TY  - JOUR
A1  - Aliu, E.
A1  - Aune, T.
A1  - Barnacka, Anna
A1  - Beilicke, M.
A1  - Benbow, W.
A1  - Berger, K.
A1  - Biteau, Jonathan
A1  - Buckley, J. H.
A1  - Bugaev, V.
A1  - Byrum, K.
A1  - Cardenzana, J. V.
A1  - Cerruti, M.
A1  - Chen, Xuhui
A1  - Ciupik, L.
A1  - Connaughton, V.
A1  - Cui, W.
A1  - Dickinson, H. J.
A1  - Eisch, J. D.
A1  - Errando, M.
A1  - Falcone, A.
A1  - Federici, Simone
A1  - Feng, Q.
A1  - Finley, J. P.
A1  - Fleischhack, H.
A1  - Fortin, P.
A1  - Fortson, L.
A1  - Furniss, A.
A1  - Galante, N.
A1  - Gillanders, G. H.
A1  - Griffin, S.
A1  - Griffiths, S. T.
A1  - Grube, J.
A1  - Gyuk, G.
A1  - Hakansson, Nils
A1  - Hanna, D.
A1  - Holder, J.
A1  - Hughes, G.
A1  - Humensky, T. B.
A1  - Johnson, C. A.
A1  - Kaaret, P.
A1  - Kar, P.
A1  - Kertzman, M.
A1  - Khassen, Y.
A1  - Kieda, D.
A1  - Krawczynski, H.
A1  - Krennrich, F.
A1  - Lang, M. J.
A1  - Madhavan, A. S.
A1  - Maier, G.
A1  - McArthur, S.
A1  - McCann, A.
A1  - Meagher, K.
A1  - Millis, J.
A1  - Moriarty, P.
A1  - Mukherjee, R.
A1  - Nieto, D.
A1  - Ong, R. A.
A1  - Otte, A. N.
A1  - Park, N.
A1  - Pohl, Martin
A1  - Popkow, A.
A1  - Prokoph, H.
A1  - Pueschel, Elisa
A1  - Quinn, J.
A1  - Ragan, K.
A1  - Rajotte, J.
A1  - Reyes, L. C.
A1  - Reynolds, P. T.
A1  - Richards, G. T.
A1  - Roache, E.
A1  - Sembroski, G. H.
A1  - Shahinyan, K.
A1  - Smith, A. W.
A1  - Staszak, D.
A1  - Telezhinsky, Igor O.
A1  - Tucci, J. V.
A1  - Tyler, J.
A1  - Varlotta, A.
A1  - Vassiliev, V. V.
A1  - Vincent, S.
A1  - Wakely, S. P.
A1  - Weiner, O. M.
A1  - Weinstein, A.
A1  - Welsing, R.
A1  - Wilhelm, Alina
A1  - Williams, D. A.
A1  - Zitzer, B.
A1  - McEnery, J. E.
A1  - Perkins, J. S.
A1  - Veres, P.
A1  - Zhu, S.
T1  - Constraints on very high energy emission from GRB 130427A
JF  - The astrophysical journal : an international review of spectroscopy and astronomical physics ; Part 2, Letters
N2  - Prompt emission from the very fluent and nearby (z = 0.34) gamma-ray burst GRB130427A was detected by several orbiting telescopes and by ground-based, wide-field-of-view optical transient monitors. Apart from the intensity and proximity of this GRB, it is exceptional due to the extremely long-lived high-energy (100 MeV to 100 GeV) gamma-ray emission, which was detected by the Large Area Telescope on the Fermi Gamma-Ray Space Telescope for similar to 70 ks after the initial burst. The persistent, hard-spectrum, high-energy emission suggests that the highest-energy gamma rays may have been produced via synchrotron self-Compton processes though there is also evidence that the high-energy emission may instead be an extension of the synchrotron spectrum. VERITAS, a ground-based imaging atmospheric Cherenkov telescope array, began follow-up observations of GRB130427A similar to 71 ks (similar to 20 hr) after the onset of the burst. The GRB was not detected with VERITAS; however, the high elevation of the observations, coupled with the low redshift of the GRB, make VERITAS a very sensitive probe of the emission from GRB130427A for E > 100 GeV. The non-detection and consequent upper limit derived place constraints on the synchrotron self-Compton model of high-energy gamma-ray emission from this burst.
KW  - gamma-ray burst: individual (GRB 130427A)
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1088/2041-8205/795/1/L3
SN  - 2041-8205
SN  - 2041-8213
VL  - 795
IS  - 1
PB  - IOP Publ. Ltd.
CY  - Bristol
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schmaelzlin, Elmar
A1  - Moralejo, Benito
A1  - Rutowska, Monika
A1  - Monreal-Ibero, Ana
A1  - Sandin, Christer
A1  - Tarcea, Nicolae
A1  - Popp, Juergen
A1  - Roth, Martin M.
T1  - Raman imaging with a fiber-coupled multichannel spectrograph
JF  - Sensors
N2  - Until now, spatially resolved Raman Spectroscopy has required to scan a sample under investigation in a time-consuming step-by-step procedure. Here, we present a technique that allows the capture of an entire Raman image with only one single exposure. The Raman scattering arising from the sample was collected with a fiber-coupled high-performance astronomy spectrograph. The probe head consisting of an array of 20 x 20 multimode fibers was linked to the camera port of a microscope. To demonstrate the high potential of this new concept, Raman images of reference samples were recorded. Entire chemical maps were received without the need for a scanning procedure.
KW  - multichannel Raman spectroscopy
KW  - astronomy spectrograph
KW  - optical fiber bundle
KW  - Raman imaging
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.3390/s141121968
SN  - 1424-8220
VL  - 14
IS  - 11
SP  - 21968
EP  - 21980
PB  - MDPI
CY  - Basel
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Palyulin, Vladimir V.
A1  - Chechkin, Aleksei V.
A1  - Metzler, Ralf
T1  - Space-fractional Fokker-Planck equation and optimization of random search processes in the presence of an external bias
JF  - Journal of statistical mechanics: theory and experiment
N2  - Based on the space-fractional Fokker-Planck equation with a delta-sink term, we study the efficiency of random search processes based on Levy flights with power-law distributed jump lengths in the presence of an external drift, for instance, an underwater current, an airflow, or simply the preference of the searcher based on prior experience. While Levy flights turn out to be efficient search processes when the target is upstream relative to the starting point, in the downstream scenario, regular Brownian motion turns out to be advantageous. This is caused by the occurrence of leapovers of Levy flights, due to which Levy flights typically overshoot a point or small interval. Studying the solution of the fractional Fokker-Planck equation, we establish criteria when the combination of the external stream and the initial distance between the starting point and the target favours Levy flights over the regular Brownian search. Contrary to the common belief that Levy flights with a Levy index alpha = 1 (i.e. Cauchy flights) are optimal for sparse targets, we find that the optimal value for alpha may range in the entire interval (1, 2) and explicitly include Brownian motion as the most efficient search strategy overall.
KW  - driven diffusive systems (theory)
KW  - fluctuations (theory)
KW  - stochastic processes (theory)
KW  - diffusion
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1088/1742-5468/2014/11/P11031
SN  - 1742-5468
PB  - IOP Publ. Ltd.
CY  - Bristol
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Abramowski, Attila
A1  - Aharonian, Felix A.
A1  - Benkhali, Faical  Ait
A1  - Akhperjanian, A. G.
A1  - Angüner, Ekrem Oǧuzhan
A1  - Backes, Michael
A1  - Balenderan, Shangkari
A1  - Balzer, Arnim
A1  - Barnacka, Anna
A1  - Becherini, Yvonne
A1  - Tjus, J. Becker
A1  - Berge, David
A1  - Bernhard, Sabrina
A1  - Bernlöhr, K.
A1  - Birsin, E.
A1  - Biteau, Jonathan
A1  - Böttcher, Markus
A1  - Boisson, Catherine
A1  - Bolmont, J.
A1  - Bordas, Pol
A1  - Bregeon, Johan
A1  - Brun, Francois
A1  - Brun, Pierre
A1  - Bryan, Mark
A1  - Bulik, Tomasz
A1  - Carrigan, Svenja
A1  - Casanova, Sabrina
A1  - Chadwick, Paula M.
A1  - Chakraborty, N.
A1  - Chalme-Calvet, R.
A1  - Chaves, Ryan C. G.
A1  - Chretien, M.
A1  - Colafrancesco, Sergio
A1  - Cologna, Gabriele
A1  - Conrad, Jan
A1  - Couturier, C.
A1  - Cui, Y.
A1  - Dalton, M.
A1  - Davids, I. D.
A1  - Degrange, B.
A1  - Deil, C.
A1  - dewilt, P.
A1  - Djannati-Ataï, A.
A1  - Domainko, W.
A1  - Donath, A.
A1  - Dubus, G.
A1  - Dutson, K.
A1  - Dyks, J.
A1  - Dyrda, M.
A1  - Edwards, T.
A1  - Egberts, Kathrin
A1  - Eger, P.
A1  - Espigat, P.
A1  - Farnier, C.
A1  - Fegan, S.
A1  - Feinstein, F.
A1  - Fernandes, M. V.
A1  - Fernandez, D.
A1  - Fiasson, A.
A1  - Fontaine, G.
A1  - Forster, A.
A1  - Fuling, M.
A1  - Gabici, S.
A1  - Gajdus, M.
A1  - Gallant, Y. A.
A1  - Garrigoux, T.
A1  - Giavitto, G.
A1  - Giebels, B.
A1  - Glicenstein, J. F.
A1  - Gottschall, D.
A1  - Grondin, M. -H.
A1  - Grudzinska, M.
A1  - Hadsch, D.
A1  - Haeffner, S.
A1  - Hahn, J.
A1  - Harris, J.
A1  - Heinzelmann, G.
A1  - Henri, G.
A1  - Hermann, G.
A1  - Hervet, O.
A1  - Hillert, A.
A1  - Hinton, James Anthony
A1  - Hofmann, W.
A1  - Hofverberg, P.
A1  - Holler, Markus
A1  - Horns, D.
A1  - Ivascenko, A.
A1  - Jacholkowska, A.
A1  - Jahn, C.
A1  - Jamrozy, M.
A1  - Janiak, M.
A1  - Jankowsky, F.
A1  - Jung, I.
A1  - Kastendieck, M. A.
A1  - Katarzynski, K.
A1  - Katz, U.
A1  - Kaufmann, S.
A1  - Khelifi, B.
A1  - Kiefeer, M.
A1  - Klepser, S.
A1  - Klochkov, D.
A1  - Kluzniak, W.
A1  - Kolitzus, D.
A1  - Komin, Nu.
A1  - Kosack, K.
A1  - Krakau, S.
A1  - Krayzel, F.
A1  - Kruger, P. P.
A1  - Laffon, H.
A1  - Lamanna, G.
A1  - Lefaucheur, J.
A1  - Lefranc, V.
A1  - Lemiere, A.
A1  - Lemoine-Goumard, M.
A1  - Lenain, J. -P.
A1  - Lohse, T.
A1  - Lopatin, A.
A1  - Lu, C. -C.
A1  - Marandon, V.
A1  - Marcowith, Alexandre
A1  - Marx, R.
A1  - Maurin, G.
A1  - Maxted, N.
A1  - Mayer, M.
A1  - McComb, T. J. L.
A1  - Mehault, J.
A1  - Meintjes, P. J.
A1  - Menzler, U.
A1  - Meyer, M.
A1  - Mitchell, A. M. W.
A1  - Moderski, R.
A1  - Mohamed, M.
A1  - Mora, K.
A1  - Moulin, Emmanuel
A1  - Murach, T.
A1  - de Naurois, M.
A1  - Niemiec, J.
A1  - Nolan, S. J.
A1  - Oakes, L.
A1  - Odaka, H.
A1  - Ohm, S.
A1  - Opitz, B.
A1  - Ostrowski, M.
A1  - Oya, I.
A1  - Panter, M.
A1  - Parsons, R. D.
A1  - Arribas, M. Paz
A1  - Pekeur, N. W.
A1  - Pelletier, G.
A1  - Perez, J.
A1  - Petrucci, P. -O.
A1  - Peyaud, B.
A1  - Pita, S.
A1  - Poon, H.
A1  - Puhlhofer, G.
A1  - Punch, M.
A1  - Quirrenbach, A.
A1  - Raab, S.
A1  - Reichardt, I.
A1  - Reimer, A.
A1  - Reimer, O.
A1  - Renaud, M.
A1  - de los Reyes, R.
A1  - Rieger, F.
A1  - Rob, L.
A1  - Romoli, C.
A1  - Rosier-Lees, S.
A1  - Rowell, G.
A1  - Rudak, B.
A1  - Rulten, C. B.
A1  - Sahakian, V.
A1  - Salek, D.
A1  - Sanchez, David M.
A1  - Santangelo, Andrea
A1  - Schlickeiser, R.
A1  - Schussler, F.
A1  - Schulz, A.
A1  - Schwanke, U.
A1  - Schwarzburg, S.
A1  - Schwemmer, S.
A1  - Sol, H.
A1  - Spanier, F.
A1  - Spengler, G.
A1  - Spies, F.
A1  - Stawarz, L.
A1  - Steenkamp, R.
A1  - Stegmann, Christian
A1  - Stinzing, F.
A1  - Stycz, K.
A1  - Sushch, Iurii
A1  - Tavernet, J. -P.
A1  - Tavernier, T.
A1  - Taylor, A. M.
A1  - Terrier, R.
A1  - Tluczykont, M.
A1  - Trichard, C.
A1  - Valerius, K.
A1  - Van Eldik, C.
A1  - Van Soelen, B.
A1  - Vasileiadis, G.
A1  - Veh, J.
A1  - Venter, C.
A1  - Viana, A.
A1  - Vincent, P.
A1  - Vink, J.
A1  - Volk, H. J.
A1  - Volpe, F.
A1  - Vorster, M.
A1  - Vuillaume, T.
A1  - Wagner, S. J.
A1  - Wagner, P.
A1  - Wagner, R. M.
A1  - Ward, M.
A1  - Weidinger, M.
A1  - Weitzel, Q.
A1  - White, R.
A1  - Wierzcholska, A.
A1  - Willmann, P.
A1  - Wornlein, A.
A1  - Wouters, D.
A1  - Yang, R.
A1  - Zabalza, V.
A1  - Zaborov, D.
A1  - Zacharias, M.
A1  - Zdziarski, A. A.
A1  - Zech, Alraune
A1  - Zechlin, H. -S.
T1  - Long-term monitoring of PKS2155-304 with ATOM and HESS:investigation of optical/gamma-ray correlations in different spectral states
JF  - Astronomy and astrophysics : an international weekly journal
N2  - In this paper we report on the analysis of all the available optical and very high-energy gamma-ray (> 200 GeV) data for the BL Lac object PKS 2155-304, collected simultaneously with the ATOM and H.E.S.S. telescopes from 2007 until 2009. This study also includes X-ray (RXTE, Swift) and high-energy gamma-ray (Fermi-LAT) data. During the period analysed, the source was transitioning from its flaring to quiescent optical states, and was characterized by only moderate flux changes at different wavelengths on the timescales of days and months. A flattening of the optical continuum with an increasing optical flux can be noted in the collected dataset, but only occasionally and only at higher flux levels. We did not find any universal relation between the very high-energy gamma-ray and optical flux changes on the timescales from days and weeks up to several years. On the other hand, we noted that at higher flux levels the source can follow two distinct tracks in the optical flux-colour diagrams, which seem to be related to distinct gamma-ray states of the blazar. The obtained results therefore indicate a complex scaling between the optical and gamma-ray emission of PKS 2155 304, with different correlation patterns holding at different epochs, and a gamma-ray flux depending on the combination of an optical flux and colour rather than a flux alone.
KW  - radiation mechanisms: non-thermal
KW  - galaxies: active
KW  - black hole physics
KW  - BL Lacertae objects: individual: PKS 2155-304
KW  - galaxies: jets
KW  - gamma rays: galaxies
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1051/0004-6361/201424142
SN  - 0004-6361
SN  - 1432-0746
VL  - 571
PB  - EDP Sciences
CY  - Les Ulis
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schick, Daniel
A1  - Herzog, Marc
A1  - Bojahr, Andre
A1  - Leitenberger, Wolfram
A1  - Hertwig, Andreas
A1  - Shayduk, Roman
A1  - Bargheer, Matias
T1  - Ultrafast lattice response of photoexcited thin films studied by X-ray diffraction
JF  - Structural dynamics
N2  - Using ultrafast X-ray diffraction, we study the coherent picosecond lattice dynamics of photoexcited thin films in the two limiting cases, where the photoinduced stress profile decays on a length scale larger and smaller than the film thickness. We solve a unifying analytical model of the strain propagation for acoustic impedance-matched opaque films on a semi-infinite transparent substrate, showing that the lattice dynamics essentially depend on two parameters: One for the spatial profile and one for the amplitude of the strain. We illustrate the results by comparison with high-quality ultrafast X-ray diffraction data of SrRuO3 films on SrTiO3 substrates. (C) 2014 Author(s). All article content, except where otherwise noted, is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License.
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1063/1.4901228
SN  - 2329-7778
VL  - 1
IS  - 6
PB  - American Institute of Physics
CY  - Melville
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Henkel, Carsten
A1  - Pieplow, Gregor
T1  - Reply to Comment on 'Fully covariant radiation force on a polarizable particle'
T2  - New journal of physics : the open-access journal for physics
N2  - We argue that the theories of Volokitin and Persson (2014 New J. Phys. 16 118001), Dedkov and Kyasov (2008 J. Phys.: Condens. Matter 20 354006), and Pieplow and Henkel (2013 New J. Phys. 15 023027) agree on the electromagnetic force on a small, polarizable particle that is moving parallel to a planar, macroscopic body, as far as the contribution of evanescent waves is concerned. The apparent differences are discussed in detail and explained by choices of units and integral transformations. We point out in particular the role of the Lorentz contraction in the procedure used by Volokitin and Persson, where a macroscopic body is 'diluted' to obtain the force on a small particle. Differences that appear in the contribution of propagating photons are briefly mentioned.
KW  - applied classical electromagnetism
KW  - fluctuation phenomena
KW  - random processes
KW  - noise
KW  - Brownian motion
KW  - mechanical effects of light
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/11/118002
SN  - 1367-2630
VL  - 16
PB  - IOP Publ. Ltd.
CY  - Bristol
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Li, Wentao
A1  - Abrecht, Steve
A1  - Yang, Liqiang
A1  - Roland, Steffen
A1  - Tumbleston, John R.
A1  - McAfee, Terry
A1  - Yan, Liang
A1  - Kelly, Mary Allison
A1  - Ade, Harald W.
A1  - Neher, Dieter
A1  - You, Wei
T1  - Mobility-controlled performance of thick solar cells based on fluorinated copolymers
JF  - Journal of the American Chemical Society
N2  - Developing novel materials and device architectures to further enhance the efficiency of polymer solar cells requires a fundamental understanding of the impact of chemical structures on photovoltaic properties. Given that device characteristics depend on many parameters, deriving structureproperty relationships has been very challenging. Here we report that a single parameter, hole mobility, determines the fill factor of several hundred nanometer thick bulk heterojunction photovoltaic devices based on a series of copolymers with varying amount of fluorine substitution. We attribute the steady increase of hole mobility with fluorine content to changes in polymer molecular ordering. Importantly, all other parameters, including the efficiency of free charge generation and the coefficient of nongeminate recombination, are nearly identical. Our work emphasizes the need to achieve high mobility in combination with strongly suppressed charge recombination for the thick devices required by mass production technologies.
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1021/ja5067724
SN  - 0002-7863
VL  - 136
IS  - 44
SP  - 15566
EP  - 15576
PB  - American Chemical Society
CY  - Washington
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Zamponi, Flavio
A1  - Penfold, Thomas J.
A1  - Nachtegaal, Maarten
A1  - Luebcke, Andrea
A1  - Rittmann, Jochen
A1  - Milne, Chris J.
A1  - Chergui, Majed
A1  - van Bokhoven, Jeroen A.
T1  - Probing the dynamics of plasmon-excited hexanethiol-capped gold nanoparticles by picosecond X-ray absorption spectroscopy
JF  - Physical chemistry, chemical physics : a journal of European Chemical Societies
N2  - Picosecond X-ray absorption spectroscopy (XAS) is used to investigate the electronic and structural dynamics initiated by plasmon excitation of 1.8 nm diameter Au nanoparticles (NPs) functionalised with 1-hexanethiol. We show that 100 ps after photoexcitation the transient XAS spectrum is consistent with an 8% expansion of the Au-Au bond length and a large increase in disorder associated with melting of the NPs. Recovery of the ground state occurs with a time constant of similar to 1.8 ns, arising from thermalisation with the environment. Simulations reveal that the transient spectrum exhibits no signature of charge separation at 100 ps and allows us to estimate an upper limit for the quantum yield (QY) of this process to be <0.1.
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1039/c4cp03301a
SN  - 1463-9076
SN  - 1463-9084
VL  - 16
IS  - 42
SP  - 23157
EP  - 23163
PB  - Royal Society of Chemistry
CY  - Cambridge
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Qiu, Xunlin
A1  - Wirges, Werner
A1  - Gerhard, Reimund
T1  - Polarization and Hysteresis in Tubular-Channel Fluoroethylenepropylene-Copolymer Ferroelectrets
JF  - Ferroelectrics
N2  - Polarization-vs.-applied-voltage hysteresis curves are recorded on tubular-channel fluoroethylene-propylene (FEP) copolymer ferroelectrets by means of a modified Sawyer-Tower circuit. Dielectric barrier discharges (DBDs) inside the cavities are triggered when the applied voltage is sufficiently high. During the DBDs, the cavities become man-made macroscopic dipoles which build up an effective polarization in the ferroelectret. Therefore, a phenomenological hysteresis curve is observed. From the hysteresis loop, the remanent polarization and the coercive field can be determined. Furthermore, the polarization can be related to the respective piezoelectric coefficient of the ferroelectret. The proposed method is easy to implement and is useful for characterization, further development and optimization of ferro- or piezoelectrets.
KW  - Ferroelectrets
KW  - piezoelectrets
KW  - tubular-channel polymer systems
KW  - dielectric barrier discharge (DBD)
KW  - fluoroethylenepropylene (FEP) copolymer
KW  - piezoelectricity-polarization relation
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1080/00150193.2014.964603
SN  - 0015-0193
SN  - 1563-5112
VL  - 472
IS  - 1
SP  - 100
EP  - 109
PB  - Routledge, Taylor & Francis Group
CY  - Abingdon
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Hilczer, Börn
A1  - Gerhard, Reimund
A1  - Scott, James F.
T1  - Special Issue of Ferroelectrics in Honor of S. B. Lang
T2  - Ferroelectrics
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1080/00150193.2014.964099
SN  - 0015-0193
SN  - 1563-5112
VL  - 472
IS  - 1
SP  - VII
EP  - VIII
PB  - Routledge, Taylor & Francis Group
CY  - Abingdon
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Gerhard, Reimund
T1  - Sidney Lang - his collaboration with the University of Potsdam
T2  - Ferroelectrics
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1080/00150193.2014.967090
SN  - 0015-0193
SN  - 1563-5112
VL  - 472
IS  - 1
SP  - 5
EP  - 5
PB  - Routledge, Taylor & Francis Group
CY  - Abingdon
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Evans, T. M.
A1  - Murphy, M. T.
A1  - Whitmore, J. B.
A1  - Misawa, T.
A1  - Centurion, Martin
A1  - Lopez, S.
A1  - Martins, C. J. A. P.
A1  - Molaro, P.
A1  - Petitjean, P.
A1  - Rahmani, H.
A1  - Srianand, R.
A1  - Wendt, Martin
T1  - The UVES Large Program for testing fundamental physics - III. Constraints on the fine-structure constant from three telescopes
JF  - Monthly notices of the Royal Astronomical Society
KW  - intergalactic medium
KW  - quasars: absorption lines
KW  - quasars: individual: HS 1549+1919
KW  - cosmology: miscellaneous
KW  - cosmology: observations
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1093/mnras/stu1754
SN  - 0035-8711
SN  - 1365-2966
VL  - 445
IS  - 1
SP  - 128
EP  - 150
PB  - Oxford Univ. Press
CY  - Oxford
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Sanders, Lloyd P.
A1  - Lomholt, Michael A.
A1  - Lizana, Ludvig
A1  - Fogelmark, Karl
A1  - Metzler, Ralf
A1  - Ambjoernsson, Tobias
T1  - Severe slowing-down and universality of the dynamics in disordered interacting many-body systems: ageing and ultraslow diffusion
JF  - New journal of physics : the open-access journal for physics
N2  - Low-dimensional, many-body systems are often characterized by ultraslow dynamics. We study a labelled particle in a generic system of identical particles with hard-core interactions in a strongly disordered environment. The disorder is manifested through intermittent motion with scale-free sticking times at the single particle level. While for a non-interacting particle we find anomalous diffusion of the power-law form < x(2)(t)> similar or equal to t(alpha) of the mean squared displacement with 0 < alpha < 1, we demonstrate here that the combination of the disordered environment with the many-body interactions leads to an ultraslow, logarithmic dynamics < x(2)(t)> similar or equal to log(1/2)t with a universal 1/2 exponent. Even when a characteristic sticking time exists but the fluctuations of sticking times diverge we observe the mean squared displacement < x(2)(t)> similar or equal to t(gamma) with 0 < gamma < 1/2, that is slower than the famed Harris law < x(2)(t)> similar or equal to t(1/2) without disorder. We rationalize the results in terms of a subordination to a counting process, in which each transition is dominated by the forward waiting time of an ageing continuous time process.
KW  - single-file diffusion
KW  - continuous time random walks
KW  - ageing
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/11/113050
SN  - 1367-2630
VL  - 16
PB  - IOP Publ. Ltd.
CY  - Bristol
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Lange, Ilja
A1  - Reiter, Sina
A1  - Paetzel, Michael
A1  - Zykov, Anton
A1  - Nefedov, Alexei
A1  - Hildebrandt, Jana
A1  - Hecht, Stefan
A1  - Kowarik, Stefan
A1  - Woell, Christof
A1  - Heimel, Georg
A1  - Neher, Dieter
T1  - Tuning the work function of polar zinc oxide surfaces using modified phosphonic acid self-assembled monolayers
JF  - Advanced functional materials
N2  - Zinc oxide (ZnO) is regarded as a promising alternative material for transparent conductive electrodes in optoelectronic devices. However, ZnO suffers from poor chemical stability. ZnO also has a moderate work function (WF), which results in substantial charge injection barriers into common (organic) semiconductors that constitute the active layer in a device. Controlling and tuning the ZnO WF is therefore necessary but challenging. Here, a variety of phosphonic acid based self-assembled monolayers (SAMs) deposited on ZnO surfaces are investigated. It is demonstrated that they allow the tuning the WF over a wide range of more than 1.5 eV, thus enabling the use of ZnO as both the hole-injecting and electron-injecting contact. The modified ZnO surfaces are characterized using a number of complementary techniques, demonstrating that the preparation protocol yields dense, well-defined molecular monolayers.
KW  - ZnO
KW  - self-assembled monolayers
KW  - phosphonic acid
KW  - surface modification
KW  - electrodes
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1002/adfm.201401493
SN  - 1616-301X
SN  - 1616-3028
VL  - 24
IS  - 44
SP  - 7014
EP  - 7024
PB  - Wiley-VCH
CY  - Weinheim
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Gerhardt, Matthias
A1  - Walz, Michael
A1  - Beta, Carsten
T1  - Signaling in chemotactic amoebae remains spatially confined to stimulated membrane regions
JF  - Journal of cell science
N2  - Recent work has demonstrated that the receptor-mediated signaling system in chemotactic amoeboid cells shows typical properties of an excitable system. Here, we delivered spatially confined stimuli of the chemoattractant cAMP to the membrane of differentiated Dictyostelium discoideum cells to investigate whether localized receptor stimuli can induce the spreading of excitable waves in the G-protein-dependent signal transduction system. By imaging the spatiotemporal dynamics of fluorescent markers for phosphatidylinositol (3,4,5)-trisphosphate (PIP3), PTEN and filamentous actin, we observed that the activity of the signaling pathway remained spatially confined to the stimulated membrane region. Neighboring parts of the membrane were not excited and no receptor-initiated spatial spreading of excitation waves was observed. To generate localized cAMP stimuli, either particles that carried covalently bound cAMP molecules on their surface were brought into contact with the cell or a patch of the cell membrane was aspirated into a glass micropipette to shield this patch against freely diffusing cAMP molecules in the surrounding medium. Additionally, the binding site of the cAMP receptor was probed with different surface-immobilized cAMP molecules, confirming results from earlier ligand-binding studies.
KW  - Signal transduction
KW  - Excitable dynamics
KW  - Dictyostelium
KW  - cAMP
KW  - PIP3
KW  - PIP2
KW  - PI3K
KW  - PTEN
KW  - Micropipette aspiration
KW  - cAMP receptor
KW  - Patch clamp
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1242/jcs.161133
SN  - 0021-9533
SN  - 1477-9137
VL  - 127
IS  - 23
SP  - 5115
EP  - 5125
PB  - Company of Biologists Limited
CY  - Cambridge
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Richter, Marcel
A1  - Zakrevskyy, Yuriy
A1  - Eisele, Michael
A1  - Lomadze, Nino
A1  - Santer, Svetlana
A1  - von Klitzing, Regine
T1  - Effect of pH, co-monomer content, and surfactant structure on the swelling behavior of microgel-azobenzene-containing surfactant complex
JF  - Polymer : the international journal for the science and technology of polymers
N2  - The contraction/swelling transition of anionic PNIPAM-co-AAA particles can be manipulated by light using interactions with cationic azobenzene-containing surfactant. In this study the influence of pH-buffers and their concentrations, the charge density (AAA content) in microgel particles as well as the spacer length of the surfactant on the complex formation between the microgel and surfactant is investigated. It is shown that the presence of pH buffer can lead to complete blocking of the interactions in such complexes and the resulting microgel contraction/swelling response. There is a clear competition between the buffer ions and the surfactant molecules interacting with microgel particles. When working in pure water solutions with fixed concentration (charge density) of microgel, the contraction/swelling of the particles is controlled only by relative concentration (charge ratio) of the surfactant and AAA groups of the microgel. Furthermore, the particle contraction is more efficient for shorter spacer length of the surfactant. The onset point of the contraction process is not affected by the surfactant hydrophobicity. This work provides new insight into the interaction between microgel particles and photo-sensitive surfactants, which offers high potential in new sensor systems. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.
KW  - Hydrogel
KW  - Photosensitive surfactant
KW  - PNIPAM
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1016/j.polymer.2014.10.027
SN  - 0032-3861
SN  - 1873-2291
VL  - 55
IS  - 25
SP  - 6513
EP  - 6518
PB  - Elsevier
CY  - Oxford
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Metzler, Ralf
A1  - Sanders, L.
A1  - Lomholt, M. A.
A1  - Lizana, L.
A1  - Fogelmark, K.
A1  - Ambjoernsson, Tobias
T1  - Ageing single file motion
JF  - The European physical journal
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1140/epjst/e2014-02333-5
SN  - 1951-6355
SN  - 1951-6401
VL  - 223
IS  - 14
SP  - 3287
EP  - 3293
PB  - Springer
CY  - Heidelberg
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Lepri, Stefano
A1  - Pikovskij, Arkadij
T1  - Nonreciprocal wave scattering on nonlinear string-coupled oscillators
JF  - Chaos : an interdisciplinary journal of nonlinear science
N2  - We study scattering of a periodic wave in a string on two lumped oscillators attached to it. The equations can be represented as a driven (by the incident wave) dissipative (due to radiation losses) system of delay differential equations of neutral type. Nonlinearity of oscillators makes the scattering non-reciprocal: The same wave is transmitted differently in two directions. Periodic regimes of scattering are analyzed approximately, using amplitude equation approach. We show that this setup can act as a nonreciprocal modulator via Hopf bifurcations of the steady solutions. Numerical simulations of the full system reveal nontrivial regimes of quasiperiodic and chaotic scattering. Moreover, a regime of a "chaotic diode," where transmission is periodic in one direction and chaotic in the opposite one, is reported. (C) 2014 AIP Publishing LLC.
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1063/1.4899205
SN  - 1054-1500
SN  - 1089-7682
VL  - 24
IS  - 4
PB  - American Institute of Physics
CY  - Melville
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Arridge, Christopher S.
A1  - Achilleos, N.
A1  - Agarwal, Jessica
A1  - Agnor, C. B.
A1  - Ambrosi, R.
A1  - Andre, N.
A1  - Badman, S. V.
A1  - Baines, K.
A1  - Banfield, D.
A1  - Barthelemy, M.
A1  - Bisi, M. M.
A1  - Blum, J.
A1  - Bocanegra-Bahamon, T.
A1  - Bonfond, B.
A1  - Bracken, C.
A1  - Brandt, P.
A1  - Briand, C.
A1  - Briois, C.
A1  - Brooks, S.
A1  - Castillo-Rogez, J.
A1  - Cavalie, T.
A1  - Christophe, B.
A1  - Coates, Andrew J.
A1  - Collinson, G.
A1  - Cooper, John F.
A1  - Costa-Sitja, M.
A1  - Courtin, R.
A1  - Daglis, I. A.
A1  - De Pater, Imke
A1  - Desai, M.
A1  - Dirkx, D.
A1  - Dougherty, M. K.
A1  - Ebert, R. W.
A1  - Filacchione, Gianrico
A1  - Fletcher, Leigh N.
A1  - Fortney, J.
A1  - Gerth, I.
A1  - Grassi, D.
A1  - Grodent, D.
A1  - Grün, Eberhard
A1  - Gustin, J.
A1  - Hedman, M.
A1  - Helled, R.
A1  - Henri, P.
A1  - Hess, Sebastien
A1  - Hillier, J. K.
A1  - Hofstadter, M. H.
A1  - Holme, R.
A1  - Horanyi, M.
A1  - Hospodarsky, George B.
A1  - Hsu, S.
A1  - Irwin, P.
A1  - Jackman, C. M.
A1  - Karatekin, O.
A1  - Kempf, Sascha
A1  - Khalisi, E.
A1  - Konstantinidis, K.
A1  - Kruger, H.
A1  - Kurth, William S.
A1  - Labrianidis, C.
A1  - Lainey, V.
A1  - Lamy, L. L.
A1  - Laneuville, Matthieu
A1  - Lucchesi, D.
A1  - Luntzer, A.
A1  - MacArthur, J.
A1  - Maier, A.
A1  - Masters, A.
A1  - McKenna-Lawlor, S.
A1  - Melin, H.
A1  - Milillo, A.
A1  - Moragas-Klostermeyer, Georg
A1  - Morschhauser, Achim
A1  - Moses, J. I.
A1  - Mousis, O.
A1  - Nettelmann, N.
A1  - Neubauer, F. M.
A1  - Nordheim, T.
A1  - Noyelles, B.
A1  - Orton, G. S.
A1  - Owens, Mathew
A1  - Peron, R.
A1  - Plainaki, C.
A1  - Postberg, F.
A1  - Rambaux, N.
A1  - Retherford, K.
A1  - Reynaud, Serge
A1  - Roussos, Elias
A1  - Russell, C. T.
A1  - Rymer, Am.
A1  - Sallantin, R.
A1  - Sanchez-Lavega, A.
A1  - Santolik, O.
A1  - Saur, J.
A1  - Sayanagi, Km.
A1  - Schenk, P.
A1  - Schubert, J.
A1  - Sergis, N.
A1  - Sittler, E. C.
A1  - Smith, A.
A1  - Spahn, Frank
A1  - Srama, Ralf
A1  - Stallard, T.
A1  - Sterken, V.
A1  - Sternovsky, Zoltan
A1  - Tiscareno, M.
A1  - Tobie, G.
A1  - Tosi, F.
A1  - Trieloff, M.
A1  - Turrini, D.
A1  - Turtle, E. P.
A1  - Vinatier, S.
A1  - Wilson, R.
A1  - Zarkat, P.
T1  - The science case for an orbital mission to Uranus: Exploring the origins and evolution of ice giant planets
JF  - Planetary and space science
N2  - Giant planets helped to shape the conditions we see in the Solar System today and they account for more than 99% of the mass of the Sun's planetary system. They can be subdivided into the Ice Giants (Uranus and Neptune) and the Gas Giants (Jupiter and Saturn), which differ from each other in a number of fundamental ways. Uranus, in particular is the most challenging to our understanding of planetary formation and evolution, with its large obliquity, low self-luminosity, highly asymmetrical internal field, and puzzling internal structure. Uranus also has a rich planetary system consisting of a system of inner natural satellites and complex ring system, five major natural icy satellites, a system of irregular moons with varied dynamical histories, and a highly asymmetrical magnetosphere. Voyager 2 is the only spacecraft to have explored Uranus, with a flyby in 1986, and no mission is currently planned to this enigmatic system. However, a mission to the uranian system would open a new window on the origin and evolution of the Solar System and would provide crucial information on a wide variety of physicochemical processes in our Solar System. These have clear implications for understanding exoplanetary systems. In this paper we describe the science case for an orbital mission to Uranus with an atmospheric entry probe to sample the composition and atmospheric physics in Uranus' atmosphere. The characteristics of such an orbiter and a strawman scientific payload are described and we discuss the technical challenges for such a mission. This paper is based on a white paper submitted to the European Space Agency's call for science themes for its large-class mission programme in 2013.
KW  - Uranus
KW  - Magnetosphere
KW  - Atmosphere
KW  - Natural satellites
KW  - Rings
KW  - Planetary interior
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1016/j.pss.2014.08.009
SN  - 0032-0633
VL  - 104
SP  - 122
EP  - 140
PB  - Elsevier
CY  - Oxford
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Tobie, G.
A1  - Teanby, N. A.
A1  - Coustenis, A.
A1  - Jaumann, Ralf
A1  - Raulin, E.
A1  - Schmidt, J.
A1  - Carrasco, N.
A1  - Coates, Andrew J.
A1  - Cordier, D.
A1  - De Kok, R.
A1  - Geppert, W. D.
A1  - Lebreton, J. -P.
A1  - Lefevre, A.
A1  - Livengood, T. A.
A1  - Mandt, K. E.
A1  - Mitri, G.
A1  - Nimmo, F.
A1  - Nixon, C. A.
A1  - Norman, L.
A1  - Pappalardo, R. T.
A1  - Postberg, F.
A1  - Rodriguez, S.
A1  - SchuizeMakuch, D.
A1  - Soderblom, J. M.
A1  - Solomonidou, A.
A1  - Stephan, K.
A1  - Stofan, E. R.
A1  - Turtle, E. P.
A1  - Wagner, R. J.
A1  - West, R. A.
A1  - Westlake, J. H.
T1  - Science goals and mission concept for the future exploration of Titan and Enceladus
JF  - Planetary and space science
KW  - Titan
KW  - Enceladus
