TY  - THES
A1  - Paul, Fabian
T1  - Markov state modeling of binding and conformational changes of proteins
T1  - Markow-Modellierung von Bindung und Konformationsänderungen bei Proteinen
N2  - Proteins are molecules that are essential for life and carry out an enormous number of functions in organisms. To this end, they change their conformation and bind to other molecules. However, the interplay between conformational change and binding is not fully understood. In this work, this interplay is investigated with molecular dynamics (MD) simulations of the protein-peptide system Mdm2-PMI and by analysis of data from relaxation experiments.

The central task it to uncover the binding mechanism, which is described by the sequence of (partial) binding events and conformational change events including their probabilities. In the simplest case, the binding mechanism is described by a two-step model: binding followed by conformational change or conformational change followed by binding. In the general case, longer sequences with multiple conformational changes and partial binding events are possible as well as parallel pathways that differ in their sequences of events. The theory of Markov state models (MSMs) provides the theoretical framework in which all these cases can be modeled. For this purpose, MSMs are estimated in this work from MD data, and rate equation models, which are related to MSMs, are inferred from experimental relaxation data. 

The MD simulation and Markov modeling of the PMI-Mdm2 system shows that PMI and Mdm2 can bind via multiple pathways. A main result of this work is a dissociation rate on the order of one event per second, which was calculated using Markov modeling and is in agreement with experiment. So far, dissociation rates and transition rates of this magnitude have only been calculated with methods that speed up transitions by acting with time-dependent, external forces on the binding partners. The simulation technique developed in this work, in contrast, allows the estimation of dissociation rates from the combination of free energy calculation and direct MD simulation of the fast binding process. Two new statistical estimators TRAM and TRAMMBAR are developed to estimate a MSM from the joint data of both simulation types. 

In addition, a new analysis technique for time-series data from chemical relaxation experiments is developed in this work. It allows to identify one of the above-mentioned two-step mechanisms as the mechanism that underlays the data. The new method is valid for a broader range of concentrations than previous methods and therefore allows to choose the concentrations such that the mechanism can be uniquely identified. It is successfully tested with data for the binding of recoverin to a rhodopsin kinase peptide.
N2  - Proteine sind für das Leben essentielle Moleküle, die eine Vielzahl von Funktionen in Organismen ausüben. Dazu ändern sie ihre Konformation und binden an andere Moleküle. Jedoch ist das Zusammenspiel zwischen Konformationsänderung und Bindung nicht vollständig verstanden. In dieser Arbeit wird dieses Zusammenspiel mit Molekulardynamik-Simulationen (MD) des Protein-Peptid-Systems Mdm2-PMI und mit der Analyse von Daten aus Relaxationsexperimenten untersucht.

Die zentrale Aufgabe ist, den Bindungsmechanismus aufzudecken, welcher durch die Reihenfolge von (partiellen) Bindungsereignissen und Konformationsänderungsereignissen beschrieben wird, inklusive der Wahrscheinlichkeiten dieser Ereignisse. Im einfachsten Fall lässt sich der Bindungsmechanismus durch ein Zwei-Schritt-Modell beschreiben: erst Bindung, dann Konformationsänderung oder erst Konformationsänderung und dann Bindung. Im allgemeinen Fall sind längere Schrittfolgen mit mehreren Konformationsänderungen und partiellen Bindungsereignissen möglich, ebenso wie parallele Wege, die sich in ihrer Schrittfolge unterscheiden. Die Theorie der Markow-Modelle (MSM) bildet den theoretischen Rahmen, in dem alle diese Fälle modelliert werden können. Dazu werden in dieser Arbeit MSMs aus MD-Daten geschätzt und Ratengleichungsmodelle, die mit MSMs verwandt sind, aus experimentellen Relaxationsdaten abgeleitet.

