rauschinduzierten Ph{\"a}nomenen aus theorischer Sicht. Sein Forschungsgebiet sind Prozesse, bei denen Rauschen mehrfach das Systemverhalten beeinflusst: ist es ausreichend gross, d.h. gr{\"o}ßer als ein kritischer Wert, wird eine regul{\"a}re Struktur gebildet, die durch das immernoch vorhandene Rauschen mit der Struktur des Nachbarsystems synchronisiert. Um ein solches System mit kritischem Wert zu erhalten, bedarf es einer weiteren Rauschquelle. Herr Zaikin analysierte noch weitere Beispiele solcher doppelt stochastischen Effekte. Die Ausarbeitung derartiger theoretischer Grundlagen ist wichtig, da diese Prozesse in der Neurophysik, in technischen Kommunikationssystemen und in den Lebenswissenschaften eine Rolle spielen.}, language = {en} } @phdthesis{Heinig2003, author = {Heinig, Peter}, title = {The geometry of interacting liquid domains in Langmuir monolayers}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000814}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2003}, abstract = {Es werden die Strukturbildung und Benetzung zweidimensionaler (2D) Phasen von Langmuir-Monolagen im lokalen thermodynamischen Gleichgewicht untersucht. Eine Langmuir-Monolage ist ein isoliertes 2D System von Surfaktanten an der Wasser/Luft-Grenzfl{\"a}che, in dem kristalline, fl{\"u}ssigkristalline, fl{\"u}ssige oder gasf{\"o}rmige Phasen auftreten, die sich in Positionsordnung und/oder Orientierungsordnung unterscheiden. Permanente elektrische Dipolmomente der Surfaktanten f{\"u}hren zu einer langreichweitigen repulsiven Selbstwechselwirkung der Monolage und zur Bildung mesoskopischer Strukturen. Es wird ein Wechselwirkungsmodell verwendet, das die Strukturbildung als Wechselspiel kurzreichweitiger Anziehung (nackte Linienspannung) und langreichweitiger Abstoßung (Oberfl{\"a}chenpotential) auf einer Skala Delta beschreibt. Physikalisch trennt Delta die beiden L{\"a}ngenskalen der lang- und kurzreichweitigen Wechselwirkung. In dieser Arbeit werden die thermodynamischen Stabilit{\"a}tsbedingungen f{\"u}r die Form einer Phasengrenzlinie (Young-Laplace-Gleichung) und Dreiphasenkontaktpunkt (Young-Bedingung) hergeleitet und zur Beschreibung experimenteller Daten genutzt: Die Linienspannung benetzender 2D Tropfen wird mit Hilfe h{\"a}ngender-Tropfen-Tensiometrie gemessen. Die Blasenform und -gr{\"o}ße von 2D Sch{\"a}umen wird theoretisch modelliert und mit experimentellen 2D Sch{\"a}umen verglichen. Kontaktwinkel werden durch die Anpassung von experimentellen Tropfen mit numerischen L{\"o}sungen der Young-Laplace-Gleichung auf Mikrometerskalen gemessen. Das Skalenverhalten des Kontaktwinkels erm{\"o}glicht die Bestimmung einer unteren Schranke von Delta. Weiterhin wird diskutiert, inwieweit das Schalten von 2D Benetzungsmodi in biologischen Membranen zur Steuerung der Reaktionskinetik ein Rolle spielen k{\"o}nnte. Hierzu werden Experimente aus unserer Gruppe, die in einer Langmuir-Monolage durchgef{\"u}hrt wurden, herangezogen. Abschließend wird die scheinbare Verletzung der Gibbs\′schen Phasenregel in Langmuir-Monolagen (nicht-horizontales Plateau der Oberfl{\"a}chendruck-Fl{\"a}che Isotherme, ausgedehntes Dreiphasengebiet in Einkomponentensystemen) quantitativ untersucht. Eine Verschmutzung der verwendeten Substanzen ist demnach die wahscheinlichste Erkl{\"a}rung, w{\"a}hrend Finite-Size-Effekte oder der Einfluss der langreichweitigen Elektrostatik die Gr{\"o}ßenordnung des Effektes nicht beschreiben k{\"o}nnen.}, language = {en} } @phdthesis{Loeffler2005, author = {L{\"o}ffler, Frank}, title = {Numerical simulations of neutron star - black hole mergers}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-7743}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2005}, abstract = {Collisions of black holes and neutron stars, named mixed binaries in the following, are interesting because of at least two reasons. Firstly, it is expected that they emit a large amount of energy as gravitational waves, which could be measured by new detectors. The form of those waves is expected to carry information about the internal structure of such systems. Secondly, collisions of such objects are the prime suspects of short gamma ray bursts. The exact mechanism for the energy emission is unknown so far. In the past, Newtonian theory of gravitation and modifications to it were often used for numerical simulations of collisions of mixed binary systems. However, near to such objects, the gravitational forces are so strong, that the use of General Relativity is necessary for accurate predictions. There are a lot of problems in general relativistic simulations. However, systems of two neutron stars and systems of two black holes have been studies extensively in the past and a lot of those problems have been solved. One of the remaining problems so far has been the use of hydrodynamic on excision boundaries. Inside excision regions, no evolution is carried out. Such regions are often used inside black holes to circumvent instabilities of the numerical methods near the singularity. Methods to handle hydrodynamics at such boundaries have been described and tests are shown in this work. One important test and the first application of those methods has been the simulation of a collapsing neutron star to a black hole. The success of these simulations and in particular the performance of the excision methods was an important step towards simulations of mixed binaries. Initial data are necessary for every numerical simulation. However, the creation of such initial data for general relativistic situations is in general very complicated. In this work it is shown how to obtain initial data for mixed binary systems using an already existing method for initial data of two black holes. These initial data have been used for evolutions of such systems and problems encountered are discussed in this work. One of the problems are instabilities due to different methods, which could be solved by dissipation of appropriate strength. Another problem is the expected drift of the black hole towards the neutron star. It is shown, that this can be solved by using special gauge conditions, which prevent the black hole from moving on the computational grid. The methods and simulations shown in this work are only the starting step for a much more detailed study of mixed binary system. Better methods, models and simulations with higher resolution and even better gauge conditions will be focus of future work. It is expected that such detailed studies can give information about the emitted gravitational waves, which is important in view of the newly built gravitational wave detectors. In addition, these simulations could give insight into the processes responsible for short gamma ray bursts.}, subject = {Relativistische Astrophysik}, language = {en} } @phdthesis{Prevot2006, author = {Prevot, Michelle Elizabeth}, title = {Introduction of a thermo-sensitive non-polar species into polyelectrolyte multilayer capsules for drug delivery}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-7785}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2006}, abstract = {The layer-by-layer assembly (LBL) of polyelectrolytes has been extensively studied for the preparation of ultrathin films due to the versatility of the build-up process. The control of the permeability of these layers is particularly important as there are potential drug delivery applications. Multilayered polyelectrolyte microcapsules are also of great interest due to their possible use as microcontainers. This work will present two methods that can be used as employable drug delivery systems, both of which can encapsulate an active molecule and tune the release properties of the active species. Poly-(N-isopropyl acrylamide), (PNIPAM) is known to be a thermo-sensitive polymer that has a Lower Critical Solution Temperature (LCST) around 32oC; above this temperature PNIPAM is insoluble in water and collapses. It is also known that with the addition of salt, the LCST decreases. This work shows Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM) evidence that the LCST of the PNIPAM can be tuned with salt type and concentration. Microcapsules were used to encapsulate this thermo-sensitive polymer, resulting in a reversible and tunable stimuli- responsive system. The encapsulation of the PNIPAM inside of the capsule was proven with Raman spectroscopy, DSC (bulk LCST measurements), AFM (thickness change), SEM (morphology change) and CLSM (in situ LCST measurement inside of the capsules). The exploitation of the capsules as a microcontainer is advantageous not only because of the protection the capsules give to the active molecules, but also because it facilitates easier transport. The second system investigated demonstrates the ability to reduce the permeability of polyelectrolyte multilayer films by the addition of charged wax particles. The incorporation of this hydrophobic coating leads to a reduced water sensitivity particularly after heating, which melts the wax, forming a barrier layer. This conclusion was proven with Neutron Reflectivity by showing the decreased presence of D2O in planar polyelectrolyte films after annealing creating a barrier layer. The permeability of capsules could also be decreased by the addition of a wax layer. This was proved by the increase in recovery time measured by Florescence Recovery After Photobleaching, (FRAP) measurements. In general two advanced methods, potentially suitable for drug delivery systems, have been proposed. In both cases, if biocompatible elements are used to fabricate the capsule wall, these systems provide a stable method of encapsulating active molecules. Stable encapsulation coupled with the ability to tune the wall thickness gives the ability to control the release profile of the molecule of interest.}, subject = {Mikrokapsel}, language = {en} } @phdthesis{Zoeller2005, author = {Z{\"o}ller, Gert}, title = {Critical states of seismicity : modeling and data analysis}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-7427}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2005}, abstract = {The occurrence of earthquakes is characterized by a high degree of spatiotemporal complexity. Although numerous patterns, e.g. fore- and aftershock sequences, are well-known, the underlying mechanisms are not observable and thus not understood. Because the recurrence times of large earthquakes are usually decades or centuries, the number of such events in corresponding data sets is too small to draw conclusions with reasonable statistical significance. Therefore, the present study combines both, numerical modeling and analysis of real data in order to unveil the relationships between physical mechanisms and observational quantities. The key hypothesis is the validity of the so-called "critical point concept" for earthquakes, which assumes large earthquakes to occur as phase transitions in a spatially extended many-particle system, similar to percolation models. New concepts are developed to detect critical states in simulated and in natural data sets. The results indicate that important features of seismicity like the frequency-size distribution and the temporal clustering of earthquakes depend on frictional and structural fault parameters. In particular, the degree of quenched spatial disorder (the "roughness") of a fault zone determines whether large earthquakes occur quasiperiodically or more clustered. This illustrates the power of numerical models in order to identify regions in parameter space, which are relevant for natural seismicity. The critical point concept is verified for both, synthetic and natural seismicity, in terms of a critical state which precedes a large earthquake: a gradual roughening of the (unobservable) stress field leads to a scale-free (observable) frequency-size distribution. Furthermore, the growth of the spatial correlation length and the acceleration of the seismic energy release prior to large events is found. The predictive power of these precursors is, however, limited. Instead of forecasting time, location, and magnitude of individual events, a contribution to a broad multiparameter approach is encouraging.}, subject = {Seismizit{\"a}t}, language = {en} } @phdthesis{Jappsen2005, author = {Jappsen, Anne-Katharina}, title = {Present and early star formation : a study on rotational and thermal properties}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-7591}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2005}, abstract = {We investigate the rotational and thermal properties of star-forming molecular clouds using hydrodynamic simulations. Stars form from molecular cloud cores by gravoturbulent fragmentation. Understanding the angular momentum and the thermal evolution of cloud cores thus plays a fundamental role in completing the theoretical picture of star formation. This is true not only for current star formation as observed in regions like the Orion nebula or the ρ-Ophiuchi molecular cloud but also for the formation of stars of the first or second generation in the universe. In this thesis we show how the angular momentum of prestellar and protostellar cores evolves and compare our results with observed quantities. The specific angular momentum of prestellar cores in our models agree remarkably well with observations of cloud cores. Some prestellar cores go into collapse to build up stars and stellar systems. The resulting protostellar objects have specific angular momenta that fall into the range of observed binaries. We find that collapse induced by gravoturbulent fragmentation is accompanied by a substantial loss of specific angular momentum. This eases the "angular momentum problem" in star formation even in the absence of magnetic fields. The distribution of stellar masses at birth (the initial mass function, IMF) is another aspect that any theory of star formation must explain. We focus on the influence of the thermodynamic properties of star-forming gas and address this issue by studying the effects of a piecewise polytropic equation of state on the formation of stellar clusters. We increase the polytropic exponent γ from a value below unity to a value above unity at a certain critical density. The change of the thermodynamic state at the critical density selects a characteristic mass scale for fragmentation, which we relate to the peak of the IMF observed in the solar neighborhood. Our investigation generally supports the idea that the distribution of stellar masses depends mainly on the thermodynamic state of the gas. A common assumption is that the chemical evolution of the star-forming gas can be decoupled from its dynamical evolution, with the former never affecting the latter. Although justified in some circumstances, this assumption is not true in every case. In particular, in low-metallicity gas the timescales for reaching the chemical equilibrium are comparable or larger than the dynamical timescales. In this thesis we take a first approach to combine a chemical network with a hydrodynamical code in order to study the influence of low levels of metal enrichment on the cooling and collapse of ionized gas in small protogalactic halos. Our initial conditions represent protogalaxies forming within a fossil HII region -- a previously ionized HII region which has not yet had time to cool and recombine. We show that in these regions, H2 is the dominant and most effective coolant, and that it is the amount of H2 formed that controls whether or not the gas can collapse and form stars. For metallicities Z <= 10-3 Zsun, metal line cooling alters the density and temperature evolution of the gas by less than 1\% compared to the metal-free case at densities below 1 cm-3 and temperatures above 2000 K. We also find that an external ultraviolet background delays or suppresses the cooling and collapse of the gas regardless of whether it is metal-enriched or not. Finally, we study the dependence of this process on redshift and mass of the dark matter halo.}, subject = {Sternentstehung}, language = {en} } @phdthesis{SchneidervonDeimling2006, author = {Schneider von Deimling, Thomas}, title = {Constraining uncertainty in climate sensitivity : an ensemble simulation approach based on glacial climate}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-7778}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2006}, abstract = {Uncertainty about the sensitivity of the climate system to changes in the Earth's radiative balance constitutes a primary source of uncertainty for climate projections. Given the continuous increase in atmospheric greenhouse gas concentrations, constraining the uncertainty range in such type of sensitivity is of vital importance. A common measure for expressing this key characteristic for climate models is the climate sensitivity, defined as the simulated change in global-mean equilibrium temperature resulting from a doubling of atmospheric CO2 concentration. The broad range of climate sensitivity estimates (1.5-4.5°C as given in the last Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, 2001), inferred from comprehensive climate models, illustrates that the strength of simulated feedback mechanisms varies strongly among different models. The central goal of this thesis is to constrain uncertainty in climate sensitivity. For this objective we first generate a large ensemble of model simulations, covering different feedback strengths, and then request their consistency with present-day observational data and proxy-data from the Last Glacial Maximum (LGM). Our analyses are based on an ensemble of fully-coupled simulations, that were realized with a climate model of intermediate complexity (CLIMBER-2). These model versions cover a broad range of different climate sensitivities, ranging from 1.3 to 5.5°C, and have been generated by simultaneously perturbing a set of 11 model parameters. The analysis of the simulated model feedbacks reveals that the spread in climate sensitivity results from different realizations of the feedback strengths in water vapour, clouds, lapse rate and albedo. The calculated spread in the sum of all feedbacks spans almost the entire plausible range inferred from a sampling of more complex models. We show that the requirement for consistency between simulated pre-industrial climate and a set of seven global-mean data constraints represents a comparatively weak test for model sensitivity (the data constrain climate sensitivity to 1.3-4.9°C). Analyses of the simulated latitudinal profile and of the seasonal cycle suggest that additional present-day data constraints, based on these characteristics, do not further constrain uncertainty in climate sensitivity. The novel approach presented in this thesis consists in systematically combining a large set of LGM simulations with data information from reconstructed regional glacial cooling. Irrespective of uncertainties in model parameters and feedback strengths, the set of our model versions reveals a close link between the simulated warming due to a doubling of CO2, and the cooling obtained for the LGM. Based on this close relationship between past and future temperature evolution, we define a method (based on linear regression) that allows us to estimate robust 5-95\% quantiles for climate sensitivity. We thus constrain the range of climate sensitivity to 1.3-3.5°C using proxy-data from the LGM at low and high latitudes. Uncertainties in glacial radiative forcing enlarge this estimate to 1.2-4.3°C, whereas the assumption of large structural uncertainties may increase the upper limit by an additional degree. Using proxy-based data constraints for tropical and Antarctic cooling we show that very different absolute temperature changes in high and low latitudes all yield very similar estimates of climate sensitivity. On the whole, this thesis highlights that LGM proxy-data information can offer an effective means of constraining the uncertainty range in climate sensitivity and thus underlines the potential of paleo-climatic data to reduce uncertainty in future climate projections.}, subject = {Dynamische Modellierung}, language = {en} } @phdthesis{Schmeja2006, author = {Schmeja, Stefan}, title = {Properties of turbulent star-forming clusters : models versus observations}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-7364}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2006}, abstract = {Stars are born in turbulent molecular clouds that fragment and collapse under the influence of their own gravity, forming a cluster of hundred or more stars. The star formation process is controlled by the interplay between supersonic turbulence and gravity. In this work, the properties of stellar clusters created by numerical simulations of gravoturbulent fragmentation are compared to those from observations. This includes the analysis of properties of individual protostars as well as statistical properties of the entire cluster. It is demonstrated that protostellar mass accretion is a highly dynamical and time-variant process. The peak accretion rate is reached shortly after the formation of the protostellar core. It is about one order of magnitude higher than the constant accretion rate predicted by the collapse of a classical singular isothermal sphere, in agreement with the observations. For a more reasonable comparison, the model accretion rates are converted to the observables bolometric temperature, bolometric luminosity, and envelope mass. The accretion rates from the simulations are used as input for an evolutionary scheme. The resulting distribution in the Tbol-Lbol-Menv parameter space is then compared to observational data by means of a 3D Kolmogorov-Smirnov test. The highest probability found that the distributions of model tracks and observational data points are drawn from the same population is 70\%. The ratios of objects belonging to different evolutionary classes in observed star-forming clusters are compared to the temporal evolution of the gravoturbulent models in order to estimate the evolutionary stage of a cluster. While it is difficult to estimate absolute ages, the realtive numbers of young stars reveal the evolutionary status of a cluster with respect to other clusters. The sequence shows Serpens as the youngest and IC 348 as the most evolved of the investigated clusters. Finally the structures of young star clusters are investigated by applying different statistical methods like the normalised mean correlation length and the minimum spanning tree technique and by a newly defined measure for the cluster elongation. The clustering parameters of the model clusters correspond in many cases well to those from observed ones. The temporal evolution of the clustering parameters shows that the star cluster builds up from several subclusters and evolves to a more centrally concentrated cluster, while the cluster expands slower than new stars are formed.