KW  - Atmosphere
KW  - Surface
KW  - Ocean
KW  - Interior
KW  - Missions
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1016/j.pss.2014.10.002
SN  - 0032-0633
VL  - 104
SP  - 59
EP  - 77
PB  - Elsevier
CY  - Oxford
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Miedema, Piter Sybren
A1  - Beye, Martin
A1  - Koennecke, R.
A1  - Schiwietz, Gregor
A1  - Föhlisch, Alexander
T1  - Thermal evolution of the band edges of 6H-SiC: X-ray methods compared to the optical band gap
JF  - Journal of electron spectroscopy and related phenomena : the international journal on theoretical and experimental aspects of electron spectroscopy
N2  - The band gap of semiconductors like silicon and silicon carbide (SIC) is the key for their device properties. In this research, the band gap of 6H-SiC and its temperature dependence were analyzed with silicon 2p X-ray absorption spectroscopy (XAS), X-ray emission spectroscopy (XES) and resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) allowing for a separate analysis of the conduction-band minimum (CBM) and valence-band maximum (VBM) components of the band gap. The temperature-dependent asymmetric band gap shrinking of 6H-SiC was determined with a valence-band slope of +2.45 x 10(-4) eV/K and a conduction-band slope of -1.334 x 10(-4) eV/K. The apparent asymmetry, e.g., that two thirds of the band-gap shrinking with increasing temperature is due to the VBM evolution in 6H-SiC, is similar to the asymmetry obtained for pure silicon before. The overall band gap temperature-dependence determined with XAS and nonresonant XES is compared to temperature-dependent optical studies. The core-excitonic binding energy appearing in the Si 2p XAS is extracted as the main difference. In addition, the energy loss of the onset of the first band in RIXS yields to values similar to the optical band gap over the tested temperature range. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.
KW  - RIXS
KW  - XAS
KW  - XES
KW  - Semiconductors
KW  - Silicon carbide
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1016/j.elspec.2014.08.003
SN  - 0368-2048
SN  - 1873-2526
VL  - 197
SP  - 37
EP  - 42
PB  - Elsevier
CY  - Amsterdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Meier, Patrick
A1  - Kriegel, Hendrik
A1  - Motschmann, Uwe
A1  - Schmidt, Jürgen
A1  - Spahn, Frank
A1  - Hill, Thomas W.
A1  - Dong, Yaxue
A1  - Jones, Geraint H.
T1  - A model of the spatial and size distribution of Enceladus' dust plume
JF  - Planetary and space science
KW  - Enceladus
KW  - Plume
KW  - Nanograins
KW  - Cassini
KW  - Tail
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1016/j.pss.2014.09.016
SN  - 0032-0633
VL  - 104
SP  - 216
EP  - 233
PB  - Elsevier
CY  - Oxford
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Toenjes, Ralf
A1  - Sokolov, Igor M.
A1  - Postnikov, Eugene B.
T1  - Spectral properties of the fractional Fokker-Planck operator for the Levy flight in a harmonic potential
JF  - The European physical journal
N2  - We present a detailed analysis of the eigenfunctions of the Fokker-Planck operator for the LevyOrnstein- Uhlenbeck process, their asymptotic behavior and recurrence relations, explicit expressions in coordinate space for the special cases of the Ornstein-Uhlenbeck process with Gaussian and with Cauchy white noise and for the transformation kernel, which maps the fractional Fokker-Planck operator of the Cauchy-Ornstein-Uhlenbeck process to the non-fractional Fokker-Planck operator of the usual Gaussian Ornstein-Uhlenbeck process. We also describe how non-spectral relaxation can be observed in bounded random variables of the Levy-Ornstein-Uhlenbeck process and their correlation functions.
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1140/epjb/e2014-50558-5
SN  - 1434-6028
SN  - 1434-6036
VL  - 87
IS  - 12
PB  - Springer
CY  - New York
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Cherstvy, Andrey G.
A1  - Chechkin, Aleksei V.
A1  - Metzler, Ralf
T1  - Ageing and confinement in non-ergodic heterogeneous diffusion processes
JF  - Journal of physics : A, Mathematical and theoretical
N2  - We study the effects of ageing-the time delay between initiation of the physical process at t = 0 and start of observation at some time t(a) > 0-and spatial confinement on the properties of heterogeneous diffusion processes (HDPs) with deterministic power-law space-dependent diffusivities, D(x) = D-0 vertical bar x vertical bar(alpha). From analysis of the ensemble and time averaged mean squared displacements and the ergodicity breaking parameter quantifying the inherent degree of irreproducibility of individual realizations of the HDP we obtain striking similarities to ageing subdiffusive continuous time random walks with scale-free waiting time distributions. We also explore how both processes can be distinguished. For confined HDPs we study the long-time saturation of the ensemble and time averaged particle displacements as well as the magnitude of the inherent scatter of time averaged displacements and contrast the outcomes to the results known for other anomalous diffusion processes under confinement.
KW  - stochastic processes
KW  - anomalous diffusion
KW  - ageing
KW  - weak ergodicity breaking
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1088/1751-8113/47/48/485002
SN  - 1751-8113
SN  - 1751-8121
VL  - 47
IS  - 48
PB  - IOP Publ. Ltd.
CY  - Bristol
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Nagel, Oliver
A1  - Guven, Can
A1  - Theves, Matthias
A1  - Driscoll, Meghan
A1  - Losert, Wolfgang
A1  - Beta, Carsten
T1  - Geometry-driven polarity in motile amoeboid cells
JF  - PLoS one
N2  - Motile eukaryotic cells, such as leukocytes, cancer cells, and amoeba, typically move inside the narrow interstitial spacings of tissue or soil. While most of our knowledge of actin-driven eukaryotic motility was obtained from cells that move on planar open surfaces, recent work has demonstrated that confinement can lead to strongly altered motile behavior. Here, we report experimental evidence that motile amoeboid cells undergo a spontaneous symmetry breaking in confined interstitial spaces. Inside narrow channels, the cells switch to a highly persistent, unidirectional mode of motion, moving at a constant speed along the channel. They remain in contact with the two opposing channel side walls and alternate protrusions of their leading edge near each wall. Their actin cytoskeleton exhibits a characteristic arrangement that is dominated by dense, stationary actin foci at the side walls, in conjunction with less dense dynamic regions at the leading edge. Our experimental findings can be explained based on an excitable network model that accounts for the confinement-induced symmetry breaking and correctly recovers the spatio-temporal pattern of protrusions at the leading edge. Since motile cells typically live in the narrow interstitial spacings of tissue or soil, we expect that the geometry-driven polarity we report here plays an important role for movement of cells in their natural environment.
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1371/journal.pone.0113382
SN  - 1932-6203
VL  - 9
IS  - 12
PB  - PLoS
CY  - San Fransisco
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kraffert, Felix
A1  - Steyrleuthner, Robert
A1  - Albrecht, Steve
A1  - Neher, Dieter
A1  - Scharber, Markus C.
A1  - Bittl, Robert
A1  - Behrends, Jan
T1  - Charge Separation in PCPDTBT : PCBM Blends from an EPR Perspective
JF  - The journal of physical chemistry
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1021/jp509650v
SN  - 1932-7447
VL  - 118
IS  - 49
SP  - 28482
EP  - 28493
PB  - American Chemical Society
CY  - Washington
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Godec, Aljaz
A1  - Chechkin, Aleksei V.
A1  - Barkai, Eli
A1  - Kantz, Holger
A1  - Metzler, Ralf
T1  - Localisation and universal fluctuations in ultraslow diffusion processes
JF  - Journal of physics : A, Mathematical and theoretical
N2  - We study ultraslow diffusion processes with logarithmic mean squared displacement (MSD) < x(2)(t)> similar or equal to log(gamma)t. Comparison of annealed (renewal) continuous time random walks (CTRWs) with logarithmic waiting time distribution psi(tau) similar or equal to 1/(tau log(1+gamma)tau) and Sinai diffusion in quenched random landscapes reveals striking similarities, despite the great differences in their physical nature. In particular, they exhibit a weakly non-ergodic disparity of the time-averaged and ensemble-averaged MSDs. Remarkably, for the CTRW we observe that the fluctuations of time averages become universal, with an exponential suppression of mobile trajectories. We discuss the fundamental connection between the Golosov localization effect and non-ergodicity in the sense of the disparity between ensemble-averaged MSD and time-averaged MSD.
KW  - Sinai diffusion
KW  - anomalous diffusion
KW  - quenched energy landscape
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1088/1751-8113/47/49/492002
SN  - 1751-8113
SN  - 1751-8121
VL  - 47
IS  - 49
PB  - IOP Publ. Ltd.
CY  - Bristol
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Komarov, Maxim
A1  - Pikovskij, Arkadij
T1  - The Kuramoto model of coupled oscillators with a bi-harmonic coupling function
JF  - Physica : D, Nonlinear phenomena
N2  - We study synchronization in a Kuramoto model of globally coupled phase oscillators with a bi-harmonic coupling function, in the thermodynamic limit of large populations. We develop a method for an analytic solution of self-consistent equations describing uniformly rotating complex order parameters, both for single-branch (one possible state of locked oscillators) and multi-branch (two possible values of locked phases) entrainment. We show that synchronous states coexist with the neutrally linearly stable asynchronous regime. The latter has a finite life time for finite ensembles, this time grows with the ensemble size as a power law. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.
KW  - Kuramoto model
KW  - Bi-harmonic coupling function
KW  - Multi-branch entrainment
KW  - Synchronization
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1016/j.physd.2014.09.002
SN  - 0167-2789
SN  - 1872-8022
VL  - 289
SP  - 18
EP  - 31
PB  - Elsevier
CY  - Amsterdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Fang, X.
A1  - Guerrero, Martín A.
A1  - Marquez-Lugo, R. A.
A1  - Toala, Jesús Alberto
A1  - Arthur, S. J.
A1  - Chu, Y.-H.
A1  - Blair, William P.
A1  - Gruendl, R. A.
A1  - Hamann, Wolf-Rainer
A1  - Oskinova, Lidia M.
A1  - Todt, Helge Tobias
T1  - Expansion of hydrogen-poor knots in the born-again planetary nebulae A30 and A78
JF  - The astrophysical journal : an international review of spectroscopy and astronomical physics
N2  - We analyze the expansion of hydrogen-poor knots and filaments in the born-again planetary nebulae A30 and A78 based on Hubble Space Telescope ( HST) images obtained almost 20 yr apart. The proper motion of these features generally increases with distance to the central star, but the fractional expansion decreases, i.e., the expansion is not homologous. As a result, there is not a unique expansion age, which is estimated to be 610-950 yr for A30 and 600-1140 yr for A78. The knots and filaments have experienced complex dynamical processes: the current fast stellar wind is mass loaded by the material ablated from the inner knots; the ablated material is then swept up until it shocks the inner edges of the outer, hydrogen-rich nebula. The angular expansion of the outer filaments shows a clear dependence on position angle, indicating that the interaction of the stellar wind with the innermost knots channels the wind along preferred directions. The apparent angular expansion of the innermost knots seems to be dominated by the rocket effect of evaporating gas and by the propagation of the ionization front inside them. Radiation-hydrodynamical simulations show that a single ejection of material followed by a rapid onset of the stellar wind and ionizing flux can reproduce the variety of clumps and filaments at different distances from the central star found in A30 and A78.
KW  - ISM: kinematics and dynamics
KW  - planetary nebulae: individual (A30 and A78)
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1088/0004-637X/797/2/100
SN  - 0004-637X
SN  - 1538-4357
VL  - 797
IS  - 2
PB  - IOP Publ. Ltd.
CY  - Bristol
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Aliu, E.
A1  - Archambault, S.
A1  - Arlen, T.
A1  - Aune, T.
A1  - Barnacka, Anna
A1  - Beilicke, M.
A1  - Benbow, W.
A1  - Berger, K.
A1  - Bird, R.
A1  - Bouvier, A.
A1  - Buckley, J. H.
A1  - Bugaev, V.
A1  - Cerruti, M.
A1  - Chen, X.
A1  - Ciupik, L.
A1  - Collins-Hughes, E.
A1  - Connolly, M. P.
A1  - Cui, W.
A1  - Dumm, J.
A1  - Eisch, J. D.
A1  - Falcone, A.
A1  - Federici, S.
A1  - Feng, Q.
A1  - Finley, J. P.
A1  - Fleischhack, H.
A1  - Fortin, P.
A1  - Fortson, L.
A1  - Furniss, A.
A1  - Galante, N.
A1  - Gillanders, G. H.
A1  - Griffin, S.
A1  - Griffiths, S. T.
A1  - Grube, J.
A1  - Gyuk, G.
A1  - Hakansson, N.
A1  - Hanna, D.
A1  - Holder, J.
A1  - Hughes, G.
A1  - Hughes, Z.
A1  - Humensky, T. B.
A1  - Johnson, C. A.
A1  - Kaaret, P.
A1  - Kar, P.
A1  - Kertzman, M.
A1  - Khassen, Y.
A1  - Kieda, D.
A1  - Krawczynski, H.
A1  - Krennrich, F.
A1  - Lang, M. J.
A1  - Madhavan, A. S.
A1  - Majumdar, P.
A1  - McArthur, S.
A1  - McCann, A.
A1  - Meagher, K.
A1  - Millis, J.
A1  - Moriarty, P.
A1  - Mukherjee, R.
A1  - Nelson, T.
A1  - Nieto, D.
A1  - Ong, R. A.
A1  - Otte, A. N.
A1  - Park, N.
A1  - Perkins, J. S.
A1  - Pohl, M.
A1  - Popkow, A.
A1  - Prokoph, H.
A1  - Quinn, J.
A1  - Ragan, K.
A1  - Rajotte, J.
A1  - Reyes, L. C.
A1  - Reynolds, P. T.
A1  - Richards, G. T.
A1  - Roache, E.
A1  - Sadun, A.
A1  - Santander, M.
A1  - Sembroski, G. H.
A1  - Shahinyan, K.
A1  - Sheidaei, F.
A1  - Smith, A. W.
A1  - Staszak, D.
A1  - Telezhinsky, Igor O.
A1  - Theiling, M.
A1  - Tyler, J.
A1  - Varlotta, A.
A1  - Vassiliev, V. V.
A1  - Vincent, S.
A1  - Wakely, S. P.
A1  - Weekes, T. C.
A1  - Weinstein, A.
A1  - Welsing, R.
A1  - Wilhelm, Alina
A1  - Williams, D. A.
A1  - Zitzer, B.
A1  - Boettcher, Markus
A1  - Fumagalli, M.
T1  - Investigating broadband variability of the TeV blazar 1ES 1959+650
JF  - The astrophysical journal : an international review of spectroscopy and astronomical physics
N2  - We summarize broadband observations of the TeV-emitting blazar 1ES 1959+650, including optical R-band observations by the robotic telescopes Super-LOTIS and iTelescope, UV observations by Swift Ultraviolet and Optical Telescope, X-ray observations by the Swift X-ray Telescope, high-energy gamma-ray observations with the Fermi Large Area Telescope, and very-high-energy (VHE) gamma-ray observations by VERITAS above 315 GeV, all taken between 2012 April 17 and 2012 June 1 (MJD 56034 and 56079). The contemporaneous variability of the broadband spectral energy distribution is explored in the context of a simple synchrotron self Compton (SSC) model. In the SSC emission scenario, we find that the parameters required to represent the high state are significantly different than those in the low state. Motivated by possible evidence of gas in the vicinity of the blazar, we also investigate a reflected emission model to describe the observed variability pattern. This model assumes that the non-thermal emission from the jet is reflected by a nearby cloud of gas, allowing the reflected emission to re-enter the blob and produce an elevated gamma-ray state with no simultaneous elevated synchrotron flux. The model applied here, although not required to explain the observed variability pattern, represents one possible scenario which can describe the observations. As applied to an elevated VHE state of 66% of the Crab Nebula flux, observed on a single night during the observation period, the reflected emission scenario does not support a purely leptonic non-thermal emission mechanism. The reflected emission model does, however, predict a reflected photon field with sufficient energy to enable elevated gamma-ray emission via pion production with protons of energies between 10 and 100 TeV.
KW  - BL Lacertae objects: individual (1ES 1959+650)
KW  - gamma rays: galaxies
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1088/0004-637X/797/2/89
SN  - 0004-637X
SN  - 1538-4357
VL  - 797
IS  - 2
PB  - IOP Publ. Ltd.
CY  - Bristol
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Abramowski, Attila
A1  - Aharonian, Felix A.
A1  - Benkhali, Faical  Ait
A1  - Akhperjanian, A. G.
A1  - Angüner, Ekrem Oǧuzhan
A1  - Backes, Michael
A1  - Balenderan, Shangkari
A1  - Balzer, Arnim
A1  - Barnacka, Anna
A1  - Becherini, Yvonne
A1  - Tjus, J. Becker
A1  - Berge, David
A1  - Bernhard, Sabrina
A1  - Bernlöhr, K.
A1  - Birsin, E.
A1  - Biteau, Jonathan
A1  - Boettcher, Markus
A1  - Boisson, Catherine
A1  - Bolmont, J.
A1  - Bordas, Pol
A1  - Bregeon, Johan
A1  - Brun, Francois
A1  - Brun, Pierre
A1  - Bryan, Mark
A1  - Bulik, Tomasz
A1  - Carrigan, Svenja
A1  - Casanova, Sabrina
A1  - Chadwick, Paula M.
A1  - Chakraborty, N.
A1  - Chalme-Calvet, R.
A1  - Chaves, Ryan C. G.
A1  - Chretien, M.
A1  - Colafrancesco, Sergio
A1  - Cologna, Gabriele
A1  - Conrad, Jan
A1  - Couturier, C.
A1  - Cui, Y.
A1  - Dalton, M.
A1  - Davids, I. D.
A1  - Degrange, B.
A1  - Deil, C.
A1  - deWilt, P.
A1  - Djannati-Ataï, A.
A1  - Domainko, W.
A1  - Donath, A.
A1  - Dubus, G.
A1  - Dutson, K.
A1  - Dyks, J.
A1  - Dyrda, M.
A1  - Edwards, T.
A1  - Egberts, Kathrin
A1  - Eger, P.
A1  - Espigat, P.
A1  - Farnier, C.
A1  - Fegan, S.
A1  - Feinstein, F.
A1  - Fernandes, M. V.
A1  - Fernandez, D.
A1  - Fiasson, A.
A1  - Fontaine, G.
A1  - Foerster, A.
A1  - Fuessling, M.
A1  - Gabici, S.
A1  - Gajdus, M.
A1  - Gallant, Y. A.
A1  - Garrigoux, T.
A1  - Giavitto, G.
A1  - Giebels, B.
A1  - Glicenstein, J. F.
A1  - Gottschall, D.
A1  - Goudelis, A.
A1  - Grondin, M. -H.
A1  - Grudzinska, M.
A1  - Hadsch, D.
A1  - Haeffner, S.
A1  - Hahn, J.
A1  - Harris, J.
A1  - Heinzelmann, G.
A1  - Henri, G.
A1  - Hermann, G.
A1  - Hervet, O.
A1  - Hillert, A.
A1  - Hinton, James Anthony
A1  - Hofmann, W.
A1  - Hofverberg, P.
A1  - Holler, M.
A1  - Horns, D.
A1  - Ivascenko, A.
A1  - Jacholkowska, A.
A1  - Jahn, C.
A1  - Jamrozy, M.
A1  - Janiak, M.
A1  - Jankowsky, F.
A1  - Jung, I.
A1  - Kastendieck, M. A.
A1  - Katarzynski, K.
A1  - Katz, U.
A1  - Kaufmann, S.
A1  - Khelifi, B.
A1  - Kieffer, M.
A1  - Klepser, S.
A1  - Klochkov, D.
A1  - Kluzniak, W.
A1  - Kolitzus, D.
A1  - Komin, Nu.
A1  - Kosack, K.
A1  - Krakau, S.
A1  - Krayzel, F.
A1  - Krueger, P. P.
A1  - Laffon, H.
A1  - Lamanna, G.
A1  - Lefaucheur, J.
A1  - Lefranc, V.
A1  - Lemiere, A.
A1  - Lemoine-Goumard, M.
A1  - Lenain, J. -P.
A1  - Lohse, T.
A1  - Lopatin, A.
A1  - Lu, C. -C.
A1  - Marandon, V.
A1  - Marcowith, Alexandre
A1  - Marx, R.
A1  - Maurin, G.
A1  - Maxted, N.
A1  - Mayer, M.
A1  - McComb, T. J. L.
A1  - Mehault, J.
A1  - Meintjes, P. J.
A1  - Menzler, U.
A1  - Meyer, M.
A1  - Mitchell, A. M. W.
A1  - Moderski, R.
A1  - Mohamed, M.
A1  - Mora, K.
A1  - Moulin, Emmanuel
A1  - Murach, T.
A1  - de Naurois, M.
A1  - Niemiec, J.
A1  - Nolan, S. J.
A1  - Oakes, L.
A1  - Odaka, H.
A1  - Ohm, S.
A1  - Opitz, B.
A1  - Ostrowski, M.
A1  - Oya, I.
A1  - Panter, M.
A1  - Parsons, R. D.
A1  - Arribas, M. Paz
A1  - Pekeur, N. W.
A1  - Pelletier, G.
A1  - Perez, J.
A1  - Petrucci, P. -O.
A1  - Peyaud, B.
A1  - Pita, S.
A1  - Poon, H.
A1  - Puehlhofer, G.
A1  - Punch, M.
A1  - Quirrenbach, A.
A1  - Raab, S.
A1  - Reichardt, I.
A1  - Reimer, A.
A1  - Reimer, Olaf
A1  - Renaud, M.
A1  - de los Reyes, R.
A1  - Rieger, F.
A1  - Rob, L.
A1  - Romoli, C.
A1  - Rosier-Lees, S.
A1  - Rowell, G.
A1  - Rudak, B.
A1  - Rulten, C. B.
A1  - Sahakian, V.
A1  - Salek, D.
A1  - Sanchez, David M.
A1  - Santangelo, Andrea
A1  - Schlickeiser, R.
A1  - Schuessler, Fabian
A1  - Schulz, A.
A1  - Schwanke, U.
A1  - Schwarzburg, S.
A1  - Schwemmer, S.
A1  - Serpico, P.
A1  - Sol, H.
A1  - Spanier, F.
A1  - Spengler, G.
A1  - Spiess, F.
A1  - Steenkamp, R.
A1  - Stegmann, Christian
A1  - Stinzing, F.
A1  - Stycz, K.
A1  - Sushch, Iurii
A1  - Tavernet, J. -P.
A1  - Tavernier, T.
A1  - Taylor, A. M.
A1  - Terrier, R.
A1  - Tluczykont, M.
A1  - Trichard, C.
A1  - Valerius, K.
A1  - van Eldik, C.
A1  - van Soelen, B.
A1  - Vasileiadis, G.
A1  - Veh, J.
A1  - Venter, C.
A1  - Viana, A.
A1  - Vincent, P.
A1  - Vink, J.
A1  - Voelk, H. J.
A1  - Volpe, F.
A1  - Vorster, M.
A1  - Vuillaume, T.
A1  - Wagner, S. J.
A1  - Wagner, P.
A1  - Wagner, R. M.
A1  - Ward, M.
A1  - Weidinger, M.
A1  - Weitzel, Q.
A1  - White, R.
A1  - Wierzcholska, A.
A1  - Willmann, P.
A1  - Woernlein, A.
A1  - Wouters, D.
A1  - Yang, R.
A1  - Zabalza, V.
A1  - Zaborov, D.
A1  - Zacharias, M.
A1  - Zdziarski, A. A.
A1  - Zech, Alraune
A1  - Zechlin, H. -S.
T1  - Search for dark matter annihilation signatures in HESS observations of
dwarf spheroidal galaxies
JF  - Physical review : D, Particles, fields, gravitation, and cosmology
N2  - Dwarf spheroidal galaxies of the Local Group are close satellites of the Milky Way characterized by a large mass-to-light ratio and are not expected to be the site of nonthermal high-energy gamma-ray emission or intense star formation. Therefore they are among the most promising candidates for indirect dark matter searches. During the last years the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) of imaging atmospheric Cherenkov telescopes observed five of these dwarf galaxies for more than 140 hours in total, searching for TeV gamma-ray emission from annihilation of dark matter particles. The new results of the deep exposure of the Sagittarius dwarf spheroidal galaxy, the first observations of the Coma Berenices and Fornax dwarves and the reanalysis of two more dwarf spheroidal galaxies already published by the H.E.S.S. Collaboration, Carina and Sculptor, are presented. In the absence of a significant signal new constraints on the annihilation cross section applicable to weakly interacting massive particles (WIMPs) are derived by combining the observations of the five dwarf galaxies. The combined exclusion limit depends on the WIMP mass and the best constraint is reached at 1-2 TeV masses with a cross-section upper bound of similar to 3.9 x 10(-24) cm(3) s(-1) at a 95% confidence level.
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1103/PhysRevD.90.112012
SN  - 1550-7998
SN  - 1550-2368
VL  - 90
IS  - 11
PB  - American Physical Society
CY  - College Park
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Abramowski, Attila
A1  - Aharonian, Felix A.
A1  - Benkhali, Faical  Ait
A1  - Akhperjanian, A. G.
A1  - Angüner, Ekrem Oǧuzhan
A1  - Backes, Michael
A1  - Balenderan, Shangkari
A1  - Balzer, Arnim
A1  - Barnacka, Anna
A1  - Becherini, Yvonne
A1  - Tjus, J. Becker
A1  - Berge, David
A1  - Bernhard, Sabrina
A1  - Bernlöhr, K.
A1  - Birsin, E.
A1  - Biteau, Jonathan
A1  - Boettcher, Markus
A1  - Boisson, Catherine
A1  - Bolmont, J.
A1  - Bordas, Pol
A1  - Bregeon, Johan
A1  - Brun, Francois
A1  - Brun, Pierre
A1  - Bryan, Mark
A1  - Bulik, Tomasz
A1  - Carrigan, Svenja
A1  - Casanova, Sabrina
A1  - Chadwick, Paula M.
A1  - Chakraborty, N.
A1  - Chalme-Calvet, R.
A1  - Chaves, Ryan C. G.
A1  - Chretien, M.
A1  - Colafrancesco, Sergio
A1  - Cologna, Gabriele
A1  - Conrad, Jan
A1  - Couturier, C.
A1  - Cui, Y.
A1  - Davids, I. D.
A1  - Degrange, B.
A1  - Deil, C.
A1  - dewilt, P.
A1  - Djannati-Ataï, A.
A1  - Domainko, W.
A1  - Donath, A.
A1  - Dubus, G.
A1  - Dutson, K.
A1  - Dyks, J.
A1  - Dyrda, M.
A1  - Edwards, T.
A1  - Egberts, Kathrin
A1  - Eger, P.
A1  - Espigat, P.
A1  - Farnier, C.
A1  - Fegan, S.
A1  - Feinstein, F.
A1  - Fernandes, M. V.
A1  - Fernandez, D.
A1  - Fiasson, A.
A1  - Fontaine, G.
A1  - Foerster, A.
A1  - Fuessling, M.
A1  - Gabici, S.
A1  - Gajdus, M.
A1  - Gallant, Y. A.
A1  - Garrigoux, T.
A1  - Giavitto, G.
A1  - Giebels, B.
A1  - Glicenstein, J. F.
A1  - Gottschall, D.
A1  - Grondin, M. -H.
A1  - Grudzinska, M.
A1  - Hadasch, D.
A1  - Haeffner, S.
A1  - Hahn, J.
A1  - Harris, J.
A1  - Heinzelmann, G.
A1  - Henri, G.
A1  - Hermann, G.
A1  - Hervet, O.
A1  - Hillert, A.
A1  - Hinton, James Anthony
A1  - Hofmann, W.
A1  - Hofverberg, P.
A1  - Holler, M.
A1  - Horns, D.
A1  - Ivascenko, A.
A1  - Jacholkowska, A.
A1  - Jahn, C.
A1  - Jamrozy, Marek
A1  - Janiak, M.
A1  - Jankowsky, F.
A1  - Jung-Richardt, I.
A1  - Kastendieck, M. A.
A1  - Katarzynski, Krzysztof
A1  - Katz, Uli
A1  - Kaufmann, S.
A1  - Khelifi, B.
A1  - Kieffer, M.
A1  - Klepser, S.
A1  - Klochkov, D.
A1  - Kluzniak, W.
A1  - Kolitzus, D.
A1  - Komin, Nu.
A1  - Kosack, K.
A1  - Krakau, S.
A1  - Krayzel, F.
A1  - Krueger, P. P.
A1  - Laffon, H.
A1  - Lamanna, G.
A1  - Lefaucheur, J.
A1  - Lefranc, V.
A1  - Lemiere, A.
A1  - Lemoine-Goumard, M.
A1  - Lenain, J. -P.
A1  - Lohse, T.
A1  - Lopatin, A.
A1  - Lu, C. -C.
A1  - Marandon, V.
A1  - Marcowith, Alexandre
A1  - Marx, R.
A1  - Maurin, G.
A1  - Maxted, N.
A1  - Mayer, M.
A1  - McComb, T. J. L.
A1  - Mehault, J.
A1  - Meintjes, P. J.
A1  - Menzler, U.
A1  - Meyer, M.
A1  - Mitchell, A. M. W.
A1  - Moderski, R.
A1  - Mohamed, M.
A1  - Mora, K.
A1  - Moulin, Emmanuel
A1  - Murach, T.
A1  - de Naurois, M.
A1  - Niemiec, J.
A1  - Nolan, S. J.
A1  - Oakes, L.
A1  - Odaka, H.
A1  - Ohm, S.
A1  - Opitz, B.
A1  - Ostrowski, M.
A1  - Oya, I.
A1  - Panter, M.
A1  - Parsons, R. D.
A1  - Arribas, M. Paz
A1  - Pekeur, N. W.
A1  - Pelletier, G.
A1  - Petrucci, P. -O.
A1  - Peyaud, B.
A1  - Pita, S.
A1  - Poon, H.
A1  - Puehlhofer, G.
A1  - Punch, Michael
A1  - Quirrenbach, A.
A1  - Raab, S.
A1  - Reichardt, I.
A1  - Reimer, A.
A1  - Reimer, Olaf
A1  - Renaud, M.
A1  - de los Reyes, R.
A1  - Rieger, F.
A1  - Romoli, C.
A1  - Rosier-Lees, S.
A1  - Rowell, G.
A1  - Rudak, B.
A1  - Rulten, C. B.
A1  - Sahakian, V.
A1  - Salek, D.
A1  - Sanchez, David M.
A1  - Santangelo, Andrea
A1  - Schlickeiser, R.
A1  - Schuessler, Fabian
A1  - Schulz, A.
A1  - Schwanke, U.
A1  - Schwarzburg, S.
A1  - Schwemmer, S.
A1  - Sol, H.
A1  - Spanier, F.
A1  - Spengler, G.
A1  - Spies, F.
A1  - Stawarz, L.
A1  - Steenkamp, R.
A1  - Stegmann, Christian
A1  - Stinzing, F.
A1  - Stycz, K.
A1  - Sushch, Iurii
A1  - Tavernet, J. -P.
A1  - Tavernier, T.
A1  - Taylor, A. M.
A1  - Terrier, R.
A1  - Tluczykont, M.
A1  - Trichard, C.
A1  - Valerius, K.
A1  - van Eldik, Christopher
A1  - van Soelen, B.
A1  - Vasileiadis, G.
A1  - Veh, J.
A1  - Venter, C.
A1  - Viana, A.
A1  - Vincent, P.
A1  - Vink, J.
A1  - Voelk, H. J.
A1  - Volpe, F.
A1  - Vorster, M.
A1  - Vuillaume, T.
A1  - Wagner, S. J.
A1  - Wagner, P.
A1  - Wagner, R. M.
A1  - Ward, M.
A1  - Weidinger, M.
A1  - Weitzel, Q.
A1  - White, R.
A1  - Wierzcholska, A.
A1  - Willmann, P.
A1  - Woernlein, A.
A1  - Wouters, D.
A1  - Yang, R.
A1  - Zabalza, V.
A1  - Zaborov, D.
A1  - Zacharias, M.
A1  - Zdziarski, A. A.
A1  - Zech, Alraune
A1  - Zechlin, H. -S.
A1  - Fukui, Y.
T1  - Diffuse Galactic gamma-ray emission with HESS
JF  - Physical review : D, Particles, fields, gravitation, and cosmology
N2  - Diffuse gamma-ray emission is the most prominent observable signature of celestial cosmic-ray interactions at high energies. While already being investigated at GeVenergies over several decades, assessments of diffuse gamma-ray emission at TeVenergies remain sparse. After completion of the systematic survey of the inner Galaxy, the H.E.S.S. experiment is in a prime position to observe large-scale diffuse emission at TeVenergies. Data of the H.E.S.S. Galactic Plane Survey are investigated in regions off known gamma-ray sources. Corresponding gamma-ray flux measurements were made over an extensive grid of celestial locations. Longitudinal and latitudinal profiles of the observed gamma-ray fluxes show characteristic excess emission not attributable to known gamma-ray sources. For the first time large-scale gamma-ray emission along the Galactic plane using imaging atmospheric Cherenkov telescopes has been observed. While the background subtraction technique limits the ability to recover modest variation on the scale of the H.E.S.S. field of view or larger, which is characteristic of the inverse Compton scatter-induced Galactic diffuse emission, contributions of neutral pion decay as well as emission from unresolved gamma-ray sources can be recovered in the observed signal to a large fraction. Calculations show that the minimum gamma-ray emission from pi(0) decay represents a significant contribution to the total signal. This detection is interpreted as a mix of diffuse Galactic gamma-ray emission and unresolved sources.
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1103/PhysRevD.90.122007
SN  - 1550-7998
SN  - 1550-2368
VL  - 90
IS  - 12
PB  - American Physical Society
CY  - College Park
ER  - 
TY  - BOOK
A1  - Pohl, Martin
T1  - Physik für alle
T3  - Verdammt clever
Y1  - 2014
SN  - 978-3-527-41235-8
PB  - Wiley
CY  - Hoboken
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - DiFlorio, Giuseppe
A1  - Bründermann, Erik
A1  - Yadavall, Nataraja Sekhar
A1  - Santer, Svetlana
A1  - Havenith, Martina
T1  - Polarized 3D Raman and nanoscale near-field optical microscopy of optically inscribed surface relief gratings: chromophore orientation in azo-doped polymer films
N2  - We have used polarized confocal Raman microspectroscopy and scanning near-field optical microscopy with a resolution of 60 nm to characterize photoinscribed grating structures of azobenzene doped polymer films on a glass support. Polarized Raman microscopy allowed determining the reorientation of the chromophores as a function of the grating phase and penetration depth of the inscribing laser in three dimensions. We found periodic patterns, which are not restricted to the surface alone, but appear also well below the surface in the bulk of the material. Near-field optical microscopy with nanoscale resolution revealed lateral two-dimensional optical contrast, which is not observable by atomic force and Raman microscopy.
Y1  - 2014
UR  - http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2014/sm/c3sm51787j
U6  - https://doi.org/10.1039/c3sm51787j
SN  - 1744-683x
ER  - 
TY  - GEN
A1  - de Carvalho, Sidney J.
A1  - Metzler, Ralf
A1  - Cherstvy, Andrey G.
T1  - Critical adsorption of polyelectrolytes onto charged Janus nanospheres
N2  - Based on extensive Monte Carlo simulations and analytical considerations we study the electrostatically driven adsorption of flexible polyelectrolyte chains onto charged Janus nanospheres. These net-neutral colloids are composed of two equally but oppositely charged hemispheres. The critical binding conditions for polyelectrolyte chains are analysed as function of the radius of the Janus particle and its surface charge density, as well as the salt concentration in the ambient solution. Specifically for the adsorption of finite-length polyelectrolyte chains onto Janus nanoparticles, we demonstrate that the critical adsorption conditions drastically differ when the size of the Janus particle or the screening length of the electrolyte are varied. We compare the scaling laws obtained for the adsorption–desorption threshold to the known results for uniformly charged spherical particles, observing significant disparities. We also contrast the changes to the polyelectrolyte chain conformations close to the surface of the Janus nanoparticles as compared to those for simple spherical particles. Finally, we discuss experimentally relevant physico-chemical systems for which our simulations results may become important. In particular, we observe similar trends with polyelectrolyte complexation with oppositely but heterogeneously charged proteins.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 278 
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-98783
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Liu, W.
A1  - Tkachov, R.
A1  - Komber, H.
A1  - Senkovskyy, V.
A1  - Schubert, M.
A1  - Wei, Z.
A1  - Facchetti, A.
A1  - Neher, Dieter
A1  - Kiriy, A.
T1  - Chain-growth polycondensation of perylene diimide-based copolymers
BT  - a new route to regio-regular perylene diimide-based acceptors for all-polymer solar cells and n-type transistors
N2  - Herein, we report the chain-growth tin-free room temperature polymerization method to synthesize n-type perylene diimide-dithiophene-based conjugated polymers (PPDIT2s) suitable for solar cell and transistor applications. The palladium/electron-rich tri-tert-butylphosphine catalyst is effective to enable the chain-growth polymerization of anion-radical monomer Br-TPDIT-Br/Zn to PPDIT2 with a molecular weight up to Mw ≈ 50 kg mol−1 and moderate polydispersity. This is the second example of the polymerization of unusual anion-radical aromatic complexes formed in a reaction of active Zn and electron-deficient diimide-based aryl halides. As such, the discovered polymerization method is not a specific reactivity feature of the naphthalene-diimide derivatives but is rather a general polymerization tool. This is an important finding, given the significantly higher maximum external quantum efficiency that can be reached with PDI-based copolymers (32–45%) in all-polymer solar cells compared to NDI-based materials (15–30%). Our studies revealed that PPDIT2 synthesized by the new method and the previously published polymer prepared by step-growth Stille polycondensation show similar electron mobility and all-polymer solar cell performance. At the same time, the polymerization reported herein has several technological advantages as it proceeds relatively fast at room temperature and does not involve toxic tin-based compounds. Because several chain-growth polymerization reactions are well-suited for the preparation of well-defined multi-functional polymer architectures, the next target is to explore the utility of the discovered polymerization in the synthesis of end-functionalized polymers and block copolymers. Such materials would be helpful to improve the nanoscale morphology of polymer blends in all-polymer solar cells.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 273 
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-98724
ER  - 
TY  - THES
A1  - Brem, Patrick
T1  - Compact objects in dense astrophysical environments
BT  - numerical simulations and implications for gravitational wave astronomy
Y1  - 2014
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zhou, Xu
T1  - Atmospheric interactions with land surface in the arctic based on regional climate model solutions
Y1  - 2014
ER  - 
TY  - THES
A1  - Goswami, Bedartha
T1  - Uncertainties in climate data analysis
T1  - Unsicherheiten in der Analyse von Klimadaten
BT  - Perspectives on working with measurement errors and other unknowns
BT  - Über Möglichkeiten der Arbeit mit Meßfehlern und anderen Unbekannten
N2  - 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 Niño 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.
N2  - Wissenschaftliche Untersuchungen setzen nicht nur eine Formulierung des gegenwärtigen Kenntnisstandes mitsamt ihrer Unsicherheiten voraus, sondern ebenso eine Eingrenzung des Unbekannten. Bezogen auf die Analyse von Klimadaten beinhaltet dies eine präzise Spezifikation gemessener Größen sowie eine durchgängige Berücksichtigung ihrer Messunsicherheiten in allen Schritten der Analyse. Diese Dissertation präsentiert eine analytische Methode zur Quantifizierung der in Paläoklimadaten inhärenten Messunsicherheiten. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung von Unsicherheiten in der Kopplungsstruktur zwischen Klimafaktoren die bekanntermaßen die globale Durchschnittstemperatur (GMT global mean temperature) beeinflussen.