Die MD-Simulation und Markow-Modellierung des PMI-Mdm2-Systems zeigt, dass PMI und Mdm2 auf verschiedenen Wegen binden können. Ein Hauptergebnis dieser Arbeit ist die durch Markow-Modellierung berechnete Dissoziationsrate von der Größenordnung von einem Ereignis pro Sekunde in Übereinstimmung mit experimentellen Daten. Dissoziations- und Übergangsraten in dieser Größenordnung wurden bisher nur mit Methoden berechnet, die Übergänge beschleunigen, indem mit zeitabhängigen, externen Kräften auf die Bindungspartner eingewirkt wird. Die in dieser Arbeit entwickelte Simulationstechnik dagegen erlaubt die Schätzung von Dissoziationsraten aus der Kombination von Freien-Energie-Rechnungen und direkter MD-Simulation des schnellen Bindungsprozesses. Zwei neue statistische Schätzer, TRAM und TRAMMBAR wurden entwickelt um ein MSM aus dem Gesamtdatensatz aus beiden Simulationstypen zu schätzen.

Zudem wird in dieser Arbeit eine neue Analysetechnik für Zeitreihen aus chemischen Relaxationsexperimenten entwickelt. Sie ermöglicht es einen der beiden oben erwähnten Zwei-Schritt-Mechanismen als den den Daten zugrundeliegenden Mechanismus zu identifizieren. Die neue Methode ist für einen größeren Konzentrationsbereich gültig als frühere Methoden und erlaubt es daher, die Konzentrationen so zu wählen, dass der Mechanismus eindeutig identifiziert werden kann. Sie wurde erfolgreich mit Daten für die Bindung von Recoverin an ein Rhodopsinkinasenpeptid getestet.
KW  - protein-protein interaction
KW  - Protein-Protein-Interaktion
KW  - conformational selection
KW  - Konformationsselektion
KW  - induced fit
KW  - induzierte Passform
KW  - Markov state models
KW  - Markowketten
KW  - importance sampling
KW  - protein kinetics
KW  - Proteinkinetik
KW  - stopped-flow
KW  - flussunterbrechende Analyse
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-404273
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TY  - THES
A1  - Qiu, Xunlin
T1  - Ferroelectrets: heterogenous polymer electrets with high electromechanical response
T1  - Ferroelektrete: heterogene Polymer-Elektrete mit großen elektromechanischen Effekten
N2  - Ferroelectrets are internally charged polymer foams or cavity-containing polymer-_lm systems that combine large piezoelectricity with mechanical flexibility and elastic compliance. The term “ferroelectret” was coined based on the fact that it is a space-charge electret that also shows ferroic behavior. In this thesis, comprehensive work on ferroelectrets, and in particular on their preparation, their charging, their piezoelectricity and their applications is reported.
For industrial applications, ferroelectrets with well-controlled distributions or even uniform values of cavity size and cavity shape and with good thermal stability of the piezoelectricity are very desirable. Several types of such ferroelectrets are developed using techniques such as straightforward thermal lamination, sandwiching sticky templates with electret films, and screen printing. In particular, uoroethylenepropylene (FEP) _lm systems with tubular-channel openings, prepared by means of the thermal lamination technique, show piezoelectric d33 coefficients of up to 160 pC/N after charging through dielectric barrier discharges (DBDs) . For samples charged at suitable elevated temperatures, the piezoelectricity is stable at temperatures of at least 130°C. These preparation methods are easy to implement at laboratory or industrial scales, and are quite flexible in terms of material selection and cavity geometry design. Due to the uniform and well-controlled cavity structures, samples are also very suitable for fundamental studies on ferroelectrets.
Charging of ferroelectrets is achieved via a series of dielectric barrier discharges (DBDs) inside the cavities. In the present work, the DBD charging process is comprehensively studied by means of optical, electrical and electro-acoustic methods. The spectrum of the transient light from the DBDs in cellular polypropylene (PP) ferroelectrets directly confirms the ionization of molecular nitrogen, and allows the determination of the electric field in the discharge. Detection of the light emission reveals not only DBDs under high applied voltage but also back discharges when the applied voltage is reduced to sufficiently low values. Back discharges are triggered by the internally deposited charges, as the breakdown inside the cavities is controlled by the sum of the applied electric field and the electric field of the deposited charges. The remanent effective polarization is determined by the breakdown strength of the gas-filled cavities. These findings form the basis of more efficient charging techniques for ferroelectrets such as charging with high-pressure air, thermal poling and charging assisted by gas exchange. With the proposed charging strategies, the charging efficiency of ferroelectrets can be enhanced significantly.