}, subject = {Sternentstehung}, language = {en} } @phdthesis{Kleppek2005, author = {Kleppek, Sabine}, title = {Untersuchungen zur dynamischen Kopplung der Troposph{\"a}re und der Stratosph{\"a}re}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-6421}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2005}, abstract = {Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein besseres Verst{\"a}ndnis der Kopplung der Troposph{\"a}re und der Stratosph{\"a}re in den mittleren und polaren Breiten der Nordhemisph{\"a}re (NH) auf Monatszeitskalen erzielt, die auf die Ausbreitung von quasi-station{\"a}ren Wellen zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Der Schwerpunkt lag dabei auf den dynamisch aktiven Wintermonaten, welche die gr{\"o}sste Variabilit{\"a}t aufweisen. Die troposph{\"a}rische Variabilit{\"a}t wird zum Grossteil durch bevorzugte Zirkulationsstrukturen, den Telekonnexionsmustern, bestimmt. Mittels einer rotierten EOF-Analyse der geopotenziellen H{\"o}he in 500 hPa wurden die wichtigsten regionalen troposph{\"a}rischen Telekonnexionsmuster der Nordhemisph{\"a}re berechnet. Diese lassen sich drei grossen geografischen Regionen zuordnen; dem nordatlantisch-europ{\"a}ischen Raum, Eurasien und dem pazifisch-nordamerikanischen Raum. Da es sich um die st{\"a}rksten troposph{\"a}rischen Variabilit{\"a}tsmuster handelt, wurden sie als grundlegende troposph{\"a}rische Gr{\"o}ssen herangezogen, um dynamische Zusammenh{\"a}nge zwischen der troposph{\"a}rischen und der stratosph{\"a}rischen Zirkulation zu untersuchen. Dabei wurde anhand von instantanen und zeitverz{\"o}gerten Korrelationsanalysen der troposph{\"a}rischen Muster mit stratosph{\"a}rischen Variablen erstmalig gezeigt, dass unterschiedliche regionale troposph{\"a}rische Telekonnexionsmuster unterschiedliche Auswirkungen auf die stratosph{\"a}rische Zirkulation haben. Es ergaben sich f{\"u}r die pazifisch-nordamerikanischen Muster signifikante instantane Korrelationen mit quasi-barotropen Musterstrukturen und f{\"u}r die nordatlantisch-europ{\"a}ischen Muster zonalsymmetrische Ringstrukturen ab 1978 mit signifikanten Korrelationswerten {\"u}ber tropischen und subtropischen Breiten und inversen Korrelationswerten {\"u}ber polaren Gebieten. Bei einer Untersuchung des Einflusses der stratosph{\"a}rischen Variabilit{\"a}t wurde gezeigt, dass sich die st{\"a}rkste Kopplung von nordatlantisch-europ{\"a}ischen Telekonnexionsmustern mit der stratosph{\"a}rischen Zirkulation bei einem in Richtung Europa verschobenen Polarwirbel ergibt, wodurch die signifikanten Korrelationen ab 1978 erkl{\"a}rt werden k{\"o}nnen. Eine zonal gemittelte und vor allem lokale Untersuchung der Wellenausbreitungsbedingungen w{\"a}hrend dieser stratosph{\"a}rischen Situation zeigt, dass es zu schw{\"a}cheren Windgeschwindigkeiten in der Stratosph{\"a}re im Bereich von Nordamerika und des westlichen Nordatlantiks kommt und sich dadurch die Wellenausbreitungsbedingungen in diesem geografischen Bereich f{\"u}r planetare Wellen verbessern. Durch die st{\"a}rkere Wellenausbreitung kommt es zu einer st{\"a}rkeren Wechselwirkung mit dem Polarjet, wobei dieser abgebremst wird. Diese Abbremsung f{\"u}hrt zu einer Verst{\"a}rkung der meridionalen Residualzirkulation. D. h., wenn es zu einer verst{\"a}rkten Wellenanregung im Nordatlantik und {\"u}ber Europa kommt, ist die Reaktion der Residualzirkulation bei einem nach Europa verschobenem Polarwirbel besonders stark. Die quasi-barotropen Korrelationsstrukturen, die sich bei den pazifisch-nordamerikanischen Mustern zeigen, weisen aufgrund von abnehmenden St{\"o}rungsamplituden mit zunehmender H{\"o}he, keiner Westw{\"a}rtsneigung und einem negativen Brechungsindex im Pazifik auf verschwindende Wellen hin, die als L{\"o}sung der Wellengleichung bei negativem Brechungsindex auftreten. Dies wird durch den Polarjet, der im Bereich des Pazifiks stets sehr weit in Richtung Norden verlagert ist, verursacht. Abschliessend wurde in dieser Arbeit untersucht, ob die gefundenen Zusammenh{\"a}nge von nordatlantisch-europ{\"a}ischen Telekonnexionsmustern mit der stratosph{\"a}rischen Zirkulation auch von einem Atmosph{\"a}renmodell wiedergegeben werden k{\"o}nnen. Dazu wurde ein transienter 40-Jahre-Klimalauf des ECHAM4.L39(DLR)/CHEM Modells mit m{\"o}glichst realistischen Antrieben erstmalig auf die Kopplung der Troposph{\"a}re und der Stratosph{\"a}re analysiert. Dabei konnten sowohl die troposph{\"a}rischen, als auch die stratosph{\"a}rischen Variabilit{\"a}tsmuster vom Modell simuliert werden. Allerdings zeigen sich in den stratosph{\"a}rischen Mustern Phasenverschiebungen in den Wellenzahl-1-Strukturen und ihre Zeitreihen weisen keinen signifikanten Trend ab 1978 auf. Die Kopplung der nordatlantisch-europ{\"a}ischen Telekonnexionsmuster mit der stratosph{\"a}rischen Zirkulation zeigt eine wesentlich schw{\"a}chere Reaktion der meridionalen Residualzirkulation. Somit stellte sich heraus, dass insbesondere die stratosph{\"a}rische Zirkulation im Modell starke Diskrepanzen zu den Beobachtungen zeigt, die wiederum Einfluss auf die Wellenausbreitungsbedingungen haben. Es wird damit deutlich, dass f{\"u}r eine richtige Wiedergabe der Wellenausbreitung und somit der Kopplung der Troposph{\"a}re und Stratosph{\"a}re die stratosph{\"a}rische Zirkulation eine wichtige Rolle spielt.}, subject = {Wellenausbreitung}, language = {de} } @unpublished{Feudel1996, author = {Feudel, Ulrike}, title = {Komplexes Verhalten in multistabilen, schwach dissipativen Systemen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-14412}, year = {1996}, abstract = {Anhand eines paradigmatischen Modellbeispiels werden die Konsequenzen der Koexistenz vieler Attraktoren auf die globale Dynamik schwach dissipativer Systeme studiert. Es wird gezeigt, dass diese Systeme eine sehr reichhaltige Dynamik besitzen und extrem sensitiv gegen{\"u}ber St{\"o}rungen in den Anfangsbedingungen sind. Diese Systeme zeichnen sich durch eine extrem hohe Flexibilit{\"a}t ihres Verhaltens aus.}, language = {de} } @phdthesis{Zou2007, author = {Zou, Yong}, title = {Exploring recurrences in quasiperiodic systems}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-16497}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2007}, abstract = {In this work, some new results to exploit the recurrence properties of quasiperiodic dynamical systems are presented by means of a two dimensional visualization technique, Recurrence Plots(RPs). Quasiperiodicity is the simplest form of dynamics exhibiting nontrivial recurrences, which are common in many nonlinear systems. The concept of recurrence was introduced to study the restricted three body problem and it is very useful for the characterization of nonlinear systems. I have analyzed in detail the recurrence patterns of systems with quasiperiodic dynamics both analytically and numerically. Based on a theoretical analysis, I have proposed a new procedure to distinguish quasiperiodic dynamics from chaos. This algorithm is particular useful in the analysis of short time series. Furthermore, this approach demonstrates to be efficient in recognizing regular and chaotic trajectories of dynamical systems with mixed phase space. Regarding the application to real situations, I have shown the capability and validity of this method by analyzing time series from fluid experiments.}, language = {en} } @book{Gutlederer2007, author = {Gutlederer, Erwin Johann}, title = {On the morphology of vesicles. - [{\"u}berarb. Diss.]}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-15065}, publisher = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2007}, abstract = {This dissertation contains theoretical investigations on the morphology and statistical mechanics of vesicles. The shapes of homogeneous fluid vesicles and inhomogeneous vesicles with fluid and solid membrane domains are calculated. The influence of thermal fluctuations is investigated. The obtained results are valid on mesoscopic length scales and are based on a geometrical membrane model, where the vesicle membrane is described as either a static or a thermal fluctuating surface. The thesis consists of three parts. In the first part, homogeneous vesicles are considered. The focus in this part is on the thermally induced morphological transition between vesicles with prolate and oblate shape. With the help of Monte Carlo simulations, the free energy profile of these vesicles is determined. It can be shown that the shape transformation between prolate and oblate vesicles proceeds continuously and is not hampered by a free energy barrier. The second and third part deal with inhomogeneous vesicles which contain intramembrane domains. These investigations are motivated by experimental results on domain formation in single or multicomponent vesicles, where phase separation occurs and different membrane phases coexist. The resulting domains differ with regard to their membrane structure (solid, fluid). The membrane structure has a distinct effect on the form of the domain and the morphology of the vesicle. In the second part, vesicles with coexisting solid and fluid membrane domains are studied, while the third part addresses vesicles with coexisting fluid domains. The equilibrium morphology of vesicles with simple and complex domain forms, derived through minimisation of the membrane energy, is determined as a function of material parameters. The results are summarised in morphology diagrams. These diagrams show previously unknown morphological transitions between vesicles with different domain shapes. The impact of thermal fluctuations on the vesicle and the form of the domains is investigated by means of Monte Carlo simulations.}, language = {en} } @phdthesis{Brand2007, author = {Brand, Sascha}, title = {Klimavariabilit{\"a}t der Tropo- und Stratosph{\"a}re in einem globalen gekoppelten Atmosph{\"a}re-Ozean-Modell mit vereinfachter stratosph{\"a}rischer Chemie}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-16602}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2007}, abstract = {In dieser Arbeit wurde die Variabilit{\"a}t der Atmosph{\"a}re in einem neuen gekoppelten Klimamodell (ECHO-GiSP) untersucht, welches eine vereinfachte Stratosph{\"a}renchemie (bis 80 km H{\"o}he) enth{\"a}lt. Es wurden 2 Simulationen {\"u}ber 150 Jahre durchgef{\"u}hrt. In einer der Simulationen wurde die atmosph{\"a}rische Chemie modelliert, hatte aber keinen Einfluß auf die Dynamik des Klimamodelles. In der zweiten Simulation wurde hingegen die Wirkung der Chemie auf die Klimadynamik explizit ber{\"u}cksichtigt, die {\"u}ber die Strahlungsbilanz des Modelles erfolgt. Dies ist die erste Langzeitsimulation mit einem voll gekoppelten globalen Klimamodell mit interaktiver Chemie. Die Simulation mit r{\"u}ckgekoppelter Chemie zeigt eine Abschw{\"a}chung des atmosph{\"a}rischen Variabilit{\"a}tsmusters der Arktischen Oszillation (AO). Zudem kommt es in der Troposph{\"a}re zu einer Reduzierung der mittleren Windgeschwindigkeiten der gem{\"a}ßigten Breiten aufgrund verringerter Temperaturgegens{\"a}tze zwischen den Tropen und den Polargebieten. Auch in der Stratosph{\"a}re ergibt sich eine Abschw{\"a}chung und Erw{\"a}rmung des Polarwirbels. Diese Auswirkungen der Kopplung zwischen der atmosph{\"a}rischen Chemie und der Dynamik des Klimamodelles sind eine wichtige Erkenntnis, da in fr{\"u}heren Klimasimulationen die Variabilit{\"a}t der AO oft zu stark ausgepr{\"a}gt war. In der Stratosph{\"a}re reduziert sich infolge des abgeschw{\"a}chten Polarwirbels auch die großr{\"a}umige Zirkulation zwischen den beiden Hemisph{\"a}ren der Erde. In der Troposph{\"a}re werden hingegen die allgemeine Zirkulation, und damit auch die subtropischen Strahlstr{\"o}me des Windes verst{\"a}rkt. Zudem kommt es in den Tropen zu Temperatur{\"a}nderungen durch stratosph{\"a}rische Ozonschwankungen in Abh{\"a}ngigkeit von der AO. Allgemein ver{\"a}ndert sich die Kopplung zwischen Troposph{\"a}re und Stratosph{\"a}re, einschließlich des durch die Anregung von langen atmosph{\"a}rischen Wellen erfolgenden vertikalen Energie{\"u}bertrages aus der Troposph{\"a}re in die Stratosph{\"a}re.}, language = {de} } @phdthesis{Seefeldt2008, author = {Seefeldt, Michael}, title = {Pikosekunden-Weißlichterzeugung in mikrostrukturierten Fasern unter Ausnutzung nichtlinear optischer Effekte}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, isbn = {978-3-940793-20-1}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-16461}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {x, 133}, year = {2008}, abstract = {Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist es erstmals gelungen, mit einem ps-Pumplaser (10 ps) Weißlicht mit einer spektralen Breite von mehr als einer optischen Oktave in einer mikrostrukturierten Faser (MSF) bei einer Pumpwellenl{\"a}nge von 1064 nm zu generieren. Es ließ sich, abgesehen von nichtkonvertierten Resten der Pumpstrahlung, ein unstrukturiertes und zeitlich stabiles Weißlichtspektrum von 700 nm bis 1650 nm generieren. Die maximale Ausgangsleistung dieser Weißlichtstrahlung betrug 3,1 W. Es konnten sehr gute Einkoppeleffizienzen von maximal 62 \% erzielt werden. Die an der Weißlichterzeugung beteiligten dispersiven und nichtlinear optischen Effekte, wie z.B. Selbstphasenmodulation, Vierwellenmischung, Modulationsinstabilit{\"a}ten oder Solitoneneffekte, werden detailliert theoretisch untersucht und erl{\"a}utert. Die Arbeit beinhaltet ebenfalls eine umfangreiche Beschreibung der Wirkungsweise und Eigenschaften von mikrostrukturierten Fasern mit einem festen Faserkern. Aufgrund der großen Variationsvielfalt des mikrostrukturierten Fasermantels und der damit verbundenen Wellenleitereigenschaften ergeben sich, insbesondere f{\"u}r die Anwendung in der nichtlinearen Optik, eine Reihe von interessanten Eigenschaften. Es wurden insgesamt vier verschiedene mikrostrukturierte Fasern experimentell untersucht. F{\"u}r die Interpretation der experimentellen Ergebnisse ist die Pulsausbreitung der ps-Pumppulse in einer dispersiven, nichtlinear optischen Faser anhand der verallgemeinerten nichtlinearen Schr{\"o}dinger-Gleichung berechnet worden. Durch einen Vergleich der Berechnungen mit den Messdaten ließen sich verst{\"a}rkte Modulationsinstabilit{\"a}ten und verschiedene Solitoneneffekte als haupts{\"a}chlich f{\"u}r die Weißlichterzeugung bei ps-Anregungspulsen verantwortlich identifizieren. Auf der Basis der durchgef{\"u}hrten Untersuchungen wurde in Kooperation mit der Fa. Jenoptik Laser, Optik, Systeme GmbH eine kompakte und leistungsstarke Weißlichtquelle entwickelt. Diese wurde erfolgreich in einer Koh{\"a}renztomographiemessung (Optical Coherence Tomography - OCT) getestet: Es konnte in ex vivo-Untersuchungen gezeigt werden, dass sich mit dieser ps-Weißlichtquelle eine hohe Eindringtiefe von ca. 400 µm in die Netzhaut eines Affen erreichen l{\"a}sst.}, language = {de} } @phdthesis{Weikl2007, author = {Weikl, Thomas R.}, title = {Transition states and loop-closure principles in protein folding}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-26975}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2007}, abstract = {Proteins are chain molecules built from amino acids. The precise sequence of the 20 different types of amino acids in a protein chain defines into which structure a protein folds, and the three-dimensional structure in turn specifies the biological function of the protein. The reliable folding of proteins is a prerequisite for their robust function. Misfolding can lead to protein aggregates that cause severe diseases, such as Alzheimer's, Parkinson's, or the variant Creutzfeldt-Jakob disease. Small single-domain proteins often fold without experimentally detectable metastable intermediate states. The folding dynamics of these proteins is thought to be governed by a single transition-state barrier between the unfolded and the folded state. The transition state is highly instable and cannot be observed directly. However, mutations in which a single amino acid of the protein is substituted by another one can provide indirect access. The mutations slightly change the transition-state barrier and, thus, the folding and unfolding times of the protein. The central question is how to reconstruct the transition state from the observed changes in folding times. In this habilitation thesis, a novel method to extract structural information on transition states from mutational data is presented. The method is based on (i) the cooperativity of structural elements such as alpha-helices and beta-hairpins, and (ii) on splitting up mutation-induced free-energy changes into components for these elements. By fitting few parameters, the method reveals the degree of structure formation of alpha-helices and beta-hairpins in the transition state. In addition, it is shown in this thesis that the folding routes of small single-domain proteins are dominated by loop-closure dependencies between the structural elements.}, language = {en} } @unpublished{VolosevichMeister1998, author = {Volosevich, Alexandra V. and Meister, Claudia-Veronika}, title = {Nonlinear interaction of Farley-Buneman waves}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-14851}, year = {1998}, abstract = {The nonlinear interaction of waves excited by the modified two-stream instability (Farley-Buneman instability) is considered. It is found that, during the linear stage of wave growth, the enhanced pressure of the high-frequency part of the waves locally generates a ponderomotive force. This force acts on the plasma particles and redistributes them. Thus an additional electrostatic polarization field occurs, which influences the low-frequency part of the waves. Then, the low-frequency waves also cause a redistribution of the high-frequency waves. In the paper, a self-consistent system of equations is obtained, which describes the nonlinear interaction of the waves. It is shown that the considered mechanism of wave interaction causes a nonlinear stabilization of the high-frequency waves' growth and a formation of local density structures of the charged particles. The density modifications of the charged particles during the non-linear stage of wave growth and the possible interval of aspect angles of the high-frequency waves are estimated.}, language = {en} } @inproceedings{OPUS4-1412, title = {The 3rd international IEEE scientific conference on physics and control (PhysCon 2007) : September 3rd-7th 2007 at the University of Potsdam}, editor = {Kurths, J{\"u}rgen and Fradkov, Alexander and Chen, Guanrong}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-15228}, pages = {345}, year = {2007}, abstract = {During the last few years there was a tremendous growth of scientific activities in the fields related to both Physics and Control theory: nonlinear dynamics, micro- and nanotechnologies, self-organization and complexity, etc. New horizons were opened and new exciting applications emerged. Experts with different backgrounds starting to work together need more opportunities for information exchange to improve mutual understanding and cooperation. The Conference "Physics and Control 2007" is the third international conference focusing on the borderland between Physics and Control with emphasis on both theory and applications. With its 2007 address at Potsdam, Germany, the conference is located for the first time outside of Russia. The major goal of the Conference is to bring together researchers from different scientific communities and to gain some general and unified perspectives in the studies of controlled systems in physics, engineering, chemistry, biology and other natural sciences. We hope that the Conference helps experts in control theory to get acquainted with new interesting problems, and helps experts in physics and related fields to know more about ideas and tools from the modern control theory.}, language = {en} } @unpublished{BraunFeudelGuzdar1998, author = {Braun, Robert and Feudel, Fred and Guzdar, Parvez}, title = {The route to chaos for a two-dimensional externally driven flow}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-14717}, year = {1998}, abstract = {We have numerically studied the bifurcations and transition to chaos in a two-dimensional fluid for varying values of the Reynolds number. These investigations have been motivated by experiments in fluids, where an array of vortices was driven by an electromotive force. In these experiments, successive changes leading to a complex motion of the vortices, due to increased forcing, have been explored [Tabeling, Perrin, and Fauve, J. Fluid Mech. 213, 511 (1990)]. We model this experiment by means of two-dimensional Navier-Stokes equations with a special external forcing, driving a linear chain of eight counter-rotating vortices, imposing stress-free boundary conditions in the vertical direction and periodic boundary conditions in the horizontal direction. As the strength of the forcing or the Reynolds number is raised, the original stationary vortex array becomes unstable and a complex sequence of bifurcations is observed. Several steady states and periodic branches and a period doubling cascade appear on the route to chaos. For increasing values of the Reynolds number, shear flow develops, for which the spatial scale is large compared to the scale of the forcing. Furthermore, we have investigated the influence of the aspect ratio of the container as well as the effect of no-slip boundary conditions at the top and bottom, on the bifurcation scenario.}, language = {en} } @unpublished{Lukaschewitsch1998, author = {Lukaschewitsch, Michael}, title = {Geoelectrical conductivity problems on unbounded domains}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-14704}, year = {1998}, abstract = {This paper deals with the electrical conductivity problem in geophysics. It is formulated as an elliptic boundary value problem of second order for a large class of bounded and unbounded domains. A special boundary condition, the so called "Complete Electrode Model", is used. Poincar{\´e} inequalities are formulated and proved in the context of weighted Sobolev spaces, leading to existence and uniqueness statements for the boundary value problem. In addition, a parameter-to-solution operator arising from the inverse conductivity problem in medicine (EIT) and geophysics is investigated mathematically and is shown to be smooth and analytic.}, language = {en} } @phdthesis{Miteva2007, author = {Miteva, Rositsa Stoycheva}, title = {Electron acceleration at localized wave structures in the solar corona}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-14775}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2007}, abstract = {Our dynamic Sun manifests its activity by different phenomena: from the 11-year cyclic sunspot pattern to the unpredictable and violent explosions in the case of solar flares. During flares, a huge amount of the stored magnetic energy is suddenly released and a substantial part of this energy is carried by the energetic electrons, considered to be the source of the nonthermal radio and X-ray radiation. One of the most important and still open question in solar physics is how the electrons are accelerated up to high energies within (the observed in the radio emission) short time scales. Because the acceleration site is extremely small in spatial extent as well (compared to the solar radius), the electron acceleration is regarded as a local process. The search for localized wave structures in the solar corona that are able to accelerate electrons together with the theoretical and numerical description of the conditions and requirements for this process, is the aim of the dissertation. Two models of electron acceleration in the solar corona are proposed in the dissertation: I. Electron acceleration due to the solar jet interaction with the background coronal plasma (the jet--plasma interaction) A jet is formed when the newly reconnected and highly curved magnetic field lines are relaxed by shooting plasma away from the reconnection site. Such jets, as observed in soft X-rays with the Yohkoh satellite, are spatially and temporally associated with beams of nonthermal electrons (in terms of the so-called type III metric radio bursts) propagating through the corona. A model that attempts to give an explanation for such observational facts is developed here. Initially, the interaction of such jets with the background plasma leads to an (ion-acoustic) instability associated with growing of electrostatic fluctuations in time for certain range of the jet initial velocity. During this process, any test electron that happen to feel this electrostatic wave field is drawn to co-move with the wave, gaining energy from it. When the jet speed has a value greater or lower than the one, required by the instability range, such wave excitation cannot be sustained and the process of electron energization (acceleration and/or heating) ceases. Hence, the electrons can propagate further in the corona and be detected as type III radio burst, for example. II. Electron acceleration due to attached whistler waves in the upstream region of coronal shocks (the electron--whistler--shock interaction) Coronal shocks are also able to accelerate electrons, as observed by the so-called type II metric radio bursts (the radio signature of a shock wave in the corona). From in-situ observations in space, e.g., at shocks related to co-rotating interaction regions, it is known that nonthermal electrons are produced preferably at shocks with attached whistler wave packets in their upstream regions. Motivated by these observations and assuming that the physical processes at shocks are the same in the corona as in the interplanetary medium, a new model of electron acceleration at coronal shocks is presented in the dissertation, where the electrons are accelerated by their interaction with such whistlers. The protons inflowing toward the shock are reflected there by nearly conserving their magnetic moment, so that they get a substantial velocity gain in the case of a quasi-perpendicular shock geometry, i.e, the angle between the shock normal and the upstream magnetic field is in the range 50--80 degrees. The so-accelerated protons are able to excite whistler waves in a certain frequency range in the upstream region. When these whistlers (comprising the localized wave structure in this case) are formed, only the incoming electrons are now able to interact resonantly with them. But only a part of these electrons fulfill the the electron--whistler wave resonance condition. Due to such resonant interaction (i.e., of these electrons with the whistlers), the electrons are accelerated in the electric and magnetic wave field within just several whistler periods. While gaining energy from the whistler wave field, the electrons reach the shock front and, subsequently, a major part of them are reflected back into the upstream region, since the shock accompanied with a jump of the magnetic field acts as a magnetic mirror. Co-moving with the whistlers now, the reflected electrons are out of resonance and hence can propagate undisturbed into the far upstream region, where they are detected in terms of type II metric radio bursts. In summary, the kinetic energy of protons is transfered into electrons by the action of localized wave structures in both cases, i.e., at jets outflowing from the magnetic reconnection site and at shock waves in the corona.