Die Paläoklimaforschung beruht in kritischem Maße auf der Analyse von Proxydaten welche die Klimaentwicklung dokumentieren. Allerdings sind Proxydaten mit inhärenten Datierungsunsicherheiten behaftet. Basierend auf einem generischen Bayes’schen Ansatz wird in dieser Dissertation eine analytische Methode vorgestellt um aus den zeitlich unsicheren Proxydaten zeitlich präzise Folgen korrelierter Wahrscheinlichkeitsverteilungen zu erhalten. Von diesen Verteilungen werden Proxyzeitreihen zusammen mit ihren Unsicherheiten berechnet. Weiterhin wird eine rekurrenzbasierte Methode zur Analyse von Proxydaten entwickelt welche anhand dieser Wahrscheinlichkeitsverteilungen plötzliche Änderungen in der Dynamik des Systems ermittelt. Beide Methoden werden mit Hilfe synthetischer Beispieldaten validiert und mit realen Proxydaten demonstriert. Diese statistische Analyse von Proxydaten deckt unteranderem die Beziehungen zwischen der Variabilität der Daten und zugehöriger Unsicherheiten der Proxyzeitreihen auf. Die Re- kurrenzanalyse des Ostasiatischen Sommermonsuns bestätigt die bekannten Trockenzeiten der letzten 9.000 Jahre um 8.200 bzw. 4.400 Jahre vor unserer Zeit und deckt eine zusätzliche Trockenzeit um etwa 6.900 Jahre vor unserer Zeit auf.