After charging, the cavities can be considered as man-made macroscopic dipoles whose direction can be reversed by switching the polarity of the applied voltage. Polarization-versus-electric-field (P(E)) hysteresis loops in ferroelectrets are observed by means of an electro-acoustic method combined with dielectric resonance spectroscopy. P(E) hysteresis loops in ferrroelectrets are also obtained by more direct measurements using a modified Sawyer-Tower circuit. Hysteresis loops prove the ferroic behavior of ferroelectrets. However, repeated switching of the macroscopic dipoles involves complex physico-chemical processes. The DBD charging process generates a cold plasma with numerous active species and thus modifies the inner polymer surfaces of the cavities. Such treatments strongly affect the chargeability of the cavities. At least for cellular PP ferroelectrets, repeated DBDs in atmospheric conditions lead to considerable fatigue of the effective polarization and of the resulting piezoelectricity.
The macroscopic dipoles in ferroelectrets are highly compressible, and hence the piezoelectricity is essentially the primary effect. It is found that the piezoelectric d33 coefficient is proportional to the polarization and the elastic compliance of the sample, providing hints for developing materials with higher piezoelectric sensitivity in the future. Due to their outstanding electromechanical properties, there has been constant interest in the application of ferroelectrets. The antiresonance frequencies (fp) of ferroelectrets are sensitive to the boundary conditions during measurement. A tubular-channel FEP ferroelectret is conformably attached to a self-organized minimum-energy dielectric elastomer actuator (DEA). It turns out that the antiresonance frequency (fp) of the ferroelectret film changes noticeably with the bending angle of the DEA. Therefore, the actuation of DEAs can be used to modulate the fp value of ferroelectrets, but fp can also be exploited for in-situ diagnosis and for precise control of the actuation of the DEA. Combination of DEAs and ferroelectrets opens up various new possibilities for application.
N2  - Ferroelektrete sind intern geladene Polymerschäume oder Polymerfilmsysteme mit definierten Hohlräumen, die große piezoelektrische Koeffizienten mit guter mechanischer Flexibilität und hoher elastischer Nachgiebigkeit vereinen. Der Begriff „Ferroelektret“ weist darauf hin, dass es sich um einen Ladungselektret handelt, der gleichzeitig ferroisches Verhalten zeigt. In der vorliegenden Arbeit werden umfangreiche Untersuchungen an Ferroelektreten, insbesondere zu ihrer Herstellung und Aufladung, ihrer Piezoelektrizität sowie ihren Anwendungen beschrieben und diskutiert.
Für industrielle Anwendungen sind Ferroelektrete mit gut kontrollierten Verteilungen oder sogar einheitlichen Werten von Hohlraumgröße und Hohlraumform und mit hoher thermischer Stabilität der Piezoelektrizität sehr wünschenswert. Mehrere Typen solcher Ferroelektrete werden unter Verwendung von thermisch laminierten Folien, von Schichtaufbauten mit aufeinander haftenden Elektretfilmen und von Siebdruck-Verfahren entwickelt. Insbesondere zeigen durch thermisches Laminieren hergestellte Kopolymer-filmsysteme aus Fluor-Ethylen-Propylen (FEP) mit röhrenförmigen Kanälen parallel zur Oberfläche nach Aufladung durch dielektrische Barrierenentladungen (DBDs) piezoelektrische d33-Koeffizienten von bis zu 160 pC/N. Bei Proben, die bei erhöhten Temperaturen aufgeladen werden, ist die Piezoelektrizität bis mindestens 130 °C stabil. Die Herstellungsverfahren sind leicht im Labor- oder im Industriemaßstab zu realisieren, und sie sind hinsichtlich der Materialauswahl und der Hohlraumgeometrie sehr flexibel verwendbar. Aufgrund der gleichmäßigen und gut kontrollierbaren Hohlraumstrukturen eignen sich solche Proben auch für Grundlagenuntersuchungen an Ferroelektreten.