}, language = {en} } @unpublished{WittNeimanKurths1997, author = {Witt, Annette and Neiman, Alexander and Kurths, J{\"u}rgen}, title = {Characterizing the dynamics of stochastic bistable systems by measures of complexity}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-14556}, year = {1997}, abstract = {The dynamics of noisy bistable systems is analyzed by means of Lyapunov exponents and measures of complexity. We consider both the classical Kramers problem with additive white noise and the case when the barrier fluctuates due to additional external colored noise. In case of additive noise we calculate the Lyapunov exponents and all measures of complexity analytically as functions of the noise intensity resp. the mean escape time. For the problem of fluctuating barrier the usual description of the dynamics with the mean escape time is not sufficient. The application of the concept of measures of complexity allows to describe the structures of motion in more detail. Most complexity measures sign the value of correlation time at which the phenomenon of resonant activation occurs with an extremum.}, language = {en} } @unpublished{MaassPereverzevRamlauetal.1998, author = {Maaß, Peter and Pereverzev, Sergei V. and Ramlau, Ronny and Solodky, Sergei G.}, title = {An adaptive discretization for Tikhonov-Phillips regularization with a posteriori parameter selection}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-14739}, year = {1998}, abstract = {The aim of this paper is to describe an efficient strategy for descritizing ill-posed linear operator equations of the first kind: we consider Tikhonov-Phillips-regularization χ^δ α = (a * a + α I)^-1 A * y ^δ with a finite dimensional approximation A n instead of A. We propose a sparse matrix structure which still leads to optimal convergences rates but requires substantially less scalar products for computing A n compared with standard methods.}, language = {en} } @phdthesis{Giesecke2007, author = {Giesecke, Andr{\´e}}, title = {Box-Simulationen von rotierender Magnetokonvektion im fl{\"u}ssigen Erdkern}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-13605}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2007}, abstract = {Box-Simulationen von rotierender Magnetokonvektion im fl{\"u}ssigen Erdkern Numerische Simulationen der 3D-MHD Gleichungen sind mit Hilfe des Codes NIRVANA durchgef{\"u}hrt worden. Die Gleichungen f{\"u}r kompressible rotierende Magnetokonvektion wurden f{\"u}r erd{\"a}hnliche Bedingungen numerisch in einer kartesischen Box gel{\"o}st. Charakteristische Eigenschaften mittlerer Gr{\"o}ßen, wie der Turbulenz-Intensit{\"a}t oder der turbulente W{\"a}rmefluss, die durch die kombinierte Wirkung kleinskaliger Fluktuationen entstehen, wurden bestimmt. Die Korrelationsl{\"a}nge der Turbulenz h{\"a}ngt signifikant von der St{\"a}rke und der Orientierung des Magnetfeldes ab, und das anisotrope Verhalten der Turbulenz aufgrund von Coriolis- und Lorentzkraft ist f{\"u}r schnellere Rotation wesentlich st{\"a}rker ausgepr{\"a}gt. Die Ausbildung eines isotropen Verhaltens auf kleinen Skalen unter dem Einfluss von Rotation alleine wird bereits durch ein schwaches Magnetfeld verhindert. Dies resultiert in einer turbulenten Str{\"o}mung, die durch die vertikale Komponente dominiert wird. In Gegenwart eines horizontalen Magnetfeldes nimmt der vertikale turbulente W{\"a}rmefluss leicht mit zunehmender Feldst{\"a}rke zu, so dass die K{\"u}hlung eines rotierenden Systems verbessert wird. Der horizontale W{\"a}rmetransport ist stets westw{\"a}rts und in Richtung der Pole orientiert. Letzteres kann unter Umst{\"a}nden die Quelle f{\"u}r eine großskalige meridionale Str{\"o}mung darstellen, w{\"a}hrend erstes in globalen Simulationen mit nicht axialsymmetrischen Randbedingungen f{\"u}r den W{\"a}rmefluss von Bedeutung ist. Die mittlere elektromotorische Kraft, die die Erzeugung von magnetischem Fluss durch die Turbulenz beschreibt, wurde unmittelbar aus den L{\"o}sungen f{\"u}r Geschwindigkeit und Magnetfeld berechnet. Hieraus konnten die entsprechenden α-Koeffizienten hergeleitet werden. Aufgrund der sehr schwachen Dichtestratifizierung {\"a}ndert der α-Effekt sein Vorzeichen nahezu exakt in der Mitte der Box. Der α-Effekt ist positiv in der oberen H{\"a}lfte und negativ in der unteren H{\"a}lfte einer auf der Nordhalbkugel rotierenden Box. F{\"u}r ein starkes Magnetfeld ergibt sich zudem eine deutliche abw{\"a}rts orientierte Advektion von magnetischem Fluss. Ein Mean-Field Modell des Geodynamos wurde konstruiert, das auf dem α-Effekt basiert, wie er aus den Box-Simulationen berechnet wurde. F{\"u}r eine {\"a}ußerst beschr{\"a}nkte Klasse von radialen α-Profilen weist das lineare α^2-Modell Oszillationen auf einer Zeitskala auf, die durch die turbulente Diffusionszeit bestimmt wird. Die wesentlichen Eigenschaften der periodischen L{\"o}sungen werden pr{\"a}sentiert, und der Einfluss der Gr{\"o}ße des inneren Kerns auf die Charakteristiken des kritischen Bereichs, innerhalb dessen oszillierende L{\"o}sungen auftreten, wurden untersucht. Reversals werden als eine halbe Oszillation interpretiert. Sie sind ein recht seltenes Ereignis, da sie lediglich dann stattfinden k{\"o}nnen, wenn das α-Profil ausreichend lange in dem periodische L{\"o}sungen erlaubenden Bereich liegt. Aufgrund starker Fluktuationen auf der konvektiven Zeitskala ist die Wahrscheinlichkeit eines solchen Reversals relativ klein. In einem einfachen nicht-linearen Mean-Field Modell mit realistischen Eingabeparametern, die auf den Box-Simulationen beruhen, konnte die Plausibilit{\"a}t des Reversal-Modells anhand von Langzeitsimulationen belegt werden.}, language = {de} } @phdthesis{Stephan2007, author = {Stephan, Niels}, title = {Ph{\"a}nomenologische Untersuchungen zur Feuchteempfindlichkeit der elektrischen Eigenschaften von d{\"u}nnen Polymerfilmen und deren Verwendung f{\"u}r neuartige Feuchtesensoren}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-13853}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2007}, abstract = {Ziel dieser Arbeit ist die ph{\"a}nomenologische Untersuchung der Feuchteempfindlichkeit der elektrischen Eigenschaften d{\"u}nner Polymerschichten. Diese Untersuchungen stellen gleichzeitig Vorarbeiten zur Entwicklung von Prototypen von zwei polymeren D{\"u}nnschicht-Feuchtesensoren dar, die sich durch die spezielle Auswahl der feuchtesensitiven Materialien jeweils durch eine besondere Eigenschaft gegen{\"u}ber kommerziellen Massenprodukten auszeichnen. Ziel der Entwicklungsarbeiten f{\"u}r den ersten Prototypen war die Konstruktion eines schnellen Feuchtesensors, der pl{\"o}tzliche und sprunghafte Feuchte{\"a}nderungen in der umgebenden Atmosph{\"a}re m{\"o}glichst rasch detektieren kann. Daf{\"u}r wurden d{\"u}nne Schichten von Poly-DADMAC auf Interdigitalstrukturen aufgebracht, die einen m{\"o}glichst direkten Kontakt zwischen feuchtesensitiver Schicht und umgebender, feuchter Atmosph{\"a}re gew{\"a}hrleisten. Als Messgr{\"o}ßen dienten die Wechselstromgr{\"o}ßen Widerstand und Kapazit{\"a}t der Schichten. Die Feuchtekennlinien der Schichten zeigen gute Konstanz und hohe Reproduzierbarkeit. Der Widerstand der Schichten {\"a}ndert sich durch den Einfluss von Feuchte je nach Schichtdicke um 3 bis 5 Gr{\"o}ßenordnungen und eignet sich als Messgr{\"o}ße f{\"u}r die Feuchtigkeit im gesamten Feuchtebereich. Die Hysterese der Filme konnte auf kleiner als 2,5\% r.F. bestimmt werden, die Reproduzierbarkeit auf besser als 1\% r.F. Die Ansprechzeit der Schichten l{\"a}sst sich schichtdickenabh{\"a}ngig zu 1 bis 10 Sekunden bestimmen. Hierbei zeigen besonders die d{\"u}nnen Schichten kurze Ansprechzeiten. Zielstellung f{\"u}r den zweiten Feuchtesensor war die Entwicklung eines Prototypen, dessen sensitive Schicht sich biostatisch und biozid verh{\"a}lt, so dass er in biotischen Umgebungen eingesetzt werden kann. Es wurden f{\"u}nf Polysulfobetaine synthetisiert, deren Biozidit{\"a}t und Biostatik mit dem Kontakttest nach R{\"o}nnpagel, dem ISO846-Test und Abbautests bestimmt wurde. Zwei Polymere - Poly-DMMAAPS (BT2) und Poly-[MSA-Styren-Sulfobetain] (BT5) - erwiesen sich als ausreichend biozid und biostatisch. Schichten dieser Polymere wurden auf Interdigitalstrukturen aufgezogen, anschließend wurden die Kennlinien dieser Proben aufgenommen. Die Messwerte zeigen f{\"u}r beide Polymere gute Konstanz und eine hohe Reproduzierbarkeit. BT2-Proben sind zwischen 20\% und 80\% r.F. besonders empfindlich und zeigen {\"u}ber einen Monat keine Langzeitdrift. Vernetzte Proben zeigen bis 50°C keinen temperaturbedingten Abfall der Feuchteempfindlichkeit. Der Einsatz vernetzter BT5-Schichten als kapazitiver Feuchtesensor ist bis etwa 70°C m{\"o}glich, die Schichten sind selbst nach Lagerung im Hochvakuum und mehrfacher Betauung stabil. Damit liegen zwei funktionsf{\"a}hige Prototypen von Feuchtesensoren vor, f{\"u}r die die meisten Kennwerte denen von vergleichbaren kommerziellen Feuchtesensoren entsprechen. Gleichzeitig zeichnen sie sich aber durch eine sehr niedrige Ansprechzeit bzw. eine ausreichende Lebensdauer unter biotischen Bedingungen aus.}, language = {de} } @unpublished{Jansen1996, author = {Jansen, Wolfgang}, title = {A note on the determination of the type of communication areas}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-14339}, year = {1996}, abstract = {The paper presents a method that determines, by standard numerical means, the type of mutual relations of fold and flip bifurcations (configured as a so-called communication area) of a map. Equation systems are developed for the computation of points where a transition between areas of different types occurs. Furthermore, it is shown that saddle area<->spring area transitions can exist which have not yet been considered in the literature. Analytical conditions of that transition are derived.}, language = {en} } @phdthesis{Straesser2007, author = {Str{\"a}ßer, Alexander}, title = {Neue Prinzipien zur Realisierung von gepulsten, frequenzstabilisierten Lasern mit hoher mittlerer Leistung und exzellenter Strahlqualit{\"a}t}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-17496}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2007}, abstract = {Wasserdampf in der Stratosph{\"a}re und Troposph{\"a}re ist eines der wichtigsten atmosph{\"a}rischen Treibhausgase. Neben seiner Bedeutung f{\"u}r das Klima hat es großen Einfluss auf die Bildung von polaren stratosph{\"a}rischen Wolken sowie auf die atmosph{\"a}rische Chemie. Weltweit erstmalig soll innerhalb eines Forscherverbundes in Deutschland ein leistungsstarkes, mobiles, abtastendes Wasserdampf-DIAL zur dreidimensional hochaufgel{\"o}sten Messung des atmosph{\"a}rischen Wasserdampfs entwickelt werden. Mit dem Wasserdampf-DIAL k{\"o}nnen Wasserdampfkonzentrationen in der Atmosph{\"a}re mit hoher zeitlicher und r{\"a}umlicher Aufl{\"o}sung gemessen werden. Das DIAL basiert auf einem Titan-Saphir-Laser oder einem dazu alternativen OPO-Laser (optisch parametrischer Oszillator). Der f{\"u}r das optische Pumpen dieser Laser n{\"o}tige Pumplaser wurde im Rahmen dieser Arbeit in der Arbeitsgruppe Nichtlineare Optik des Instituts f{\"u}r Physik der Universit{\"a}t Potsdam entwickelt. Ein hochaufl{\"o}sendes, mobiles DIAL erfordert einen Pumplaser mit großen Pulsenergien, guter Strahlqualit{\"a}t und einer hohen Effizienz. Um diese Ziele zu erreichen, wurde ein MOPA-System (Master Oscillator Power Amplifier) mit Frequenzstabilisierung auf der Basis von doppelbrechungskompensierten, transversal diodengepumpten Laserst{\"a}ben entwickelt und untersucht. Auf dem Weg dahin wurden unterschiedliche Realisierungsm{\"o}glichkeiten des MOPA-Systems gepr{\"u}ft. Im Rahmen dessen wurden die Festk{\"o}rperlasermaterialien Yb:YAG [1], kerndotierte Nd:YAG-Keramik [2] und herk{\"o}mmliches Nd:YAG vorgestellt und hinsichtlich ihrer Eignung f{\"u}r dieses MOPA-System untersucht. Nachdem die Entscheidung f{\"u}r Nd:YAG als laseraktives Material gefallen war, konnte darauf aufbauend die Konzeptionierung des Lasersystems auf der Basis von Verst{\"a}rkungsrechnungen vorgenommen werden. Die entwickelte Verst{\"a}rkungsrechnung tr{\"a}gt den Tatbest{\"a}nden von realen Systemen Rechnung, indem radiusabh{\"a}ngige Intensit{\"a}ten und eine radiale, nicht homogene Inversionsdichte ber{\"u}cksichtigt werden. Die Frequenzstabilisierung des gepulsten Oszillators (Frequenzstabilit{\"a}t von 1 MHz) wurde mittels des Pound-Drever-Hall-Verfahrens vorgenommen. Mit der Heterodynmethode wird die Frequenzstabilit{\"a}t des Oszillators gemessen. Nach Untersuchungen {\"u}ber verschiedene Konfigurationen f{\"u}r lineare und ringf{\"o}rmige Oszillatoren, wurde ein Ringoszillator mit zwei Laserk{\"o}pfen aufgebaut, in welchen von außen mit einem Laser fester Frequenz eingestrahlt wird. Dieser emittiert bei einer Wiederholrate von 400 Hz eine Pulsenergie von Eout = 21 mJ bei nahezu beugungsbegrenzter Strahlqualit{\"a}t (M2 < 1,2). Die Verst{\"a}rkung dieser Laserpulse erfolgte zun{\"a}chst durch eine Vorverst{\"a}rkerstufe und anschließend durch zwei doppelbrechungskompensierte Hauptverst{\"a}rker im Doppeldurchgang. Eine gute Strahlqualit{\"a}t (M2 = 1,75) konnte unter anderem erzielt werden, indem der Doppeldurchgang durch die Hauptverst{\"a}rker mit einem phasenkonjugierenden Spiegel (SF6), auf der Basis der stimulierten Brillouin Streuung, realisiert wurde. Der entwickelte Laser emittiert Pulse mit einer L{\"a}nge von 25 ns und einer Energie von 250 mJ. Insgesamt wurde ein bisher einmaliges Lasersystem entwickelt. In der Literatur sind die erreichte Frequenzstabilit{\"a}t, Strahlqualit{\"a}t und Leistung in dieser Kombination bisher nicht dokumentiert. In der Zukunft soll durch den Einsatz von kerndotierten, keramischen Lasermaterialien, h{\"o}heren Pumpleistungen der Hauptverst{\"a}rker und phasenkonjugierenden Spiegeln aus Quarz die Pulsenergie des Systems weiter erh{\"o}ht werden. [1] M. Ostermeyer, A. Straesser, "Theoretical investigation of Yb:YAG as laser material for nanosecond pulse emission with large energies in the joule range", Optics Communications, Vol. 274, pp. 422-428 (2007) [2] A. Str{\"a}ßer and M. Ostermeyer, "Improving the brightness of side pumped power amplifiers by using core doped ceramic rods", Optics Express, Vol. 14, pp. 6687- 6693 (2006)}, language = {de} } @phdthesis{Glushak2007, author = {Glushak, Ksenia}, title = {Atmospheric circulation and the surface mass balance in a regional climate model of Antarctica}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-17296}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2007}, abstract = {Understanding the Earth's climate system and particularly climate variability presents one of the most difficult and urgent challenges in science. The Antarctic plays a crucial role in the global climate system, since it is the principal region of radiative energy deficit and atmospheric cooling. An assessment of regional climate model HIRHAM is presented. The simulations are generated with the HIRHAM model, which is modified for Antarctic applications. With a horizontal resolution of 55km, the model has been run for the period 1958-1998 creating long-term simulations from initial and boundary conditions provided by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) ERA40 re-analysis. The model output is compared with observations from observation stations, upper air data, global atmospheric analyses and satellite data. In comparison with the observations, the evaluation shows that the simulations with the HIRHAM model capture both the large and regional scale circulation features with generally small bias in the modeled variables. On the annual time scale the largest errors in the model simulations are the overestimation total cloud cover and the colder near-surface temperature over the interior of the Antarctic plateau. The low-level temperature inversion as well as low-level wind jet is well captured by the model. The decadal scale processes were studied based on trend calculations. The long-term run was divided into two 20 years parts. The 2m temperature, 500 hPa temperature, MSLP, precipitation and net mass balance trends were calculated for both periods and over 1958 - 1998. During the last two decades the strong surface cooling was observed over the Eastern Antarctica, this result is in good agreement with the result of Chapman and Walsh (2005) who calculated the temperature trend based on the observational data. The MSLP trend reveals a big disparity between the first and second parts of the 40 year run. The overall trend shows the strengthening of the circumpolar vortex and continental anticyclone. The net mass balance as well as precipitation show a positive trend over the Antarctic Peninsula region, along Wilkes Land and in Dronning Maud Land. The Antarctic ice sheet grows over the Eastern part of Antarctica with small exceptions in Dronning Maud Land and Wilkes Land and sinks in the Antarctic Peninsula; this result is in good agreement with the satellite-measured altitude presented in Davis (2005) . To better understand the horizontal structure of MSLP, temperature and net mass balance trends the influence of the Southern Annual Mode (SAM) on the Antarctic climate was investigated. The main meteorological parameters during the positive and negative Antarctic Oscillation (AAO) phases were compared to each other. A positive/negative AAO index means strengthening/weakening of the circumpolar vortex, poleward/northward storm tracks and prevailing/weakening westerly winds. For detailed investigation of global teleconnection, two positive and one negative periods of AAO phase were chosen. The differences in MSLP and 2m temperature between positive and negative AAO years during the winter months partly explain the surface cooling during the last decades.}, language = {en} } @phdthesis{Pazienti2007, author = {Pazienti, Antonio}, title = {Manipulations of spike trains and their impact on synchrony analysis}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-17447}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2007}, abstract = {The interaction between neuronal cells can be identified as the computing mechanism of the brain. Neurons are complex cells that do not operate in isolation, but they are organized in a highly connected network structure. There is experimental evidence that groups of neurons dynamically synchronize their activity and process brain functions at all levels of complexity. A fundamental step to prove this hypothesis is to analyze large sets of single neurons recorded in parallel. Techniques to obtain these data are meanwhile available, but advancements are needed in the pre-processing of the large volumes of acquired data and in data analysis techniques. Major issues include extracting the signal of single neurons from the noisy recordings (referred to as spike sorting) and assessing the significance of the synchrony. This dissertation addresses these issues with two complementary strategies, both founded on the manipulation of point processes under rigorous analytical control. On the one hand I modeled the effect of spike sorting errors on correlated spike trains by corrupting them with realistic failures, and studied the corresponding impact on correlation analysis. The results show that correlations between multiple parallel spike trains are severely affected by spike sorting, especially by erroneously missing spikes. When this happens sorting strategies characterized by classifying only good'' spikes (conservative strategies) lead to less accurate results than tolerant'' strategies. On the other hand, I investigated the effectiveness of methods for assessing significance that create surrogate data by displacing spikes around their original position (referred to as dithering). I provide analytical expressions of the probability of coincidence detection after dithering. The effectiveness of spike dithering in creating surrogate data strongly depends on the dithering method and on the method of counting coincidences. Closed-form expressions and bounds are derived for the case where the dither equals the allowed coincidence interval. This work provides new insights into the methodologies of identifying synchrony in large-scale neuronal recordings, and of assessing its significance.}, language = {en} } @phdthesis{Tukhlina2008, author = {Tukhlina, Natalia}, title = {Feedback control of complex oscillatory systems}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-18546}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2008}, abstract = {In the present dissertation paper an approach which ensures an efficient control of such diverse systems as noisy or chaotic oscillators and neural ensembles is developed. This approach is implemented by a simple linear feedback loop. The dissertation paper consists of two main parts. One part of the work is dedicated to the application of the suggested technique to a population of neurons with a goal to suppress their synchronous collective dynamics. The other part is aimed at investigating linear feedback control of coherence of a noisy or chaotic self-sustained oscillator. First we start with a problem of suppressing synchronization in a large population of interacting neurons. The importance of this task is based on the hypothesis that emergence of pathological brain activity in the case of Parkinson's disease and other neurological disorders is caused by synchrony of many thousands of neurons. The established therapy for the patients with such disorders is a permanent high-frequency electrical stimulation via the depth microelectrodes, called Deep Brain Stimulation (DBS). In spite of efficiency of such stimulation, it has several side effects and mechanisms underlying DBS remain unclear. In the present work an efficient and simple control technique is suggested. It is designed to ensure suppression of synchrony in a neural ensemble by a minimized stimulation that vanishes as soon as the tremor is suppressed. This vanishing-stimulation technique would be a useful tool of experimental neuroscience; on the other hand, control of collective dynamics in a large population of units represents an interesting physical problem. The main idea of suggested approach is related to the classical problem of oscillation theory, namely the interaction between a self-sustained (active) oscillator and a passive load (resonator). It is known that under certain conditions the passive oscillator can suppress the oscillations of an active one. In this thesis a much more complicated case of active medium, which itself consists of thousands of oscillators is considered. Coupling this medium to a specially designed passive oscillator, one can control the collective motion of the ensemble, specifically can enhance or suppress it. Having in mind a possible application in neuroscience, the problem of suppression is concentrated upon. Second, the efficiency of suggested suppression scheme is illustrated by considering more complex case, i.e. when the population of neurons generating the undesired rhythm consists of two non-overlapping subpopulations: the first one is affected by the stimulation, while the collective activity is registered from the second one. Generally speaking, the second population can be by itself both active and passive; both cases are considered here. The possible applications of suggested technique are discussed. Third, the influence of the external linear feedback on coherence of a noisy or chaotic self-sustained oscillator is considered. Coherence is one of the main properties of self-oscillating systems and plays a key role in the construction of clocks, electronic generators, lasers, etc. The coherence of a noisy limit cycle oscillator in the context of phase dynamics is evaluated by the phase diffusion constant, which is in its turn proportional to the width of the spectral peak of oscillations. Many chaotic oscillators can be described within the framework of phase dynamics, and, therefore, their coherence can be also quantified by the way of the phase diffusion constant. The analytical theory for a general linear feedback, considering noisy systems in the linear and Gaussian approximation is developed and validated by numerical results.