Die Kopplungsstruktur zwischen Klimafaktoren die bekanntermaßen die GMT beeinflussen lässt sich als ein verworrenes, gerichtetes Netzwerk mit multiplen Links, welche zu verschiedenen Zeitskalen gehören, darstellen. Speziell ergibt sich eine signifikante Wechselwirkung zwischen der GMT und dem ENSO-Phänomen (El Niño-Southern Oscillation) auf einer quasi-zweijährigen Zeitskala. Einerseits beleuchtet diese Analyse die Notwendigkeit Einflüsse verschiedener Klimafaktoren auf die GMT nuancierter zu formulieren, andererseits werden die Grenzen der Quantifizierung dieser Einflüsse aufgezeigt.
KW  - data analysis
KW  - Bayesian estimation
KW  - Bayessche Schätzer
KW  - Datenanalyse
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-78312
ER  - 
TY  - THES
A1  - Conrad, Claudia
T1  - Open cluster groups and complexes
T1  - Gruppen und Komplexe offener Sternhaufen
N2  - It is generally agreed upon that stars typically form in open clusters and stellar associations, but little is known about the structure of the open cluster system. Do open clusters and stellar associations form isolated or do they prefer to form in groups and complexes? Open cluster groups and complexes could verify star forming regions to be larger than expected, which would explain the chemical homogeneity over large areas in the Galactic disk. They would also define an additional level in the hierarchy of star formation and could be used as tracers for the scales of fragmentation in giant molecular clouds? Furthermore, open cluster groups and complexes could affect Galactic dynamics and should be considered in investigations and simulations on the dynamical processes, such as radial migration, disc heating, differential rotation, kinematic resonances, and spiral structure.
In the past decade there were a few studies on open cluster pairs (de La Fuente Marcos & de La Fuente Marcos 2009a,b,c) and on open cluster groups and complexes (Piskunov et al. 2006). The former only considered spatial proximity for the identification of the pairs, while the latter also required tangential velocities to be similar for the members. In this work I used the full set of 6D phase-space information to draw a more detailed picture on these structures. For this purpose I utilised the most homogeneous cluster catalogue available, namely the Catalogue of Open Cluster Data (COCD; Kharchenko et al. 2005a,b), which contains parameters for 650 open clusters and compact associations, as well as for their uniformly selected members. Additional radial velocity (RV) and metallicity ([M/H]) information on the members were obtained from the RAdial Velocity Experiment (RAVE; Steinmetz et al. 2006; Kordopatis et al. 2013) for 110 and 81 clusters, respectively. The RAVE sample was cleaned considering quality parameters and flags provided by RAVE (Matijevič et al. 2012; Kordopatis et al. 2013). To ensure that only real members were included for the mean values, also the cluster membership, as provided by Kharchenko et al. (2005a,b), was considered for the stars cross-matched in RAVE. 
6D phase-space information could be derived for 432 out of the 650 COCD objects and I used an adaption of the Friends-of-Friends algorithm, as used in cosmology, to identify potential groupings. The vast majority of the 19 identified groupings were pairs, but I also found four groups of 4-5 members and one complex with 15 members. For the verification of the identified structures, I compared the results to a randomly selected subsample of the catalogue for the Milky Way global survey of Star Clusters (MWSC; Kharchenko et al. 2013), which became available recently, and was used as reference sample. Furthermore, I implemented Monte-Carlo simulations with randomised samples created from two distinguished input distributions for the spatial and velocity parameters. On the one hand, assuming a uniform distribution in the Galactic disc and, on the other hand, assuming the COCD data distributions to be representative for the whole open cluster population.
The results suggested that the majority of identified pairs are rather by chance alignments, but the groups and the complex seemed to be genuine. A comparison of my results to the pairs, groups and complexes proposed in the literature yielded a partial overlap, which was most likely because of selection effects and different parameters considered. This is another verification for the existence of such structures.
The characteristics of the found groupings favour that members of an open cluster grouping originate from a common giant molecular cloud and formed in a single, but possibly sequential, star formation event. Moreover, the fact that the young open cluster population showed smaller spatial separations between nearest neighbours than the old cluster population indicated that the lifetime of open cluster groupings is most likely comparable to that of the Galactic open cluster population itself. Still even among the old open clusters I could identify groupings, which suggested that the detected structure could be in some cases more long lived as one might think.
In this thesis I could only present a pilot study on structures in the Galactic open cluster population, since the data sample used was highly incomplete. For further investigations a far more complete sample would be required. One step in this direction would be to use data from large current surveys, like SDSS, RAVE, Gaia-ESO and VVV, as well as including results from studies on individual clusters. Later the sample can be completed by data from upcoming missions, like Gaia and 4MOST. Future studies using this more complete open cluster sample will reveal the effect of open cluster groupings on star formation theory and their significance for the kinematics, dynamics and evolution of the Milky Way, and thereby of spiral galaxies.
N2  - Es ist weithin anerkannt, dass Sterne typischerweise in offenen Sternenhaufen und Sternassoziationen entstehen, dennoch ist wenig über Strukturen in diesem System der offenen Sternhaufen bekannt. Entstehen offenen Sternhaufen und Sternassoziationen isoliert oder entstehen sie bevorzugt in Gruppen und Komplexen? Gruppen und Komplexe von offenen Sternhaufen könnten bestätigen, dass Sternentstehungsregionen größer sind als erwartet, was die Homogenität der chemischen Zusammensetzung über weite Areale in der galaktischen Scheibe erklären würde. Sie würden auch eine weitere Stufe in der Hierarchie der Sternentstehung definieren und könnten als Indikatoren für die Skalen der Fragmentierung in Riesenmolekülwolken dienen. Des Weiteren könnten Gruppen und Komplexe von offenen Sternhaufen die Dynamik unserer Galaxis beeinflussen und sollten in Untersuchungen und Simulationen von dynamischen Prozessen, wie radiale Migration, kinematische Aufheizung der Scheibe, differentielle Rotation, kinematische Resonanzen und der Spiralstruktur, miteinbezogen werden.
In den vergangenen Jahrzehnten gab es einigen Studien zu Paaren von offenen Sternhaufen (de La Fuente Marcos & de La Fuente Marcos 2009a,b,c) sowie zu Gruppen und Komplexen von offenen Sternhaufen (Piskunov et al. 2006). Erstere betrachteten ausschließlich räumliche Nähe für die Identifizierung der Paare, während letztere auch ähnliche tangentiale Geschwindigkeiten für die Mitglieder verlangten. In dieser Arbeit nutzte ich den kompletten Satz an 6D-Phasenrauminformationen, um ein vollständigeres Bild dieser Strukturen zu erstellen. Aus diesem Grund habe ich den homogensten Sternhaufenkatalog verwendet, der zu dieser Zeit verfügbar war, nämlich den Catalogue of Open Cluster Data (COCD; Kharchenko et al. 2005a,b), welcher Parameter für 650 offene Sternhaufen und Sternassoziationen, sowie deren einheitlich ausgewählte Mitglieder, enthält. Weitere Radialgeschwindigkeits- (RV) und Metallizitätsinformationen ([M/H]) für die Sternhaufenmitglieder wurden mit Hilfe des RAdial Velocity Experiment (RAVE; Steinmetz et al. 2006; Kordopatis et al. 2013) für 110 beziehungsweise 81 Haufen bestimmt. Der RAVE-Datensatz wurde mit Hilfe von Qualitätsparametern aus RAVE (Matijevič et al. 2012; Kordopatis et al. 2013) gereinigt. Um sicherzustellen, dass nur echte Mitglieder für die Mittelwertbestimmung betrachtet wurden, wurde auch die Haufenmitgliedschaft, wie von Kharchenko et al. (2005a,b) bereitgestellt, für die in RAVE identifizierten Sterne miteinbezogen.
6D-Phasenrauminformationen konnten für 432 der 650 COCD Objekte bestimmt werden und ich habe eine angepasste Variante des Friends-of-Friends Algorithmus genutzt, der in der Kosmologie verwendet wird, um potenzielle Gruppierungen zu identifizieren. Der überwiegende Teil der 19 identifizierten Gruppierungen waren Paare, ich habe aber auch vier Gruppen mit 4-5 Mitgliedern und einen Komplex mit 15 Mitgliedern gefunden. Für die Bestätigung der identifizierten Strukturen, verglich ich die Ergebnisse mit einem zufällig ausgewählten Datensatz aus dem Milky Way global survey of Star Clusters (MWSC; Kharchenko et al. 2013), der kürzlich erst zur Verfügung gestellt wurde und hier als Vergleichsdatensatz verwendet wurde. Des Weiteren, habe ich Monte-Carlo Simulationen mit zufälligen Datensätzen implementiert, die anhand von zwei unterschiedlichen Varianten für die Ausgangsverteilungen der räumlichen und Geschwindigkeitsparameter generiert wurden. Zum Einen unter der Annahme einer gleichmäßigen Verteilung in der galaktischen Scheibe und zum Anderen unter der Annahme, dass die Datenverteilungen im COCD repräsentativ sind für die gesamte Population der offenen Sternhaufen.
Die Ergebnisse deuteten darauf hin, dass die Mehrheit der identifizierten Paare eher zufällige Anordnungen sind, aber die Gruppen und der Komplex schienen echt zu sein. Ein Vergleich meiner Ergebnisse mit den in der Literatur vorgeschlagenen Paaren, Gruppen und Komplexen ergab eine teilweise Überschneidung, die höchstwahrscheinlich durch Auswahleffekte und die Verwendung unterschiedlicher Parameter bedingt war. Dies ist eine weitere Bestätigung für die Existenz solcher Strukturen.
Die Eigenschaften der gefundenen Gruppierungen bevorzugen, dass die Mitglieder einer Gruppierung von offenen Sternhaufen aus einer gemeinsamen Riesenmolekülwolke stammen und in einem Sternentstehungsereignis geformt wurden, das möglicherweise auch sequenziell ablief. Außerdem zeigte die junge Population der offenen Sternhaufen kleinere räumliche Abstände zwischen den nächsten Nachbarn als die alte Haufenpopulation, was darauf hindeutet, dass die Lebenszeit von Gruppierungen von offenen Sternhaufen vergleichbar ist mit der für die Population galaktischer offener Sternhaufen selbst. Dennoch wurden auch unter den alten offenen Sternhaufen Gruppierungen identifiziert, was andeutete, dass die gefundenen Strukturen doch in einigen Fällen langlebiger ist als man denken könnte.
In dieser Doktorarbeit konnte ich nur eine Pilotstudie zu Strukturen in der Population der galaktischen offenen Sternhaufen präsentieren, da der verwendete Datensatz höchst unvollständig war. Für zukünftige Untersuchungen wäre ein deutlich vollständigerer Datensatz notwendig. Ein Schritt in diese Richtung wäre die Verwendung von Daten aus großen momentan verfügbaren Beobachtungskampagnen, wie dem SDSS, RAVE, Gaia-ESO und dem VVV, sowie das miteinbeziehen der Ergebnisse von Studien an einzelnen offenen Sternhaufen. Später könnte dieser Datensatz durch die Verwendung von Daten aus kommenden Missionen, wie Gaia und 4MOST, komplettiert werden. Zukünftige Studien mit einem vollständigeren Datensatz werden den Einfluss von Gruppierungen von offenen Sternhaufen für die Sternentstehungstheorie und ihre Bedeutung für die Kinematik, Dynamik und Entwicklung der Milchstraße, und damit auch für andere Spiralgalaxien, enträtseln.
KW  - open clusters and stellar associations
KW  - stellar populations
KW  - offene Sternhaufen und stellare Assoziationen
KW  - Sternpopulationen
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-77605
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lange, Ilja
T1  - Energetische Struktur von Schichten organischer Halbleiter und ihr fundamentaler Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften organischer elektronischer Bauteile
Y1  - 2014
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hutter, Anne
T1  - Unveiling the epoch of reionization by simulations and high-redshift galaxies
T1  - Untersuchungen der Epoche der Reionisation mithilfe
von Simulationen und Beobachtungen hoch rotverschobener Galaxien
N2  - The Epoch of Reionization marks after recombination the second major change in the ionization state of the universe, going from a neutral to an ionized state. It starts with the appearance of the first stars and galaxies; a fraction of high-energy photons emitted from galaxies permeate into the intergalactic medium (IGM) and gradually ionize the hydrogen, until the IGM is completely ionized at z~6 (Fan et al., 2006). While the progress of reionization is driven by galaxy evolution, it changes the ionization and thermal state of the IGM substantially and affects subsequent structure and galaxy formation by various feedback mechanisms. 
Understanding this interaction between reionization and galaxy formation is further impeded by a lack of understanding of the high-redshift galactic properties such as the dust distribution and the escape fraction of ionizing photons. Lyman Alpha Emitters (LAEs) represent a sample of high-redshift galaxies that are sensitive to all these galactic properties and the effects of reionization. 
In this thesis we aim to understand the progress of reionization by performing cosmological simulations, which allows us to investigate the limits of constraining reionization by high-redshift galaxies as LAEs, and examine how galactic properties and the ionization state of the IGM affect the visibility and observed quantities of LAEs and Lyman Break galaxies (LBGs).  