Das Aufladen von Ferroelektreten erfolgt über dielektrische Barrierenentladungen (DBDs) innerhalb der Hohlräume. In der vorliegenden Arbeit wird diese Polungtechnik mittels optischer, elektrischer und elektroakustischer Verfahren umfassend untersucht. Das Spektrum des transienten Lichts aus den DBDs in zellulären Polypropylen (PP)-Ferroelektreten bestätigt die Ionisierung von molekularem Stickstoff und ermöglicht die Bestimmung des lokalen elektrischen Felds in der Entladung. Die damit verbundene Lichtemission zeigt nicht nur DBDs bei hoher angelegter Spannung, sondern auch Rückentladungen, wenn die angelegte Spannung auf ausreichend niedrige Werte reduziert wird. Die Rückentladungen werden durch die deponierten Ladungen ausgelöst, da der elektrische Durchschlag in den Hohlräumen durch die Summe des von außen angelegten elektrischen Felds und des elektrischen Felds der deponierten Ladungen bestimmt wird. Die remanente Polarisation wird durch die Durchschlagsfestigkeit der gasgefüllten Hohlräume begrenzt. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage für effizientere Aufladungsverfahren für Ferroelektrete wie z.B. das Aufladen in Luft unter erhöhtem Druck, das thermische Polen und das Aufladen mit gezieltem Gasaustausch. Mit den vorgeschlagenen Aufladestrategien kann die Effizienz der Aufladung von Ferroelektreten deutlich gesteigert werden.
Die intern geladenen Hohlräume können als makroskopische Dipole betrachtet werden, deren Orientierung durch Umschalten der Polarität der angelegten Spannung umgekehrt werden kann. Hysteresekurven für das Verhalten der elektrischen Polarisation bei Variation des elektrischen Felds, d.h. sogenannte P(E)-Hysteresekurven, können in Ferroelektreten mittels eines elektroakustischen Verfahrens in Kombination mit der dielektrischen Resonanzspektroskopie beobachtet werden. Darüber hinaus können P(E)-Hysteresekurven auch durch direkte Messung des Polarisationsstromes unter Verwendung einer modifizierten Sawyer-Tower-Schaltung erhalten werden. Solche Hystereseschleifen sind ein direkter Nachweis des ferroischen Verhaltens der Ferroelektrete. Das wiederholte Schalten der makroskopischen Dipole ist jedoch von komplexen physikalisch-chemischen Prozessen begleitet. Der DBD-Ladeprozess erzeugt ein kaltes Plasma mit zahlreichen aktiven Spezies und modifiziert dadurch die inneren Oberflächen der Hohlräume. Dies wirkt sich in erheblichem Maße auf die wiederholte Aufladbarkeit der Hohlräume aus. So führen bei zellulären PP-Ferroelektreten wiederholte DBDs unter normalen atmosphärischen Bedingungen zu einer deutlichen Reduzierung der effektiven Polarisation und der daraus resultierenden Piezoelektrizität.
Die makroskopischen Dipole in Ferroelektreten sind hoch-kompressibel, daher beruht die Piezoelektrizität im Wesentlichen auf dem primären piezoelektrischen Effekt, d.h. der Veränderung der Dipolmomente. Es wurde festgestellt, dass der piezoelektrische d33-Koeffizient proportional zur elektrischen Polarisation und zur elastischen Nachgiebigkeit der Probe ist. Daraus können Folgerungen für die künftige Entwicklung von Materialien mit höherer piezoelektrischer Empfindlichkeit gezogen werden. Aufgrund ihrer hervorragenden elektromechanischen Wandler-Eigenschaften besteht ständiges Interesse an der Anwendung von Ferroelektreten. Die Antiresonanzfrequenzen (fp) von Ferroelektreten hängen von den Randbedingungen des jeweiligen Experiments ab. So wurde ein FEP-Ferroelektret mit röhrenförmigen Kanälen mit einem dielektrischen Elastomer-Aktuator (DEA) in einer sich selbst einstellenden Konfiguration minimaler Energie kombiniert. Es zeigte sich, dass sich die Antiresonanzfrequenz des Ferroelektretfilms mit dem Biegewinkel des DEA merklich ändert. Somit können DEAs zur Modulation des fp –Wertes von Ferroelektreten eingesetzt werden, und umgekehrt können piezoelektrische Antiresonanzen für die in-situ-Diagnose und für eine präzise Ansteuerung von DEAs Anwendung finden. Auf diese Weise eröffnet die Kombination von DEAs und Ferroelektreten neue Anwendungsperspektiven nicht nur in der Sensorik und der Aktorik, sondern auch zur Energiegewinnung aus der Umgebung (sogenanntes „energy harvesting“).