}, language = {en} } @phdthesis{Zemanova2007, author = {Zemanov{\´a}, Lucia}, title = {Structure-function relationship in hierarchical model of brain networks}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-18400}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2007}, abstract = {The mammalian brain is, with its numerous neural elements and structured complex connectivity, one of the most complex systems in nature. Recently, large-scale corticocortical connectivities, both structural and functional, have received a great deal of research attention, especially using the approach of complex networks. Here, we try to shed some light on the relationship between structural and functional connectivities by studying synchronization dynamics in a realistic anatomical network of cat cortical connectivity. We model the cortical areas by a subnetwork of interacting excitable neurons (multilevel model) and by a neural mass model (population model). With weak couplings, the multilevel model displays biologically plausible dynamics and the synchronization patterns reveal a hierarchical cluster organization in the network structure. We can identify a group of brain areas involved in multifunctional tasks by comparing the dynamical clusters to the topological communities of the network. With strong couplings of multilevel model and by using neural mass model, the dynamics are characterized by well-defined oscillations. The synchronization patterns are mainly determined by the node intensity (total input strengths of a node); the detailed network topology is of secondary importance. The biologically improved multilevel model exhibits similar dynamical patterns in the two regimes. Thus, the study of synchronization in a multilevel complex network model of cortex can provide insights into the relationship between network topology and functional organization of complex brain networks.}, language = {en} } @phdthesis{Blessmann2010, author = {Bleßmann, Daniela}, title = {Der Einfluss der Dynamik auf die stratosph{\"a}rische Ozonvariabilit{\"a}t {\"u}ber der Arktis im Fr{\"u}hwinter}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-51394}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2010}, abstract = {Der fr{\"u}hwinterliche Ozongehalt ist ein Indikator f{\"u}r den Ozongehalt im Sp{\"a}twinter/Fr{\"u}hjahr. Jedoch weist dieser aufgrund von Absinkprozessen, chemisch bedingten Ozonabbau und Wellenaktivit{\"a}t von Jahr zu Jahr starke Schwankungen auf. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass diese Variabilit{\"a}t weitestgehend auf dynamische Prozesse w{\"a}hrend der Wirbelbildungsphase des arktischen Polarwirbels zur{\"u}ckgeht. Ferner wird der bisher noch ausstehende Zusammenhang zwischen dem fr{\"u}h- und sp{\"a}twinterlichen Ozongehalt bez{\"u}glich Dynamik und Chemie aufgezeigt. F{\"u}r die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der im Polarwirbel eingeschlossenen Luftmassenzusammensetzung und Ozonmenge wurden Beobachtungsdaten von Satellitenmessinstrumenten und Ozonsonden sowie Modellsimulationen des Lagrangschen Chemie/Transportmodells ATLAS verwandt. Die {\"u}ber die Fl{\"a}che (45-75°N) und Zeit (August-November) gemittelte Vertikalkomponente des Eliassen-Palm-Flussvektors durch die 100hPa-Fl{\"a}che zeigt eine Verbindung zwischen der fr{\"u}hwinterlichen wirbelinneren Luftmassenzusammensetzung und der Wirbelbildungsphase auf. Diese ist jedoch nur f{\"u}r die untere Stratosph{\"a}re g{\"u}ltig, da die Vertikalkomponente die sich innerhalb der Stratosph{\"a}re {\"a}ndernden Wellenausbreitungsbedingungen nicht erfasst. F{\"u}r eine verbesserte H{\"o}hendarstellung des Signals wurde eine neue integrale auf der Wellenamplitude und dem Charney-Drazin-Kriterium basierende Gr{\"o}ße definiert. Diese neue Gr{\"o}ße verbindet die Wellenaktivit{\"a}t w{\"a}hrend der Wirbelbildungsphase sowohl mit der Luftmassenzusammensetzung im Polarwirbel als auch mit der Ozonverteilung {\"u}ber die Breite. Eine verst{\"a}rkte Wellenaktivit{\"a}t f{\"u}hrt zu mehr Luft aus niedrigeren ozonreichen Breiten im Polarwirbel. Aber im Herbst und Fr{\"u}hwinter zerst{\"o}ren chemische Prozesse, die das Ozon ins Gleichgewicht bringen, die interannuale wirbelinnere Ozonvariablit{\"a}t, die durch dynamische Prozesse w{\"a}hrend der arktischen Polarwirbelbildungsphase hervorgerufen wird. Eine Analyse in Hinblick auf den Fortbestand einer dynamisch induzierten Ozonanomalie bis in den Mittwinter erm{\"o}glicht eine Absch{\"a}tzung des Einflusses dieser dynamischen Prozesse auf den arktischen Ozongehalt. Zu diesem Zweck wurden f{\"u}r den Winter 1999-2000 Modelll{\"a}ufe mit dem Lagrangesche Chemie/Transportmodell ATLAS gerechnet, die detaillierte Informationen {\"u}ber den Erhalt der k{\"u}nstlichen Ozonvariabilit{\"a}t hinsichtlich Zeit, H{\"o}he und Breite liefern. Zusammengefasst, besteht die dynamisch induzierte Ozonvariabilit{\"a}t w{\"a}hrend der Wirbelbildungsphase l{\"a}nger im Inneren als im {\"A}ußeren des Polarwirbels und verliert oberhalb von 750K potentieller Temperatur ihre signifikante Wirkung auf die mittwinterliche Ozonvariabilit{\"a}t. In darunterliegenden H{\"o}henbereichen ist der Anteil an der urspr{\"u}nglichen St{\"o}rung groß, bis zu 90\% auf der 450K. Innerhalb dieses H{\"o}henbereiches {\"u}ben die dynamischen Prozesse w{\"a}hrend der Wirbelbildungsphase einen entscheidenden Einfluss auf den Ozongehalt im Mittwinter aus.}, language = {de} } @phdthesis{ZamoraLopez2009, author = {Zamora-L{\´o}pez, Gorka}, title = {Linking structure and function of complex cortical networks}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-52257}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2009}, abstract = {The recent discovery of an intricate and nontrivial interaction topology among the elements of a wide range of natural systems has altered the manner we understand complexity. For example, the axonal fibres transmitting electrical information between cortical regions form a network which is neither regular nor completely random. Their structure seems to follow functional principles to balance between segregation (functional specialisation) and integration. Cortical regions are clustered into modules specialised in processing different kinds of information, e.g. visual or auditory. However, in order to generate a global perception of the real world, the brain needs to integrate the distinct types of information. Where this integration happens, nobody knows. We have performed an extensive and detailed graph theoretical analysis of the cortico-cortical organisation in the brain of cats, trying to relate the individual and collective topological properties of the cortical areas to their function. We conclude that the cortex possesses a very rich communication structure, composed of a mixture of parallel and serial processing paths capable of accommodating dynamical processes with a wide variety of time scales. The communication paths between the sensory systems are not random, but largely mediated by a small set of areas. Far from acting as mere transmitters of information, these central areas are densely connected to each other, strongly indicating their functional role as integrators of the multisensory information. In the quest of uncovering the structure-function relationship of cortical networks, the peculiarities of this network have led us to continuously reconsider the stablished graph measures. For example, a normalised formalism to identify the "functional roles" of vertices in networks with community structure is proposed. The tools developed for this purpose open the door to novel community detection techniques which may also characterise the overlap between modules. The concept of integration has been revisited and adapted to the necessities of the network under study. Additionally, analytical and numerical methods have been introduced to facilitate understanding of the complicated statistical interrelations between the distinct network measures. These methods are helpful to construct new significance tests which may help to discriminate the relevant properties of real networks from side-effects of the evolutionary-growth processes.}, language = {en} } @phdthesis{Balzer2014, author = {Balzer, Arnim}, title = {Crab flare observations with H.E.S.S. phase II}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-72545}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2014}, abstract = {The H.E.S.S. array is a third generation Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope (IACT) array. It is located in the Khomas Highland in Namibia, and measures very high energy (VHE) gamma-rays. In Phase I, the array started data taking in 2004 with its four identical 13 m telescopes. Since then, H.E.S.S. has emerged as the most successful IACT experiment to date. Among the almost 150 sources of VHE gamma-ray radiation found so far, even the oldest detection, the Crab Nebula, keeps surprising the scientific community with unexplained phenomena such as the recently discovered very energetic flares of high energy gamma-ray radiation. During its most recent flare, which was detected by the Fermi satellite in March 2013, the Crab Nebula was simultaneously observed with the H.E.S.S. array for six nights. The results of the observations will be discussed in detail during the course of this work. During the nights of the flare, the new 24 m × 32 m H.E.S.S. II telescope was still being commissioned, but participated in the data taking for one night. To be able to reconstruct and analyze the data of the H.E.S.S. Phase II array, the algorithms and software used by the H.E.S.S. Phase I array had to be adapted. The most prominent advanced shower reconstruction technique developed by de Naurois and Rolland, the template-based model analysis, compares real shower images taken by the Cherenkov telescope cameras with shower templates obtained using a semi-analytical model. To find the best fitting image, and, therefore, the relevant parameters that describe the air shower best, a pixel-wise log-likelihood fit is done. The adaptation of this advanced shower reconstruction technique to the heterogeneous H.E.S.S. Phase II array for stereo events (i.e. air showers seen by at least two telescopes of any kind), its performance using MonteCarlo simulations as well as its application to real data will be described.}, language = {en} } @phdthesis{Fischer2014, author = {Fischer, Jost Leonhardt}, title = {Nichtlineare Kopplungsmechanismen akustischer Oszillatoren am Beispiel der Synchronisation von Orgelpfeifen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-71975}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2014}, abstract = {In dieser Arbeit werden nichtlineare Kopplungsmechanismen von akustischen Oszillatoren untersucht, die zu Synchronisation f{\"u}hren k{\"o}nnen. Aufbauend auf die Fragestellungen vorangegangener Arbeiten werden mit Hilfe theoretischer und experimenteller Studien sowie mit Hilfe numerischer Simulationen die Elemente der Tonentstehung in der Orgelpfeife und die Mechanismen der gegenseitigen Wechselwirkung von Orgelpfeifen identifiziert. Daraus wird erstmalig ein vollst{\"a}ndig auf den aeroakustischen und fluiddynamischen Grundprinzipien basierendes nichtlinear gekoppeltes Modell selbst-erregter Oszillatoren f{\"u}r die Beschreibung des Verhaltens zweier wechselwirkender Orgelpfeifen entwickelt. Die durchgef{\"u}hrten Modellrechnungen werden mit den experimentellen Befunden verglichen. Es zeigt sich, dass die Tonentstehung und die Kopplungsmechanismen von Orgelpfeifen durch das entwickelte Oszillatormodell in weiten Teilen richtig beschrieben werden. Insbesondere kann damit die Ursache f{\"u}r den nichtlinearen Zusammenhang von Kopplungsst{\"a}rke und Synchronisation des gekoppelten Zwei-Pfeifen Systems, welcher sich in einem nichtlinearen Verlauf der Arnoldzunge darstellt, gekl{\"a}rt werden. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird der Einfluss des Raumes auf die Tonentstehung bei Orgelpfeifen betrachtet. Daf{\"u}r werden numerische Simulationen der Wechselwirkung einer Orgelpfeife mit verschiedenen Raumgeometrien, wie z. B. ebene, konvexe, konkave, und gezahnte Geometrien, exemplarisch untersucht. Auch der Einfluss von Schwellk{\"a}sten auf die Tonentstehung und die Klangbildung der Orgelpfeife wird studiert. In weiteren, neuartigen Synchronisationsexperimenten mit identisch gestimmten Orgelpfeifen, sowie mit Mixturen wird die Synchronisation f{\"u}r verschiedene, horizontale und vertikale Pfeifenabst{\"a}nde in der Ebene der Schallabstrahlung, untersucht. Die dabei erstmalig beobachteten r{\"a}umlich isotropen Unstetigkeiten im Schwingungsverhalten der gekoppelten Pfeifensysteme, deuten auf abstandsabh{\"a}ngige Wechsel zwischen gegen- und gleichphasigen Sychronisationsregimen hin. Abschließend wird die M{\"o}glichkeit dokumentiert, das Ph{\"a}nomen der Synchronisation zweier Orgelpfeifen durch numerische Simulationen, also der Behandlung der kompressiblen Navier-Stokes Gleichungen mit entsprechenden Rand- und Anfangsbedingungen, realit{\"a}tsnah abzubilden. Auch dies stellt ein Novum dar.}, language = {de} } @phdthesis{Kellermann2011, author = {Kellermann, Thorsten}, title = {Accurate numerical relativity simulations of non-vacuumspace-times in two dimensions and applications to critical collapse}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-59578}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2011}, abstract = {This Thesis puts its focus on the physics of neutron stars and its description with methods of numerical relativity. In the first step, a new numerical framework the Whisky2D code will be developed, which solves the relativistic equations of hydrodynamics in axisymmetry. Therefore we consider an improved formulation of the conserved form of these equations. The second part will use the new code to investigate the critical behaviour of two colliding neutron stars. Considering the analogy to phase transitions in statistical physics, we will investigate the evolution of the entropy of the neutron stars during the whole process. A better understanding of the evolution of thermodynamical quantities, like the entropy in critical process, should provide deeper understanding of thermodynamics in relativity. More specifically, we have written the Whisky2D code, which solves the general-relativistic hydrodynamics equations in a flux-conservative form and in cylindrical coordinates. This of course brings in 1/r singular terms, where r is the radial cylindrical coordinate, which must be dealt with appropriately. In the above-referenced works, the flux operator is expanded and the 1/r terms, not containing derivatives, are moved to the right-hand-side of the equation (the source term), so that the left hand side assumes a form identical to the one of the three-dimensional (3D) Cartesian formulation. We call this the standard formulation. Another possibility is not to split the flux operator and to redefine the conserved variables, via a multiplication by r. We call this the new formulation. The new equations are solved with the same methods as in the Cartesian case. From a mathematical point of view, one would not expect differences between the two ways of writing the differential operator, but, of course, a difference is present at the numerical level. Our tests show that the new formulation yields results with a global truncation error which is one or more orders of magnitude smaller than those of alternative and commonly used formulations. The second part of the Thesis uses the new code for investigations of critical phenomena in general relativity. In particular, we consider the head-on-collision of two neutron stars in a region of the parameter space where two final states a new stable neutron star or a black hole, lay close to each other. In 1993, Choptuik considered one-parameter families of solutions, S[P], of the Einstein-Klein-Gordon equations for a massless scalar field in spherical symmetry, such that for every P > P⋆, S[P] contains a black hole and for every P < P⋆, S[P] is a solution not containing singularities. He studied numerically the behavior of S[P] as P → P⋆ and found that the critical solution, S[P⋆], is universal, in the sense that it is approached by all nearly-critical solutions regardless of the particular family of initial data considered. All these phenomena have the common property that, as P approaches P⋆, S[P] approaches a universal solution S[P⋆] and that all the physical quantities of S[P] depend only on |P - P⋆|. The first study of critical phenomena concerning the head-on collision of NSs was carried out by Jin and Suen in 2007. In particular, they considered a series of families of equal-mass NSs, modeled with an ideal-gas EOS, boosted towards each other and varied the mass of the stars, their separation, velocity and the polytropic index in the EOS. In this way they could observe a critical phenomenon of type I near the threshold of black-hole formation, with the putative solution being a nonlinearly oscillating star. In a successive work, they performed similar simulations but considering the head-on collision of Gaussian distributions of matter. Also in this case they found the appearance of type-I critical behaviour, but also performed a perturbative analysis of the initial distributions of matter and of the merged object. Because of the considerable difference found in the eigenfrequencies in the two cases, they concluded that the critical solution does not represent a system near equilibrium and in particular not a perturbed Tolmann-Oppenheimer-Volkoff (TOV) solution. In this Thesis we study the dynamics of the head-on collision of two equal-mass NSs using a setup which is as similar as possible to the one considered above. While we confirm that the merged object exhibits a type-I critical behaviour, we also argue against the conclusion that the critical solution cannot be described in terms of equilibrium solution. Indeed, we show that, in analogy with what is found in, the critical solution is effectively a perturbed unstable solution of the TOV equations. Our analysis also considers fine-structure of the scaling relation of type-I critical phenomena and we show that it exhibits oscillations in a similar way to the one studied in the context of scalar-field critical collapse.}, language = {en} } @phdthesis{Seewald2011, author = {Seewald, Gunter}, title = {Lineare und nichtlineare optische Untersuchungen am synthetischen Eumelanin und Entwicklung eines Kaskadenmodells}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-59967}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2011}, abstract = {Eumelanin ist ein Fluorophor mit teilweise recht ungew{\"o}hnlichen spektralen Eigenschaften. Unter anderem konnten in fr{\"u}heren Ver{\"o}ffentlichungen Unterschiede zwischen dem 1- und 2-photonen-angeregtem Fluoreszenzspektrum beobachtet werden, weshalb im nichtlinearen Anregungsfall ein schrittweiser Anregungsprozess vermutet wurde. Um diese und weitere optische Eigenschaften des Eumelanins besser zu verstehen, wurden in der vorliegenden Arbeit vielf{\"a}ltige messmethodische Ans{\"a}tze der linearen und nichtlinearen Optik an synthetischem Eumelanin in 0,1M NaOH verfolgt. Aus den Ergebnissen wurde ein Modell abgeleitet, welches die beobachteten photonischen Eigenschaften konsistent beschreibt. In diesem kaskadierten Zustandsmodell (Kaskaden-Modell) wird die aufgenommene Photonenenergie schrittweise von Anregungszust{\"a}nden hoher {\"U}bergangsenergien zu Anregungszust{\"a}nden niedrigerer {\"U}bergangsenergien transferiert. Messungen der transienten Absorption ergaben dominante Anteile mit kurzen Lebensdauern im ps-Bereich und ließen damit auf eine hohe Relaxationsgeschwindigkeit entlang der Kaskade schließen. Durch Untersuchung der nichtlinear angeregten Fluoreszenz von verschieden großen Eumelanin-Aggregaten konnte gezeigt werden, dass Unterschiede zwischen dem linear und nichtlinear angeregten Fluoreszenzspektrum nicht nur durch einen schrittweisen Anregungsprozess bei nichtlinearer Anregung sondern auch durch Unterschiede in den Verh{\"a}ltnissen der Quantenausbeuten zwischen kleinen und großen Aggregaten beim Wechsel von linearer zu nichtlinearer Anregung begr{\"u}ndet sein k{\"o}nnen. Durch Bestimmung des Anregungswirkungsquerschnitts und der Anregungspulsdauer-Abh{\"a}ngigkeit der nichtlinear angeregten Fluoreszenz von Eumelanin konnte jedoch ein schrittweiser 2-Photonen-Anregungsprozess {\"u}ber einen Zwischenzustand mit Lebendsdauern im ps-Bereich nachgewiesen werden.}, language = {de} } @phdthesis{Berger2012, author = {Berger, Florian}, title = {Different modes of cooperative transport by molecular motors}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-60319}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2012}, abstract = {Cargo transport by molecular motors is ubiquitous in all eukaryotic cells and is typically driven cooperatively by several molecular motors, which may belong to one or several motor species like kinesin, dynein or myosin. These motor proteins transport cargos such as RNAs, protein complexes or organelles along filaments, from which they unbind after a finite run length. Understanding how these motors interact and how their movements are coordinated and regulated is a central and challenging problem in studies of intracellular transport. In this thesis, we describe a general theoretical framework for the analysis of such transport processes, which enables us to explain the behavior of intracellular cargos based on the transport properties of individual motors and their interactions. Motivated by recent in vitro experiments, we address two different modes of transport: unidirectional transport by two identical motors and cooperative transport by actively walking and passively diffusing motors. The case of cargo transport by two identical motors involves an elastic coupling between the motors that can reduce the motors' velocity and/or the binding time to the filament. We show that this elastic coupling leads, in general, to four distinct transport regimes. In addition to a weak coupling regime, kinesin and dynein motors are found to exhibit a strong coupling and an enhanced unbinding regime, whereas myosin motors are predicted to attain a reduced velocity regime. All of these regimes, which we derive both by analytical calculations and by general time scale arguments, can be explored experimentally by varying the elastic coupling strength. In addition, using the time scale arguments, we explain why previous studies came to different conclusions about the effect and relevance of motor-motor interference. In this way, our theory provides a general and unifying framework for understanding the dynamical behavior of two elastically coupled molecular motors. The second mode of transport studied in this thesis is cargo transport by actively pulling and passively diffusing motors. Although these passive motors do not participate in active transport, they strongly enhance the overall cargo run length. When an active motor unbinds, the cargo is still tethered to the filament by the passive motors, giving the unbound motor the chance to rebind and continue its active walk. We develop a stochastic description for such cooperative behavior and explicitly derive the enhanced run length for a cargo transported by one actively pulling and one passively diffusing motor. We generalize our description to the case of several pulling and diffusing motors and find an exponential increase of the run length with the number of involved motors.}, language = {en} } @phdthesis{Ohme2012, author = {Ohme, Frank}, title = {Bridging the gap between post-Newtonian theory and numerical relativity in gravitational-wave data analysis}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-60346}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2012}, abstract = {One of the most exciting predictions of Einstein's theory of gravitation that have not yet been proven experimentally by a direct detection are gravitational waves. These are tiny distortions of the spacetime itself, and a world-wide effort to directly measure them for the first time with a network of large-scale laser interferometers is currently ongoing and expected to provide positive results within this decade. One potential source of measurable gravitational waves is the inspiral and merger of two compact objects, such as binary black holes. Successfully finding their signature in the noise-dominated data of the detectors crucially relies on accurate predictions of what we are looking for. In this thesis, we present a detailed study of how the most complete waveform templates can be constructed by combining the results from (A) analytical expansions within the post-Newtonian framework and (B) numerical simulations of the full relativistic dynamics. We analyze various strategies to construct complete hybrid waveforms that consist of a post-Newtonian inspiral part matched to numerical-relativity data. We elaborate on exsisting approaches for nonspinning systems by extending the accessible parameter space and introducing an alternative scheme based in the Fourier domain. Our methods can now be readily applied to multiple spherical-harmonic modes and precessing systems. In addition to that, we analyze in detail the accuracy of hybrid waveforms with the goal to quantify how numerous sources of error in the approximation techniques affect the application of such templates in real gravitational-wave searches. This is of major importance for the future construction of improved models, but also for the correct interpretation of gravitational-wave observations that are made utilizing any complete waveform family. In particular, we comprehensively discuss how long the numerical-relativity contribution to the signal has to be in order to make the resulting hybrids accurate enough, and for currently feasible simulation lengths we assess the physics one can potentially do with template-based searches.