In the first part of this thesis we focus on performing radiative transfer calculations to simulate reionization. We have developed a mapping-sphere-scheme, which, starting from spherically averaged temperature and density fields, uses our 1D radiative transfer code and computes the effect of each source on the IGM temperature and ionization (HII, HeII, HeIII) profiles, which are subsequently mapped onto a grid. Furthermore we have updated the 3D Monte-Carlo radiative transfer pCRASH, enabling detailed reionization simulations which take individual source characteristics into account.

In the second part of this thesis we perform a reionization simulation by post-processing a smoothed-particle hydrodynamical (SPH) simulation (GADGET-2) with 3D radiative transfer (pCRASH), where the ionizing sources are modelled according to the characteristics of the stellar populations in the hydrodynamical simulation. Following the ionization fractions of hydrogen (HI) and helium (HeII, HeIII), and temperature in our simulation, we find that reionization starts at z~11 and ends at z~6, and high density regions near sources are ionized earlier than low density regions far from sources.

In the third part of this thesis we couple the cosmological SPH simulation and the radiative transfer simulations with a physically motivated, self-consistent model for LAEs, in order to understand the importance of the ionization state of the IGM, the escape fraction of ionizing photons from galaxies and dust in the interstellar medium (ISM) on the visibility of LAEs. Comparison of our models results with the LAE Lyman Alpha (Lya) and UV luminosity functions at z~6.6 reveals a three-dimensional degeneracy between the ionization state of the IGM, the ionizing photons escape fraction and the ISM dust distribution, which implies that LAEs act not only as tracers of reionization but also of the ionizing photon escape fraction and of the ISM dust distribution. This degeneracy does not even break down when we compare simulated with observed clustering of LAEs at z~6.6. However, our results show that reionization has the largest impact on the amplitude of the LAE angular correlation functions, and its imprints are clearly distinguishable from those of properties on galactic scales. These results show that reionization cannot be constrained tightly by exclusively using LAE observations. Further observational constraints, e.g. tomographies of the redshifted hydrogen 21cm line, are required.

In addition we also use our LAE model to probe the question when a galaxy is visible as a LAE or a LBG. Within our model galaxies above a critical stellar mass can produce enough luminosity to be visible as a LBG and/or a LAE. By finding an increasing duty cycle of LBGs with Lya emission as the UV magnitude or stellar mass of the galaxy rises, our model reveals that the brightest (and most massive) LBGs most often show Lya emission. 
Predicting the Lya equivalent width (Lya EW) distribution and the fraction of LBGs showing Lya emission at z~6.6, we reproduce the observational trend of the Lya EWs with UV magnitude. However, the Lya EWs of the UV brightest LBGs exceed observations and can only be reconciled by accounting for an increased Lya attenuation of massive galaxies, which implies that the observed Lya brightest LAEs do not necessarily coincide with the UV brightest galaxies. We have analysed the dependencies of LAE observables on the properties of the galactic and intergalactic medium and the LAE-LBG connection, and this enhances our understanding of the nature of LAEs.
N2  - Die Epoche der Reionisation markiert die nach der Rekombination zweite grundlegende Änderung des Ionisationszustandes des Universums, nämlich den Übergang von einem neutralen zu einem ionisierten Zustand. Die Epoche der Reionisation beginnt mit dem Erscheinen der ersten Sterne und Galaxien. Von den Galaxien ausgesendete energiereiche Photonen durchdringen das intergalaktische Medium (IGM) und ionisieren den vorhandenen Wasserstoff schrittweise, bis das IGM bei z~6 (Fan et al., 2006) vollständig ionisiert ist. Während der Verlauf der Reionisation zum einen durch die Galaxienentwicklung bestimmt wird, verändert die Reionisation zum anderen den Ionisations- und thermischen Zustand des IGMs und beeinflusst damit  die darauffolgende Struktur- und Galaxienentwicklung durch verschiedene Rückkopplungsmechanismen. 
Die geringen Kenntnisse der Eigenschaften von Galaxien bei hohen Rotverschiebungen wie der Staubverteilung und des Anteils an ionisierenden Photonen, die die Galaxien verlassen können, erschweren jedoch das Verständnis des Wechselspiels zwischen Reionisation und Galaxienentwicklung.
Lyman Alpha Emitter (LAE) stellen Galaxien bei hoher Rotverschiebung dar, deren Sichtbarkeit diesen Eigenschaften und den Effekten der Reionisa\-tion unterliegen.
Diese Arbeit zielt darauf ab, den Verlauf der Reionisation anhand von kosmologischen Simulationen zu verstehen. Insbesondere interessiert, inwieweit der Verlauf der Reionisation durch Galaxien bei hohen Rotverschiebungen eingeschränkt werden kann, und wie die Eigenschaften der Galaxien und der Ionisationszustand des IGMs die Sichtbarkeit und die beobachtbaren Größen der LAE und Lyman Break Galaxien (LBG) beeinflussen können.

Im ersten Teil dieser Arbeit werden verschiedene Ansätze zur Lösung des Strahlungstransportes neu- und weiterentwickelt mit dem Ziel, die Epoche der Reionisation zu simulieren. Dazu wurde zum einen eine Methode entwickelt, die als Berechnungsgrundlage sphärisch gemittelte Temperatur- und Dichtefelder benutzt. Mithilfe des in dieser Arbeit entwickelten eindimensionalen Strahlungstransportcodes werden die Auswirkungen jeder Quelle auf die dementsprechenden Temperatur- und Ionisa\-tionsprofile (HII, HeII, HeIII) berechnet und diese auf ein Gitter abgebildet. Zum anderen wurde der dreidimensionale Monte-Carlo-Strahlungstransportcode pCRASH so erweitert, sodass detaillierte Reionisationsimulationen, die individulle Quelleneigenschaften berücksichtigen, durchgeführt werden können.

Im zweiten Teil dieser Arbeit wird die Epoche der Reionisation in sich konsistent simuliert, indem aufbauend auf einer gasdynamischen Simulation (smoothed particle hydrodynamics (SPH), GADGET-2) mithilfe von pCRASH Strahlungstransportrechnungen ausgeführt werden. Dabei werden die ionisierenden Quellen gemäß der Eigenschaften der Sternpopulationen in der gasdynamischen Simulation modelliert. Die Entwicklung der IGM-Ionisationsanteile an Wasserstoff (HII) und Helium (HeII, HeIII) sowie der Temperatur werden in der Simulation verfolgt. Es zeigt sich, dass Reionisation erstens bei z~11 beginnt und bei z~6 endet, und zweitens von überdichten zu unterdichten Gebieten des Kosmos hin verläuft.