KW  - ferroelectrets
KW  - electromechanical transducers (sensors and actuators)
KW  - thin flexible and conformable films
KW  - piezo-, pyro- and ferroelectricity
KW  - Ferroelektrete
KW  - elektromechanische Wandler (Sensoren und Aktoren)
KW  - dünne, flexible und formbare Schichten
KW  - Piezo-, Pyro-und Ferroelektrizität
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-398425
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TY  - THES
A1  - Roland, Steffen
T1  - Charge carrier recombination and open circuit voltage in organic solar cells
T1  - Ladungsträger Rekombination und Leerlaufspannung in organischen Solarzellen
BT  - from bilayer-model systems to hybrid multi-junctions
BT  - von Bilayer Modellsystemen zu hybriden Mehrschichtsolarzellen
N2  - Tremendous progress in the development of thin film solar cell techniques has been made over the last decade. The field of organic solar cells is constantly developing, new material classes like Perowskite solar cells are emerging and different types of hybrid organic/inorganic material combinations are being investigated for their physical properties and their applicability in thin film electronics. Besides typical single-junction architectures for solar cells, multi-junction concepts are also being investigated as they enable the overcoming of theoretical limitations of a single-junction. In multi-junction devices each sub-cell operates in different wavelength regimes and should exhibit optimized band-gap energies. It is exactly this tunability of the band-gap energy that renders organic solar cell materials interesting candidates for multi-junction applications. Nevertheless, only few attempts have been made to combine inorganic and organic solar cells in series connected multi-junction architectures. Even though a great diversity of organic solar cells exists nowadays, their open circuit voltage is usually low compared to the band-gap of the active layer. Hence, organic low band-gap solar cells in particular show low open circuit voltages and the key factors that determine the voltage losses are not yet fully understood. Besides open circuit voltage losses the recombination of charges in organic solar cells is also a prevailing research topic, especially with respect to the influence of trap states.
The exploratory focus of this work is therefore set, on the one hand, on the development of hybrid organic/inorganic multi-junctions and, on the other hand, on gaining a deeper understanding of the open circuit voltage and the recombination processes of organic solar cells.

In the first part of this thesis, the development of a hybrid organic/inorganic triple-junction will be discussed which showed at that time (Jan. 2015) a record power conversion efficiency of 11.7%. The inorganic sub-cells of these devices consist of hydrogenated amorphous silicon and were delivered by the Competence Center Thin-Film and Nanotechnology for Photovoltaics in Berlin. Different recombination contacts and organic sub-cells were tested in conjunction with these inorganic sub-cells on the basis of optical modeling predictions for the optimal layer thicknesses to finally reach record efficiencies for this type of solar cells.
In the second part, organic model systems will be investigated to gain a better understanding of the fundamental loss mechanisms that limit the open circuit voltage of organic solar cells. First, bilayer systems with different orientation of the donor and acceptor molecules were investigated to study the influence of the donor/acceptor orientation on non-radiative voltage loss. Secondly, three different bulk heterojunction solar cells all comprising the same amount of fluorination and the same polymer backbone in the donor component were examined to study the influence of long range electrostatics on the open circuit voltage. Thirdly, the device performance of two bulk heterojunction solar cells was compared which consisted of the same donor polymer but used different fullerene acceptor molecules. By this means, the influence of changing the energetics of the acceptor component on the open circuit voltage was investigated and a full analysis of the charge carrier dynamics was presented to unravel the reasons for the worse performance of the solar cell with the higher open circuit voltage. In the third part, a new recombination model for organic solar cells will be introduced and its applicability shown for a typical low band-gap cell. This model sheds new light on the recombination process in organic solar cells in a broader context as it re-evaluates the recombination pathway of charge carriers in devices which show the presence of trap states. Thereby it addresses a current research topic and helps to resolve alleged discrepancies which can arise from the interpretation of data derived by different measurement techniques.