}, language = {en} } @phdthesis{Mari2012, author = {Mari, Andrea}, title = {Signatures of non-classicality in optomechanical systems}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-59814}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2012}, abstract = {This thesis contains several theoretical studies on optomechanical systems, i.e. physical devices where mechanical degrees of freedom are coupled with optical cavity modes. This optomechanical interaction, mediated by radiation pressure, can be exploited for cooling and controlling mechanical resonators in a quantum regime. The goal of this thesis is to propose several new ideas for preparing meso- scopic mechanical systems (of the order of 10^15 atoms) into highly non-classical states. In particular we have shown new methods for preparing optomechani-cal pure states, squeezed states and entangled states. At the same time, proce-dures for experimentally detecting these quantum effects have been proposed. In particular, a quantitative measure of non classicality has been defined in terms of the negativity of phase space quasi-distributions. An operational al- gorithm for experimentally estimating the non-classicality of quantum states has been proposed and successfully applied in a quantum optics experiment. The research has been performed with relatively advanced mathematical tools related to differential equations with periodic coefficients, classical and quantum Bochner's theorems and semidefinite programming. Nevertheless the physics of the problems and the experimental feasibility of the results have been the main priorities.}, language = {en} } @phdthesis{Deneke2012, author = {Deneke, Carlus}, title = {Theory of mRNA degradation}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-61998}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2012}, abstract = {One of the central themes of biology is to understand how individual cells achieve a high fidelity in gene expression. Each cell needs to ensure accurate protein levels for its proper functioning and its capability to proliferate. Therefore, complex regulatory mechanisms have evolved in order to render the expression of each gene dependent on the expression level of (all) other genes. Regulation can occur at different stages within the framework of the central dogma of molecular biology. One very effective and relatively direct mechanism concerns the regulation of the stability of mRNAs. All organisms have evolved diverse and powerful mechanisms to achieve this. In order to better comprehend the regulation in living cells, biochemists have studied specific degradation mechanisms in detail. In addition to that, modern high-throughput techniques allow to obtain quantitative data on a global scale by parallel analysis of the decay patterns of many different mRNAs from different genes. In previous studies, the interpretation of these mRNA decay experiments relied on a simple theoretical description based on an exponential decay. However, this does not account for the complexity of the responsible mechanisms and, as a consequence, the exponential decay is often not in agreement with the experimental decay patterns. We have developed an improved and more general theory of mRNA degradation which provides a general framework of mRNA expression and allows describing specific degradation mechanisms. We have made an attempt to provide detailed models for the regulation in different organisms. In the yeast S. cerevisiae, different degradation pathways are known to compete and furthermore most of them rely on the biochemical modification of mRNA molecules. In bacteria such as E. coli, degradation proceeds primarily endonucleolytically, i.e. it is governed by the initial cleavage within the coding region. In addition, it is often coupled to the level of maturity and the size of the polysome of an mRNA. Both for S. cerevisiae and E. coli, our descriptions lead to a considerable improvement of the interpretation of experimental data. The general outcome is that the degradation of mRNA must be described by an age-dependent degradation rate, which can be interpreted as a consequence of molecular aging of mRNAs. Within our theory, we find adequate ways to address this much debated topic from a theoretical perspective. The improvements of the understanding of mRNA degradation can be readily applied to further comprehend the mRNA expression under different internal or environmental conditions such as after the induction of transcription or stress application. Also, the role of mRNA decay can be assessed in the context of translation and protein synthesis. The ultimate goal in understanding gene regulation mediated by mRNA stability will be to identify the relevance and biological function of different mechanisms. Once more quantitative data will become available, our description allows to elaborate the role of each mechanism by devising a suitable model.}, language = {en} } @phdthesis{Patra2013, author = {Patra, Pintu}, title = {Population dynamics of bacterial persistence}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-69253}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2013}, abstract = {The life of microorganisms is characterized by two main tasks, rapid growth under conditions permitting growth and survival under stressful conditions. The environments, in which microorganisms dwell, vary in space and time. The microorganisms innovate diverse strategies to readily adapt to the regularly fluctuating environments. Phenotypic heterogeneity is one such strategy, where an isogenic population splits into subpopulations that respond differently under identical environments. Bacterial persistence is a prime example of such phenotypic heterogeneity, whereby a population survives under an antibiotic attack, by keeping a fraction of population in a drug tolerant state, the persister state. Specifically, persister cells grow more slowly than normal cells under growth conditions, but survive longer under stress conditions such as the antibiotic administrations. Bacterial persistence is identified experimentally by examining the population survival upon an antibiotic treatment and the population resuscitation in a growth medium. The underlying population dynamics is explained with a two state model for reversible phenotype switching in a cell within the population. We study this existing model with a new theoretical approach and present analytical expressions for the time scale observed in population growth and resuscitation, that can be easily used to extract underlying model parameters of bacterial persistence. In addition, we recapitulate previously known results on the evolution of such structured population under periodically fluctuating environment using our simple approximation method. Using our analysis, we determine model parameters for Staphylococcus aureus population under several antibiotics and interpret the outcome of cross-drug treatment. Next, we consider the expansion of a population exhibiting phenotype switching in a spatially structured environment consisting of two growth permitting patches separated by an antibiotic patch. The dynamic interplay of growth, death and migration of cells in different patches leads to distinct regimes in population propagation speed as a function of migration rate. We map out the region in parameter space of phenotype switching and migration rate to observe the condition under which persistence is beneficial. Furthermore, we present an extended model that allows mutation from the two phenotypic states to a resistant state. We find that the presence of persister cells may enhance the probability of resistant mutation in a population. Using this model, we explain the experimental results showing the emergence of antibiotic resistance in a Staphylococcus aureus population upon tobramycin treatment. In summary, we identify several roles of bacterial persistence, such as help in spatial expansion, development of multidrug tolerance and emergence of antibiotic resistance. Our study provides a theoretical perspective on the dynamics of bacterial persistence in different environmental conditions. These results can be utilized to design further experiments, and to develop novel strategies to eradicate persistent infections.}, language = {en} } @phdthesis{Bergner2011, author = {Bergner, Andr{\´e}}, title = {Synchronization in complex systems with multiple time scales}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-53407}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2011}, abstract = {In the present work synchronization phenomena in complex dynamical systems exhibiting multiple time scales have been analyzed. Multiple time scales can be active in different manners. Three different systems have been analyzed with different methods from data analysis. The first system studied is a large heterogenous network of bursting neurons, that is a system with two predominant time scales, the fast firing of action potentials (spikes) and the burst of repetitive spikes followed by a quiescent phase. This system has been integrated numerically and analyzed with methods based on recurrence in phase space. An interesting result are the different transitions to synchrony found in the two distinct time scales. Moreover, an anomalous synchronization effect can be observed in the fast time scale, i.e. there is range of the coupling strength where desynchronization occurs. The second system analyzed, numerically as well as experimentally, is a pair of coupled CO₂ lasers in a chaotic bursting regime. This system is interesting due to its similarity with epidemic models. We explain the bursts by different time scales generated from unstable periodic orbits embedded in the chaotic attractor and perform a synchronization analysis of these different orbits utilizing the continuous wavelet transform. We find a diverse route to synchrony of these different observed time scales. The last system studied is a small network motif of limit cycle oscillators. Precisely, we have studied a hub motif, which serves as elementary building block for scale-free networks, a type of network found in many real world applications. These hubs are of special importance for communication and information transfer in complex networks. Here, a detailed study on the mechanism of synchronization in oscillatory networks with a broad frequency distribution has been carried out. In particular, we find a remote synchronization of nodes in the network which are not directly coupled. We also explain the responsible mechanism and its limitations and constraints. Further we derive an analytic expression for it and show that information transmission in pure phase oscillators, such as the Kuramoto type, is limited. In addition to the numerical and analytic analysis an experiment consisting of electrical circuits has been designed. The obtained results confirm the former findings.}, language = {en} } @phdthesis{Bierbaum2011, author = {Bierbaum, Veronika}, title = {Chemomechanical coupling and motor cycles of the molecular motor myosin V}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-53614}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2011}, abstract = {In the living cell, the organization of the complex internal structure relies to a large extent on molecular motors. Molecular motors are proteins that are able to convert chemical energy from the hydrolysis of adenosine triphosphate (ATP) into mechanical work. Being about 10 to 100 nanometers in size, the molecules act on a length scale, for which thermal collisions have a considerable impact onto their motion. In this way, they constitute paradigmatic examples of thermodynamic machines out of equilibrium. This study develops a theoretical description for the energy conversion by the molecular motor myosin V, using many different aspects of theoretical physics. Myosin V has been studied extensively in both bulk and single molecule experiments. Its stepping velocity has been characterized as a function of external control parameters such as nucleotide concentration and applied forces. In addition, numerous kinetic rates involved in the enzymatic reaction of the molecule have been determined. For forces that exceed the stall force of the motor, myosin V exhibits a 'ratcheting' behaviour: For loads in the direction of forward stepping, the velocity depends on the concentration of ATP, while for backward loads there is no such influence. Based on the chemical states of the motor, we construct a general network theory that incorporates experimental observations about the stepping behaviour of myosin V. The motor's motion is captured through the network description supplemented by a Markov process to describe the motor dynamics. This approach has the advantage of directly addressing the chemical kinetics of the molecule, and treating the mechanical and chemical processes on equal grounds. We utilize constraints arising from nonequilibrium thermodynamics to determine motor parameters and demonstrate that the motor behaviour is governed by several chemomechanical motor cycles. In addition, we investigate the functional dependence of stepping rates on force by deducing the motor's response to external loads via an appropriate Fokker-Planck equation. For substall forces, the dominant pathway of the motor network is profoundly different from the one for superstall forces, which leads to a stepping behaviour that is in agreement with the experimental observations. The extension of our analysis to Markov processes with absorbing boundaries allows for the calculation of the motor's dwell time distributions. These reveal aspects of the coordination of the motor's heads and contain direct information about the backsteps of the motor. Our theory provides a unified description for the myosin V motor as studied in single motor experiments.}, language = {en} } @phdthesis{Holler2014, author = {Holler, Markus}, title = {Photon reconstruction for the H.E.S.S. 28 m telescope and analysis of Crab Nebula and galactic centre observations}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-72099}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2014}, abstract = {In the presented thesis, the most advanced photon reconstruction technique of ground-based γ-ray astronomy is adapted to the H.E.S.S. 28 m telescope. The method is based on a semi-analytical model of electromagnetic particle showers in the atmosphere. The properties of cosmic γ-rays are reconstructed by comparing the camera image of the telescope with the Cherenkov emission that is expected from the shower model. To suppress the dominant background from charged cosmic rays, events are selected based on several criteria. The performance of the analysis is evaluated with simulated events. The method is then applied to two sources that are known to emit γ-rays. The first of these is the Crab Nebula, the standard candle of ground-based γ-ray astronomy. The results of this source confirm the expected performance of the reconstruction method, where the much lower energy threshold compared to H.E.S.S. I is of particular importance. A second analysis is performed on the region around the Galactic Centre. The analysis results emphasise the capabilities of the new telescope to measure γ-rays in an energy range that is interesting for both theoretical and experimental astrophysics. The presented analysis features the lowest energy threshold that has ever been reached in ground-based γ-ray astronomy, opening a new window to the precise measurement of the physical properties of time-variable sources at energies of several tens of GeV.}, language = {en} } @phdthesis{Trabant2014, author = {Trabant, Christoph}, title = {Ultrafast photoinduced phase transitions in complex materials probed by time-resolved resonant soft x-ray diffraction}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-71377}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2014}, abstract = {In processing and data storage mainly ferromagnetic (FM) materials are being used. Approaching physical limits, new concepts have to be found for faster, smaller switches, for higher data densities and more energy efficiency. Some of the discussed new concepts involve the material classes of correlated oxides and materials with antiferromagnetic coupling. Their applicability depends critically on their switching behavior, i.e., how fast and how energy efficient material properties can be manipulated. This thesis presents investigations of ultrafast non-equilibrium phase transitions on such new materials. In transition metal oxides (TMOs) the coupling of different degrees of freedom and resulting low energy excitation spectrum often result in spectacular changes of macroscopic properties (colossal magneto resistance, superconductivity, metal-to-insulator transitions) often accompanied by nanoscale order of spins, charges, orbital occupation and by lattice distortions, which make these material attractive. Magnetite served as a prototype for functional TMOs showing a metal-to-insulator-transition (MIT) at T = 123 K. By probing the charge and orbital order as well as the structure after an optical excitation we found that the electronic order and the structural distortion, characteristics of the insulating phase in thermal equilibrium, are destroyed within the experimental resolution of 300 fs. The MIT itself occurs on a 1.5 ps timescale. It shows that MITs in functional materials are several thousand times faster than switching processes in semiconductors. Recently ferrimagnetic and antiferromagnetic (AFM) materials have become interesting. It was shown in ferrimagnetic GdFeCo, that the transfer of angular momentum between two opposed FM subsystems with different time constants leads to a switching of the magnetization after laser pulse excitation. In addition it was theoretically predicted that demagnetization dynamics in AFM should occur faster than in FM materials as no net angular momentum has to be transferred out of the spin system. We investigated two different AFM materials in order to learn more about their ultrafast dynamics. In Ho, a metallic AFM below T ≈ 130 K, we found that the AFM Ho can not only be faster but also ten times more energy efficiently destroyed as order in FM comparable metals. In EuTe, an AFM semiconductor below T ≈ 10 K, we compared the loss of magnetization and laser-induced structural distortion in one and the same experiment. Our experiment shows that they are effectively disentangled. An exception is an ultrafast release of lattice dynamics, which we assign to the release of magnetostriction. The results presented here were obtained with time-resolved resonant soft x-ray diffraction at the Femtoslicing source of the Helmholtz-Zentrum Berlin and at the free-electron laser in Stanford (LCLS). In addition the development and setup of a new UHV-diffractometer for these experiments will be reported.}, language = {en} } @misc{Kurcz2005, type = {Master Thesis}, author = {Kurcz, Andreas}, title = {Qed in periodischen und absorbierenden Medien}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-35280}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2005}, abstract = {Das Strahlungsfeld in einem absorbierenden, periodischen Dielektrikum ist kanonisch quantisiert worden. Dabei wurde ein eindimensionales Modell mit punktf{\"o}rmigen Streuern betrachtet, deren Polarisierbarkeit den Kramers-Kronig Relationen gehorcht. Es wurde ein Quantisierungsverfahren nach Kn{\"o}ll, Scheel und Welsch [1] verwendet, das als eine Erg{\"a}nzung zum mikroskopischen Huttner-Barnett Schema [2] aufgefaßt werden kann und in dem auf der Basis der ph{\"a}nomenologischen Maxwell Gleichungen eine bosonische Rauschpolarisation als die Quelle des Feldes auftritt. Das Problem reduziert sich dabei auf die Bestimmung der klassischenGreens Funktion. Die Kramers-Kronig Relationen der komplexen Polarisierbarkeit der Punktstreuer sichert die korrekte Verkn{\"u}pfung zwischen Dispersion und Absorption. Der Punktstreuer ist dabei ein idealisiertes Modell, um periodische Hintergrundmedien, denen das Strahlungsfeld ausgesetzt ist, zu beschreiben. Er bedarf jedoch eines Kompromisses, um die entsprechenden Rauschquellen zu konstruieren. Es konnte gezeigt werden, daß der Punktstreuer dasselbe Streuverhalten wie eine d{\"u}nne Potentialschwelle besitzt und damit die technischen Schwierigkeiten f{\"u}r den Fall eines absorptiven Punktstreuers {\"u}berwunden werden k{\"o}nnen. An Hand dieses Beispiels konnte das Quantisierungsschema nach Kn{\"o}ll, Scheel und Welsch auf periodische und absorbierende Strukturen angewendet werden. Es ist bekannt, daß die Bestimmung der Modenstruktur f{\"u}r den Fall der Modenzerlegung des Strahlungsfeldes ein rein klassisches Problem darstellt. Mit Ausnahme des Vakuums ist eine zweckm{\"a}ßige Modenzerlegung nur dann durchf{\"u}hrbar, wenn mit einer reellen Polarisierbarkeit die Absorption vernachl{\"a}ssigt werden kann. Aus den Kramers-Kronig Relationen wird klar, daß solch eine Annahme nur in bestimmten Intervallen des Frequenzspektrums gerechtfertigt werden kann. Es wurde gezeigt, daß auch das quantisierte Strahlungsfeld in Anwesenheit der Punktstreuer in eben solchen Intervallen in Quasimoden entwickelt werden kann, wenn man neue Quasioperatoren als Erzeuger und Vernichter einf{\"u}hrt. Die bosonischen Vertauschungsrelationen dieser Operatoren konnten best{\"a}tigt werden. Die allgemeine Vertauschungsrelation kanonisch konjugierter Variablen im Sinne der kanonischen Quantisierung kann f{\"u}r das elektrische Feld und das Vektorpotential beibehalten werden. In der Greens Funktion sind s{\"a}mtliche Informationen {\"u}ber die dispersiven und absorptiven Eigenschaften des Dielektrikums sowie {\"u}ber die r{\"a}umliche Struktur enthalten. Die wesentlichen Merkmale werden dabei durch den Reflexionskoeffizienten nach Boedecker und Henkel [3] bestimmt, der das Reflexionsverhalten an einem unendlich ausgedehnten Halbraum aus periodisch angeordneten Punktstreuern beschreibt. Mit Hilfe des Transfermatrixformalismus war es m{\"o}glich einen allgemeinen Zugang zum Reflexionsverhalten zun{\"a}chst endlicher Strukturen zu erhalten. Die Ausdehnung auf den Halbraum mit Hilfe der Klassifizierung in Untergruppen der Transfermatrizen nach erm{\"o}glichte es, den Reflexionskoeffizienten nach Boedecker und Henkel [3] auch geometrisch plausibel zu machen. Ein wesentlicher Aspekt von periodischen Systemen ist die Translationssymmetrie, die im Fall unendlich ausgedehnter, verlustfreier Systeme auf eine ideale Bandstruktur f{\"u}hrt. Mit Hilfe der Untergruppenklassifizierung kann im verlustfreien Fall die Geometrie der Anordnung indirekt mit der Bandstruktur verkn{\"u}pft werden. Es konnte nachgewiesen werden, daß auch der einzelne Punktstreuer immer in einer dieser Untergruppen zu finden ist. Dabei besitzt die Bandstruktur der unendlich periodischen Anordnung dieser Streuer immer eine von der Polarisierbarkeit abh{\"a}ngige Bandkante und eine von der Polarisierbarkeit unabh{\"a}ngige Bandkante. Die Bandstruktur, die mit den verlustbehafteten Feldern einhergeht, ist eine doppelt komplexe. Alternativ zu dieser nur schwer zu interpretierenden Bandstruktur wurden die Feldfluktuationen selektiv nach reellen Frequenzen und Wellenzahlen sondiert. Es zeigt sich, daß Absorption besonders in der N{\"a}he der Bandkanten die B{\"a}nder verbreitert. Die Ergebnisse, die mit Hilfe der lokalen Zustandsdichtefunktion gewonnen wurden, konnten dabei best{\"a}tigt werden. [1] S. Scheel, L. Kn{\"o}ll and D. G. Welsch, Phys.Rev. A 58, 700 (1998). [2] B. Huttner and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 46, 4306 (1992). [3] G. Boedecker and C. Henkel, OPTICS EXPRESS 11, 1590 (2003).