Im dritten Teil der Arbeit werden kosmologische SPH - und Strahlungstransportsimulationen mit einem physikalisch motivierten, selbst-konsistenten Modell für LAEs kombiniert, um den Einfluss des Ionisationszustandes des IGMs, des Anteils der ionisierenden Photonen, die die Galaxien verlassen können, und der Staubverteilung im interstellaren Medium (ISM) auf die sichtbaren Eigenschaften der LAEs zu verstehen. Der Vergleich der Simulationsergebnisse mit den beobachteten LAE Lyman Alpha- und UV-Leuchtkraftfunktionen bei z~6.6 offenbart eine dreidimensionale Entartung zwischen dem Ionisationszustand des IGMs, dem Anteil der ionisierenden Photonen, die die Galaxien verlassen können, und der Staubverteilung im ISM. Dies bedeutet, dass die Sichtbarkeit von LAEs nicht nur ein Indikator für den Ionisationszustand des IGM ist, sondern auch für den Anteil an ionisierenden Photonen, die die Galaxien verlassen können, und für die Staubverteilung im ISM. Diese Entartung lässt sich auch nicht auflösen, wenn Simulations- und Beobachtungsdaten der räumlichen Verteilung der LAEs bei z~6.6 gemessen mit der winkelabhängigen Zweipunktkorrelationsfunktion verglichen werden. Jedoch zeigt unser Modell, dass die Reionisation den größten Effekt auf die Amplitude der Winkelkorrelation hat und dass sich ihre Spuren klar von den Effekten auf galaktischen Skalen (den Anteil der ionisierenden Photonen, die die Galaxien verlassen können, und der Staubverteilung im ISM) unterscheiden lassen. Somit kann Reionisation nicht alleine durch LAE Beobachtungen eingeschränkt werden, und es werden weitere Beobachtungen, wie z.B. die Tomographie der rotverschobenen 21cm Wasserstofflinie, benötigt.
KW  - cosmology
KW  - reionization
KW  - high-redshift galaxies
KW  - radiative transfer
KW  - simulation
KW  - Kosmologie
KW  - Reionisation
KW  - hoch rotverschobene Galaxien
KW  - Strahlungstransport
KW  - Simulationen
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-76998
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schreck, Simon Frederik
T1  - Potential energy surfaces, femtosecond dynamics and nonlinear X-Ray-Matter interactions from resonant inelastic soft x-Ray scattering
Y1  - 2014
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Goychuk, Igor A.
A1  - Kharchenko, Vasyl O.
A1  - Metzler, Ralf
T1  - Molecular motors pulling cargos in the viscoelastic cytosol: how power strokes beat subdiffusion
T2  - Physical Chemistry Chemical Physics
N2  - The discovery of anomalous diffusion of larger biopolymers and submicron tracers such as endogenous granules, organelles, or virus capsids in living cells, attributed to the viscoelastic nature of the cytoplasm, provokes the question whether this complex environment equally impacts the active intracellular transport of submicron cargos by molecular motors such as kinesins: does the passive anomalous diffusion of free cargo always imply its anomalously slow active transport by motors, the mean transport distance along microtubule growing sublinearly rather than linearly in time? Here we analyze this question within the widely used two-state Brownian ratchet model of kinesin motors based on the continuous-state diffusion along microtubules driven by a flashing binding potential, where the cargo particle is elastically attached to the motor. Depending on the cargo size, the loading force, the amplitude of the binding potential, the turnover frequency of the molecular motor enzyme, and the linker stiffness we demonstrate that the motor transport may turn out either normal or anomalous, as indeed measured experimentally. We show how a highly efficient normal active transport mediated by motors may emerge despite the passive anomalous diffusion of the cargo, and study the intricate effects of the elastic linker. Under different, well specified conditions the microtubule-based motor transport becomes anomalously slow and thus significantly less efficient.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 181 
KW  - royal soc chemistry
KW  - thomas graham house
KW  - science park
KW  - milton rd
KW  - cambridge cb4 0wf
KW  - cambs
KW  - england
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-76478
SP  - 16524
EP  - 16535
PB  - The Royal Society of Chemistry
CY  - Cambridge
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Goychuk, Igor A.
A1  - Kharchenko, Vasyl O.
A1  - Metzler, Ralf
T1  - Molecular motors pulling cargos in the viscoelastic cytosol: how power strokes beat subdiffusion
JF  - Physical Chemistry Chemical Physics
N2  - The discovery of anomalous diffusion of larger biopolymers and submicron tracers such as endogenous granules, organelles, or virus capsids in living cells, attributed to the viscoelastic nature of the cytoplasm, provokes the question whether this complex environment equally impacts the active intracellular transport of submicron cargos by molecular motors such as kinesins: does the passive anomalous diffusion of free cargo always imply its anomalously slow active transport by motors, the mean transport distance along microtubule growing sublinearly rather than linearly in time? Here we analyze this question within the widely used two-state Brownian ratchet model of kinesin motors based on the continuous-state diffusion along microtubules driven by a flashing binding potential, where the cargo particle is elastically attached to the motor. Depending on the cargo size, the loading force, the amplitude of the binding potential, the turnover frequency of the molecular motor enzyme, and the linker stiffness we demonstrate that the motor transport may turn out either normal or anomalous, as indeed measured experimentally. We show how a highly efficient normal active transport mediated by motors may emerge despite the passive anomalous diffusion of the cargo, and study the intricate effects of the elastic linker. Under different, well specified conditions the microtubule-based motor transport becomes anomalously slow and thus significantly less efficient.
KW  - royal soc chemistry
KW  - thomas graham house
KW  - science park
KW  - milton rd
KW  - cambridge cb4 0wf
KW  - cambs
KW  - england
Y1  - 2014
SN  - 1463-9076
IS  - 16
SP  - 16524
EP  - 16535
PB  - the Royal Society of Chemistry
CY  - Cambridge
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Jeon, Jae-Hyung
A1  - Chechkin, Aleksei V.
A1  - Metzler, Ralf
T1  - Scaled Brownian motion: a paradoxical process with a time dependent diffusivity for the description of anomalous diffusion
N2  - Anomalous diffusion is frequently described by scaled Brownian motion (SBM){,} a Gaussian process with a power-law time dependent diffusion coefficient. Its mean squared displacement is ?x2(t)? [similar{,} equals] 2K(t)t with K(t) [similar{,} equals] t[small alpha]-1 for 0 < [small alpha] < 2. SBM may provide a seemingly adequate description in the case of unbounded diffusion{,} for which its probability density function coincides with that of fractional Brownian motion. Here we show that free SBM is weakly non-ergodic but does not exhibit a significant amplitude scatter of the time averaged mean squared displacement. More severely{,} we demonstrate that under confinement{,} the dynamics encoded by SBM is fundamentally different from both fractional Brownian motion and continuous time random walks. SBM is highly non-stationary and cannot provide a physical description for particles in a thermalised stationary system. Our findings have direct impact on the modelling of single particle tracking experiments{,} in particular{,} under confinement inside cellular compartments or when optical tweezers tracking methods are used.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 180 
KW  - single-particle tracking
KW  - living cells
KW  - random-walks
KW  - subdiffusion
KW  - dynamics
KW  - nonergodicity
KW  - coefficients
KW  - transport
KW  - membrane
KW  - behavior
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-76302
SP  - 15811
EP  - 15817
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Jeon, Jae-Hyung
A1  - Chechkin, Aleksei V.
A1  - Metzler, Ralf
T1  - Scaled Brownian motion: a paradoxical process with a time dependent diffusivity for the description of anomalous diffusion
JF  - Physical chemistry, chemical physics : PCCP
N2  - Anomalous diffusion is frequently described by scaled Brownian motion (SBM){,} a Gaussian process with a power-law time dependent diffusion coefficient. Its mean squared displacement is ?x2(t)? [similar{,} equals] 2K(t)t with K(t) [similar{,} equals] t[small alpha]-1 for 0 < [small alpha] < 2. SBM may provide a seemingly adequate description in the case of unbounded diffusion{,} for which its probability density function coincides with that of fractional Brownian motion. Here we show that free SBM is weakly non-ergodic but does not exhibit a significant amplitude scatter of the time averaged mean squared displacement. More severely{,} we demonstrate that under confinement{,} the dynamics encoded by SBM is fundamentally different from both fractional Brownian motion and continuous time random walks. SBM is highly non-stationary and cannot provide a physical description for particles in a thermalised stationary system. Our findings have direct impact on the modelling of single particle tracking experiments{,} in particular{,} under confinement inside cellular compartments or when optical tweezers tracking methods are used.
KW  - single-particle tracking
KW  - living cells
KW  - random-walks
KW  - subdiffusion
KW  - dynamics
KW  - nonergodicity
KW  - coefficients
KW  - transport
KW  - membrane
KW  - behavior
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1039/C4CP02019G
VL  - 30
IS  - 16
SP  - 15811
EP  - 15817
PB  - The Royal Society of Chemistry
CY  - Cambridge
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Palyulin, Vladimir V.
A1  - Ala-Nissila, Tapio
A1  - Metzler, Ralf
T1  - Polymer translocation: the first two decades and the recent diversification
N2  - Probably no other field of statistical physics at the borderline of soft matter and biological physics has caused such a flurry of papers as polymer translocation since the 1994 landmark paper by Bezrukov, Vodyanoy, and Parsegian and the study of Kasianowicz in 1996. Experiments, simulations, and theoretical approaches are still contributing novel insights to date, while no universal consensus on the statistical understanding of polymer translocation has been reached. We here collect the published results, in particular, the famous–infamous debate on the scaling exponents governing the translocation process. We put these results into perspective and discuss where the field is going. In particular, we argue that the phenomenon of polymer translocation is non-universal and highly sensitive to the exact specifications of the models and experiments used towards its analysis.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 179 
KW  - solid-state nanopores
KW  - single-stranded-dna
KW  - posttranslational protein translocation
KW  - anomalous diffusion
KW  - monte-carlo
KW  - structured polynucleotides
KW  - dynamics simulation
KW  - equation approach
KW  - osmotic-pressure
KW  - membrane channel
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-76287
SP  - 9016
EP  - 9037
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Palyulin, Vladimir V.
A1  - Ala-Nissila, Tapio
A1  - Metzler, Ralf
ED  - Metzler, Ralf
T1  - Polymer translocation: the first two decades and the recent diversification
JF  - Soft matter
N2  - Probably no other field of statistical physics at the borderline of soft matter and biological physics has caused such a flurry of papers as polymer translocation since the 1994 landmark paper by Bezrukov, Vodyanoy, and Parsegian and the study of Kasianowicz in 1996. Experiments, simulations, and theoretical approaches are still contributing novel insights to date, while no universal consensus on the statistical understanding of polymer translocation has been reached. We here collect the published results, in particular, the famous–infamous debate on the scaling exponents governing the translocation process. We put these results into perspective and discuss where the field is going. In particular, we argue that the phenomenon of polymer translocation is non-universal and highly sensitive to the exact specifications of the models and experiments used towards its analysis.
KW  - solid-state nanopores
KW  - single-stranded-dna
KW  - posttranslational protein translocation
KW  - anomalous diffusion
KW  - monte-carlo
KW  - structured polynucleotides
KW  - dynamics simulation
KW  - equation approach
KW  - osmotic-pressure
KW  - membrane channel
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-76266
SN  - 1744-683X
VL  - 45
IS  - 10
SP  - 9016
EP  - 9037
PB  - the Royal Society of Chemistry
CY  - Cambridge
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Bauer, Maximilian
A1  - Godec, Aljaž
A1  - Metzler, Ralf
T1  - Diffusion of finite-size particles in two-dimensional channels with random wall configurations
N2  - Diffusion of chemicals or tracer molecules through complex systems containing irregularly shaped channels is important in many applications. Most theoretical studies based on the famed Fick–Jacobs equation focus on the idealised case of infinitely small particles and reflecting boundaries. In this study we use numerical simulations to consider the transport of finite-size particles through asymmetrical two-dimensional channels. Additionally, we examine transient binding of the molecules to the channel walls by applying sticky boundary conditions. We consider an ensemble of particles diffusing in independent channels, which are characterised by common structural parameters. We compare our results for the long-time effective diffusion coefficient with a recent theoretical formula obtained by Dagdug and Pineda [J. Chem. Phys., 2012, 137, 024107].
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - paper 177 
KW  - anomalous diffusion
KW  - fractional dynamics
KW  - transport
KW  - nonergodicity
KW  - coefficient
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-76199
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bauer, Maximilian
A1  - Godec, Aljaž
A1  - Metzler, Ralf
T1  - Diffusion of finite-size particles in two-dimensional channels with random wall configurations
JF  - Physical chemistry, chemical physics : PCCP ; a journal of European chemical societies
N2  - Diffusion of chemicals or tracer molecules through complex systems containing irregularly shaped channels is important in many applications. Most theoretical studies based on the famed Fick–Jacobs equation focus on the idealised case of infinitely small particles and reflecting boundaries. In this study we use numerical simulations to consider the transport of finite-size particles through asymmetrical two-dimensional channels. Additionally, we examine transient binding of the molecules to the channel walls by applying sticky boundary conditions. We consider an ensemble of particles diffusing in independent channels, which are characterised by common structural parameters. We compare our results for the long-time effective diffusion coefficient with a recent theoretical formula obtained by Dagdug and Pineda [J. Chem. Phys., 2012, 137, 024107].
KW  - anomalous diffusion
KW  - fractional dynamics
KW  - transport
KW  - nonergodicity
KW  - coefficient
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1039/C3CP55160A
SN  - 1463-9084
SN  - 1463-9076
VL  - 16
IS  - 13
SP  - 6118
EP  - 6128
PB  - RSC Publications
CY  - Cambridge
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmidt, Lukas
T1  - Aerosols and boundary layer structure over Arctic sea ice based on airborne lidar and dropsonde measurements
T1  - Aerosol und Grenzschichtstruktur über arktischem Meereis anhand von Flugzeuggetragenen Lidar- und Dropsonden- Messungen
N2  - The atmosphere over the Arctic Ocean is strongly influenced by the distribution of sea ice and open water. Leads in the sea ice produce strong convective fluxes of sensible and latent heat and release aerosol particles into the atmosphere. They increase the occurrence of clouds and modify the structure and characteristics of the atmospheric boundary layer (ABL) and thereby influence the Arctic climate.
In the course of this study aircraft measurements were performed over the western Arctic Ocean as part of the campaign PAMARCMIP 2012 of the Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research (AWI). Backscatter from aerosols and clouds within the lower troposphere and the ABL were measured with the nadir pointing Airborne Mobile Aerosol Lidar (AMALi) and dropsondes were launched to obtain profiles of meteorological variables. Furthermore, in situ measurements of aerosol properties, meteorological variables and turbulence were part of the campaign. The measurements covered a broad range of atmospheric and sea ice conditions. 
In this thesis, properties of the ABL over Arctic sea ice with a focus on the influence of open leads are studied based on the data from the PAMARCMIP campaign. The height of the ABL is determined by different methods that are applied to dropsonde and AMALi backscatter profiles. ABL heights are compared for different flights representing different conditions of the atmosphere and of sea ice and open water influence. The different criteria for ABL height that are applied show large variation in terms of agreement among each other, depending on the characteristics of the ABL and its history. It is shown that ABL height determination from lidar backscatter by methods commonly used under mid-latitude conditions is applicable to the Arctic ABL only under certain conditions. Aerosol or clouds within the ABL are needed as a tracer for ABL height detection from backscatter. Hence an aerosol source close to the surface is necessary, that is typically found under the present influence of open water and therefore convective conditions. However it is not always possible to distinguish residual layers from the actual ABL. Stable boundary layers are generally difficult to detect.
To illustrate the complexity of the Arctic ABL and processes therein, four case studies are analyzed each of which represents a snapshot of the interplay between atmosphere and underlying sea ice or water surface. Influences of leads and open water on the aerosol and clouds within the ABL are identified and discussed. Leads are observed to cause the formation of fog and cloud layers within the ABL by humidity emission. Furthermore they decrease the stability and increase the height of the ABL and consequently facilitate entrainment of air and aerosol layers from the free troposphere.
N2  - Die Verteilung von Meereis und offenem Wasser hat einen starken Einfluss auf die Atmosphäre über dem arktischen Ozean. Eisrinnen (sog. Leads) verursachen konvektive Flüsse von latenter und sensibler Wärme und führen zum Eintrag von Aerosolpartikeln in die Atmosphäre. Dadurch führen sie zum vermehrten Auftreten von Wolken und modifizieren die Struktur und die Eigenschaften der atmosphärischen Grenzschicht (ABL), wodurch das arktische Klima beeinflusst wird.
Im Rahmen der Messkampagne PAMARCMIP 2012 des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) wurden als Teil dieser Arbeit über dem westlichen arktischen Ozean Flugzeugmessungen durchgeführt. Mithilfe des nach unten gerichteten Airborne Mobile Aerosol Lidar (AMALi) wurde die Rückstreuung von Aerosolen und Wolken in der unteren Troposphäre und ABL gemessen. Dropsonden wurden verwendet, um Profile meteorologischer Größen zu erhalten. Zudem wurden in situ Messungen von Aerosoleigenschaften, meteorologischen Variablen und der Turbulenz durchgeführt.
In dieser Arbeit werden die Eigenschaften der ABL über arktischem Meereis basierend auf den Daten der PAMARCMIP Kampagne untersucht. Dabei liegt der Fokus auf dem Einfluss offener Leads auf die ABL. Aus den gewonnenen Dropsondendaten und AMALi Rückstreuprofilen wird die Höhe der ABL mithilfe verschiedener Methoden bestimmt. Die für verschiedene Messflüge und somit unterschiedliche atmosphärische Bedingungen sowie Meereisverteilungen berechneten ABL Höhen werden miteinander verglichen, und somit der Einfluss von offenem Wasser auf die ABL untersucht. Die verschiedenen Methoden zur Bestimmung der ABL Höhe führen zu unterschiedlichen Ergebnissen, je nach Eigenschaften der ABL und ihrer Geschichte. Es wird gezeigt, dass die Methoden für die ABL Höhen-Bestimmung aus der Lidar Rückstreuung, die gewöhnlich für die mittleren Breiten verwendet werden, nur bedingt für arktische Bedingungen geeignet ist. Um die ABL Höhe aus der Rückstreuung ableiten zu können, müssen Aerosole oder Wolken in der Grenzschicht als Tracer vorhanden sein. Dazu ist eine Aerosolquelle nahe der Oberfläche notwendig, welche typischerweise unter dem Einfluss von offenem Wasser und konvektiven Bedingungen vorliegt. Dennoch ist es nicht immer möglich, die aktuelle Grenzschicht von residualen Schichten zu unterscheiden. Stabile Grenzschichten sind im Allgemeinen schwer zu detektieren. 
Um die Komplexität der arktischen Grenzschicht und die beteiligten Prozesse zu veranschaulichen, werden vier Fallstudien detailliert analysiert, welche jeweils eine Momentaufnahme des Zusammenspiels von Atmosphäre und Meereis oder Wasseroberfläche darstellen. Der Einfluss von Leads und offenem Wasser auf Aerosol und Wolken in der ABL werden identifiziert und diskutiert. Die Bildung von Wolken- und Nebelschichten, verursacht durch den Feuchteeintrag über offenen Leads, wird beobachtet. Zudem verringern leads die Stabilität der ABL, führen zu einer Zunahme ihrer Höhe und begünstigen dadurch Entrainment von Luft und Aerosolschichten aus der freien Troposphäre.
KW  - polar
KW  - atmosphere
KW  - AMALi
KW  - Polar 5
KW  - lead
KW  - polar
KW  - Atmosphäre
KW  - AMALi
KW  - Polar 5
KW  - Eisrinne
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-75076
ER  - 
TY  - THES
A1  - Goldshteyn, Jewgenij
T1  - Frequency-resolved ultrafast dynamics of phonon polariton wavepackets in the ferroelectric crystals LiNbO₃ and LiTaO₃
N2  - During this work I built a four wave mixing setup for the time-resolved femtosecond spectroscopy of Raman-active lattice modes. This setup enables to study the selective excitation of phonon polaritons. These quasi-particles arise from the coupling of electro-magnetic waves and transverse optical lattice modes, the so-called phonons. The phonon polaritons were investigated in the optically non-linear, ferroelectric crystals LiNbO₃ and LiTaO₃.

The direct observation of the frequency shift of the scattered narrow bandwidth probe pulses proofs the role of the Raman interaction during the probe and excitation process of phonon polaritons. I compare this experimental method with the measurement where ultra-short laser pulses are used. The frequency shift remains obscured by the relative broad bandwidth of these laser pulses. In an experiment with narrow bandwidth probe pulses, the Stokes and anti-Stokes intensities are spectrally separated. They are assigned to the corresponding counter-propagating wavepackets of phonon polaritons. Thus, the dynamics of these wavepackets was separately studied. Based on these findings, I develop the mathematical description of the so-called homodyne detection of light for the case of light scattering from counter propagating phonon polaritons. 

Further, I modified the broad bandwidth of the ultra-short pump pulses using bandpass filters to generate two pump pulses with non-overlapping spectra. This enables the frequency-selective excitation of polariton modes in the sample, which allows me to observe even very weak polariton modes in LiNbO₃ or LiTaO₃ that belong to the higher branches of the dispersion relation of phonon polaritons. The experimentally determined dispersion relation of the phonon polaritons could therefore be extended and compared to theoretical models. In addition, I determined the frequency-dependent damping of phonon polaritons.
N2  - Während dieser Arbeit habe ich ein optisches Vier-Wellen-Misch-Experiment aufgebaut, um zeitaufgelöste Femtosekunden-Spektroskopie von Raman-aktiven Gittermoden durchzuführen. Dieser Aufbau erlaubt die Untersuchung selektiv angeregter Phonon Polaritonen. Diese Quasiteilchen entstehen durch die Kopplung von elektromagnetischen Wellen und transversal-optischer Gittermoden, den sogenannten Phononen. Die Phonon Polaritonen wurden in den optisch nichtlinearen, ferroelektrischen Kristallen LiNbO₃ und LiTaO₃ untersucht.

Durch die direkte Beobachtung der Frequenzverschiebung der gestreuten, schmalbandigen Abfragepulse konnte die Raman-Wechselwirkung im Abfrage- und Erzeugungsprozess von Phonon Polaritonen nachgewießen werden. Diese experimentelle Methode vergleiche ich mit der Messung mittels ultrakurzen Laserpulsen. Hierbei ist die Frequenzverschiebung wegen der relativ großen Bandbreite der Laserpulse nicht auflösbar. Die Stokes und Anti-Stokes-Intensitäten sind hingegen in einem Experiment mit schmalbandigen Abfragepulsen spektral getrennt. Diese konnten den jeweiligen, entgegengesetzt propagierenden Wellenpaketen der Phonon Polaritonen zugeordnet werden. Deshalb war es moeglich, die Dynamik dieser Wellenpakete einzeln zu untersuchen. Basierend auf diesen Erkenntnissen konnte ich eine mathematische Beschreibung der sogenannten homodynen Detektion des Lichtes für den Fall von Lichtstreuung an entgegengesetzt propagierenden Phonon Polaritonen entwickeln.

Desweiteren habe ich die breitbandigen, ultrakurzen Pumppulse mithilfe von zwei Bandpassfiltern so modifiziert, dass zwei spektral unterschiedliche und spektral nicht überlappende Anregepulse zur Verfügung standen. Dadurch wurde die frequenz-selektive Anregung von Polariton-Moden in der Probe ermöglicht. Diese Technik erlaubt mir die Untersuchung auch sehr schwacher Gittermoden in LiNbO₃ und LiTaO₃, die zu den höheren Ästen der Dispersionsrelation der Phonon Polaritonen gehören. Die experimentell bestimmte Dispersionsrelation der Phonon Polaritonen wurde erweitert und mit theoretischen Modellen verglichen. Zusätzlich habe ich die frequenzabhängige Dämpfung der Phonon Polaritonen bestimmt.
T2  - Frequenzaufgelöste ultraschnelle Dynamik von Phonon Polariton Wellenpaketen in ferroelektrischen Kristallen LiNbO₃ und LiTaO₃
KW  - transient grating
KW  - time resolved spectroskopy
KW  - non-linear optics
KW  - phonon polariton
KW  - impulsive stimulated Raman scattering
KW  - transientes Gitter
KW  - zeitaufgelöste Spektroskopie
KW  - nichtlineare Optik
KW  - Phonon-Polariton
KW  - impulsive stimulierte Raman Streuung
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-71623
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mallonn, Matthias
T1  - Ground-based transmission spectroscopy of three inflated Hot Jupiter exoplanets
T1  - Bodengebundene Transmissionsspektroskopie von drei ausgedehnten Hot Jupiter Exoplaneten
N2  - The characterization of exoplanets is a young and rapidly expanding field in astronomy.
It includes a method called transmission spectroscopy that searches for planetary spectral
fingerprints in the light received from the host star during the event of a transit. This
techniques allows for conclusions on the atmospheric composition at the terminator region,
the boundary between the day and night side of the planet. Observationally a big
challenge, first attempts in the community have been successful in the detection of several
absorption features in the optical wavelength range. These are for example a Rayleighscattering
slope and absorption by sodium and potassium. However, other objects show
a featureless spectrum indicative for a cloud or haze layer of condensates masking the
probable atmospheric layers.
In this work, we performed transmission spectroscopy by spectrophotometry of three
Hot Jupiter exoplanets. When we began the work on this thesis, optical transmission
spectra have been available for two exoplanets. Our main goal was to advance the current
sample of probed objects to learn by comparative exoplanetology whether certain
absorption features are common. We selected the targets HAT-P-12b, HAT-P-19b and
HAT-P-32b, for which the detection of atmospheric signatures is feasible with current
ground-based instrumentation. In addition, we monitored the host stars of all three objects
photometrically to correct for influences of stellar activity if necessary.
The obtained measurements of the three objects all favor featureless spectra. A variety
of atmospheric compositions can explain the lack of a wavelength dependent absorption.
But the broad trend of featureless spectra in planets of a wide range of temperatures,
found in this work and in similar studies recently published in the literature, favors an
explanation based on the presence of condensates even at very low concentrations in the
atmospheres of these close-in gas giants. This result points towards the general conclusion
that the capability of transmission spectroscopy to determine the atmospheric composition
is limited, at least for measurements at low spectral resolution.
In addition, we refined the transit parameters and ephemerides of HAT-P-12b and HATP-
19b. Our monitoring campaigns allowed for the detection of the stellar rotation period
of HAT-P-19 and a refined age estimate. For HAT-P-12 and HAT-P-32, we derived upper
limits on their potential variability. The calculated upper limits of systematic effects of
starspots on the derived transmission spectra were found to be negligible for all three
targets.
Finally, we discussed the observational challenges in the characterization of exoplanet
atmospheres, the importance of correlated noise in the measurements and formulated
suggestions on how to improve on the robustness of results in future work.
N2  - Die Charakterisierung von Exoplaneten ist ein junger und sich schnell entwickelnder Zweig der Astronomie. Eine ihrer Methoden ist die Transmissionsspektroskopie, welche nach spektralen Abdrücken der Planetenatmosphäre im Licht des Muttersterns sucht. Diese Technik macht sich den Umstand zunutze, dass Planeten mit niedriger Bahnneigung einmal pro Umlauf vor ihrem Stern vorbeiziehen, wobei das Sternlicht Teile der Planetenatmosphäre durchläuft. Durch die Auswertung solcher Transitbeobachtungen lässt sich auf die chemische Zusammensetzung der Planetenatmosphäre schließen. Trotz der groβen Herausforderung an die benötigte Messgenauigkeit konnten bereits erste vielversprechende Ergebnisse erzielt werden und Entdeckungen wie zum Beispiel Rayleighstreuung und Absorption von Natrium und Kalium vermeldet werden. Andere Beobachtungen zeigten aber auch gänzlich flache Spektren ohne wellenlängenabhängige Absorption, welche auf eine Wolkenschicht oder Dunst in den Atmosphären hinweisen.
In dieser Arbeit führten wir Transmissionsspektroskopie für drei extrasolare Planeten
aus der Klasse der heißen Jupiter-artigen Gasriesen durch. Als wir mit unserer Studie
begannen, waren erst zwei derartige Objekte erfolgreich auf ihr Spektrum im optischen
Wellenlängenbereich untersucht worden. Unser Ziel war es, diese Anzahl zu erhöhen, um
herauszufinden, welche spektralen Eigenschaften typisch für diese Exoplaneten sind. Wir
wählten drei Objekte aus, für welche die zu erwartenden Messgenauigkeiten ausreichend
für signifikante Ergebnisse sind: HAT-P-12b, HAT-P-19b und HAT-P-32b. Zusätzlich
unternahmen wir Langzeitbeobachtungen der Muttersterne dieser Planeten, um die Transitbeobachtungen auf einen möglichen Einfluss von Sternaktivität zu korrigieren.
Die erzielten Messungen der drei Planeten deuten alle auf Spektren ohne Absorptionslinien hin. Das Fehlen dieser Linien kann durch verschiedene Möglichkeiten zustande kommen, welche für die einzelnen Objekte individuell variieren können. Der Umstand jedoch, dass allen Objekten diese Linien fehlen und dass ähnliche Ergebnisse für weitere Objekte kürzlich in der Literatur publiziert wurden, deutet darauf hin, dass für einen bedeutenden Teil der Exoplaneten die Atmosphären nicht transparent, sondern durch kondensiertes Material optisch undurchlässig sind. Sollte sich dieses Ergebnis durch zukünftige Beobachtungen bestätigen, bedeutet es, dass die Transmissionsspektroskopie als Beobachtungstechnik nur sehr begrenzt für die Charakterisierung dieser Planetenatmosphären nützlich ist. Nur Beobachtungen hochaufgelöster Spektroskopie könnten dann verwertbare Informationen liefern.
Weiterhin konnten wir in unserer Arbeit die Transitparameter und Ephemeriden von
HAT-P-12b und HAT-P-19b genauer vermessen als es vorherigen Analysen möglich war.
Durch unsere Langzeitbeobachtungen konnte die Rotationsperiode von HAT-P-19 bestimmt, sowie das Alter dieses Muttersterns neu berechnet werden. Ebenso leiteten wir
Höchstwerte für eine mögliche Veränderlichkeit von HAT-P-12 und HAT-P-32 ab. Wir errechneten die Korrekturen der Transitparameter auf die Einflüsse von Sternaktivität und
stellten fest, dass diese die Messergebnisse nicht wesentlich beeinflussen.
Unsere Arbeit erlaubte tiefe Einblicke in die technischen Herausforderungen, welche
diese Wissenschaft an die Sternbeobachtungen stellt. Wir diskutierten den Einfluss
von systematischen Fehlern in den Messreihen und erarbeiteten Empfehlungen, wie die
Messergebnisse weiter verbessert werden können.
KW  - extrasolar planets
KW  - atmospheric characterization
KW  - transmission spectroscopy
KW  - stellar variability
KW  - stellar activity
KW  - extrasolare Planeten
KW  - Charakterisierung Planetenatmosphären
KW  - Sternaktivität
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-74403
ER  - 
TY  - THES
A1  - Yeldesbay, Azamat
T1  - Complex regimes of synchronization
T1  - Komplexe Synchronisationszustände
BT  - modeling and analysis
N2  - Synchronization is a fundamental phenomenon in nature. It can be considered as a general property of self-sustained oscillators to adjust their rhythm in the presence of an interaction. 