N2  - In der Photovoltaikforschung spielen neuartige Dünnschichtsolarzellen eine immer größere Rolle. Neben innovativen Design und Anwendungskonzepten sind Material und Kostenreduzierung in der Herstellung die größten Triebfedern für die Entwicklung neuer Technologien. Hier sind neben den vielversprechenden Perowskitsolarzellen insbesondere organische Solarzellen zu nennen, die sich durch ihre chemische Vielseitigkeit, einfache Verarbeitung und stetige Weiterentwicklung in Bezug auf ihre Effizienz auszeichnen. Diese Vielseitigkeit ermöglicht die Herstellung organischer Solarzellen mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit, was wiederum Vorteile für den Einsatz in seriengeschaltete Mehrschichtsolarzellen bietet. Diese erlauben es, fundamentale Limitierungen von Einschichtsolarzellsystemen zu überwinden.
Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich daher mit der Entwicklung einer neuartigen hybriden Multischichtsolarzelle, die sowohl aus anorganischen als auch organischen Subzellen besteht und zum Zeitpunkt ihrer Veröffentlichung einen neuen Effizienzrekord für diese Klasse von Solarzellen aufzeigte. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit fundamentalen physikalischen Prozessen in organischen Solarzellen, da viele Funktionsmechanismen noch nicht im Detail geklärt sind. An verschiedenen organischen Modellsolarzellsystemen wurde daher unter anderem der Einfluss molekularer Orientierung von Donor- und Akzeptorkomponenten der Solarzelle oder der Einfluss von Fluorinierung des Donors auf die Leerlaufspannung der Solarzelle untersucht. Auf diese Weise konnten neue wichtige Erkenntnisse über den Einfluss von verschiedenen Verlustkanälen und der Energetik auf die Leerlaufspannung gewonnen werden. Der letzte Teil der Arbeit widmet sich der Entwicklung eines neuen Modells, welches den Rekombinationsprozess von Ladungen in einer bestimmten organischen Solarzelle beschreibt. Dieses neue Modell wurde anhand umfangreicher Experimente validiert und ermöglicht es, insbesondere den Einfluss freier und in sogenannten Fallenzuständen gefangener Ladungen auf die Rekombination zu trennen. Damit hat dieses Modell eine weitreichende Bedeutung, zum einen für die Beurteilung von typischen Rekombinationsexperimenten in organischen Solarzellen und zum anderen für die Bewertung des Einflusses von Fallenzuständen auf den Rekombinationsstrom.
KW  - organic solar cells
KW  - charge carrier recombination
KW  - open circuit voltage
KW  - hybrid multi-junction solar cell
KW  - organische Solarzellen
KW  - Ladungsträgerrekombination
KW  - Leerlaufspannung
KW  - hybride Mehrschichtsolarzellen
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-397721
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Schimka, Selina
A1  - Lomadze, Nino
A1  - Rabe, Maren
A1  - Kopyshev, Alexey
A1  - Lehmann, Maren
A1  - von Klitzing, Regine
A1  - Rumyantsev, Artem M.
A1  - Kramarenko, Elena Yu.
A1  - Santer, Svetlana
T1  - Photosensitive microgels containing azobenzene surfactants of different charges
T2  - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - We report on light sensitive microgel particles that can change their volume reversibly in response to illumination with light of different wavelengths. To make the anionic microgels photosensitive we add surfactants with a positively charged polyamine head group and an azobenzene containing tail. Upon illumination, azobenzene undergoes a reversible photo-isomerization reaction from a trans- to a cis-state accompanied by a change in the hydrophobicity of the surfactant. Depending on the isomerization state, the surfactant molecules are either accommodated within the microgel (trans-state) resulting in its shrinkage or desorbed back into water (cis-isomer) letting the microgel swell. We have studied three surfactants differing in the number of amino groups, so that the number of charges of the surfactant head varies between 1 and 3. We have found experimentally and theoretically that the surfactant concentration needed for microgel compaction increases with decreasing number of charges of the head group. Utilization of polyamine azobenzene containing surfactants for the light triggered remote control of the microgel size opens up a possibility for applications of light responsive microgels as drug carriers in biology and medicine.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 461 
KW  - ph-responsive microgels
KW  - co-monomer content
KW  - drug-delivery
KW  - photoresponsive surfactants
KW  - metal nanoparticles
KW  - swelling behavior
KW  - temperature
KW  - particles
KW  - collapse
KW  - hydrogels
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-413528
SN  - 1866-8372
IS  - 461
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Schwarzl, Maria
A1  - Godec, Aljaž
A1  - Metzler, Ralf
T1  - Quantifying non-ergodicity of anomalous diffusion with higher order moments