}, language = {de} } @phdthesis{Chirvasa2010, author = {Chirvasa, Mihaela}, title = {Finite difference methods for 1st Order in time, 2nd order in space, hyperbolic systems used in numerical relativity}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-42135}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2010}, abstract = {This thesis is concerned with the development of numerical methods using finite difference techniques for the discretization of initial value problems (IVPs) and initial boundary value problems (IBVPs) of certain hyperbolic systems which are first order in time and second order in space. This type of system appears in some formulations of Einstein equations, such as ADM, BSSN, NOR, and the generalized harmonic formulation. For IVP, the stability method proposed in [14] is extended from second and fourth order centered schemes, to 2n-order accuracy, including also the case when some first order derivatives are approximated with off-centered finite difference operators (FDO) and dissipation is added to the right-hand sides of the equations. For the model problem of the wave equation, special attention is paid to the analysis of Courant limits and numerical speeds. Although off-centered FDOs have larger truncation errors than centered FDOs, it is shown that in certain situations, off-centering by just one point can be beneficial for the overall accuracy of the numerical scheme. The wave equation is also analyzed in respect to its initial boundary value problem. All three types of boundaries - outflow, inflow and completely inflow that can appear in this case, are investigated. Using the ghost-point method, 2n-accurate (n = 1, 4) numerical prescriptions are prescribed for each type of boundary. The inflow boundary is also approached using the SAT-SBP method. In the end of the thesis, a 1-D variant of BSSN formulation is derived and some of its IBVPs are considered. The boundary procedures, based on the ghost-point method, are intended to preserve the interior 2n-accuracy. Numerical tests show that this is the case if sufficient dissipation is added to the rhs of the equations.}, language = {en} } @phdthesis{Lampert2009, author = {Lampert, Astrid}, title = {Airborne lidar observations of tropospheric arctic clouds}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-41211}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2009}, abstract = {Due to the unique environmental conditions and different feedback mechanisms, the Arctic region is especially sensitive to climate changes. The influence of clouds on the radiation budget is substantial, but difficult to quantify and parameterize in models. In the framework of the PhD, elastic backscatter and depolarization lidar observations of Arctic clouds were performed during the international Arctic Study of Tropospheric Aerosol, Clouds and Radiation (ASTAR) from Svalbard in March and April 2007. Clouds were probed above the inaccessible Arctic Ocean with a combination of airborne instruments: The Airborne Mobile Aerosol Lidar (AMALi) of the Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research provided information on the vertical and horizontal extent of clouds along the flight track, optical properties (backscatter coefficient), and cloud thermodynamic phase. From the data obtained by the spectral albedometer (University of Mainz), the cloud phase and cloud optical thickness was deduced. Furthermore, in situ observations with the Polar Nephelometer, Cloud Particle Imager and Forward Scattering Spectrometer Probe (Laboratoire de M{\´e}t{\´e}orologie Physique, France) provided information on the microphysical properties, cloud particle size and shape, concentration, extinction, liquid and ice water content. In the thesis, a data set of four flights is analyzed and interpreted. The lidar observations served to detect atmospheric structures of interest, which were then probed by in situ technique. With this method, an optically subvisible ice cloud was characterized by the ensemble of instruments (10 April 2007). Radiative transfer simulations based on the lidar, radiation and in situ measurements allowed the calculation of the cloud forcing, amounting to -0.4 W m-2. This slight surface cooling is negligible on a local scale. However, thin Arctic clouds have been reported more frequently in winter time, when the clouds' effect on longwave radiation (a surface warming of 2.8 W m-2) is not balanced by the reduced shortwave radiation (surface cooling). Boundary layer mixed-phase clouds were analyzed for two days (8 and 9 April 2007). The typical structure consisting of a predominantly liquid water layer on cloud top and ice crystals below were confirmed by all instruments. The lidar observations were compared to European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) meteorological analyses. A change of air masses along the flight track was evidenced in the airborne data by a small completely glaciated cloud part within the mixed-phase cloud system. This indicates that the updraft necessary for the formation of new cloud droplets at cloud top is disturbed by the mixing processes. The measurements served to quantify the shortcomings of the ECMWF model to describe mixed-phase clouds. As the partitioning of cloud condensate into liquid and ice water is done by a diagnostic equation based on temperature, the cloud structures consisting of a liquid cloud top layer and ice below could not be reproduced correctly. A small amount of liquid water was calculated for the lowest (and warmest) part of the cloud only. Further, the liquid water content was underestimated by an order of magnitude compared to in situ observations. The airborne lidar observations of 9 April 2007 were compared to space borne lidar data on board of the satellite Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO). The systems agreed about the increase of cloud top height along the same flight track. However, during the time delay of 1 h between the lidar measurements, advection and cloud processing took place, and a detailed comparison of small-scale cloud structures was not possible. A double layer cloud at an altitude of 4 km was observed with lidar at the West coast in the direct vicinity of Svalbard (14 April 2007). The cloud system consisted of two geometrically thin liquid cloud layers (each 150 m thick) with ice below each layer. While the upper one was possibly formed by orographic lifting under the influence of westerly winds, or by the vertical wind shear shown by ECMWF analyses, the lower one might be the result of evaporating precipitation out of the upper layer. The existence of ice precipitation between the two layers supports the hypothesis that humidity released from evaporating precipitation was cooled and consequently condensed as it experienced the radiative cooling from the upper layer. In summary, a unique data set characterizing tropospheric Arctic clouds was collected with lidar, in situ and radiation instruments. The joint evaluation with meteorological analyses allowed a detailed insight in cloud properties, cloud evolution processes and radiative effects.}, language = {en} } @misc{KoseskaZaikinKurthsetal.2009, author = {Koseska, Aneta and Zaikin, Alexey and Kurths, J{\"u}rgen and Garc{\´i}a-Ojalvo, Jordi}, title = {Timing cellular decision making under noise via cell-cell communication}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-45260}, year = {2009}, abstract = {Many cellular processes require decision making mechanisms, which must act reliably even in the unavoidable presence of substantial amounts of noise. However, the multistable genetic switches that underlie most decision-making processes are dominated by fluctuations that can induce random jumps between alternative cellular states. Here we show, via theoretical modeling of a population of noise-driven bistable genetic switches, that reliable timing of decision-making processes can be accomplished for large enough population sizes, as long as cells are globally coupled by chemical means. In the light of these results, we conjecture that cell proliferation, in the presence of cell-cell communication, could provide a mechanism for reliable decision making in the presence of noise, by triggering cellular transitions only when the whole cell population reaches a certain size. In other words , the summation performed by the cell population would average out the noise and reduce its detrimental impact.}, language = {en} } @phdthesis{Stock2010, author = {Stock, Maria}, title = {Charakterisierung der troposph{\"a}rischen Aerosolvariabilit{\"a}t in der europ{\"a}ischen Arktis}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-49203}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2010}, abstract = {Auf der Grundlage von Sonnenphotometermessungen an drei Messstationen (AWIPEV/ Koldewey in Ny-{\AA}lesund (78.923 °N, 11.923 °O) 1995-2008, 35. Nordpol Driftstation - NP-35 (84.3-85.5 °N, 41.7-56.6 °O) M{\"a}rz/April 2008, Sodankyl{\"a} (67.37 °N, 26.65 °O) 2004-2007) wird die Aerosolvariabilit{\"a}t in der europ{\"a}ischen Arktis und deren Ursachen untersucht. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Frage des Zusammenhanges zwischen den an den Stationen gemessenen Aerosolparametern (Aerosol optische Dicke, Angstr{\"o}m Koeffizient, usw.) und dem Transport des Aerosols sowohl auf kurzen Zeitskalen (Tagen) als auch auf langen Zeitskalen (Monate, Jahre). Um diesen Zusammenhang herzustellen, werden f{\"u}r die kurzen Zeitskalen mit dem Trajektorienmodell PEP-Tracer 5-Tage R{\"u}ckw{\"a}rtstrajektorien in drei Starth{\"o}hen (850 hPa, 700 hPa, 500 hPa) f{\"u}r die Uhrzeiten 00, 06, 12 und 18 Uhr berechnet. Mit Hilfe der nicht-hierarchischen Clustermethode k-means werden die berechneten R{\"u}ckw{\"a}rtstrajektorien dann zu Gruppen zusammengefasst und bestimmten Quellgebieten und den gemessenen Aerosol optischen Dicken zugeordnet. Die Zuordnung von Aerosol optischer Dicke und Quellregion ergibt keinen eindeutigen Zusammenhang zwischen dem Transport verschmutzter Luftmassen aus Europa oder Russland bzw. Asien und erh{\"o}hter Aerosol optischer Dicke. Dennoch ist f{\"u}r einen konkreten Einzelfall (M{\"a}rz 2008) ein direkter Zusammenhang von Aerosoltransport und hohen Aerosol optischen Dicken nachweisbar. In diesem Fall gelangte Waldbrandaerosol aus S{\"u}dwestrussland in die Arktis und konnte sowohl auf der NP-35 als auch in Ny-{\AA}lesund beobachtet werden. In einem weiteren Schritt wird mit Hilfe der EOF-Analyse untersucht, inwieweit großskalige atmosph{\"a}rische Zirkulationsmuster f{\"u}r die Aerosolvariabilit{\"a}t in der europ{\"a}ischen Arktis verantwortlich sind. {\"A}hnlich wie bei der Trajektorienanalyse ist auch die Verbindung der atmosph{\"a}rischen Zirkulation zu den Photometermessungen an den Stationen in der Regel nur schwach ausgepr{\"a}gt. Eine Ausnahme findet sich bei der Betrachtung des Jahresganges des Bodendruckes und der Aerosol optischen Dicke. Hohe Aerosol optische Dicken treten im Fr{\"u}hjahr zum einen dann auf, wenn durch das Islandtief und das sibirische Hochdruckgebiet Luftmassen aus Europa oder Russland/Asien in die Arktis gelangen, und zum anderen, wenn sich ein kr{\"a}ftiges Hochdruckgebiet {\"u}ber Gr{\"o}nland und weiten Teilen der Arktis befindet. Ebenso zeigt sich, dass der {\"U}bergang zwischen Fr{\"u}hjahr und Sommer zumindest teilweise bedingt ist durch denWechsel vom stabilen Polarhoch im Winter und Fr{\"u}hjahr zu einer st{\"a}rker von Tiefdruckgebieten bestimmten arktischen Atmosph{\"a}re im Sommer. Die geringere Aerosolkonzentration im Sommer kann zum Teil mit einer Zunahme der nassen Deposition als Aerosolsenke begr{\"u}ndet werden. F{\"u}r Ny-{\AA}lesund wird neben den Transportmustern auch die chemische Zusammensetzung des Aerosols mit Hilfe von Impaktormessungen an der Zeppelinstation auf dem Zeppelinberg (474m {\"u}.NN) nahe Ny-{\AA}lesund abgeleitet. Dabei ist die positive Korrelation der Aerosoloptischen Dicke mit der Konzentration von Sulfationen und Ruß sehr deutlich. Beide Stoffe gelangen zu einem Großteil durch anthropogene Emissionen in die Atmosph{\"a}re. Die damit nachweisbar anthropogen gepr{\"a}gte Zusammensetzung des arktischen Aerosols steht im Widerspruch zum nicht eindeutig herstellbaren Zusammenhang mit dem Transport des Aerosols aus Industrieregionen. Dies kann nur durch einen oder mehrere gleichzeitig stattfindende Transformationsprozesse (z. B. Nukleation von Schwefels{\"a}urepartikeln) w{\"a}hrend des Transportes aus den Quellregionen (Europa, Russland) erkl{\"a}rt werden.}, language = {de} } @misc{Haakh2009, type = {Master Thesis}, author = {Haakh, Harald Richard}, title = {Cavity QED with superconductors and its application to the Casimir effect}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-32564}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2009}, abstract = {Diese Diplomarbeit untersucht den Casimir-Effekt zwischen normal- und supraleitenden Platten {\"u}ber einen weiten Temperaturbereich, sowie die Casimir-Polder-Wechselwirkung zwischen einem Atom und einer solchen Oberfl{\"a}che. Hierzu wurden vorwiegend numerische und asymptotische Rechnungen durchgef{\"u}hrt. Die optischen Eigenschaften der Oberfl{\"a}chen werden dann aus dielektrischen Funktionen oder optischen Leitf{\"a}higkeiten erhalten. Wichtige Modellen werden vorgestellt und insbesondere im Hinblick auf ihre analytischen und kausalen Eigenschaften untersucht. Es wird vorgestellt, wie sich die Casimir-Energie zwischen zwei normalleitenden Platten berechnen l{\"a}sst. Fr{\"u}here Arbeiten {\"u}ber den in allen metallischen Kavit{\"a}ten vorhandenen Beitrag von Oberfl{\"a}chenplasmonen zur Casimir-Wechselwirkung wurden zum ersten mal auf endliche Temperaturen erweitert. F{\"u}r Supraleiter wird eine analytische Fortsetzung der BCS-Leitf{\"a}higkeiten zu rein imagin{\"a}ren Frequenzen, sowohl innerhalb wie außerhalb des schmutzigen Grenzfalles verschwindender mittlerer freier Wegl{\"a}nge vorgestellt. Es wird gezeigt, dass die aus dieser neuen Beschreibung erhaltene freie Casimir-Energie in bestimmten Bereichen der Materialparameter hervorragend mit der im Rahmen des Zwei-Fluid-Modells f{\"u}r den Supraleiter berechneten {\"u}bereinstimmt. Die Casimir-Entropie einer supraleitenden Kavit{\"a}t erf{\"u}llt den Nernstschen W{\"a}rmesatz und weist einen charakteristischen Sprung beim Erreichen des supraleitenden Phasen{\"u}bergangs auf. Diese Effekte treten ebenfalls in der magnetischen Casimir-Polder-Wechselwirkung eines Atoms mit einer supraleitenden Oberfl{\"a}che auf. Es wird ferner gezeigt, dass die magnetische Dipol-Wechselwirkung eines Atomes mit einem Metall sehr stark von den dissipativen Eigenschaften und insbesondere von den Oberfl{\"a}chenstr{\"o}men abh{\"a}ngt. Dies f{\"u}hrt zu einer starken Unterdr{\"u}ckung der magnetischen Casimir-Polder-Energie bei endlichen Temperaturen und Abst{\"a}nden oberhalb der thermischen Wellenl{\"a}nge. Die Casimir-Polder-Entropie verletzt in einigen Modellen den Nernstschen W{\"a}rmesatz.{\"A}hnliche Effekte werden f{\"u}r den Casimir-Effekt zwischen Platten kontrovers diskutiert. In den entsprechenden elektrischen Dipol-Wechselwirkungen tritt keiner dieser Effekte auf. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, das bekannte Plasma-Modells als Grenzfall eines Supraleiters bei niedrigen Temperaturen (bekannt als London-Theorie) zu betrachten, statt als Beschreibung eines normales Metalles. Supraleiter bieten die M{\"o}glichkeit, die Dissipation der Oberfl{\"a}chenstr{\"o}me in hohem Maße zu steuern. Dies k{\"o}nnte einen experimentellen Zugang zu den optischen Eigenschaften von Metallen bei niedrigen Frequenzen erlauben, die eng mit dem thermischen Casimir-Effekt verkn{\"u}pft sind. Anders als in entsprechenden Mikrowellen-Experimenten sind hierbei die Energien und Impulse unabh{\"a}ngige Gr{\"o}ßen. Die Messung der Oberfl{\"a}chenwechselwirkung zwischen Atomen und Supraleitern ist mit den heute verf{\"u}gbaren Atomfallen auf Mikrochips m{\"o}glich und der magnetische Anteil der Wechselwirkung sollte spektroskopischen Techniken zug{\"a}nglich sein}, language = {en} } @misc{Mulansky2009, type = {Master Thesis}, author = {Mulansky, Mario}, title = {Localization properties of nonlinear disordered lattices}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-31469}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2009}, abstract = {In this thesis, the properties of nonlinear disordered one dimensional lattices is investigated. Part I gives an introduction to the phenomenon of Anderson Localization, the Discrete Nonlinear Schroedinger Equation and its properties as well as the generalization of this model by introducing the nonlinear index α. In Part II, the spreading behavior of initially localized states in large, disordered chains due to nonlinearity is studied. Therefore, different methods to measure localization are discussed and the structural entropy as a measure for the peak structure of probability distributions is introduced. Finally, the spreading exponent for several nonlinear indices is determined numerically and compared with analytical approximations. Part III deals with the thermalization in short disordered chains. First, the term thermalization and its application to the system in use is explained. Then, results of numerical simulations on this topic are presented where the focus lies especially on the energy dependence of the thermalization properties. A connection with so-called breathers is drawn.}, language = {en} } @phdthesis{Weber2004, author = {Weber, Michael H.}, title = {Robotic telescopes \& Doppler imaging : measuring differential rotation on long-period active stars}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001834}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {Auf der Sonne sind viele Ph{\"a}nomene zu sehen die mit der solaren magnetischen Aktivit{\"a}t zusammenh{\"a}ngen. Das daf{\"u}r zust{\"a}ndige Magnetfeld wird durch einen Dynamo erzeugt, der sich vermutlich am Boden der Konvektionszone in der sogenannten Tachocline befindet. Angetrieben wird der Dynamo teils von der differenziellen Rotation, teils von den magnetischen Turbulenzen in der Konvektionszone. Die differentielle Rotation kann an der Sonnenoberfl{\"a}che durch beobachten der Sonnenfleckbewegungen gemessen werden.Um einen gr{\"o}ßeren Parameterraum zum Testen von Dynamotheorien zu erhalten, kann man diese Messungen auch auf andere Sterne ausdehnen. Das prim{\"a}re Problem dabei ist, dass die Oberfl{\"a}chen von Sternen nicht direkt beobachtet werden k{\"o}nnen. Indirekt kann man dies jedoch mit Hilfe der Doppler-imaging Methode erreichen, die die Doppler-Verbreitung der Spektrallinien von schnell rotierenden Sternen ben{\"u}tzt. Um jedoch ein Bild der Sternoberfl{\"a}che zu erhalten, bedarf es vieler hochaufgel{\"o}ster spektroskopischer Beobachtungen, die gleichm{\"a}ßig {\"u}ber eine Sternrotation verteilt sein m{\"u}ssen. F{\"u}r Sterne mit langen Rotationsperioden sind diese Beobachtungen nur schwierig durchzuf{\"u}hren. Das neue robotische Observatorium STELLA adressiert dieses Problem und bietet eine auf Dopplerimaging abgestimmte Ablaufplanung der Beobachtungen an. Dies wird solche Beobachtungen nicht nur leichter durchf{\"u}hrbar machen, sondern auch effektiver gestalten.Als Vorschau welche Ergebnisse mit STELLA erwartet werden k{\"o}nnen dient eine Studie an sieben Sternen die allesamt eine lange (zwischen sieben und 25 Tagen) Rotationsperiode haben. Alle Sterne zeigen differentielle Rotation, allerdings sind die Messfehler aufgrund der nicht zufriedenstellenden Datenqualit{\"a}t von gleicher Gr{\"o}ßenordnung wie die Ergebnisse, ein Problem das bei STELLA nicht auftreten wird. Um die Konsistenz der Ergebnisse zu pr{\"u}fen wurde wenn m{\"o}glich sowohl eine Kreuzkorrelationsanalyse als auch die sheared-image Methode angewandt. Vier von diesen sieben Sternen weisen eine differentielle Rotation in umgekehrter Richtung auf als auf der Sonne zu sehen ist. Die restlichen drei Sterne weisen schwache, aber in der Richtung sonnen{\"a}hnliche differentielle Rotation auf.Abschließend werden diese neuen Messungen mit bereits publizierten Werten kombiniert, und die so erhaltenen Daten auf Korrelationen zwischen differentieller Rotation, Rotationsperiode, Evolutionsstaus, Spektraltyp und Vorhandensein eines Doppelsterns {\"u}berpr{\"u}ft. Alle Sterne zusammen zeigen eine signifikante Korrelation zwischen dem Betrag der differenziellen Rotation und der Rotationsperiode. Unterscheidet man zwischen den Richtungen der differentiellen Rotation, so bleibt nur eine Korrelation der Sterne mit antisolarem Verhalten. Dar{\"u}berhinaus zeigt sich auch, dass Doppelsterne schw{\"a}cher differentiell rotieren.}, language = {en} } @phdthesis{Cemeljic2005, author = {Cemeljic, Miljenko}, title = {Resistive magnetohydrodynamic jets from protostellar accretion disks}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001845}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2005}, abstract = {Astrophysikalische Jets sind ausgedehnte, kollimierte Massenausfl{\"u}sse von verschiedenen astronomischen Objekten. Zeitabh{\"a}ngige magnetohydrodynamische (MHD) Simulationen der Jet-Entwicklung m{\"u}ssen den Akrretionsprozess in der Scheibe ber{\"u}cksichtigen, da der Jet aus der Scheibenmaterie gespeist wird. Allerdings ist die simultane Berechnung der Entwicklung von Scheibe und Jet schwierig, da die charakteristischen Zeitskalen unterschiedlich sind. Selbst{\"a}hnliche Modelle zeigten, daß eine Beschreibung der Jetentstehung aus einer Akkretionsscheibe durch rein magnetische Prozesse m{\"o}glich ist.}, language = {en} } @phdthesis{Allefeld2004, author = {Allefeld, Carsten}, title = {Phase synchronization analysis of event-related brain potentials in language processing}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001873}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {Das Forschungsthema Synchronisation bildet einen Schnittpunkt von Nichtlinearer Dynamik und Neurowissenschaft. So hat zum einen neurobiologische Forschung gezeigt, daß die Synchronisation neuronaler Aktivit{\"a}t einen wesentlichen Aspekt der Funktionsweise des Gehirns darstellt. Zum anderen haben Fortschritte in der physikalischen Theorie zur Entdeckung des Ph{\"a}nomens der Phasensynchronisation gef{\"u}hrt. Eine dadurch motivierte Datenanalysemethode, die Phasensynchronisations-Analyse, ist bereits mit Erfolg auf empirische Daten angewandt worden. Die vorliegende Dissertation kn{\"u}pft an diese konvergierenden Forschungslinien an. Ihren Gegenstand bilden methodische Beitr{\"a}ge zur Fortentwicklung der Phasensynchronisations-Analyse, sowie deren Anwendung auf ereigniskorrelierte Potentiale, eine besonders in den Kognitionswissenschaften wichtige Form von EEG-Daten. Die methodischen Beitr{\"a}ge dieser Arbeit bestehen zum ersten in einer Reihe spezialisierter statistischer Tests auf einen Unterschied der Synchronisationsst{\"a}rke in zwei verschiedenen Zust{\"a}nden eines Systems zweier Oszillatoren. Zweitens wird im Hinblick auf den viel-kanaligen Charakter von EEG-Daten ein Ansatz zur multivariaten Phasensynchronisations-Analyse vorgestellt. Zur empirischen Untersuchung neuronaler Synchronisation wurde ein klassisches Experiment zur Sprachverarbeitung repliziert, in dem der Effekt einer semantischen Verletzung im Satzkontext mit demjenigen der Manipulation physischer Reizeigenschaften (Schriftfarbe) verglichen wird. Hier zeigt die Phasensynchronisations-Analyse eine Verringerung der globalen Synchronisationsst{\"a}rke f{\"u}r die semantische Verletzung sowie eine Verst{\"a}rkung f{\"u}r die physische Manipulation. Im zweiten Fall l{\"a}ßt sich der global beobachtete Synchronisationseffekt mittels der multivariaten Analyse auf die Interaktion zweier symmetrisch gelegener Gehirnareale zur{\"u}ckf{\"u}hren. Die vorgelegten Befunde zeigen, daß die physikalisch motivierte Methode der Phasensynchronisations-Analyse einen wesentlichen Beitrag zur Untersuchung ereigniskorrelierter Potentiale in den Kognitionswissenschaften zu leisten vermag.}, language = {en} } @phdthesis{Clodong2004, author = {Clodong, S{\´e}bastien}, title = {Recurrent outbreaks in ecology : chaotic dynamics in complex networks}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001626}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {Gegenstand der Dissertation ist die Untersuchung von wiederkehrenden Ausbr{\"u}chen (wie z.B. Epidemien) in der Natur. Dies gelang anhand von Modellen, die die Dynamik von Phytoplankton und die Ausbreitung von Krankheiten zwischen St{\"a}dten beschreiben. Diese beide Systeme bilden hervorragende Beispiele f{\"u}r solche Ph{\"a}nomene. Die Frage, ob die in der Zeit wiederkehrenden Ausbr{\"u}che ein Ausdruck chaotischer Dynamik sein k{\"o}nnen, ist aktuell in der {\"O}kologie und fasziniert Wissenschaftler dieser Disziplin. Wir konnten zeigen, dass sich das Plankton-Modell im Falle von periodischem Antreiben {\"u}ber die N{\"a}hrstoffe in einem chaotischen Regime befindet. Diese Dynamik wurde als die komplexe Wechselwirkung zweier Oszillatoren verstanden. Ebenfalls wurde die Ausbreitung von Epidemien in Netzwerken wechselwirkender St{\"a}dte mit unterschiedlichen Gr{\"o}ssen untersucht. Daf{\"u}r wurde zun{\"a}chst die Kopplung zwischen zwei St{\"a}dten als Verh{\"a}ltnis der Stadtgr{\"o}ssen eingef{\"u}hrt. Es konnte gezeigt werden, dass das System sich in einem globalen zweij{\"a}hrigen Zyklus, der auch in den realen Daten beobachtet wird, befinden kann. Der Effekt von Heterogenit{\"a}t in der Gr{\"o}sseverteilung ist durch gewichtete Kopplung von generischen Modellen (Zelt- und Logistische Abbildung) in Netzwerken im Detail untersucht worden. Eine neue Art von Kopplungsfunktion mit nichtlinearer S{\"a}ttigung wurde eingef{\"u}hrt, um die Stabilit{\"a}t des Systems zu gew{\"a}hrleisten. Diese Kopplung beinhaltet einen Parameter, der es erlaubt, die Netzwerktopologie von globaler Kopplung in gerichtete Netzwerke gleichm{\"a}ssig umzuwandeln. Die Dynamik des Systems wurde anhand von Bifurkationsdiagrammen untersucht. Zum Verst{\"a}ndnis dieser Dynamik wurde eine effektive Theorie, die die beobachteten Bifurkationen sehr gut nachahmt, entwickelt.