In this work we investigate complex regimes of synchronization phenomena by means of  theoretical analysis, numerical modeling, as well as practical analysis of experimental data.

As a subject of our investigation we consider chimera state, where due to spontaneous symmetry-breaking of an initially homogeneous oscillators lattice split the system into two parts with different dynamics.  Chimera state as a new synchronization phenomenon was first found in non-locally coupled oscillators system, and has attracted a lot of attention in the last decade. However, the recent studies indicate that this state is also possible in globally coupled systems. In the first part of this work, we show under which conditions the chimera-like state appears in a system of globally coupled identical oscillators with intrinsic delayed feedback. The results of the research explain how initially monostable oscillators became effectivly bistable in the presence of the coupling and create a mean field that sustain the coexistence of synchronized and desynchronized states. Also we discuss other examples, where chimera-like state appears due to frequency dependence of the phase shift in the bistable system.

In the second part, we make further investigation of this topic by modeling influence of an external periodic force to an oscillator with intrinsic delayed feedback. We made stability analysis of the synchronized state and constructed Arnold tongues. The results explain formation of the chimera-like state and hysteric behavior of the synchronization area. Also, we consider two sets of parameters of the oscillator with symmetric and asymmetric Arnold tongues, that correspond to mono- and bi-stable regimes of the oscillator.

In the third part, we demonstrate the results of the work, which was done in collaboration with our colleagues from Psychology Department of University of Potsdam. The project aimed to study the effect of the cardiac rhythm on human perception of time using synchronization analysis. From our part, we made a statistical analysis of the data obtained from the conducted experiment on free time interval reproduction task. We examined how ones heartbeat influences the time perception and searched for possible phase synchronization between heartbeat cycles and time reproduction responses. The findings support the prediction that cardiac cycles can serve as input signals, and is used for reproduction of time intervals in the range of several seconds.
N2  - Synchronisation ist ein fundamentales Naturphänomen. Es ist die grundlegende Eigenschaft sich selbsterhaltender Oszillatoren, in Gegenwart einer Wechselwirkung, danach zu streben, ihre Rhythmen anzupassen.

In dieser Arbeit betrachten wir komplexe Synchronisationszustände sowohl mit Hilfe analytischer Methoden als auch durch numerische Simulation und in experimentellen Daten. 

Unser Untersuchungsobjekt sind die sogenannten Chimera Zustände, in welchen sich Ensemble  von gekoppelten, identischen Oszillatoren auf Grund eines Symmetriebruches spontan in Gruppen mit unterschiedlicher Dynamik aufteilen. Die Entdeckung von Chimeras in zunächst nichtlokal gekoppelten Systemen hat in den letzten zehn Jahren ein großes Interesse an neuartigen Synchronisationsphänomenen geweckt. Neueste Forschungsergebnisse belegen, dass diese Zustände unter bestimmten Bedingungen auch in global gekoppelten Systemen existieren können. Solche Bedingungen werden im ersten Teil der Arbeit in Ensemblen global gekoppelter Oszillatoren mit zusätzlicher, zeitverzögerter Selbstkopplung untersucht. Wir zeigen, wie zunächst monostabile Oszillatoren in Gegenwart von dem Treiben der globalen Kopplung effektiv bistabil werden, und sich so in zwei Gruppen organisieren. Das mittlere Feld, welches durch diese Gruppen aufgebaut wird, ist quasiperiodisch wodurch der Chimera Zustand sich selbst stabilisiert. In einem anderen Beispiel zeigen wir, dass der Chimera Zustand auch durch einen frequenzabhängigen Phasenunterschied in der globalen Kopplung erreicht werden kann.

Zur genaueren Untersuchung der Mechanismen, die zur effektiven Bistabilität führen, betrachten wir im zweiten Teil der Arbeit den Einfluss einer externen periodischen Kraft auf einzelne Oszillatoren mit zeitverzögerter Selbstkopplung. Wir führen die Stabilitätanalyse des synchronen Zustands durch, und stellen die Arnoldzunge dar. 

Im dritten Teil der Arbeit stellen wir die Ergebnisse einer Synchronisationsanalyse vor, welche in Kooperation mit Wissenschaftlern der Psychologischen Fakultät der Universität Potsdam durchgeführt wurde. In dem Projekt wurde die Auswirkung des Herzrhythmus auf die menschliche Zeitwahrnehmung erforscht. Unsere Aufgabe war es, die experimentellen Daten statistisch zu analysieren. Im Experiment sollten Probanden ein gegebenes Zeitintervall reproduzieren während gleichzeitig ihr Herzschlag aufgezeichnet wurde. Durch eine Phasenanalyse haben wir den Zusammenhang zwischen dem Herzschlag und der Start- bzw. Stoppzeit der zu reproduzierenden Zeitintervalle untersucht. Es stellt sich heraus, dass Herzschläge bei Zeitintervallen über einige Sekunden als Taktgeber dienen können.
KW  - synchronization
KW  - phase oscillators
KW  - chimera state
KW  - time perception
KW  - Synchronisation
KW  - Phasen Oszillatoren
KW  - chimera Zustände
KW  - zeitverzögerte Selbstkopplung
KW  - Synchronisationsanalyse
KW  - Zeitwahrnehmung
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-73348
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schulz, Anneli
T1  - Search for gamma-ray emission from bow shocks of runaway stars
T1  - Suche nach Gammastrahlungsemission aus Bugwellen von Schnellläufersternen
N2  - The mystery of the origin of cosmic rays has been tackled for more than hundred years and is still not solved. Cosmic rays are detected with energies spanning more than 10 orders of magnitude and reaching energies up to ~10²¹ eV, far higher than any man-made accelerator can reach. Different theories on the astrophysical objects and processes creating such highly energetic particles have been proposed.

A very prominent explanation for a process producing highly energetic particles is shock acceleration. The observation of high-energy gamma rays from supernova remnants, some of them revealing a shell like structure, is clear evidence that particles are accelerated to ultrarelativistic energies in the shocks of these objects. The environments of supernova remnants are complex and challenge detailed modelling of the processes leading to high-energy gamma-ray emission.

The study of shock acceleration at bow shocks, created by the supersonic movement of individual stars through the interstellar medium, offers a unique possibility to determine the physical properties of shocks in a less complex environment. The shocked medium is heated by the stellar and the shock excited radiation, leading to thermal infrared emission. 28 bow shocks have been discovered through their infrared emission. Nonthermal radiation in radio and X-ray wavelengths has been detected from two bow shocks, pointing to the existence of relativistic particles in these systems. Theoretical models of the emission processes predict high-energy and very high-energy emission at a flux level in reach of current instruments. This work presents the search for gamma-ray emission from bow shocks of runaway stars in the energy regime from 100MeV to ~100TeV.

The search is performed with the large area telescope (LAT) on-board the Fermi satellite and the H.E.S.S. telescopes located in the Khomas Highland in Namibia. The Fermi-LAT was launched in 2008 and is continuously scanning the sky since then. It detects photons with energies from 20MeV to over 300 GeV and has an unprecedented sensitivity. The all-sky coverage allows us to study all 28 bow shocks of runaway stars listed in the E-BOSS catalogue of infrared bow shocks. No significant emission was detected from any of the objects, although predicted by several theoretical models describing the non-thermal emission of bow shocks of runaway stars.

The H.E.S.S. experiment is the most sensitive system of imaging atmospheric Cherenkov telescopes. It detects photons from several tens of GeV to ~100TeV. Seven of the bow shocks have been observed with H.E.S.S. and the data analysis is presented in this thesis. The analyses of the very-high energy data did not reveal significant emission from any of the sources either.

This work presents the first systematic search for gamma-ray emission from bow shocks of runaway stars. For the first time Fermi-LAT data was specifically analysed to reveal emission from bow shocks of runaway stars. In the TeV regime no searches for emission from theses objects have been published so far, the study presented here is the first in this energy regime. The level of the gamma-ray emission from bow shocks of runaway stars is constrained by the calculated upper limits over six orders in magnitude in energy.

The upper limits calculated for the bow shocks of runaway stars in the course of this work, constrain several models. For the best candidate, ζ Ophiuchi, the upper limits in the Fermi-LAT energy range are lower than the predictions by a factor ~5. This challenges the assumptions made in this model and gives valuable input for further modelling approaches.

The analyses were performed with the software packages provided by the H.E.S.S. and Fermi collaborations. The development of a unified analysis framework for gamma-ray data, namely GammaLib/ctools, is rapidly progressing within the CTA consortium. Recent implementations and cross-checks with current software frameworks are presented in the Appendix.
N2  - Das Rätsel des Ursprungs der kosmischen Strahlung wird seit über 100 Jahren angegangen und ist noch immer nicht gelöst. Kosmische Strahlung wird mit Energien die zehn Größenordnungen überspannen gemessen und erreicht Energien bis zu ~10²¹ eV, weit höher als irgendein menschengemachter Beschleuniger erzeugen kann. Verschiedene Theorien über die astrophysikalischen Objekte und Prozesse, die solch hochenergetische
Teilchen erzeugen können, wurden vorgeschlagen.

Eine prominente Erklärung für einen Prozess, der hochenergetische Teilchen erzeugt ist Schockbeschleunigung. Die Detektion von hochenergetischer Gammastrahlung von Supernovaüberresten, von denen einige schalenförmige Strukturen offenbarten, ist ein klarer Beweis für die Beschleunigung von Teilchen zu ultrarelativistischen Energien in den Schocks dieser Objekte. Die Umgebung von Supernovaüberresten ist komplex und das detaillierte Modellieren der Prozesse die zu hochenergetischer Gammastrahlung führen herausfordernd.

Die Untersuchung von Schockbeschleunigung an Bugwellen, die durch individuelle Sterne erzeugt werden, die sich mit Überschallgeschwindigkeit durch das interstellare Medium bewegen, bietet die einmalige Gelegenheit die physikalischen Eigenschaften von Schocks in einer weniger komplexen Umgebung zu bestimmen. Das komprimierte ("geschockte") Medium wird durch die Strahlung des Sterns und die durch den Schock angeregte Strahlung erhitzt und sendet infolgedessen thermische Infrarot-Strahlung aus. Nichtthermische Strahlung, die auf die Existenz von relativistischen Teilchen hinweist, wurde von zwei Bugwellen in Radio- und Röntgen-Wellenlängen gemessen. Theoretische Modelle der Strahlungsprozesse sagen hochenergetische und sehr hochenergetische Strahlung auf einem Niveau, welches mit aktuellen Instrumenten gemessen werden kann, voraus. Diese Arbeit präsentiert die Suche nach hochenergetischer Gammastrahung von Bugwellen von Schnellläufersternen in einem Energiebereich von 100MeV bis ~100TeV.

Diese Suche wird mit dem "large area telescope"(LAT) an Bord des Fermi Satelliten und den H.E.S.S. Teleskopen, die im Khomas Hochland in Namibia in Betrieb sind, durchgeführt. Der Fermi Satellit wurde 2008 gestartet und das Fermi-LAT durchmustert seitdem kontinuierlich den Himmel. Es detektiert Photonen im Energiebereich von 20MeV bis über 300GeV und hat eine noch nie dagewesene Sensitivität. Die Abdeckung des gesamten Himmels erlaubt es alle 28 Bugwellen von Schnellläufersternen, die im E-BOSS Katalog aufgelistet sind, zu untersuchen. Von keiner der Bugwellen der Schnellläufersterne konnte signifikante Strahlung nachgewiesen werden, obwohl diese von theoretischen Modellen, die die nichtthermische Emission von Bugwellen von Schnellläufersternen beschreiben, vorausgesagt wurde.

Das H.E.S.S. Experiment ist das sensitivste System von abbildenden Cherenkovteleskopen. Es kann Photonen mit Energien von einigen zehn GeV bis zu ~100TeV nachweisen. Sieben der Bugwellen von Schnellläufersternen wurden mit H.E.S.S. beobachtet und die Analyse der Daten wird in dieser Arbeit präsentiert. Auch die Analysen der sehr hochenergetischen Strahlung enthüllten keine signifikante Strahlung aus den Bugwellen der Schnellläufersterne.

Diese Arbeit stellt die erste systematische Suche nach Gammastrahlung aus Bugwellen von Schnellläufersternen vor. Zum ersten Mal wurden Fermi-LAT Daten speziell zur Suche nach Emission von diesen Objekten analysiert. Im TeV-Energiebereich wurden bisher noch keine Suchen nach Gammastrahlung von Schnellläufersternen publiziert, die hier vorgestellte Studie ist also die erste in diesem Energiebereich. Das Niveau des Gammastrahlungflusses von Schnellläufersternen wird über einen sechs Größenordnungen überspannenden Energiebereich eingeschränkt.

Die oberen Grenzen des Gammastrahlungs usses aus Bugwellen von Schnellläufersternen schränken verschiedene Modelle ein. Für den besten Kandidaten, ζ Ophiuchi, liegen die berechneten oberen Grenzen im Fermi-LAT Energiebereich einen Faktor ~5 unter den Vorhersagen. Dies fordert die Annahmen des Modells heraus und liefert wertvolle Bedingungen für weitere Modellierungsansätze.