N2  - Anomalous diffusion is being discovered in a fast growing number of systems. The exact nature of this anomalous diffusion provides important information on the physical laws governing the studied system. One of the central properties analysed for finite particle motion time series is the intrinsic variability of the apparent diffusivity, typically quantified by the ergodicity breaking parameter EB. Here we demonstrate that frequently EB is insufficient to provide a meaningful measure for the observed variability of the data. Instead, important additional information is provided by the higher order moments entering by the skewness and kurtosis. We analyse these quantities for three popular anomalous diffusion models. In particular, we find that even for the Gaussian fractional Brownian motion a significant skewness in the results of physical measurements occurs and needs to be taken into account. Interestingly, the kurtosis and skewness may also provide sensitive estimates of the anomalous diffusion exponent underlying the data. We also derive a new result for the EB parameter of fractional Brownian motion valid for the whole range of the anomalous diffusion parameter. Our results are important for the analysis of anomalous diffusion but also provide new insights into the theory of anomalous stochastic processes.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 382 
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-402109
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schürmann, Robin Mathis
T1  - Interaction of the potential DNA-radiosensitizer 8-bromoadenine with free and plasmonically generated electrons
T1  - Wechselwikung des potentiellen DNA-Radiosensibilisators 8-Bromoadenin mit freien und plasmonisch erzeugten Elektronen
N2  - In Germany more than 200.000 persons die of cancer every year, which makes it the second most common cause of death. Chemotherapy and radiation therapy are often combined to exploit a supra-additive effect, as some chemotherapeutic agents like halogenated nucleobases sensitize the cancerous tissue to radiation. The radiosensitizing action of certain therapeutic agents can be at least partly assigned to their interaction with secondary low energy electrons (LEEs) that are generated along the track of the ionizing radiation. In the therapy of cancer DNA is an important target, as severe DNA damage like double strand breaks induce the cell death. As there is only a limited number of radiosensitizing agents in clinical practice, which are often strongly cytotoxic, it would be beneficial to get a deeper understanding of the interaction of less toxic potential radiosensitizers with secondary reactive species like LEEs. Beyond that LEEs can be generated by laser illuminated nanoparticles that are applied in photothermal therapy (PTT) of cancer, which is an attempt to treat cancer by an increase of temperature in the cells. However, the application of halogenated nucleobases in PTT has not been taken into account so far. In this thesis the interaction of the potential radiosensitizer 8-bromoadenine (8BrA) with LEEs was studied. In a first step the dissociative electron attachment (DEA) in the gas phase was studied in a crossed electron-molecular beam setup. The main fragmentation pathway was revealed as the cleavage of the C-Br bond. The formation of a stable parent anion was observed for electron energies around 0 eV. Furthermore, DNA origami nanostructures were used as platformed to determine electron induced strand break cross sections of 8BrA sensitized oligonucleotides and the corresponding nonsensitized sequence as a function of the electron energy. In this way the influence of the DEA resonances observed for the free molecules on the DNA strand breaks was examined. As the surrounding medium influences the DEA, pulsed laser illuminated gold nanoparticles (AuNPs) were used as a nanoscale electron source in an aqueous environment. The dissociation of brominated and native nucleobases was tracked with UV-Vis absorption spectroscopy and the generated fragments were identified with surface enhanced Raman scattering (SERS). Beside the electron induced damage, nucleobase analogues are decomposed in the vicinity of the laser illuminatednanoparticles due to the high temperatures. In order to get a deeper understanding of the different dissociation mechanisms, the thermal decomposition of the nucleobases in these systems was studied and the influence of the adsorption kinetics of the molecules was elucidated. In addition to the pulsed laser experiments, a dissociative electron transfer from plasmonically generated ”hot electrons” to 8BrA was observed under low energy continuous wave laser illumination and tracked with SERS. The reaction was studied on AgNPs and AuNPs as a function of the laser intensity and wavelength. On dried samples the dissociation of the molecule was described by fractal like kinetics. In solution, the dissociative electron transfer was observed as well. It turned out that the timescale of the reaction rates were slightly below typical integration times of Raman spectra. In consequence such reactions need to be taken into account in the interpretation of SERS spectra of electrophilic molecules. The findings in this thesis help to understand the interaction of brominated nucleobases with plasmonically generated electrons and free electrons. This might help to evaluate the potential radiosensitizing action of such molecules in cancer radiation therapy and PTT.