}, language = {en} } @phdthesis{Thiel2004, author = {Thiel, Marco}, title = {Recurrences : exploiting naturally occurring analogues}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001633}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {In der vorliegenden Arbeit wird die Wiederkehr im Phasenraum ausgenutzt. Dabei werden drei Hauptresultate besprochen. 1. Die Wiederkehr erlaubt die Vorhersagbarkeit des Systems zu quantifizieren. 2. Die Wiederkehr enthaelt (unter bestimmten Voraussetzungen) s{\"a}mtliche relevante Information {\"u}ber die Dynamik im Phasenraum 3. Die Wiederkehr erlaubt die Erzeugung dynamischer Ersatzdaten.}, language = {en} } @phdthesis{Donner2006, author = {Donner, Reik Volker}, title = {Advanced methods for analysing and modelling multivariate palaeoclimatic time series}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-12560}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2006}, abstract = {The separation of natural and anthropogenically caused climatic changes is an important task of contemporary climate research. For this purpose, a detailed knowledge of the natural variability of the climate during warm stages is a necessary prerequisite. Beside model simulations and historical documents, this knowledge is mostly derived from analyses of so-called climatic proxy data like tree rings or sediment as well as ice cores. In order to be able to appropriately interpret such sources of palaeoclimatic information, suitable approaches of statistical modelling as well as methods of time series analysis are necessary, which are applicable to short, noisy, and non-stationary uni- and multivariate data sets. Correlations between different climatic proxy data within one or more climatological archives contain significant information about the climatic change on longer time scales. Based on an appropriate statistical decomposition of such multivariate time series, one may estimate dimensions in terms of the number of significant, linear independent components of the considered data set. In the presented work, a corresponding approach is introduced, critically discussed, and extended with respect to the analysis of palaeoclimatic time series. Temporal variations of the resulting measures allow to derive information about climatic changes. For an example of trace element abundances and grain-size distributions obtained near the Cape Roberts (Eastern Antarctica), it is shown that the variability of the dimensions of the investigated data sets clearly correlates with the Oligocene/Miocene transition about 24 million years before present as well as regional deglaciation events. Grain-size distributions in sediments give information about the predominance of different transportation as well as deposition mechanisms. Finite mixture models may be used to approximate the corresponding distribution functions appropriately. In order to give a complete description of the statistical uncertainty of the parameter estimates in such models, the concept of asymptotic uncertainty distributions is introduced. The relationship with the mutual component overlap as well as with the information missing due to grouping and truncation of the measured data is discussed for a particular geological example. An analysis of a sequence of grain-size distributions obtained in Lake Baikal reveals that there are certain problems accompanying the application of finite mixture models, which cause an extended climatological interpretation of the results to fail. As an appropriate alternative, a linear principal component analysis is used to decompose the data set into suitable fractions whose temporal variability correlates well with the variations of the average solar insolation on millenial to multi-millenial time scales. The abundance of coarse-grained material is obviously related to the annual snow cover, whereas a significant fraction of fine-grained sediments is likely transported from the Taklamakan desert via dust storms in the spring season.}, language = {en} } @phdthesis{Zickfeld2003, author = {Zickfeld, Kirsten}, title = {Modeling large-scale singular climate events for integrated assessment}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001176}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2003}, abstract = {Erkenntnisse aus pal{\"a}oklimatologischen Studien, theoretischen Betrachtungen und Modellsimulationen deuten darauf hin, dass anthropogene Emissionen von Treibhausgasen und Aerosolen zu großskaligen, singul{\"a}ren Klimaereignissen f{\"u}hren k{\"o}nnten. Diese bezeichnen stark nichtlineare, abrupte Klima{\"a}nderungen, mit regionalen bis hin zu globalen Auswirkungen. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von Modellen zweier maßgeblicher Komponenten des Klimasystems, die singul{\"a}res Verhalten aufweisen k{\"o}nnten: die atlantische thermohaline Zirkulation (THC) und der indische Monsun. Diese Modelle sind so konzipiert, dass sie den Anforderungen der "Integrated Assessment"-Modellierung gen{\"u}gen, d.h., sie sind realistisch, recheneffizient, transparent und flexibel. Das THC-Modell ist ein einfaches, interhemisph{\"a}risches Boxmodell, das anhand von Daten kalibriert wird, die mit einem gekoppelten Klimamodell mittlerer Komplexit{\"a}t erzeugt wurden. Das Modell wird durch die globale Mitteltemperatur angetrieben, die mit Hilfe eines linearen Downscaling-Verfahrens in regionale W{\"a}rme- und S{\"u}ßwasserfl{\"u}sse {\"u}bersetzt wird. Die Ergebnisse einer Vielzahl von zeitabh{\"a}ngigen Simulationen zeigen, dass das Modell in der Lage ist, maßgebliche Eigenschaften des Verhaltens komplexer Klimamodelle wiederzugeben, wie die Sensitivit{\"a}t bez{\"u}glich des Ausmaßes, der regionalen Verteilung und der Rate der Klima{\"a}nderung. Der indische Monsun wird anhand eines neuartigen eindimensionalen Boxmodells der tropischen Atmosph{\"a}re beschrieben. Dieses enth{\"a}lt Parmetrisierungen der Oberfl{\"a}chen- und Strahlungsfl{\"u}sse, des hydrologischen Kreislaufs und derHydrologie der Landoberfl{\"a}che. Trotz des hohen Idealisierungsgrades ist das Modell in der Lage, relevante Aspekte der beobachteten Monsundynamik, wie z.B. den Jahresgang des Niederschlags und das Eintritts- sowie R{\"u}ckzugsdatum des Sommermonsuns, zufrieden stellend zu simulieren. Außerdem erfasst das Modell die Sensitivit{\"a}tdes Monsuns bez{\"u}glich {\"A}nderungen der Treibhausgas- und Aerosolkonzentrationen, die aus komplexeren Modellen bekannt sind. Eine vereinfachte Version des Monsunmodells wird f{\"u}r die Untersuchung des qualitativen Systemverhaltens in Abh{\"a}ngigkeit von {\"A}nderungen der Randbedingungen eingesetzt. Das bemerkenswerteste Ergebnis ist das Auftreten einer Sattelknotenbifurkation des Sommermonsuns f{\"u}r kritische Werte der Albedo oder der Sonneneinstrahlung. Dar{\"u}ber hinaus weist das Modell zwei stabile Zust{\"a}nde auf: neben dem niederschlagsreichen Sommermonsun besteht ein Zustand, der sich durch einen schwachen hydrologischen Kreislauf auszeichnet. Das Beachtliche an diesen Ergebnissen ist, dass anthropogene St{\"o}rungen der plantetaren Albedo, wie Schwefelemissionen und/oder Landnutzungs{\"a}nderungen, zu einer Destabilisierung des indischen Monsuns f{\"u}hren k{\"o}nnten. Das THC-Boxmodell findet exemplarische Anwendung in einem "Integrated Assessment" von Klimaschutzstrategien. Basierend auf dem konzeptionellen und methodischen Ger{\"u}st des Leitplankenansatzes werden Emissionskorridore (d.h. zul{\"a}ssige Spannen an CO2-Emissionen) berechnet, die das Risiko eines THC-Zusammenbruchs begrenzen sowie sozio{\"o}konomische Randbedingungen ber{\"u}cksichtigen. Die Ergebnisse zeigen u.a. eine starke Abh{\"a}ngigkeit der Breite der Emissionskorridore von der Klima- und hydrologischen Sensitivit{\"a}t. F{\"u}r kleine Werte einer oder beider Sensitivit{\"a}ten liegt der obere Korridorrand bei weit h{\"o}heren Emissionswerten als jene, die von plausiblen Emissionsszenarien f{\"u}r das 21. Jahrhundert erreicht werden. F{\"u}r große Werte der Sensitivit{\"a}ten hingegen, verlassen schon niedrige Emissionsszenarien den Korridor in den fr{\"u}hen Jahrzehnten des 21. Jahrhunderts. Dies impliziert eine Abkehr von den gegenw{\"a}rtigen Emissionstrends innherhalb der kommenden Jahrzehnte, wenn das Risko eines THC Zusammenbruchs gering gehalten werden soll. Anhand einer Vielzahl von Anwendungen - von Sensitivit{\"a}ts- {\"u}ber Bifurkationsanalysen hin zu integrierter Modellierung - zeigt diese Arbeit den Wert reduzierter Modelle auf. Die Ergebnisse und die daraus zu ziehenden Schlussfolgerungen liefern einen wertvollen Beitrag zu der wissenschaftlichen und politischen Diskussion bez{\"u}glich der Folgen des anthropogenen Klimawandels und der langfristigen Klimaschutzziele.}, language = {en} } @phdthesis{Schwarz2004, author = {Schwarz, Ulrich Sebastian}, title = {Forces and elasticity in cell adhesion}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001343}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {Das Verhalten adh{\"a}renter Zellen h{\"a}ngt stark von den chemischen, topographischen und mechanischen Eigenschaften ihrer Umgebung ab. Experimentelle Untersuchungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass adh{\"a}rente Zellen aktiv die elastischen Eigenschaften ihrer Umgebung erkunden, indem sie an dieser ziehen. Der resultierende Kraftaufbau h{\"a}ngt von den elastischen Eigenschaften der Umgebung ab und wird an den Adh{\"a}sionskontakten in entsprechende biochemische Signale umgewandelt, die zellul{\"a}re Programme wie Wachstum, Differenzierung, programmierten Zelltod und Zellbewegung mitbestimmen. Im Allgemeinen sind Kr{\"a}fte wichtige Einflussgr{\"o}ßen in biologischen Systemen. Weitere Beispiele daf{\"u}r sind H{\"o}r- und Tastsinn, Wundheilung sowie die rollende Adh{\"a}sion von weißen Blutk{\"o}rperchen auf den W{\"a}nden der Blutgef{\"a}ße. In der Habilitationsschrift von Ulrich Schwarz werden mehrere theoretische Projekte vorgestellt, die die Rolle von Kr{\"a}ften und Elastizit{\"a}t in der Zelladh{\"a}sion untersuchen. (1) Es wurde eine neue Methode entwickelt, um die Kr{\"a}fte auszurechnen, die Zellen an den Kontaktpunkten auf mikro-strukturierte elastische Substrate aus{\"u}ben. Das Hauptergebnis ist, dass Zell-Matrix-Kontakte als Mechanosensoren funktionieren, an denen interne Kr{\"a}fte in Proteinaggregation umgewandelt werden. (2) Eine Ein-Schritt-Master-Gleichung, die die stochastische Dynamik von Adh{\"a}sionsclustern als Funktion von Clustergr{\"o}ße, R{\"u}ckbindungsrate und Kraft beschreibt, wurde sowohl analytisch als auch numerisch gel{\"o}st. Zudem wurde dieses Modell auf Zell-Matrix-Kontakte, dynamische Kraftspektroskopie sowie die rollende Adh{\"a}sion angewandt. (3) Im Rahmen der linearen Elastizit{\"a}tstheorie und mit Hilfe des Konzepts der Kraftdipole wurde ein Modell formuliert und gel{\"o}st, das die Positionierung und Orientierung von Zellen in weicher Umgebung vorhersagt. Diese Vorhersagen sind in guter {\"U}bereinstimmung mit zahlreichen experimentellen Beobachtungen f{\"u}r Fibroblasten auf elastischen Substraten und in Kollagen-Gelen.}, language = {en} } @phdthesis{Feldmeier2001, author = {Feldmeier, Achim}, title = {Hydrodynamics of astrophysical winds driven by scattering in spectral lines}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000388}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2001}, abstract = {Liniengetriebene Winde werden durch Impuls{\"u}bertrag von Photonen auf ein Plasma bei Absorption oder Streuung in zahlreichen Spektrallinien beschleunigt. Dieser Prozess ist besonders effizient f{\"u}r ultraviolette Strahlung und Plasmatemperaturen zwischen 10^4 K und 10^5 K. Zu den astronomischen Objekten mit liniengetriebenen Winden geh{\"o}ren Sterne der Spektraltypen O, B und A, Wolf-Rayet-Sterne sowie Akkretionsscheiben verschiedenster Gr{\"o}ßenordnung, von Scheiben um junge Sterne und in kataklysmischen Ver{\"a}nderlichen bis zu Quasarscheiben. Es ist bislang nicht m{\"o}glich, das vollst{\"a}ndige Windproblem numerisch zu l{\"o}sen, also die Hydrodynamik, den Strahlungstransport und das statistische Gleichgewicht dieser Str{\"o}mungen gleichzeitig zu behandeln. Die Betonung liegt in dieser Arbeit auf der Windhydrodynamik, mit starken Vereinfachungen in den beiden anderen Gebieten. Wegen pers{\"o}nlicher Beteiligung betrachte ich drei Themen im Detail. 1. Windinstabilit{\"a}t durch Dopplerde-shadowing des Gases. Die Instabilit{\"a}t bewirkt, dass Windgas in dichte Schalen komprimiert wird, die von starken Stoßfronten begrenzt sind. Schnelle Wolken entstehen im Raum zwischen den Schalen und stoßen mit diesen zusammen. Dies erzeugt R{\"o}ntgenflashes, die die beobachtete R{\"o}ntgenstrahlung heißer Sterne erkl{\"a}ren k{\"o}nnen. 2. Wind runway durch radiative Wellen. Der runaway zeigt, warum beobachtete liniengetriebene Winde schnelle, kritische L{\"o}sungen anstelle von Brisenl{\"o}sungen (oder shallow solutions) annehmen. Unter bestimmten Bedingungen stabilisiert der Wind sich auf masse{\"u}berladenen L{\"o}sungen, mit einem breiten, abbremsenden Bereich und Knicken im Geschwindigkeitsfeld. 3. Magnetische Winde von Akkretionsscheiben um Sterne oder in aktiven Galaxienzentren. Die Linienbeschleunigung wird hier durch die Zentrifugalkraft entlang korotierender poloidaler Magnetfelder und die Lorentzkraft aufgrund von Gradienten im toroidalen Feld unterst{\"u}tzt. Ein Wirbelblatt, das am inneren Scheibenrand beginnt, kann zu stark erh{\"o}hten Massenverlustraten f{\"u}hren.}, language = {en} } @phdthesis{Zaks2001, author = {Zaks, Michael A.}, title = {Fractal Fourier spectra in dynamical systems}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000500}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2001}, abstract = {Eine klassische Art, die Dynamik nichtlinearer Systeme zu beschreiben, besteht in der Analyse ihrer Fourierspektren. F{\"u}r periodische und quasiperiodische Prozesse besteht das Fourierspektrum nur aus diskreten Deltafunktionen. Das Spektrum einer chaotischen Bewegung ist hingegen durch das Vorhandensein einer stetigen Komponente gekennzeichnet. In der Arbeit geht es um einen eigenartigen, weder regul{\"a}ren noch vollst{\"a}ndig chaotischen Zustand mit sogenanntem singul{\"a}rstetigen Leistungsspektrum. Unsere Analyse ergab verschiedene F{\"a}lle aus weit auseinanderliegenden Gebieten, in denen singul{\"a}r stetige (fraktale) Spektren auftreten. Die Beispiele betreffen sowohl physikalische Prozesse, die auf iterierte diskrete Abbildungen oder gar symbolische Sequenzen reduzierbar sind, wie auch Prozesse, deren Beschreibung auf den gew{\"o}hnlichen oder partiellen Differentialgleichungen basiert.}, subject = {Nichtlineares dynamisches System / Harmonische Analyse / Fraktal}, language = {en} } @phdthesis{Rosenblum2003, author = {Rosenblum, Michael}, title = {Phase synchronization of chaotic systems : from theory to experimental applications}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000682}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2003}, abstract = {In einem klassischen Kontext bedeutet Synchronisierung die Anpassung der Rhythmen von selbst-erregten periodischen Oszillatoren aufgrund ihrer schwachen Wechselwirkung. Der Begriff der Synchronisierung geht auf den ber{\"u}hmten niederl{\"a}andischen Wissenschaftler Christiaan Huygens im 17. Jahrhundert zur{\"u}ck, der {\"u}ber seine Beobachtungen mit Pendeluhren berichtete. Wenn zwei solche Uhren auf der selben Unterlage plaziert wurden, schwangen ihre Pendel in perfekter {\"U}bereinstimmung. Mathematisch bedeutet das, daß infolge der Kopplung, die Uhren mit gleichen Frequenzen und engverwandten Phasen zu oszillieren begannen. Als wahrscheinlich {\"a}ltester beobachteter nichtlinearer Effekt wurde die Synchronisierung erst nach den Arbeiten von E. V. Appleton und B. Van der Pol gegen 1920 verstanden, die die Synchronisierung in Triodengeneratoren systematisch untersucht haben. Seitdem wurde die Theorie gut entwickelt, und hat viele Anwendungen gefunden. Heutzutage weiss man, dass bestimmte, sogar ziemlich einfache, Systeme, ein chaotisches Verhalten aus{\"u}ben k{\"o}nnen. Dies bedeutet, dass ihre Rhythmen unregelm{\"a}ßig sind und nicht durch nur eine einzige Frequenz charakterisiert werden k{\"o}nnen. Wie in der Habilitationsarbeit gezeigt wurde, kann man jedoch den Begriff der Phase und damit auch der Synchronisierung auf chaotische Systeme ausweiten. Wegen ihrer sehr schwachen Wechselwirkung treten Beziehungen zwischen den Phasen und den gemittelten Frequenzen auf und f{\"u}hren damit zur {\"U}bereinstimmung der immer noch unregelm{\"a}ßigen Rhythmen. Dieser Effekt, sogenannter Phasensynchronisierung, konnte sp{\"a}ter in Laborexperimenten anderer wissenschaftlicher Gruppen best{\"a}tigt werden. Das Verst{\"a}ndnis der Synchronisierung unregelm{\"a}ßiger Oszillatoren erlaubte es uns, wichtige Probleme der Datenanalyse zu untersuchen. Ein Hauptbeispiel ist das Problem der Identifikation schwacher Wechselwirkungen zwischen Systemen, die nur eine passive Messung erlauben. Diese Situation trifft h{\"a}ufig in lebenden Systemen auf, wo Synchronisierungsph{\"a}nomene auf jedem Niveau erscheinen - auf der Ebene von Zellen bis hin zu makroskopischen physiologischen Systemen; in normalen Zust{\"a}nden und auch in Zust{\"a}nden ernster Pathologie. Mit unseren Methoden konnten wir eine Anpassung in den Rhythmen von Herz-Kreislauf und Atmungssystem in Menschen feststellen, wobei der Grad ihrer Interaktion mit der Reifung zunimmt. Weiterhin haben wir unsere Algorithmen benutzt, um die Gehirnaktivit{\"a}t von an Parkinson Erkrankten zu analysieren. Die Ergebnisse dieser Kollaboration mit Neurowissenschaftlern zeigen, dass sich verschiedene Gehirnbereiche genau vor Beginn des pathologischen Zitterns synchronisieren. Außerdem gelang es uns, die f{\"u}r das Zittern verantwortliche Gehirnregion zu lokalisieren.}, language = {en} } @phdthesis{Fendt2002, author = {Fendt, Christian}, title = {Formation of astrophysical jets}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000733}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2002}, abstract = {popul{\"a}rwissenschaftlicher Abstract: Astrophysikalische Jets sind hochkollimierte Plasmastr{\"o}mungen hoher Geschwindigkeit. Sie werden als allgemeines Ph{\"a}nomen bei unterschiedlichsten astronomischen Quellen gefunden - bei Objekten die sich sowohl in der Gr{\"o}ssenskala als auch im Energieumsatz um viele Gr{\"o}ssenordnungen unterscheiden. Jets werden beobachtet bei jungen stellaren Objekten (etwa TTauri-Sternen oder eingebettete IR-Quellen), bei sogenannten Mikroquasaren und bei aktiven galaktischen Kernen (etwa Radiogalaxien oder Quasare). So unterschiedlich die Jetquellen von ihrer Erscheinung sein m{\"o}gen, zwei Tatsachen scheinen sie zu vereinen: Alle Jetquellen zeigen ebenfalls Hinweise auf die Existenz einer Akkretionsscheibe und von Magnetfeldern. Damit sind die wichtigsten Punkte einer Theorie der Jetentstehung schon umrissen. Sie muss sowohl die komplexe Struktur der Jetquelle ber{\"u}cksichtigen - ein System bestehend aus einem Zentralobjekt, der es umgebenden Scheibe, und dem Jet - als auch die magnetohydrodynamische Wechselwirkung zwischen diesen Komponenten. Die magnetohydrodynamischen Gleichungen f{\"u}r solch ein Problem sind derart kompliziert, dass sie meist nur numerisch, also nur mit dem Computer zu l{\"o}sen sind. Zus{\"a}tzlich sind viele vereinfachende Annahmen notwendig, da sonst auch der Computer {\"u}berfordert waere. Im allgemeinen sind folgende Fragestellungen zu l{\"o}sen: - Die Frage, wie ein Scheibenwind langsamer Geschwindigkeit beschleunigt wird und in einen Jet kollimiert wird (\"jet formation\"). - Die Frage, wie ein Ausfluss aus der Akkretionsscheibe {\"u}berhaupt entsteht, d.h. die Frage wie die akkretierende Materie der Scheibe in den Scheibenwind umgelenkt wird (\"jet launching\"). - Die Frage, wie und wo das Magnetfeld, das zur Jetentstehung notwendig scheint, erzeugt wird. - Die Frage der Stabilit{\"a}t des asymptotischen Jets {\"u}ber weite Laengenskalen und die Rolle der Strahlungsprozesse. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die erste Frage. Der Versuch ihrer Beantwortung wird auf verschiedene Weise angestrebt. Zum einen durch L{\"o}sung der zeitunabh{\"a}ngigen Gleichungen, mit deren Hilfe das gesamte Jetentstehungsgebiet numerisch erfasst werden kann, zum anderen durch zeitabh{\"a}ngige Simulationen, die zwar nur einen Ausschnitt aufl{\"o}sen, daf{\"u}r aber die zeitliche Entwicklung des Jets liefern koennen. Es werden relativistische und nicht-relativistische L{\"o}sungen diskutiert, Jets, die einen magnetisierten Stern im Ursprung haben und solche, wo dort ein schwarzes Loch existiert. Insgeamt sind grundlegenden Resultate aber allgemein g{\"u}ltig. Sie best{\"a}tigen die Vorstellung der magnetohydrodynamischen Entstehung astrophysikalischer Jets aus Akkretionsscheiben.}, language = {en} } @phdthesis{Schneider2004, author = {Schneider, Judith}, title = {Dynamical structures and manifold detection in 2D and 3D chaotic flows}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001696}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {In dieser Arbeit werden die dynamischen Strukturen und Mannigfaltigkeiten in geschlossenen chaotischen Systemen untersucht. Das Wissen um diese dynamischen Strukturen (und Mannigfaltigkeiten) ist von Bedeutung, da sie uns einen ersten {\"U}berblick {\"u}ber die Dynamik des Systems geben, dass heisst, mit ihrer Hilfe sind wir in der Lage, das System zu charakterisieren und eventuell sogar seine Dynamik vorherzusagen. Die Visualisierung der dynamischen Strukturen, speziell in geschlossenen chaotischen Systemen, ist ein schwieriger und oft langer Prozess. Hier werden wir die sogenannte 'Leaking-Methode' (an Beispielen einfacher mathematischer Modelle wie der B{\"a}cker- oder der Sinus Abbildung) vorstellen, mit deren Hilfe wir die M{\"o}glichkeit haben, Teile der Mannigfaltigkeiten des chaotischen Sattels des Systems zu visualisieren. Vergleiche zwischen den gewonnenen Strukturen und Strukturen die durch chemische oder biologische Reaktionen hervorgerufen werden, werden anhand eines kinematischen Modells des Golfstroms durchgef{\"u}hrt. Es wird gezeigt, dass mittels der Leaking-Methode dynamische Strukturen auch in Umweltsystemen sichtbar gemacht werden k{\"o}nnen. Am Beispiel eines realistischen Modells des Mittelmeeres erweitern wir die Leaking-Methode zur sogenannten 'Exchange-Methode'. Diese erlaubt es den Transport zwischen zwei Regionen zu charakterisieren, die Transport-Routen und Austausch-Bassins sichtbar zu machen und die Austausch-Zeiten zu berechnen. Austausch-Bassins und Zeiten werden f{\"u}r die n{\"o}rdliche und s{\"u}dliche Region des westlichen Mittelmeeres pr{\"a}sentiert. Weiterhin werden Mischungseigenschaften im Erdmantel charakterisiert und die geometrischen Eigenschaften von Mannigfaltigkeiten in einem 3dimensionalen mathematischen Modell (ABC-Abbildung) untersucht.}, language = {en} } @phdthesis{Washuettl2004, author = {Wash{\"u}ttl, Albert}, title = {EI Eridani and the art of doppler imaging : a long-term study}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001714}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {Das Verst{\"a}ndnis magnetisch verursachter Aktivit{\"a}t auf Sternen sowie der zugrundeliegenden Dynamoprozesse ist von fundamentaler Bedeutung f{\"u}r das Verst{\"a}ndnis von Entstehung und Entwicklung von Sternen sowie des Lebens im Universum. Sichtbare Erscheinungen dieser stellaren Aktivit{\"a}t sind u.a. Sternflecken, welche als Indikatoren des zugrundeliegenden Magnetfeldes dienen. Solche Flecken k{\"o}nnen auf anderen Sternen als der Sonne nicht direkt beobachtet werden, zumal mit den heutigen technischen Mitteln eine Aufl{\"o}sung der Oberfl{\"a}che selbst der benachbarten Sterne unm{\"o}glich ist. Eine indirekte Rekonstruktionsmethode namens 'Doppler Imaging' erlaubt es jedoch, auf die Temperaturverteilung auf der Sternoberfl{\"a}che zu schließen. F{\"u}r diese Arbeit wurden elf Jahre kontinuierlicher spektroskopischer Beobachtungen des aktiven Doppelsterns EI Eridani herangezogen, um insgesamt 34 Dopplerkarten zu erstellen. In der Folge wird versucht, eine Grundlage zu schaffen f{\"u}r die Analyse des zweidimensionalen Informationsgehalts dieser Karten. Drei Oberfl{\"a}chenkartenparameter werden vorgeschlagen: gemittelte Temperatur, getrennt f{\"u}r verschiedenen stellare Breitenb{\"a}nder; relative Fleckenh{\"a}ufigkeit; und, zum Zwecke der Auswertung der strukturellen Temperaturverteilung, L{\"a}ngen- und Breiten-Ortsfunktion der Sternfleckenh{\"a}ufung. Die resultierenden Werte zeigen deutlich, daß kein zeitlicher Zusammenhang mit dem photometrischen Aktivit{\"a}tszyklus besteht. Die Morphologie der Fleckenverteilung bleibt w{\"a}hrend des kompletten Beobachtungszeitraums im wesentlichen konstant. Im Gegensatz zur Sonne gibt es also, im beobachteten Zeitraum und innerhalb der bestehenden Genauigkeit, keinen Fleckenzyklus auf dem aktiven Stern EI Eri. Dar{\"u}berhinaus wurde eine ausf{\"u}hrliche Studie der stellaren Parameter von EI Eri und eine vorl{\"a}ufige Absch{\"a}tzung der differentiellen Rotation auf EI Eri durchgef{\"u}hrt, die eine anti-solare Ausrichtung aufzuweisen scheint, d.h. der Pol rotiert schneller als der {\"A}quator.