Die präsentierten Analysen wurden mit den Softwarepakten, die von den Fermi und H.E.S.S. Kollaborationen zur Verfügung gestellt werden, durchgeführt. Die Entwicklung einer gemeinsamen Analyseumgebung namens GammaLib/ctools wird im Rahmen des CTA Konsortiums umgesetzt. Neue Implementierungen und Gegenproben zu den momentanen Analyseumgebungen werden im Anhang präsentiert.
KW  - Gammastrahlungsastronomie
KW  - Fermi-LAT
KW  - H.E.S.S.
KW  - GammaLib/ctools
KW  - Bugwellenschocks
KW  - Schnellläufersterne
KW  - gamma-ray astronomy
KW  - Fermi
KW  - H.E.S.S
KW  - gammalib/ctools
KW  - bow shocks
KW  - runaway stars
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-73905
ER  - 
TY  - THES
A1  - Faber, Michael
T1  - Folding dynamics of RNA secondary structures
BT  - a structure based approach
Y1  - 2014
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sorce, Jenny
T1  - From Spitzer mid-infrared observations and measurements of peculiar velocities to constrained simulations of the local universe
T1  - Von Spitzer-Beobachtungen im mittleren Infrarotbereich und Messungen der Pekuliargeschwindigkeiten zu Constrained Simulationen des Lokalen Universums
N2  - Galaxies are observational probes to study the Large Scale Structure. Their gravitational motions are tracers of the total matter density and therefore of the Large Scale Structure. Besides, studies of structure formation and galaxy evolution rely on numerical cosmological simulations. Still, only one universe observable from a given position, in time and space, is available for comparisons with simulations. The related cosmic variance affects our ability to interpret the results. Simulations constrained by observational data are a perfect remedy to this problem. Achieving such simulations requires the projects Cosmic flows and CLUES. Cosmic flows builds catalogs of accurate distance measurements to map deviations from the expansion. These measures are mainly obtained with the galaxy luminosity-rotation rate correlation. We present the calibration of that relation in the mid-infrared with observational data from Spitzer Space Telescope. Resulting accurate distance estimates will be included in the third catalog of the project. In the meantime, two catalogs up to 30 and 150 Mpc/h have been released. We report improvements and applications of the CLUES' method on these two catalogs. The technique is based on the constrained realization algorithm. The cosmic displacement field is computed with the Zel'dovich approximation. This latter is then reversed to relocate reconstructed three-dimensional constraints to their precursors' positions in the initial field. The size of the second catalog (8000 galaxies within 150 Mpc/h) highlighted the importance of minimizing the observational biases. By carrying out tests on mock catalogs, built from cosmological simulations, a method to minimize observational bias can be derived. Finally, for the first time, cosmological simulations are constrained solely by peculiar velocities. The process is successful as resulting simulations resemble the Local Universe. The major attractors and voids are simulated at positions approaching observational positions by a few megaparsecs, thus reaching the limit imposed by the linear theory.
N2  - Die Verteilung der Galaxien liefert wertvolle Erkenntnisse über die großräumigen Strukturen im Universum. Ihre durch Gravitation verursachte Bewegung ist ein direkter Tracer für die Dichteverteilung der gesamten Materie. Die Strukturentstehung und die Entwicklung von Galaxien wird mithilfe von numerischen Simulationen untersucht. Es gibt jedoch nur ein einziges beobachtbares Universum, welches mit der Theorie und den Ergebnissen unterschiedlicher Simulationen verglichen werden muß. Die kosmische Varianz erschwert es, das lokale Universum mit Simulationen zu reproduzieren. Simulationen, deren Anfangsbedingungen durch Beobachtungsdaten eingegrenzt sind (Constrained Simulations'') stellen eine geeignete Lösung dieses Problems dar. Die Durchführung solcher Simulationen ist das Ziel der Projekte Cosmicflows und CLUES. Im Cosmicflows-Projekt werden genaue Entfernungsmessungen von Galaxien erstellt, welche die Abweichung von der allgemeinen Hubble-Expansion abbilden. Diese Messungen werden hauptsächlich aus der Korrelation zwischen Leuchtkraft und Rotationsgeschwindigkeit von Spiralgalaxien gewonnen. In dieser Arbeit wird die Kalibrierung dieser Beziehung im mittleren Infrarot mithilfe von Daten vom Spitzer Space Telescope vorgestellt. Diese neuen Entfernungsbestimmungen werden im dritten Katalog des Cosmicflows-Projekts enthalten sein. Bisher wurden zwei Kataloge veröffentlicht, mit Entfernungen bis zu 30 beziehungsweise 150 Mpc/h. In dieser Arbeit wird die CLUES-Methode auf diese zwei Kataloge angewendet und Verbesserungen werden vorgestellt und diskutiert. Zunächst wird das kosmische Verschiebungsfeld mithilfe der Zeldovich-Näherung bestimmt. In umgekehrter Richtung kann man damit die aus heutigen Beobachtungsdaten rekonstruierten dreidimensionalen Constraints an ihren Ursprungsort im frühen Universum zurückzuversetzen. Durch den großen Datenumfang des cosmicflows-2 Katalogs (8000 Galaxien bis zu einer Entfernung von 150 Mpc/h) ist es besonders wichtig, den Einfluss verschiedener Beobachtungsfehler zu minimieren. Eine für das lokale Universum angepasste Korrekturmethode lässt sich durch die Untersuchung von Mock-Katalogen finden, welche aus kosmologischen Simulationen gewonnen werden. Schließlich stellt diese Arbeit erstmals kosmologische Simulationen vor, die ausschließlich durch Pekuliargeschwindigkeiten eingegrenzt sind. Der Erfolg dieser Methode wird dadurch bestätigt, dass die dadurch erzeugten Simulationen dem beobachteten lokalen Universum sehr ähnlich sind. Die relevanten Attraktoren und Voids liegen in den Simulationen an Positionen, welche bis auf wenige Megaparsec mit den beobachteten Positionen übereinstimmen. Die Simulationen erreichen damit die durch die lineare Theorie gegebene Genauigkeitsgrenze.
KW  - Beobachtungen
KW  - Entfernungen
KW  - Pekuliargeschwindigkeiten
KW  - Simulationen
KW  - observations
KW  - distances
KW  - peculiar velocities
KW  - simulations
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72486
ER  - 
TY  - THES
A1  - Steinhaus, Sebastian Peter
T1  - Constructing quantum spacetime
T1  - Konstruktion der Quantenraumzeit
BT  - relation to classical gravity
BT  - Relation zur klassischen Gravitation
N2  - Despite remarkable progress made in the past century, which has revolutionized our understanding of the universe, there are numerous open questions left in theoretical physics. Particularly important is the fact that the theories describing the fundamental interactions of nature are incompatible. Einstein's theory of general relative describes gravity as a dynamical spacetime, which is curved by matter and whose curvature determines the motion of matter. On the other hand we have quantum field theory, in form of the standard model of particle physics, where particles interact via the remaining interactions - electromagnetic, weak and strong interaction - on a flat, static spacetime without gravity. A theory of quantum gravity is hoped to cure this incompatibility by heuristically replacing classical spacetime by quantum spacetime'. Several approaches exist attempting to define such a theory with differing underlying premises and ideas, where it is not clear which is to be preferred. Yet a minimal requirement is the compatibility with the classical theory, they attempt to generalize. Interestingly many of these models rely on discrete structures in their definition or postulate discreteness of spacetime to be fundamental. Besides the direct advantages discretisations provide, e.g. permitting numerical simulations, they come with serious caveats requiring thorough investigation: In general discretisations break fundamental diffeomorphism symmetry of gravity and are generically not unique. Both complicates establishing the connection to the classical continuum theory. The main focus of this thesis lies in the investigation of this relation for spin foam models. This is done on different levels of the discretisation / triangulation, ranging from few simplices up to the continuum limit. In the regime of very few simplices we confirm and deepen the connection of spin foam models to discrete gravity. Moreover, we discuss dynamical, e.g. diffeomorphism invariance in the discrete, to fix the ambiguities of the models. In order to satisfy these conditions, the discrete models have to be improved in a renormalisation procedure, which also allows us to study their continuum dynamics. Applied to simplified spin foam models, we uncover a rich, non--trivial fixed point structure, which we summarize in a phase diagram. Inspired by these methods, we propose a method to consistently construct the continuum theory, which comes with a unique vacuum state.
N2  - Trotz bemerkenswerter Fortschritte im vergangenen Jahrhundert, die unser Verständnis des Universums revolutioniert haben, gibt es noch zahlreiche ungeklärte Fragen in der theoretischen Physik. Besondere Bedeutung kommt der Tatsache zu, dass die Theorien, welche die fundamentalen Wechselwirkungen der Natur beschreiben, inkompatibel sind. Nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie wird die Gravitation durch eine dynamische Raumzeit dargestellt, die von Materie gekrümmt wird und ihrerseits durch die Krümmung die Bewegung der Materie bestimmt. Dem gegenüber steht die Quantenfeldtheorie, die die verbliebenen Wechselwirkungen - elektromagnetische, schwache und starke Wechselwirkung - im Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt, in dem Teilchen auf einer statischen Raumzeit -- ohne Gravitation -- miteinander interagieren. Die Hoffnung ist, dass eine Theorie der Quantengravitation diese Inkompatibilität beheben kann, indem, heuristisch, die klassische Raumzeit durch eine 'Quantenraumzeit' ersetzt wird. Es gibt zahlreiche Ansätze eine solche Theorie zu definieren, die auf unterschiedlichen Prämissen und Ideen beruhen, wobei a priori nicht klar ist, welche zu bevorzugen sind. Eine Minimalanforderung an diese Theorien ist Kompatibilität mit der klassischen Theorie, die sie verallgemeinern sollen. Interessanterweise basieren zahlreiche Modelle in ihrer Definition auf Diskretisierungen oder postulieren eine fundamentale Diskretheit der Raumzeit. Neben den unmittelbaren Vorteilen, die Diskretisierungen bieten, z.B. das Ermöglichen numerischer Simulationen, gibt es auch gravierende Nachteile, die einer ausführlichen Untersuchung bedürfen: Im Allgemeinen brechen Diskretisierungen die fundamentale Diffeomorphismensymmetrie der Gravitation und sind in der Regel nicht eindeutig definiert. Beides erschwert die Wiederherstellung der Verbindung zur klassischen, kontinuierlichen Theorie. Das Hauptaugenmerk dieser Doktorarbeit liegt darin diese Verbindung insbesondere für Spin-Schaum-Modelle (spin foam models) zu untersuchen. Dies geschieht auf sehr verschiedenen Ebenen der Diskretisierung / Triangulierung, angefangen bei wenigen Simplizes bis hin zum Kontinuumslimes. Im Regime weniger Simplizes wird die bekannte Verbindung von Spin--Schaum--Modellen zu diskreter Gravitation bestätigt und vertieft. Außerdem diskutieren wir dynamische Prinzipien, z.B. Diffeomorphismeninvarianz im Diskreten, um die Ambiguitäten der Modelle zu fixieren. Um diese Bedingungen zu erfüllen, müssen die diskreten Modelle durch Renormierungsverfahren verbessert werden, wodurch wir auch ihre Kontinuumsdynamik untersuchen können. Angewandt auf vereinfachte Spin-Schaum-Modelle finden wir eine reichhaltige, nicht-triviale Fixpunkt-Struktur, die wir in einem Phasendiagramm zusammenfassen. Inspiriert von diesen Methoden schlagen wir zu guter Letzt eine konsistente Konstruktionsmethode für die Kontinuumstheorie vor, die einen eindeutigen Vakuumszustand definiert.
KW  - Quantengravitation
KW  - Spin-Schaum-Modelle
KW  - Regge Kalkül
KW  - Renormierung
KW  - Verfeinerungslimes
KW  - quantum gravity
KW  - spin foams
KW  - regge calculus
KW  - renormalization and refinement limit
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72558
ER  - 
TY  - THES
A1  - Balzer, Arnim
T1  - Crab flare observations with H.E.S.S. phase II
T1  - Crab Flare Observations with H.E.S.S. Phase II
N2  - 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.
N2  - Das H.E.S.S. Experiment misst sehr hochenergetische Gammastrahlung im Khomas Hochland von Namibia. Es ist ein sogenanntes abbildendes atmosphärisches Cherenkov-Teleskopsystem welches in der 1. Phase, die im Jahr 2004 mit der Datennahme begann, aus vier identischen 13 m Spiegelteleskopen bestand. Seitdem hat sich H.E.S.S. als das erfolgreichstes Experiment in der bodengebundenen Gammastrahlungsastronomie etabliert. Selbst die älteste der mittlerweile fast 150 entdeckten Quellen von sehr hochenergetischer Gammastrahlung, der Krebsnebel, fasziniert immernoch Wissenschaftler mit neuen bisher unbekannten und unerwarteten Phänomenen. Ein Beispiel dafür sind die vor kurzem entdeckten sehr energiereichen Ausbrüche von hochenergetischer Gammastrahlung. Bei dem letzten deratigen Ausbruch des Krebsnebels im März 2013 hat das H.E.S.S. Experiment für sechs Nächte simultan mit dem Fermi-Satelliten, welcher den Ausbruch entdeckte, Daten genommen. Die Analyse der Daten, deren Ergebnis und deren Interpretation werden im Detail in dieser Arbeit vorgestellt. Während dieser Beobachtungen befand sich ein neues 24 m × 32 m großes Spiegelteleskop, das H.E.S.S. II- Teleskop, noch in seiner Inbetriebnahme, trotzdem hat es für eine dieser sechs Nächte an der Datennahme des gesamten Teleskopsystems teilgenommen. Um die Daten rekonstruieren und analysieren zu können, mussten die für die 1. Phase des Experiments entwickelten Algorithmen und die Software des H.E.S.S.- Experiments angepasst werden. Die fortschrittlichste Schauerrekonstruktionsmethode, welche von de Naurois und Rolland entwickelt wurde, basiert auf dem Vergleich von echten Schauerbildern, die mit Hilfe der Cherenkov-Kameras der einzelnen Teleskope aufgenommen wurden, mit Schauerschablonen die mit Hilfe eines semianalytischen Modells erzeugt wurden. Das am besten passende Bild und damit auch alle relevanten Schauerparameter, wird mit Hilfe einer pixelweisen Loglikelihood-Anpassung ermittelt. Die nötigen Änderungen um Multiteleskopereignisse, welche vom heterogenen H.E.S.S. Phase II Detektor gemessen wurden, mit Hilfe dieser fortschrittlichen Schauerrekonstruktionsmethode analysieren zu können, sowie die resultierenden Ergebnisse von MonteCarlo-Simulationen, als auch die Anwendung auf echte Daten, werden im Rahmen dieser Arbeit präsentiert.
KW  - Gammastrahlungsastronomie
KW  - Rekonstruktionsmethoden
KW  - Datenanalyse
KW  - Krebsnebel
KW  - gamma-ray astronomy
KW  - reconstruction methods
KW  - data analysis
KW  - Crab Nebula
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72545
ER  - 
TY  - THES
A1  - Holler, Markus
T1  - Photon reconstruction for the H.E.S.S. 28 m telescope and analysis of Crab Nebula and galactic centre observations
T1  - Photonrekonstruktion für das 28 m H.E.S.S. Teleskop und Analyse von Beobachtungen des Krebsnebels und des galaktischen Zentrums
N2  - 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.
N2  - In der vorliegenden Dissertation wird die zur Zeit sensitivste Methode zur Photonrekonstruktion in der bodengebundenen Gammastrahlungsastronomie an das 28 m H.E.S.S. Teleskop angepasst. Die Analyse basiert auf einem semi-analytischen Modell von elektromagnetischen Teilchenschauern in der Erdatmosphäre. Die Rekonstruktion erfolgt durch den Vergleich des Bildes der Teleskopkamera mit der Tscherenkow-Emission, die mittels des Schauermodells berechnet wurde. Zur Verringerung des dominanten Untergrundes, der hauptsächlich durch Teilchen der geladenen kosmischen Strahlung hervorgerufen wird, werden Ereignisse anhand bestimmter Kriterien ausgewählt. Die Leistungsfähigkeit der Analyse wird unter Verwendung simulierter Ereignisse evaluiert. Die Methode wird anschließend auf zwei Gammastrahlungsquellen angewendet. Zuerst wird der Krebsnebel analysiert, die Standardkerze der bodengebundenen Gammastrahlungsastronomie. Die Resultate der Analyse des Krebsnebels bestätigen die bereits zuvor erwartete Leistungsfähigkeit der Rekonstruktionsmethode, wobei hier insbesondere die im Vergleich zu H.E.S.S. I stark verringerte Energieschwelle hervorzuheben ist. Als Zweites werden Beobachtungen der Region um das galaktische Zentrum ausgewertet. Die Analyseergebnisse dieser Daten unterstreichen die Fähigkeiten des neuen Teleskops zur Messung kosmischer Gammastrahlung in einem für die theoretische und experimentelle Astrophysik interessanten Energiebereich. Die vorgestellte Analyse besitzt die niedrigste Energieschwelle, die in der bodengebundenen Gammastrahlungsastronomie je erreicht wurde. Sie ermöglicht damit präzise Messungen der physikalischen Eigenschaften von zeitabhängigen Quellen im Energiebereich von 10 bis 100 GeV.
KW  - Gammastrahlungsastronomie
KW  - Rekonstruktionsmethoden
KW  - Datenanalyse
KW  - Krebsnebel
KW  - galaktisches Zentrum
KW  - gamma-ray astronomy
KW  - reconstruction methods
KW  - data analysis
KW  - Crab Nebula
KW  - galactic centre
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72099
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fischer, Jost Leonhardt
T1  - Nichtlineare Kopplungsmechanismen akustischer Oszillatoren am Beispiel der Synchronisation von Orgelpfeifen
T1  - Nonlinear coupling mechanisms of acoustical oscillators using the example of synchronization of organ pipes
N2  - In dieser Arbeit werden nichtlineare Kopplungsmechanismen von akustischen Oszillatoren untersucht, die zu Synchronisation führen können. 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 vollständig auf den aeroakustischen und fluiddynamischen Grundprinzipien basierendes nichtlinear gekoppeltes Modell selbst-erregter Oszillatoren für die Beschreibung des Verhaltens zweier wechselwirkender Orgelpfeifen entwickelt. Die durchgeführten 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 für den nichtlinearen Zusammenhang von Kopplungsstärke und Synchronisation des gekoppelten Zwei-Pfeifen Systems, welcher sich in einem nichtlinearen Verlauf der Arnoldzunge darstellt, geklärt werden. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird der Einfluss des Raumes auf die Tonentstehung bei Orgelpfeifen betrachtet. Dafür 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 Schwellkästen auf die Tonentstehung und die Klangbildung der Orgelpfeife wird studiert. In weiteren, neuartigen Synchronisationsexperimenten mit identisch gestimmten Orgelpfeifen, sowie mit Mixturen wird die Synchronisation für verschiedene, horizontale und vertikale Pfeifenabstände in der Ebene der Schallabstrahlung, untersucht. Die dabei erstmalig beobachteten räumlich isotropen Unstetigkeiten im Schwingungsverhalten der gekoppelten Pfeifensysteme, deuten auf abstandsabhängige Wechsel zwischen gegen- und gleichphasigen Sychronisationsregimen hin. Abschließend wird die Möglichkeit dokumentiert, das Phänomen der Synchronisation zweier Orgelpfeifen durch numerische Simulationen, also der Behandlung der kompressiblen Navier-Stokes Gleichungen mit entsprechenden Rand- und Anfangsbedingungen, realitätsnah abzubilden. Auch dies stellt ein Novum dar.
N2  - In this work non-linear coupling mechanisms in acoustic oscillator systems are examined which can lead to synchronization phenomena. This mechanisms are investigated in particular on organ pipes. Building up on the questions of preceding works the elements of the sound generation are identified using detailed experimental and theoretical studies, as well as numerical simulations. Furthermore the organ pipes interaction mechanisms of the mutual coupling are developed. This leads to a non-linear coupled oscillator model which is developed on the aeroacoustical and fluiddynamical first principles. The carried out model calculations are compared to the experimental results from preceding works. It appears that the sound generation and the coupling mechanisms are properly described by the developed nonlinear coupled model of self-sustained oscillators. In particular the cause can be cleared with it for the non-linear edges of the Arnold tongue of the coupled two-pipe system. With the new knowledge the influence of various space geometries on the sound generation of organ pipes is investigated. With numerical simulations the interaction of an organ pipe and different space geometries, like plane, convex, concave, and ridged geometry is studied. Also the influence of so called swell boxes on the sound generation and the sound pattern of the organ pipe is studied. In further new synchronization experiments with precisely equally tuned pairs of organ pipes, as well as with mixtures the synchronization is examined for various grids of horizontal and vertical pipe distances in the 2D-plane of sound radiation. The spatial discontinuities observed in the oscillation behaviour of the coupled pipe systems, point to changes between anti-phase and in-phase regimes of sychronization depending on pipes distances. Finally the possibility is documented to describe the phenomenon of the synchronization of two organ pipes realisticaly by solving the compressible Navier-Stokes equations numerically.
KW  - Synchronisation
KW  - Orgelpfeifen
KW  - Simulation
KW  - Experiment
KW  - Modell
KW  - synchronization
KW  - organ pipes
KW  - simulation
KW  - experiment
KW  - model
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71975
ER  - 
TY  - THES
A1  - Federici, Simone
T1  - Gamma-ray studies of the young shell-type SNR RX J1713.7-3946
T1  - Untersuchung im Gamma-Strahlungsbereich des schalenartigen Supernova-Überrests RX J1713.7−3946
N2  - One of the most significant current discussions in Astrophysics relates to the origin of high-energy cosmic rays. According to our current knowledge, the abundance distribution of the elements in cosmic rays at their point of origin indicates, within plausible error limits, that they were initially formed by nuclear processes in the interiors of stars. It is also believed that their energy distribution up to 1018 eV has Galactic origins. But even though the knowledge about potential sources of cosmic rays is quite poor above „ 1015 eV, that is the “knee” of the cosmic-ray spectrum, up to the knee there seems to be a wide consensus that supernova remnants are the most likely candidates. Evidence of this comes from observations of non-thermal X-ray radiation, requiring synchrotron electrons with energies up to 1014 eV, exactly in the remnant of supernovae. To date, however, there is not conclusive evidence that they produce nuclei, the dominant component of cosmic rays, in addition to electrons. In light of this dearth of evidence, γ-ray observations from supernova remnants can offer the most promising direct way to confirm whether or not these astrophysical objects are indeed the main source of cosmic-ray nuclei below the knee. Recent observations with space- and ground-based observatories have established shell-type supernova remnants as GeV-to- TeV γ-ray sources. The interpretation of these observations is however complicated by the different radiation processes, leptonic and hadronic, that can produce similar fluxes in this energy band rendering ambiguous the nature of the emission itself. The aim of this work is to develop a deeper understanding of these radiation processes from a particular shell-type supernova remnant, namely RX J1713.7–3946, using observations of the LAT instrument onboard the Fermi Gamma-Ray Space Telescope. Furthermore, to obtain accurate spectra and morphology maps of the emission associated with this supernova remnant, an improved model of the diffuse Galactic γ-ray emission background is developed. The analyses of RX J1713.7–3946 carried out with this improved background show that the hard Fermi-LAT spectrum cannot be ascribed to the hadronic emission, leading thus to the conclusion that the leptonic scenario is instead the most natural picture for the high-energy γ-ray emission of RX J1713.7–3946. The leptonic scenario however does not rule out the possibility that cosmic-ray nuclei are accelerated in this supernova remnant, but it suggests that the ambient density may not be high enough to produce a significant hadronic γ-ray emission. Further investigations involving other supernova remnants using the improved back- ground developed in this work could allow compelling population studies, and hence prove or disprove the origin of Galactic cosmic-ray nuclei in these astrophysical objects. A break- through regarding the identification of the radiation mechanisms could be lastly achieved with a new generation of instruments such as CTA.
N2  - Eine der gegenwärtigen bedeutendsten geführten Diskussionen in der Astrophysik bezieht sich auf den Ursprung der hochenergetischen Kosmischen Strahlung. Nach unserem heutigen Verständnis weist die am Ort des Ursprungs elementare Zusam- mensetzung der Kosmischen Strahlung darauf hin, dass diese zu Beginn mittels nuklearer Prozesse im Inneren von Sternen gebildet wurde. Weiterhin wird ange- nommen, dass die Kosmische Strahlung bis 1018 eV galaktischen Ursprungs ist. Auch wenn das Verständnis über die potentiellen Quellen der Kosmischen Strahlung ober- halb von 1015 eV, dem sogenannten „Knie“ des Spektrums der Kosmischen Strah- lung, lückenhaft ist, so liegt doch der Konsens vor, dass Supernovaüberreste (SNR) die wahrscheinlichsten Quellen für Energien bis 1015 eV sind. Unterstützt wird die- ser Sachverhalt durch Beobachtungen von nichtthermischer Röntgenstrahlung von SNR, deren Emission Elektronen mit Energien bis zu 1014 eV erfordern. Jedoch gibt es bis heute keinen überzeugenden Beweis, dass SNR zusätzlich zu den Elektronen auch Atomkerne, die den dominierenden Anteil in der Kosmischen Strahlung bilden, beschleunigen. Trotz fehlender überzeugender Beweise ermöglichen nun Beobachtungen von SNR im γ-Strahlungsbereich einen vielversprechenden Weg zur Aufklärung der Fra- ge, ob diese astrophysikalischen Objekte in der Tat die Hauptquelle der Kosmischen Strahlung unterhalb des Knies sind. Kürzlich durchgeführte Beobachtungen im Welt- raum und auf der Erdoberfläche haben zu der Erkenntnis geführt, dass schalenartige SNR γ-Strahlung im GeV- und TeV-Bereich emittieren. Die Interpretation dieser Beobachtungen ist jedoch schwierig, da sowohl Atomkerne als auch Elektronen im betrachteten Energiebereich zu ähnlichen γ-Emissionen führen. Dadurch wird die eindeutige Identifizierung der Emission als das Resultat hadronischer oder leptoni- scher Emissionsprozesse erschwert. Das Ziel dieser Arbeit ist es, am Beispiel des schalenartigen SNR RX J1713.7- 3946 ein tieferes Verständnis über die Strahlungsprozesse zu erhalten, indem vom γ-Weltraumteleskop Fermi durchgeführte Beobachtungen analysiert werden. Um ge- naue Spektren und die Ausdehnung der Region der Emission zu erhalten, wird ein verbessertes Modell für die diffuse galaktische γ-Hintergrundstrahlung entwickelt. Die mit diesem verbesserten Hintergrund durchgeführte Analyse von RX J1713.7- 3946 zeigt, dass das vom Fermi-Satelliten beobachtete Spektrum nicht dem hadro- nischen Szenario zugeschrieben werden kann, sodass das leptonische Szenario für die γ-Emissionen von diesem SNR verantwortlich ist. Das leptonische Szenario schließt jedoch nicht die Möglichkeit aus, dass auch Atomkerne in diesem SNR beschleu- nigt werden. Aber es deutet darauf hin, dass die umgebende Teilchendichte nicht ausreichend hoch genug ist, um zu einer signifikanten hadronischen γ-Emission zu führen. Weitere Untersuchungen, die andere SNR in Kombination mit dem hier ent- wickelten verbesserten Modell der Hintergrundstrahlung beinhalten, können Popu- lationsstudien erlauben. Dies könnte klären, ob die SNR tatsächlich die Quellen der galaktischen Kosmischen Strahlung sind. Ein Durchbruch bezüglich der Identi- fikation des Strahlungsmechanismus könnte auch durch eine neue Generation von Beobachtungsinstrumenten, wie das Cherenkov Telescope Array, erreicht werden.
KW  - Supernovaüberrest
KW  - gamma-ray
KW  - cosmic-rays
KW  - supernova remnants
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71734
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TY  - THES
A1  - Steyrleuthner, Robert
T1  - Korrelation von Struktur, optischen Eigenschaften und Ladungstransport in einem konjugierten Naphthalindiimid-Bithiophen Copolymer mit herausragender Elektronenmobilität
T1  - Correlation of structure, optical properties and charge transport in a conjugated naphtalendiimide-bithiophene copolymer with outstanding electron mobility
N2  - Organische Halbleiter besitzen neue, bemerkenswerte Materialeigenschaften, die sie für die grundlegende Forschung wie auch aktuelle technologische Entwicklung (bsw. org. Leuchtdioden, org. Solarzellen) interessant werden lassen. Aufgrund der starken konformative Freiheit der konjugierten Polymerketten führt die Vielzahl der möglichen Anordnungen und die schwache intermolekulare Wechselwirkung für gewöhnlich zu geringer struktureller Ordnung im Festkörper. Die Morphologie hat gleichzeitig direkten Einfluss auf die elektronische Struktur der organischen Halbleiter, welches sich meistens in einer deutlichen Reduktion der Ladungsträgerbeweglichkeit gegenüber den anorganischen Verwandten zeigt. So stellt die Beweglichkeit der Ladungen im Halbleiter einen der limitierenden Faktoren für die Leistungsfähigkeit bzw. den Wirkungsgrad von funktionellen organischen Bauteilen dar. Im Jahr 2009 wurde ein neues auf Naphthalindiimid und Bithiophen basierendes Dornor/Akzeptor Copolymer vorgestellt [P(NDI2OD‑T2)], welches sich durch seine außergewöhnlich hohe Ladungsträgermobilität auszeichnet. In dieser Arbeit wird die Ladungsträgermobilität in P(NDI2OD‑T2) bestimmt, und der Transport durch eine geringe energetischer Unordnung charakterisiert. Obwohl dieses Material zunächst als amorph beschrieben wurde zeigt eine detaillierte Analyse der optischen Eigenschaften von P(NDI2OD‑T2), dass bereits in Lösung geordnete Vorstufen supramolekularer Strukturen (Aggregate) existieren. Quantenchemische Berechnungen belegen die beobachteten spektralen Änderungen. Mithilfe der NMR-Spektroskopie kann die Bildung der Aggregate unabhängig von optischer Spektroskopie bestätigt werden. Die Analytische Ultrazentrifugation an P(NDI2OD‑T2) Lösungen legt nahe, dass sich die Aggregation innerhalb der einzelnen Ketten unter Reduktion des hydrodynamischen Radius vollzieht. Die Ausbildung supramolekularen Strukturen nimmt auch eine signifikante Rolle bei der Filmbildung ein und verhindert gleichzeitig die Herstellung amorpher P(NDI2OD‑T2) Filme. Durch chemische Modifikation der P(NDI2OD‑T2)-Kette und verschiedener Prozessierungs-Methoden wurde eine Änderung des Kristallinitätsgrades und gleichzeitig der Orientierung der kristallinen Domänen erreicht und mittels Röntgenbeugung quantifiziert. In hochauflösenden Elektronenmikroskopie-Messungen werden die Netzebenen und deren Einbettung in die semikristallinen Strukturen direkt abgebildet. Aus der Kombination der verschiedenen Methoden erschließt sich ein Gesamtbild der Nah- und Fernordnung in P(NDI2OD‑T2). Über die Messung der Elektronenmobilität dieser Schichten wird die Anisotropie des Ladungstransports in den kristallographischen Raumrichtungen von P(NDI2OD‑T2) charakterisiert und die Bedeutung der intramolekularen Wechselwirkung für effizienten Ladungstransport herausgearbeitet. Gleichzeitig wird deutlich, wie die Verwendung von größeren und planaren funktionellen Gruppen zu höheren Ladungsträgermobilitäten führt, welche im Vergleich zu klassischen semikristallinen Polymeren weniger sensitiv auf die strukturelle Unordnung im Film sind.
N2  - Organic semiconductors are in the focus of recent research and technological development (eg. for organic light-emitting diodes and solar cells) due to their specific and outstanding material properties. The strong conformational freedom of conjugated polymer chains usually leads to a large number of possible geometric arrangements while weak intermolecular interactions additionally lead to poor structural order in the solid state. At the same time the morphology of those systems has direct influence on the electronic structure of the organic semiconductor which is accompanied by a significant reduction of the charge carrier mobility in contrast to their inorganic counterparts. In that way the transport of charges within the semiconductor represents one of the main limiting factors regarding the performance and efficiency of functional organic devices. In 2009 Facchetti and coworkers presented a novel conjugated donor/acceptor copolymer based on naphthalene diimide and bithiophene [P(NDI2OD‑T2)] which was characterized by an outstanding charge carrier mobility. In this work the mobility of electrons and holes in the bulk of P(NDI2OD‑T2) is determined by single carrier devices and the time-of-flight technique. The results imply a low energetic disorder in these polymer layers. While the material was initially expected to be mainly amorphous, a detailed study of the photophysical properties of P(NDI2OD‑T2) shows that precursors of supramolecular assemblies (aggregates) are already formed in polymer solution. Quantum-chemical calculations support the occurring optical changes. NMR spectroscopy was applied to independently prove the formation of chain aggregates in commonly used organic solvents. The investigation of P(NDI2OD‑T2) solutions by analytical ultracentrifugation implies that aggregation mainly proceeds within single polymer chains by reduction of the hydrodynamic radius. To understand the influence of the chemical structure, pre-aggregation and crystal packing of conventional regioregular P(NDI2OD-T2) on the charge transport, the corresponding regioirregular polymer RI-P(NDI2OD-T2) was synthesized. By combining optical, X-ray, and transmission electron microscopy data, a quantitatively characterization of the aggregation, crystallization, and backbone orientation of all of the polymer films was possible, which was then correlated to the electron mobilities in electron-only diodes. The anisotropy of the charge transport along the different crystallographic directions is demonstrated and how the mobility depends on π-stacking but is insensitive to the degree or coherence of lamellar stacking. The comparison between the regioregular and regioirregular polymers also shows how the use of large planar functional groups leads to improved charge transport, with mobilities that are less affected by chemical and structural disorder with respect to classic semicrystalline polymers such as poly(3-hexylthiophene).
KW  - organische Halbleiter
KW  - Ladungstransport
KW  - Solarzellen
KW  - Polymere
KW  - Photophysik
KW  - organic semiconductor
KW  - charge transport
KW  - solar cells
KW  - polymers
KW  - photo physics
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71413
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TY  - THES
A1  - Trabant, Christoph
T1  - Ultrafast photoinduced phase transitions in complex materials probed by time-resolved resonant soft x-ray diffraction
T1  - Ultraschnelle lichtinduzierte Phasenübergänge in komplexen Materialien untersucht mit zeitaufgelöster resonanter Weichröntgenbeugung
N2  - 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.
N2  - In der Datenspeichertechnologie werden bisher hauptsächlich ferromagnetische Materialien eingesetzt. Da mit diesen aber physikalische Grenzen erreicht werden, werden neue Konzepte gesucht, um schnellere und kleinere Schalter, größere Datendichten und eine höherere Energieeffizienz zu erzeugen. Unter den diskutierten Materialklassen finden sich komplexen Übergangsmetalloxide und Materialien mit antiferromagnetischer Kopplung. Die Anwendbarkeit solcher Materialien hängt stark davon ab, wie schnell sich deren Eigenschaften verändern lassen und wieviel Energie dafür eingesetzt werden muss. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit ultraschnellen, Nicht-Gleichgewicht-Phasenübergängen genau in solchen Materialien. In Übergangsmetalloxiden führt die enge Kopplung zwischen den unterschiedlichen Freiheitsgraden zu einem effektiven niederenergetischen Anregungsspektrum. Diese Anregungen sind oft verknüpft mit spektakulären makroskopischen Eigenschaften, wie z.B. dem kolossalen Magnetowiderstand, Hochtemperatur-Supraleitung, Metall- Isolator-Übergang, die oft von nanoskaliger Ordnung von Spins, Ladungen, orbitaler Besetzung sowie Gitterverzerrungen begleitet sind. Dadurch werden diese Materialien interessant für Anwendbarkeit. Magnetit, ein Prototyp eines solchen funktionalen Materials zeigt einen Metall-Isolator-Übergang bei T = 123 K. Untersucht man die Ladungs- und orbitale Ordnung sowie die Struktur nach einer optischen Anregung, so findet man, dass die elektronische Struktur und Gitterverzerrung, die kennzeichnend für die Tieftemperaturphase sind, innerhalb der Zeitauflösung des Experiments von 300 fs zerstört wird. Der eigentliche Metall-Isolator-Übergang zeigt sich erst nach 1.5 ps. Die Ergebnisse zeigen, dass MITs in funktionalen Materialien bis zu tausend Mal schneller geschaltet werden können als in vorhandenen Halbleiter-Schaltern. Seit kurzem rücken auch ferrimagnetische und antiferromagnetische Materialen in den Fokus des Interesses. Es wurde im Ferrimagnet GdFeCo gezeigt, dass der Transfer von Drehimpuls zwischen zwei entgegengesetzten Subsystemen mit unterschiedlichen Zeitkonstanten zu einem Umschalten der Magnetisierung führt. Zudem wurde vorhergesagt, dass Demagnetisierungsdynamiken in antiferromagnetischen Materialien schneller ablaufen soll als in ferromagnetischen, da kein Drehimpuls aus dem Spinsystem abgeführt werden muss. Damit wir mehr über antiferromagnetische Dynamik erfahren haben wir zwei unterschiedliche Antiferromagneten untersucht, um sie mit den bekannten FM zu vergleichen. Im metallischen AFM Holmium fanden wir, dass die magnetische Ordnung schneller und zehnmal energieeffizienter zerstört werden kann als in vergleichbaren FM Metallen. In Europium-Tellurid, einem antiferromagnetischem Halbleiter, haben wir den Zerfall der magnetischen Ordnung im Hinblick auf Wechselwirkungen mit der Struktur untersucht. Wir fanden auf kurzen Zeitskalen eine eher entkoppelte Dynamik. Eine Ausnahme ist ein schneller Beitrag zur Gitterdynamik, den wir mit dem Wegfall von Magnetostriktion erklären. Die hier gezeigten Ergebnisse wurden mit Hilfe zeitaufgelöster resonanter weicher Röntgenbeugung an der Femtoslicing Strahlungsquelle des Helmholtz-Zentrums Berlin und am freien Elektronenlaser LCLS gemessen. Zusätzlich wird über die Entwicklung und den Bau eines UHV-Diffraktometers für diese Experimente berichtet.
KW  - Ultraschnell
KW  - Weichröntgenbeugung
KW  - nichtgleichgewichts Dynamik
KW  - Phasenübergänge
KW  - Antiferromagnetisch
KW  - Ultrafast
KW  - soft x-ray diffraction
KW  - photoinduced dynamics
KW  - phase transitions
KW  - antiferromagnetic
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71377
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TY  - THES
A1  - Yadavalli, Nataraja Sekhar
T1  - Advances in experimental methods to probe surface relief grating formation mechanism in photosensitive materials
T1  - Entstehung von Oberflächengittern in lichtempfindlichen Materialien
N2  - When azobenzene-modified photosensitive polymer films are irradiated with light interference patterns, topographic variations in the film develop that follow the electric field vector distribution resulting in the formation of surface relief grating (SRG). The exact correspondence of the electric field vector orientation in interference pattern in relation to the presence of local topographic minima or maxima of SRG is in general difficult to determine. In my thesis, we have established a systematic procedure to accomplish the correlation between different interference patterns and the topography of SRG. For this, we devise a new setup combining an atomic force microscope and a two-beam interferometer (IIAFM). With this set-up, it is possible to track the topography change in-situ, while at the same time changing polarization and phase of the impinging interference pattern. To validate our results, we have compared two photosensitive materials named in short as PAZO and trimer. This is the first time that an absolute correspondence between the local distribution of electric field vectors of interference pattern and the local topography of the relief grating could be established exhaustively. In addition, using our IIAFM we found that for a certain polarization combination of two orthogonally polarized interfering beams namely SP (↕, ↔) interference pattern, the topography forms SRG with only half the period of the interference patterns. Exploiting this phenomenon we are able to fabricate surface relief structures below diffraction limit with characteristic features measuring only 140 nm, by using far field optics with a wavelength of 491 nm. We have also probed for the stresses induced during the polymer mass transport by placing an ultra-thin gold film on top (5–30 nm). During irradiation, the metal film not only deforms along with the SRG formation, but ruptures in regular and complex manner. The morphology of the cracks differs strongly depending on the electric field distribution in the interference pattern even when the magnitude and the kinetic of the strain are kept constant. This implies a complex local distribution of the opto-mechanical stress along the topography grating. The neutron reflectivity measurements of the metal/polymer interface indicate the penetration of metal layer within the polymer resulting in the formation of bonding layer that confirms the transduction of light induced stresses in the polymer layer to a metal film.
N2  - Azobenzolhaltige Polymere gehören zu einer Klasse funktionaler Materialien, bei denen durch ein äußeres Strahlungsfeld eine starke mechanische Reaktion ausgelöst werden kann. Durch die Bindung an das Polymerrückgrat können die Azobenzole, die unter UV-Belichtung eine Photoisomerisierung ausführen, was zum Teil drastische Effekte zur Folge hat. Unter Belichtung mit Intensitätsmustern, d.h. mit räumlich variierender Verteilung der Polarisation oder der Intensität des einfallenden Lichts verändert sich die Topographie der azobenzolhaltigen Filme, was zur Bildung von Oberflächengittern (engl. Surface Relief Gratings, SRG) führt. In dieser Arbeit wurde eine neue Methode vorgeschlagen, bei der das Verhalten elastischer/morphologischer Eigenschaften unter verschiedenen Belichtungsbedingungen, d.h. mit unterschiedlicher Verteilung der Polarisation und der Intensität in situ lokal als Funktion der Position entlang der SRG aufgenommen werden kann. Außerdem wurde hier vorgeschlagen, opto-mechanische Spannungen, die innerhalb der photosensitiven Polymerfilme während der Belichtung entstehen, mit Hilfe dünner aufgebrachter metallischen Schichten abzubilden und zu analysieren.
KW  - Azobenzolhaltige Polymerfilme
KW  - Oberflächengitter
KW  - In-situ Rasterkraftmikroskopie
KW  - Opto-mechanische Spannungen
KW  - Metall/Graphen/Polymer Grenzfläch
KW  - azobenzene polymer films
KW  - surface relief grating
KW  - in-situ atomic force microscopy
KW  - opto-mechanical stresses
KW  - metal/polymer interfaces
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71213
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TY  - THES
A1  - Schubert, Marcel
T1  - Elementary processes in layers of electron transporting Donor-acceptor copolymers : investigation of charge transport and application to organic solar cells
T1  - Elementare Prozesse in Schichten elektronen-transportierender Donator-Akzeptor-Copolymere : Untersuchung des Ladungstransports und Anwendung in Organischen Solarzellen
N2  - Donor-acceptor (D-A) copolymers have revolutionized the field of organic electronics over the last decade. Comprised of a electron rich and an electron deficient molecular unit, these copolymers facilitate the systematic modification of the material's optoelectronic properties. The ability to tune the optical band gap and to optimize the molecular frontier orbitals as well as the manifold of structural sites that enable chemical modifications has created a tremendous variety of copolymer structures. Today, these materials reach or even exceed the performance of amorphous inorganic semiconductors. Most impressively, the charge carrier mobility of D-A copolymers has been pushed to the technologically important value of 10 cm^{2}V^{-1}s^{-1}. Furthermore, owed to their enormous variability they are the material of choice for the donor component in organic solar cells, which have recently surpassed the efficiency threshold of 10%. Because of the great number of available D-A copolymers and due to their fast chemical evolution, there is a significant lack of understanding of the fundamental physical properties of these materials. Furthermore, the complex chemical and electronic structure of D-A copolymers in combination with their semi-crystalline morphology impede a straightforward identification of the microscopic origin of their superior performance. In this thesis, two aspects of prototype D-A copolymers were analysed. These are the investigation of electron transport in several copolymers and the application of low band gap copolymers as acceptor component in organic solar cells. In the first part, the investigation of a series of chemically modified fluorene-based copolymers is presented. The charge carrier mobility varies strongly between the different derivatives, although only moderate structural changes on the copolymers structure were made. Furthermore, rather unusual photocurrent transients were observed for one of the copolymers. Numerical simulations of the experimental results reveal that this behavior arises from a severe trapping of electrons in an exponential distribution of trap states. Based on the comparison of simulation and experiment, the general impact of charge carrier trapping on the shape of photo-CELIV and time-of-flight transients is discussed. In addition, the high performance naphthalenediimide (NDI)-based copolymer P(NDI2OD-T2) was characterized. It is shown that the copolymer posses one of the highest electron mobilities reported so far, which makes it attractive to be used as the electron accepting component in organic photovoltaic cells.\par Solar cells were prepared from two NDI-containing copolymers, blended with the hole transporting polymer P3HT. I demonstrate that the use of appropriate, high boiling point solvents can significantly increase the power conversion efficiency of these devices. Spectroscopic studies reveal that the pre-aggregation of the copolymers is suppressed in these solvents, which has a strong impact on the blend morphology. Finally, a systematic study of P3HT:P(NDI2OD-T2) blends is presented, which quantifies the processes that limit the efficiency of devices. The major loss channel for excited states was determined by transient and steady state spectroscopic investigations: the majority of initially generated electron-hole pairs is annihilated by an ultrafast geminate recombination process. Furthermore, exciton self-trapping in P(NDI2OD-T2) domains account for an additional reduction of the efficiency. The correlation of the photocurrent to microscopic morphology parameters was used to disclose the factors that limit the charge generation efficiency. Our results suggest that the orientation of the donor and acceptor crystallites relative to each other represents the main factor that determines the free charge carrier yield in this material system. This provides an explanation for the overall low efficiencies that are generally observed in all-polymer solar cells.
N2  - Donator-Akzeptor (D-A) Copolymere haben das Feld der organischen Elektronik revolutioniert. Bestehend aus einer elektronen-reichen und einer elektronen-armen molekularen Einheit,ermöglichen diese Polymere die systematische Anpassung ihrer optischen und elektronischen Eigenschaften. Zu diesen zählen insbesondere die optische Bandlücke und die Lage der Energiezustände. Dabei lassen sie sich sehr vielseitig chemisch modifizieren, was zu einer imensen Anzahl an unterschiedlichen Polymerstrukturen geführt hat. Dies hat entscheidend dazu beigetragen, dass D-A-Copolymere heute in Bezug auf ihren Ladungstransport die Effizienz von anorganischen Halbleitern erreichen oder bereits übetreffen. Des Weiteren lassen sich diese Materialien auch hervorragend in Organischen Solarzellen verwenden, welche jüngst eine Effizienz von über 10% überschritten haben. Als Folge der beträchtlichen Anzahl an unterschiedlichen D-A-Copolymeren konnte das physikalische Verständnis ihrer Eigenschaften bisher nicht mit dieser rasanten Entwicklung Schritt halten. Dies liegt nicht zuletzt an der komplexen chemischen und mikroskopischen Struktur im Film, in welchem die Polymere in einem teil-kristallinen Zustand vorliegen. Um ein besseres Verständnis der grundlegenden Funktionsweise zu erlangen, habe ich in meiner Arbeit sowohl den Ladungstransport als auch die photovoltaischen Eigenschaften einer Reihe von prototypischen, elektronen-transportierenden D-A Copolymeren beleuchtet. Im ersten Teil wurden Copolymere mit geringfügigen chemischen Variationen untersucht. Diese Variationen führen zu einer starken Änderung des Ladungstransportverhaltens. Besonders auffällig waren hier die Ergebnisse eines Polymers, welches sehr ungewöhnliche transiente Strom-Charakteristiken zeigte. Die nähere Untersuchung ergab, dass in diesem Material elektrisch aktive Fallenzustände existieren. Dieser Effekt wurde dann benutzt um den Einfluss solcher Fallen auf transiente Messung im Allgemeinen zu beschreiben. Zusätzlich wurde der Elektronentransport in einem neuartigen Copolymer untersucht, welche die bis dato größte gemesse Elektronenmobilität für konjugierte Polymere zeigte. Darauf basierend wurde versucht, die neuartigen Copolymere als Akzeptoren in Organischen Solarzellen zu implementieren. Die Optimierung dieser Zellen erwies sich jedoch als schwierig, konnte aber erreicht werden, indem die Lösungseigenschaften der Copolymere untersucht und systematisch gesteuert wurden. Im Weiteren werden umfangreiche Untersuchungen zu den relevanten Verlustprozessen gezeigt. Besonders hervorzuheben ist hier die Beobachtung, dass hohe Effizienzen nur bei einer coplanaren Packung der Donator/Akzeptor-Kristalle erreicht werden können. Diese Struktureigenschaft wird hier zum ersten Mal beschrieben und stellt einen wichtigen Erkenntnisgewinn zum Verständnis von Polymersolarzellen dar.
KW  - Organische Solarzellen
KW  - Ladungstransport
KW  - Donator-Akzeptor-Copolymere
KW  - Alternative Akzeptorpolymere
KW  - Polymer-Kristalle
KW  - organic solar cells
KW  - charge transport
KW  - Donor-acceptor copolymers
KW  - alternative electron acceptors
KW  - polymer crystal orientation
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70791
ER  - 
TY  - THES
A1  - Orgis, Thomas
T1  - Unstetige Galerkin-Diskretisierung niedriger Ordnung in einem atmosphärischen Multiskalenmodell
T1  - Low-order discontinuous Galerkin discretization in an atmospheric multi-scale model
N2  - Die Dynamik der Atmosphäre der Erde umfasst einen Bereich von mikrophysikalischer Turbulenz über konvektive Prozesse und Wolkenbildung bis zu planetaren Wellenmustern. Für Wettervorhersage und zur Betrachtung des Klimas über Jahrzehnte und Jahrhunderte ist diese Gegenstand der Modellierung mit numerischen Verfahren. Mit voranschreitender Entwicklung der Rechentechnik sind Neuentwicklungen der dynamischen Kerne von Klimamodellen, die mit der feiner werdenden Auflösung auch entsprechende Prozesse auflösen können, notwendig. Der dynamische Kern eines Modells besteht in der Umsetzung (Diskretisierung) der grundlegenden dynamischen Gleichungen für die Entwicklung von Masse, Energie und Impuls, so dass sie mit Computern numerisch gelöst werden können. Die vorliegende Arbeit untersucht die Eignung eines unstetigen Galerkin-Verfahrens niedriger Ordnung für atmosphärische Anwendungen. Diese Eignung für Gleichungen mit Wirkungen von externen Kräften wie Erdanziehungskraft und Corioliskraft ist aus der Theorie nicht selbstverständlich. Es werden nötige Anpassungen beschrieben, die das Verfahren stabilisieren, ohne sogenannte „slope limiter” einzusetzen. Für das unmodifizierte Verfahren wird belegt, dass es nicht geeignet ist, atmosphärische Gleichgewichte stabil darzustellen. Das entwickelte stabilisierte Modell reproduziert eine Reihe von Standard-Testfällen der atmosphärischen Dynamik mit Euler- und Flachwassergleichungen in einem weiten Bereich von räumlichen und zeitlichen Skalen. Die Lösung der thermischen Windgleichung entlang der mit den Isobaren identischen charakteristischen Kurven liefert atmosphärische Gleichgewichtszustände mit durch vorgegebenem Grundstrom einstellbarer Neigung zu(barotropen und baroklinen)Instabilitäten, die für die Entwicklung von Zyklonen wesentlich sind. Im Gegensatz zu früheren Arbeiten sind diese Zustände direkt im z-System(Höhe in Metern)definiert und müssen nicht aus Druckkoordinaten übertragen werden.Mit diesen Zuständen, sowohl als Referenzzustand, von dem lediglich die Abweichungen numerisch betrachtet werden, und insbesondere auch als Startzustand, der einer kleinen Störung unterliegt, werden verschiedene Studien der Simulation von barotroper und barokliner Instabilität durchgeführt. Hervorzuheben ist dabei die durch die Formulierung von Grundströmen mit einstellbarer Baroklinität ermöglichte simulationsgestützte Studie des Grades der baroklinen Instabilität verschiedener Wellenlängen in Abhängigkeit von statischer Stabilität und vertikalem Windgradient als Entsprechung zu Stabilitätskarten aus theoretischen Betrachtungen in der Literatur.
N2  - The dynamics of the Earth’s atmosphere encompass a range from microphysical turbulence over convective processes and cloud formation up to planetary wave patterns. For weather forecasting and the investigation of climate over decades and centuries, these are subject to modelling with numerical methods. With progressing development of computer technology, re-development of the dynamical cores of climate models is in order to properly handle processes covered by the increasing resolution. The dynamical core of a model consists of the adaptation(discretization)of the basic equations for the dynamics of mass, energy and momentum for solving them numerically employing computers. The presented work investigates the applicability of a low-order Discontinuous Galerkin (DG) method for atmospheric applications. With equations that include external forces like gravitation and the Coriolis force, that is not given by theory. Necessary changes for stabilizing the method without resorting to slope limiters are presented. For the unmodified method, the basic inability to properly keep atmospheric balances is demonstrated. The developed stabilized model reproduces a set of standard test cases in a wide range of spatial and temporal scales. The solution of the termal wind equation along its characteristics curves, those being identical to the isobars, produces balanced atmospheric states with tunable (barotropic and baroclinic) instability via a prescribed zonal wind field. The constructed instability directly relates to the generation of cyclones. In contrast to earlier works, these balanced states are directly given in the z system (height in meters), without need for elaborate conversion from pressure coordinates. With these constructed states, both as reference state, the deviations from which being considered numerically, and as especially as initial condition subject to a small perturbation, several studies of barotropic and baroclinic instability are conducted via simulations. Particularily, the construction of steady states with configurable zonal flows of certain baroclinity facilitates a simulation-based study of baroclinic instability of differing wavelengths, depending on static stability and vertical wind gradient, in correspondence with stability maps from theoretical considerations in the literature.
KW  - Atmosphärenmodellierung
KW  - Unstetiges Galerkin-Verfahren
KW  - Multiskale
KW  - Barokline Instabilität
KW  - thermische Windgleichung
KW  - atmospheric modelling
KW  - discontinuous Galerkin method
KW  - multi-scale
KW  - baroclinic instability
KW  - thermal wind equation
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70687
ER  - 
TY  - THES
A1  - Herenz, Peter
T1  - A study of the absorption characteristics of gaseous galaxy halos in the local Universe
T1  - Untersuchung von Absorptionsstrukturen in den gasförmigen Halos von Galaxien im lokalen Universum.
N2  - Today, it is well known that galaxies like the Milky Way consist not only of stars but also of gas and dust. The galactic halo, a sphere of gas that surrounds the stellar disk of a galaxy, is especially interesting. It provides a wealth of information about in and outflowing gaseous material towards and away from galaxies and their hierarchical evolution. For the Milky Way, the so-called high-velocity clouds (HVCs), fast moving neutral gas complexes in the halo that can be traced by absorption-line measurements, are believed to play a crucial role in the overall matter cycle in our Galaxy. Over the last decades, the properties of these halo structures and their connection to the local circumgalactic and intergalactic medium (CGM and IGM, respectively) have been investigated in great detail by many different groups. So far it remains unclear, however, to what extent the results of these studies can be transferred to other galaxies in the local Universe. In this thesis, we study the absorption properties of Galactic HVCs and compare the HVC absorption characteristics with those of intervening QSO absorption-line systems at low redshift. The goal of this project is to improve our understanding of the spatial extent and physical conditions of gaseous galaxy halos in the local Universe. In the first part of the thesis we use HST /STIS ultraviolet spectra of more than 40 extragalactic background sources to statistically analyze the absorption properties of the HVCs in the Galactic halo. We determine fundamental absorption line parameters including covering fractions of different weakly/intermediately/highly ionized metals with a particular focus on SiII and MgII. Due to the similarity in the ionization properties of SiII and MgII, we are able to estimate the contribution of HVC-like halo structures to the cross section of intervening strong MgII absorbers at z = 0. Our study implies that only the most massive HVCs would be regarded as strong MgII absorbers, if the Milky Way halo would be seen as a QSO absorption line system from an exterior vantage point. Combining the observed absorption-cross section of Galactic HVCs with the well-known number density of intervening strong MgII absorbers at z = 0, we conclude that the contribution of infalling gas clouds (i.e., HVC analogs) in the halos of Milky Way-type galaxies to the cross section of strong MgII absorbers is 34%. This result indicates that only about one third of the strong MgII absorption can be associated with HVC analogs around other galaxies, while the majority of the strong MgII systems possibly is related to galaxy outflows and winds. The second part of this thesis focuses on the properties of intervening metal absorbers at low redshift. The analysis of the frequency and physical conditions of intervening metal systems in QSO spectra and their relation to nearby galaxies offers new insights into the typical conditions of gaseous galaxy halos. One major aspect in our study was to regard intervening metal systems as possible HVC analogs. We perform a detailed analysis of absorption line properties and line statistics for 57 metal absorbers along 78 QSO sightlines using newly-obtained ultraviolet spectra obtained with HST /COS. We find clear evidence for bimodal distribution in the HI column density in the absorbers, a trend that we interpret as sign for two different classes of absorption systems (with HVC analogs at the high-column density end). With the help of the strong transitions of SiII λ1260, SiIII λ1206, and CIII λ977 we have set up Cloudy photoionization models to estimate the local ionization conditions, gas densities, and metallicities. We find that the intervening absorption systems studied by us have, on average, similar physical conditions as Galactic HVC absorbers, providing evidence that many of them represent HVC analogs in the vicinity of other galaxies. We therefore determine typical halo sizes for SiII, SiIII, and CIII for L = 0.01L∗ and L = 0.05L∗ galaxies. Based on the covering fractions of the different ions in the Galactic halo, we find that, for example, the typical halo size for SiIII is ∼ 160 kpc for L = 0.05L∗ galaxies. We test the plausibility of this result by searching for known galaxies close to the QSO sightlines and at similar redshifts as the absorbers. We find that more than 34% of the measured SiIII absorbers have galaxies associated with them, with the majority of the absorbers indeed being at impact parameters ρ ≤160 kpc.
N2  - Galaxien bestehen nicht nur aus Planeten und Sternen, sondern sind u.a. auch von einer Hülle aus Gas und Staub, dem Halo, umgeben. Dieser Halo spielt für die Entwicklung der Galaxie eine zentrale Rolle, da er mit der galaktischen Scheibe wechselwirken kann. Für das Verständnis des galaktischen Materiekreislaufs ist es daher entscheidend, die Prozesse und Vorgänge sowie das Zusammenspiel der verschiedenen Gasphasen in diesem Übergangsbereich zum intergalaktischen Medium charakterisieren und verstehen zu können. In der vorliegenden Arbeit werden lokale Phänomene, die sogenannten Hochgeschwindigkeitswolken (HVCs), im Halo der Milchstraße mit Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops analysiert und ausgewertet. Im Gegensatz zu dem normalen Halo Gas bewegen sich diese HVCs mit ungewöhnlich hohen Geschwindigkeiten durch die ̈ äußeren Bereiche der Milchstraße. Sie passen daher nicht in das Galaktische Ge- schwindigkeitsmodell und stellen eine eigene, wichtige Klasse von Objekten dar, welche mit der Galaxie wechselwirken und diese beeinflussen. Für die Analyse dieser HVCs werden mehr als 40 Spektren von extragalaktischen Hintergrundquellen statistisch untersucht, um u.a. den Bedeckungsanteil von verschiedenen niedrig-/mittel- und hochionisierten Metallen zu ermitteln. Wegen der Ähnlichkeit der Ionisationsparameter von einfach ionisiertem Silizium, SiII, und einfach ionisiertem Magnesium, MgII, ist es möglich, den Beitrag von HVCs zum Wirkungsquerschnitt von starken MgII Absorbern im lokalen Universum zu bestimmen. Es stellt sich heraus, dass, würde man von außen auf die Milchstraße schauen, Galaktische HVCs etwa 52 % zum totalen Wirkungsquerschnitt von starken MgII Absorptionssystemen in der Milchstraße beitragen. Weiterhin ergibt sich, dass nur etwa ein Drittel der starken MgII Absorptionssysteme in der Umgebung von Milchstraßen-ähnlichen Galaxien als HVC Gegenstücke identifziert werden kann. Betrachtet man die große Anzahl an bekannten MgII Absorptionssystemen folgt daraus, dass das HVC-Phänomen nicht alleine auf unsere Galaxie beschränkt ist, sondern im Gegenteil, weit verbreitet zu sein scheint. Weiterhin werden die Eigenschaften von Metallsystemen bei niedriger Rotverschiebung in Quasarspektren analysiert. Die Suche nach extragalaktischen Metallsystemen in einer Vielzahl von Spektren und deren statistische Auswertung bezogen auf ihre Ursprungsgalaxien ermöglicht es, neue Erkenntnisse über die typische Struktur von Halos Milchstraßen-ähnlicher Galaxien zu erlangen. Eine der Hauptfragestellungen ist die Identifizierung von entfernten Metallsystemen als HVC-Analoga. Dazu wurden weitere Quasarspektren des Hubble-Teleskops ausgewertet und mit den Ergebnissen über Galaktische HVCs verglichen. Es zeigt sich hierbei, dass z.B. in der Säulendichteverteilung von neutralem Wasserstoff eine deutliche zweikomponentige Struktur zu erkennen ist. Diese könnte das Resultat von zwei verschiedenen Absorber Populationen sein, wobei eine HVC-ähnliche Eigenschaften aufweist. Diese Absorptionssysteme besitzen im Mittel sehr ähnliche Eigenschaften wie Galaktische Absorber, z.B. in Bezug auf die Eigenschaften des Gases oder dessen Zusammensetzung. Das impliziert u.a., dass sich auch dazugehörige Galaxien innerhalb eines bestimmten Abstandes um diese Absorber befinden sollten. Diese Vermutung wird anhand der Daten exemplarisch für zweichfach ionisiertes Silizium, SiII, untersucht. Es stellt sich heraus, dass sich in mehr als 34 % der Fälle zugehörige Galaxien bei SiIII Absorbern befinden, wobei die Mehrheit sogar innerhalb des von uns ermittelten mittleren Detektionsradius von 160 kpc zu finden ist. Allgemein können wir viele Hinweise darauf finden, dass das HVC-Phänomen nicht nur auf die Milchstraße beschränkt, sondern weit verbreitet ist. Zusätzlich scheinen Metallsysteme in Quasarspektren gute Indikatoren für HVC-Analoga in der Umgebung von anderen entfernten Galaxien zu sein.
KW  - Halo
KW  - Hochgeschwindigkeitswolken
KW  - Galaxien
KW  - Spektroskopie
KW  - halo
KW  - high-velocity-clouds
KW  - galaxies
KW  - spectroscopy
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70513
ER  -