}, language = {en} } @phdthesis{RomanoBlasco2004, author = {Romano Blasco, M. Carmen}, title = {Synchronization analysis by means of recurrences in phase space}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001756}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {Die t{\"a}gliche Erfahrung zeigt uns, daß bei vielen physikalischen Systemen kleine {\"A}nderungen in den Anfangsbedingungen auch zu kleinen {\"A}nderungen im Verhalten des Systems f{\"u}hren. Wenn man z.B. das Steuerrad beim Auto fahren nur ein wenig zur Seite dreht, unterscheidet sich die Richtung des Wagens auch nur wenig von der urspr{\"u}nglichen Richtung. Aber es gibt auch Situationen, f{\"u}r die das Gegenteil dieser Regel zutrifft. Die Folge von Kopf und Zahl, die wir erhalten, wenn wir eine M{\"u}nze werfen, zeigt ein irregul{\"a}res oder chaotisches Zeitverhalten, da winzig kleine {\"A}nderungen in den Anfangsbedingungen, die z.B. durch leichte Drehung der Hand hervorgebracht werden, zu vollkommen verschiedenen Resultaten f{\"u}hren. In den letzten Jahren hat man sehr viele nichtlineare Systeme mit schnellen Rechnern untersucht und festgestellt, daß eine sensitive Abh{\"a}ngigkeit von den Anfangsbedingungen, die zu einem chaotischen Verhalten f{\"u}hrt, keinesfalls die Ausnahme darstellt, sondern eine typische Eigenschaft vieler Systeme ist. Obwohl chaotische Systeme kleinen {\"A}nderungen in den Anfangsbedingungen gegen{\"u}ber sehr empfindlich reagieren, k{\"o}nnen sie synchronisieren wenn sie durch eine gemeinsame {\"a}ußere Kraft getrieben werden, oder wenn sie miteinander gekoppelt sind. Das heißt, sie vergessen ihre Anfangsbedingungen und passen ihre Rhythmen aneinander. Diese Eigenschaft chaotischer Systeme hat viele Anwendungen, wie z.B. das Design von Kommunikationsger{\"a}te und die verschl{\"u}sselte {\"U}bertragung von Mitteilungen. Abgesehen davon, findet man Synchronisation in nat{\"u}rlichen Systemen, wie z.B. das Herz-Atmungssystem, raumverteilte {\"o}kologische Systeme, die Magnetoenzephalographische Aktivit{\"a}t von Parkinson Patienten, etc. In solchen komplexen Systemen ist es nicht trivial Synchronisation zu detektieren und zu quantifizieren. Daher ist es notwendig, besondere mathematische Methoden zu entwickeln, die diese Aufgabe erledigen. Das ist das Ziel dieser Arbeit. Basierend auf dergrundlegenden Idee von Rekurrenzen (Wiederkehr) von Trajektorien dynamischer Systeme, sind verschiedene Maße entwickelt worden, die Synchronisation in chaotischen und komplexen Systemen detektieren. Das Wiederkehr von Trajektorien erlaubt uns Vorhersagen {\"u}ber den zuk{\"u}nftigen Zustand eines Systems zu treffen. Wenn man diese Eigenschaft der Wiederkehr von zwei interagierenden Systemen vergleicht, kann man Schl{\"u}sse {\"u}ber ihre dynamische Anpassung oder Synchronisation ziehen. Ein wichtiger Vorteil der Rekurrenzmaße f{\"u}r Synchronisation ist die Robustheit gegen Rauschen und Instationari{\"a}t. Das erlaubt eine Synchronisationsanalyse in Systemen durchzuf{\"u}hren, die bisher nicht darauf untersucht werden konnten.}, language = {en} } @phdthesis{Bischofs2004, author = {Bischofs, Ilka Bettina}, title = {Elastic interactions of cellular force patterns}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001767}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {Gewebezellen sammeln st{\"a}ndig Informationen {\"u}ber die mechanischen Eigenschaften ihrer Umgebung, indem sie aktiv an dieser ziehen. Diese Kr{\"a}fte werden an Zell-Matrix-Kontakten {\"u}bertragen, die als Mechanosensoren fungieren. J{\"u}ngste Experimente mit Zellen auf elastischen Substraten zeigen, dass Zellen sehr empfindlich auf Ver{\"a}nderungen der effektiven Steifigkeit ihrer Umgebung reagieren, die zu einer Reorganisation des Zytoskeletts f{\"u}hren k{\"o}nnen. In dieser Arbeit wird ein theoretisches Model entwickelt, um die Selbstorganisation von Zellen in weichen Materialien vorherzusagen. Obwohl das Zellverhalten durch komplexe regulatorische Vorg{\"a}nge in der Zelle gesteuert wird, scheint die typische Antwort von Zellen auf mechanische Reize eine einfache Pr{\"a}ferenz f{\"u}r große effektive Steifigkeit der Umgebung zu sein, m{\"o}glicherweise weil in einer steiferen Umgebung Kr{\"a}fte an den Kontakten effektiver aufgebaut werden k{\"o}nnen. Der Begriff Steifigkeit umfasst dabei sowohl Effekte, die durch gr{\"o}ßere H{\"a}rte als auch durch elastische Verzerrungsfelder in der Umgebung verursacht werden. Diese Beobachtung kann man als ein Extremalprinzip in der Elastizit{\"a}tstheorie formulieren. Indem man das zellul{\"a}re Kraftmuster spezifiziert, mit dem Zellen mit ihrer Umgebung wechselwirken, und die Umgebung selbst als linear elastisches Material modelliert, kann damit die optimale Orientierung und Position von Zellen vorhergesagt werden. Es werden mehrere praktisch relevante Beispiele f{\"u}r Zellorganisation theoretisch betrachtet: Zellen in externen Spannungsfeldern und Zellen in der N{\"a}he von Grenzfl{\"a}chen f{\"u}r verschiedene Geometrien und Randbedingungen des elastischen Mediums. Daf{\"u}r werden die entsprechenden elastischen Randwertprobleme in Vollraum, Halbraum und Kugel exakt gel{\"o}st. Die Vorhersagen des Models stimmen hervorragend mit experimentellen Befunden f{\"u}r Fibroblastzellen {\"u}berein, sowohl auf elastischen Substraten als auch in physiologischen Hydrogelen. Mechanisch aktive Zellen wie Fibroblasten k{\"o}nnen auch elastisch miteinander wechselwirken. Es werden daher optimale Strukturen als Funktion von Materialeigenschaften und Zelldichte bzw. der Geometrie der Zellpositionen berechnet. Schließlich wird mit Hilfe von Monte Carlo Simulationen der Einfluss stochastischer St{\"o}rungen auf die Strukturbildung untersucht. Das vorliegende Model tr{\"a}gt nicht nur zu einem besseren Verst{\"a}ndnis von vielen physiologischen Situationen bei, sondern k{\"o}nnte in Zukunft auch f{\"u}r biomedizinische Anwendungen benutzt werden, um zum Beispiel Protokolle f{\"u}r k{\"u}nstliche Gewebe im Bezug auf Substratgeometrie, Randbedingungen, Materialeigenschaften oder Zelldichte zu optimieren.}, language = {en} } @phdthesis{Helms2004, author = {Helms, Andreas}, title = {Anwendung des Mikrogravitationslinseneffekts zur Untersuchung astronomischer Objekte}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001532}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {Die Untersuchung mikrogelinster astronomischer Objekte erm{\"o}glicht es, Informationen {\"u}ber die Gr{\"o}ße und Struktur dieser Objekte zu erhalten. Im ersten Teil dieser Arbeit werden die Spektren von drei gelinsten Quasare, die mit dem Potsdamer Multi Aperture Spectrophotometer (PMAS) erhalten wurden, auf Anzeichen f{\"u}r Mikrolensing untersucht. In den Spektren des Vierfachquasares HE 0435-1223 und des Doppelquasares HE 0047-1756 konnten Hinweise f{\"u}r Mikrolensing gefunden werden, w{\"a}hrend der Doppelquasar UM 673 (Q 0142--100) keine Anzeichen f{\"u}r Mikrolensing zeigt. Die Invertierung der Lichtkurve eines Mikrolensing-Kausik-Crossing-Ereignisses erm{\"o}glicht es, das eindimensionale Helligkeitsprofil der gelinsten Quelle zu rekonstruieren. Dies wird im zweiten Teil dieser Arbeit untersucht. Die mathematische Beschreibung dieser Aufgabe f{\"u}hrt zu einer Volterra'schen Integralgleichung der ersten Art, deren L{\"o}sung ein schlecht gestelltes Problem ist. Zu ihrer L{\"o}sung wird in dieser Arbeit ein lokales Regularisierungsverfahren angewendet, das an die kausale Strukture der Volterra'schen Gleichung besser angepasst ist als die bisher verwendete Tikhonov-Phillips-Regularisierung. Es zeigt sich, dass mit dieser Methode eine bessere Rekonstruktion kleinerer Strukturen in der Quelle m{\"o}glich ist. Weiterhin wird die Anwendbarkeit der Regularisierungsmethode auf realistische Lichtkurven mit irregul{\"a}rem Sampling bzw. gr{\"o}ßeren L{\"u}cken in den Datenpunkten untersucht.}, language = {de} } @phdthesis{Ullner2004, author = {Ullner, Ekkehard}, title = {Noise-induced phenomena of signal transmission in excitable neural models}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001522}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {Meine Dissertation behandelt verschiedene neue rauschinduzierte Ph{\"a}nomene in anregbaren Neuronenmodellen, insbesondere solche mit FitzHugh-Nagumo Dynamik. Ich beschreibe das Auftreten von vibronischer Resonanz in anregbaren Systemen. Sowohl in einer anregbaren elektronischen Schaltung als auch im FitzHugh-Nagumo Modell zeige ich, daß eine optimale Amplitude einer hochfrequenten externen Kraft die Signalantwort bez{\"u}glich eines niederfrequenten Signals verbessert. Weiterhin wird der Einfluß von additivem Rauschen auf das Zusammenwirken von stochastischer und vibronischer Resonanz untersucht. Weiterhin untersuche ich Systeme, die sowohl oszillierende als auch anregbare Eigenschaften beinhalten und dadurch zwei interne Frequenzen aufweisen. Ich zeige, daß in solchen Systemen der Effekt der stochastischen Resonanz deutlich erh{\"o}ht werden kann, wenn eine zus{\"a}tzliche hochfrequente Kraft in Resonanz mit den kleinen Oszillationen unterhalb der Anregungsschwelle hinzugenommen wird. Es ist beachtenswert, daß diese Verst{\"a}rkung der stochastischen Resonanz eine geringere Rauschintensit{\"a}t zum Erreichen des Optimums ben{\"o}tigt als die standartm{\"a}ßige stochastische Resonanz in anregbaren Systemen. Ich untersuche Frequenzselektivit{\"a}t bei der rauschinduzierten Signalverarbeitung von Signalen unterhalb der Anregungsschwelle in Systemen mit vielen rauschunterst{\"u}tzten stochastischen Attraktoren. Diese neuen Attraktoren mit abweichenden gemittelten Perioden weisen auch unterschiedliche Phasenbeziehungen zwischen den einzelnen Elementen auf. Ich zeige, daß die Signalantwort des gekoppelten Systems unter verschiedenen Rauscheinwirkungen deutlich verbessert oder auch reduziert werden kann durch das Treiben einzelner Elemente in Resonanz mit diesen neuen Resonanzfrequenzen, die mit passenden Phasenbeziehungen korrespondieren. Weiterhin konnte ich einen rauschinduzierten Phasen{\"u}bergang von einem selbstoszillierenden System zu einem anregbaren System nachweisen. Dieser {\"U}bergang erfolgt durch eine rauschinduzierte Stabilisierung eines deterministisch instabilen Fixpunktes der lokalen Dynamik, w{\"a}hrend die gesamte Phasenraumstruktur des Systems erhalten bleibt. Die gemeinsame Wirkung von Kopplung und Rauschen f{\"u}hrt zu einem neuen Typ von Phasen{\"u}berg{\"a}ngen und bewirkt eine Stabilisierung des Systems. Das sich daraus ergebende rauschinduziert anregbare Regime zeigt charakteristische Eigenschaften von klassisch anregbaren Systemen, wie stochastische Resonanz und Wellenausbreitung. Dieser rauschinduzierte Phasen{\"u}bergang erm{\"o}glicht dadurch die {\"U}bertragung von Signalen durch ansonsten global oszillierende Systeme und die Kontrolle der Signal{\"u}bertragung durch Ver{\"a}nderung der Rauschintensit{\"a}t. Insbesondere er{\"o}ffnen diese theoretischen Ergebnisse einen m{\"o}glichen Mechanismus zur Unterdr{\"u}ckung unerw{\"u}nschter globaler Oszillationen in neuronalen Netzwerken, welche charakteristisch f{\"u}r abnorme medizinische Zust{\"a}nde, wie z.B. bei der Parkinson\′schen Krankheit oder Epilepsie, sind. Die Wirkung von Rauschen w{\"u}rde dann wieder die Anregbarkeit herstellen, die den normalen Zustand der erkrankten Neuronen darstellt.}, language = {en} } @phdthesis{SvirejevaHopkins2004, author = {Svirejeva-Hopkins, Anastasia}, title = {Urbanised territories as a specific component of the global carbon cycle}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001512}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {Wir betrachten folgende Teile: die zus{\"a}tzlichen Kohlenstoff(C)-emissionen, welche aus der Umwandlung von nat{\"u}rlichem Umland durch Stadtwachstum resultieren, und die {\"A}nderung des C-Flusses durch 'urbanisierte' {\"O}kosysteme, soweit atmosph{\"a}risches C durch diese in umliegende nat{\"u}rliche {\"O}kosysteme entlang der Kette \“Atmosph{\"a}re -> Vegetation -> abgestorbene organische Substanzen\” gepumpt wird: d.h. C-Export; f{\"u}r den Zeitraum von 1980 bis 2050. Als Szenario nutzen wir Prognosen der regionalen Stadtbev{\"o}lkerung, welche durch ein 'Hybridmodell' generiert werden f{\"u}r acht Regionen. Alle Sch{\"a}tzungen der C-Fl{\"u}sse basieren auf zwei Modellen: das Regression Modell und das sogenannte G-Modell. Die Siedlungsfl{\"a}che, welche mit dem Wachstum der Stadtbev{\"o}lkerung zunimmt, wird in 'Gr{\"u}nfl{\"a}chen' (Parks, usw.), Geb{\"a}udefl{\"a}chen und informell st{\"a}dtisch genutzte Fl{\"a}chen (Slums, illegale Lagerpl{\"a}tze, usw.) unterteilt. Es werden j{\"a}hrlich die regionale und globale Dynamik der C-Emissionen und des C-Exports sowie die C-Gesamtbilanz berechnet. Dabei liefern beide Modelle qualitativ {\"a}hnliche Ergebnisse, jedoch gibt es einige quantitative Unterschiede. Im ersten Modell erreicht die globale Jahresemission f{\"u}r die Dekade 2020-2030 resultierend aus der Landnutzungs{\"a}nderung ein Maximum von 205 Mt/a. Die maximalen Beitr{\"a}ge zur globalen Emission werden durch China, die asiatische und die pazifische Region erbracht. Im zweiten Modell erh{\"o}ht sich die j{\"a}hrliche globale Emission von 1.12 GtC/a f{\"u}r 1980 auf 1.25 GtC/a f{\"u}r 2005 (1Gt = 109 t). Danach beginnt eine Reduzierung. Vergleichen wir das Emissionmaximum mit der Emission durch Abholzung im Jahre 1980 (1.36 GtC/a), k{\"o}nnen wir konstatieren, daß die Urbanisierung damit in vergleichbarer Gr{\"o}sse zur Emission beitr{\"a}gt. Bezogen auf die globale Dynamik des j{\"a}hrlichen C-Exports durch Urbanisierung beobachten wir ein monotones Wachstum bis zum nahezu dreifachen Wert von 24 MtC/a f{\"u}r 1980 auf 66 MtC/a f{\"u}r 2050 im ersten Modell, bzw. im zweiten Modell von 249 MtC/a f{\"u}r 1980 auf 505 MtC/a f{\"u}r 2050. Damit ist im zweiten Fall die Transportleistung der Siedlungsgebiete mit dem C-Transport durch Fl{\"u}sse in die Ozeane (196 .. 537 MtC/a) vergleichbar. Bei der Absch{\"a}tzung der Gesamtbilanz finden wir, daß die Urbanisierung die Bilanz in Richtung zu einer 'Senke' verschiebt. Entsprechend dem zweiten Modell beginnt sich die C-Gesamtbilanz (nach ann{\"a}hernder Konstanz) ab dem Jahre 2000 mit einer fast konstanten Rate zu verringern. Wenn das Maximum im Jahre 2000 bei 905MtC/a liegt, f{\"a}llt dieser Wert anschliessend bis zum Jahre 2050 auf 118 MtC/a. Bei Extrapolation dieser Dynamik in die Zukunft k{\"o}nnen wir annehmen, daß am Ende des 21. Jahrhunderts die \“urbane\” C-Gesamtbilanz Null bzw. negative Werte erreicht.}, language = {en} } @book{Jung2004, author = {Jung, Carl Christoph}, title = {Lichtinduzierte Generierung und Charakterisierung optischer Anisotropie. - [{\"u}berarb. Diss.]}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001501}, publisher = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {Eine Nutzung der optischen Anisotropie d{\"u}nner Schichten ist vor allem f{\"u}r die Displaytechnologie, die optische Datenspeicherung und f{\"u}r optische Sicherheitselemente von hoher Bedeutung. Diese Doktorarbeit befasst sich mit theoretischen und experimentellen Untersuchung von dreidimensionaler Anisotropie und dabei insbesondere mit der Untersuchung von lichtinduzierter dreidimensionaler Anisotropie in organischen d{\"u}nnen Polymer-Schichten. Die gewonnenen Erkentnisse und entwickelten Methoden k{\"o}nnen wertvolle Beitr{\"a}ge f{\"u}r Optimierungsprozesse, wie bei der Kompensation der Blickwinkelabh{\"a}ngigkeit von Fl{\"u}ssigkristall-Displays, liefern. Die neue Methode der Immersions-Transmissions-Ellipsometrie (ITE) zur Untersuchung von d{\"u}nneren Schichten wurde im Rahmen dieser Dissertation entwickelt. Diese Methode gestattet es, in Kombination mit konventioneller Reflexions- und Transmissionsellipsometrie, die absoluten dreidimensionalen Brechungsindices einer biaxialen Schicht zu bestimmen. Erstmals gelang es damit, das dreidimensionale Brechungsindexellipsoid von transparenten, d{\"u}nneren (150 nm) Filmen hochgenau (drei Stellen hinter dem Komma) zu bestimmen. Die ITE-Methode hat demzufolge das Potential, auch bei noch d{\"u}nneren Schichten mit Gewinn eingesetzt werden zu k{\"o}nnen. Die lichtinduzierte Generierung von dreidimensionaler Anisotropie wurde in d{\"u}nnen Schichten von azobenzenhaltigen und zimts{\"a}urehaltigen, amorphen und fl{\"u}ssig-kristallinen Homo- und Copolymeren untersucht. Erstmals wurden quantitative Untersuchungen zur {\"A}nderung von lichtinduzierten, dreidimensionalen Anisotropien in d{\"u}nnen Schichten von azobenzenhaltigen und zimts{\"a}urehaltigen Polymeren bei Tempern oberhalb der Glastemperatur durchgef{\"u}hrt. Bei vielen der untersuchten Polymere war die dreidimensionale Ordnung nach dem Bestrahlen mit polarisiertem Licht und anschließendem Tempern oberhalb der Glastemperatur scheinbar von der Schichtdicke abh{\"a}ngig. Die Ursache liegt wohl in der, mit der neuentwickelten ITE-Methode detektierten, planaren Ausgangsorientierung der aufgeschleuderten d{\"u}nneren Schichten. Um Verkippungs-Gradienten in dickeren Polymerschichten in ihrem Verlauf zu bestimmen, wurde eine spezielle Methode unter Benutzung der Wellenleitermoden-Spektroskopie entwickelt. Quantenchemisch bestimmte, maximal induzierbare Doppelbrechungen in fl{\"u}ssig-kristallinen Polymeren wurden mit den experimentell gefundenen Ordnungen verglichen.}, language = {de} } @phdthesis{MontbrioiFairen2004, author = {Montbri{\´o} i Fairen, Ernest}, title = {Synchronization in ensembles of nonisochronous oscillators}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001492}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {Diese Arbeit analysiert Synchronisationsphaenomene, die in grossen Ensembles von interagierenden Oszillatoren auftauchen. Im speziellen werden die Effekte von Nicht-Isochronizitaet (die Abhaengigkeit der Frequenz von der Amplitude des Oszillators) auf den makroskopischen Uebergang zur Synchronisation im Detail studiert. Die neu gefundenen Phaenomene (Anomale Synchronisation) werden sowohl in Populationen von Oszillatoren als auch zwischen Oszillator-Ensembles untersucht.}, language = {en} } @phdthesis{Timpanaro2004, author = {Timpanaro, Salvatore}, title = {Conductive properties and morphology of conjugated molecular materials studied by local probe techniques}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001929}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {Die vorgelegte Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von Zusammenh{\"a}ngen zwischen der Struktur d{\"u}nner organischer Schichten und stellt einen Bezug zur Leitf{\"a}higkeit der Schichten her. Sie liefert einen Beitrag zum vertieften Verst{\"a}ndnis der Transporteigenschaf-ten organischer Halbleiter und soll so zur Verbesserung organischer elektronischer Bauele-mente beitragen. Es ist bekannt, dass die Effizienz von Organischen Leuchtdioden (OLEDs) stark von der Qualit{\"a}t der eingesetzten d{\"u}nnen Filme abh{\"a}ngt. Es ist deshalb interessant, die Strukturen technologisch interessanter organischer Filme mittels Scanning Probe Mikrosko-pie (SPM) zu charakterisieren, um ein besseres Verst{\"a}ndnis sowohl der Oberfl{\"a}chen-Morphologie als auch der molekularen/atomaren Packungen zu erhalten. Die Untersuchung von Quaterthiophen (4T), welches vielfach in Feldeffekt-Transistoren eingesetzt wird, bildet einen ersten Schwerpunkt der Arbeit. Es konnte eine neue Kristall-struktur von 4T gefunden werden, die bisher nicht bekannt war. Daf{\"u}r wurden Quaterthi-ophen-Filme untersucht, welche auf Kaliumphthalat (KAP) aufwuchsen. Die Aufkl{\"a}rung der neuen Struktur gelang durch Kombinierten Einsatz von optischen und R{\"o}ntgen-Beugungsmessungen. Zur Best{\"a}tigung der triklinen Kristall-Einheitszelle mit den Parame-tern a = 0,721 nm, b = 0,632 nm, c = 0,956 nm und α = 91o, β = 91,4o, γ = 91o wurde außer-dem die Atomkraft-Mikroskopie (AFM) angewendet. In Fortf{\"u}hrung der rastermikroskopischen Messungen sind die Morphologien von Filmen vier weiterer organischer Materialien technologischer Relevanz untersucht worden: He-xanthiol-Monoschichten auf Gold, Azobenzenthiol-Monoschichten auf Gold, Para-Phenylenvinylen-Oligomer-Filme auf Gold und Phenyl-Oxadiazol-Filme auf Gold. Daf{\"u}r kam zus{\"a}tzlich die Ultrahochvakuum-Scanning-Tunneling-Mikroskopie (UHV-STM) zum Einsatz. Es zeigte sich eine Vielzahl morphologischer Eigenheiten, deren Besonderheiten sowohl von den gew{\"a}hlten Substraten als auch von der chemischen Struktur der untersuchten organischen Materialien abh{\"a}ngen. So zeigen Para-Phenylenvinylen-Oligomer-Filme eine St{\"a}bchen- und Oxadiazol-Filme eine K{\"o}rnchen-Struktur auf Gold. Auf Basis dieser Kenntnisse gelang es, das optisch induzierte Schalten von Azobenzen durch STM-Untersuchungen und durch Scanning Tunneling Spektroskopie (STS) auf molekularer Skale nachzuweisen. Die Topographie einer Reihe von Poly(3,4-ethylendioxythiophen)-(PEDOT)-Filmen und de-ren Bezug zu den Ladungstransporteigenschaften dieser Filme war ein weiterer Arbeits-schwerpunkt. PEDOT-Filme auf Indium-Zinn-Oxid (ITO) kommen in organischen elektro-nischen Bauelementen als Lochinjektionsschichten zum Einsatz. F{\"u}r die Schichtherstellung kamen Dispersionen des Polymers unterschiedlicher Konzentration zur Anwendung: Mittels AFM und STM konnte gezeigt werden, dass unterschiedliche Konzentrationen zu unter-schiedlichen Topographien f{\"u}hren. Besonders die Oberfl{\"a}che der Filme mit hoher Konzent-ration von PEDOT, d.h. die der leitf{\"a}higsten Filme, wird durch eine k{\"o}rnchenartige Struktur eingebetteter Teilchen charakterisiert. Durch STM Strom-Abstands-(I-d)-Untersuchungen wurde gefunden, dass diese Teilchen die „Spitze eines Eisbergs" leitf{\"a}higer Dom{\"a}nen dar-stellen. Ausgehend von dieser Erkenntnis wird ein Strukturmodell f{\"u}r die Filme vorgeschla-gen, in dem die leitf{\"a}higen Dom{\"a}nen / Partikel in eine weniger leitf{\"a}hige Matrix eingebettet sind. Durch Zugabe von Polyolen wie Sorbitol zur PEDOT-Dispersion ließen sich Filme mit h{\"o}herer Leitf{\"a}higkeit herstellen. Eine klare Abh{\"a}ngigkeit zwischen der Leitf{\"a}higkeit und der bisher nicht beschrieben nano-Morphologie wurde gefunden.}, language = {en} } @phdthesis{Haluska2004, author = {Haluska, Christopher K.}, title = {Interactions of functionalized vesicles in the presence of Europium (III) Chloride}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-2482}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {We incorporate amphiphilic receptors bearing ß-diketone functional units into large (LUV's) and giant unilamellar vesicles (GUV's). Electrolyte solutions containing di- and trivalent ions were used to induce inter-membrane interactions. Measurements performed with isothermal titration calorimetry (ITC) revealed that interaction between EuCl3 and ß-diketone receptors was characterized by a molar enthalpy 126 ± 5 kcal/mole and an equilibrium binding constant 26 ± 4 mM-1. The results indicate a molecular complex formed binding two ß-diketone receptors to one Eu3+ ion. Dynamic light scattering (DLS) was used to follow changes in LUV diameter indicated in an increase in vesicle size distribution of on average 20 \%. Optical microscopy was employed to visualize the inter-membrane interaction measured using DLS and ITC. Depending on membrane composition of the functionalized vesicles we found that local injections of micromolar EuCl¬3 induced membrane pore formation and membrane fusion. Our collection of results leads to the conclusion that formation of intra-molecular ligand receptor complexes leads to pore formation and inter-membrane complex formation leads to membrane fusion. Detailed characterization of the fusion process shows that irreversible opening of the fusion pore can be extrapolated to times below 50 µsec. We have found that formation of membrane bound ligand (Eu3+)-receptor complexes provides versatility to the function of vesicle membranes.}, subject = {Biophysik}, language = {de} }