N2  - Mit deutschlandweit über 200.000 Todesfällen pro Jahr ist Krebs die zweithäufigste Todesursache. In der Krebstherapie werden häufig Strahlenund Chemotherapie kombiniert, da das Krebsgewebe durch die Gabe bestimmter Chemotherapeutika, z.B. halogenierte Nukleinbasen, gegenüber ionisierender Strahlung sensibilisiert wird. Die Wirkung dieser sogenannten Radiosensibilatoren lässt sich zumindest teilweise auf ihre Wechselwirkung mit niederenergetischen Elektronen zurückführen, welche in hoher Zahl entlang der Trajektorie hochenergetischer Teilchen oder Photonen erzeugt werden. In der Krebstherapie ist die DNA ein wichtiger Angriffspunkt, da schwere DNA-Schäden wie Doppelstrangbrüche zum Zelltod führen können. In der klinischen Praxis ist die Anzahl der eingesetzten meist zytotoxischen Radiosensibilisatoren relativ begrenzt. Zur Verbesserung der bestehenden Therapien durch den Einsatz von Medikamenten mit geringeren Nebenwirkungen, ist es notwendig die Wechselwirkungen zwischen potentiellen Radiosensibilisatoren und reaktiven Sekundärteilchen wie niederenergetischen Elektronen besser zu verstehen. Neben der Strahlentherapie werden niederenergetische Elektronen auch durch Laserbestrahlung von plasmonischen Nanopartikeln erzeugt, welche in der Photothermaltherapie (PTT) Anwendung finden. Die mögliche Anwendung von halogenierten Nukleinbasen zur Verbesserung der Photothermaltherapie ist jedoch bisher noch nicht in Erwägung gezogen worden. Im Rahmen dieser kumulativen Dissertation wird die Wechselwirkung des potentiellen Radiosensibilisators 8-Bromoadenin (8BrA) mit niederenergetischen Elektronen untersucht. Unter Verwendung eines gekreuzten Molekül-Elektronenstrahls wurde in einem ersten Schritt die dissoziative Elektronenanlagerung (DEA) an 8BrA untersucht. Dabei zeigte sich, dass der Hauptzerfallskanal in dem Aufbrechen der C-Br Bindung besteht. Darüberhinausgehend wurde bei der Anlagerung von Elektronen mit einer Energie von 0 eV ein stabiles 8BrA Anion beobachtet. Um den Einfluss der DEA-Resonanzen, die für freie Moleküle in der Gasphase beobachtet wurden, auf die elektroneninduzierten DNA-Strangbrüche zu untersuchen wurden DNA- Origami-Nanostrukturen mit Elektronen bestrahlt. Die DNAOrigami-Strukturen wurden sowohl mit 8BrA modifizierten Oligonukleotiden und der nicht modifizierten Kontrollsequenz bestückt und die Strangbruch Wirkungsquerschnitte in Abhängigkeit von der Elektronenenergie bestimmt. DEA-Prozesse hängen stark von dem umgebenden Medium ab. Aus diesem Grund wurden laserbestrahlte Gold-Nanopartikel (AuNPs) als Elektronenquellen auf der Nanoebene verwendet. Der Zerfall von bromierten und unmodifizierten Nukleinbasen wurde mit UV-Vis-Absorptions-Spektroskopie verfolgt, während die Identifizierung der entstandenen Fragmente über Oberflächenverstärkte Ramanstreuung (SERS) erfolgte. Neben dem elektroneninduzierten Schaden, werden die Nukleinbasen in der Umgebung der AuNPs durch die hohen Temperaturen auch thermisch zersetzt. Um diese verschiedenen Prozesse auseinander halten zu können, wurde die thermische Zersetzung auf den laserbestrahlten AuNPs detailliert untersucht und der Einfluss der Adsorptionskinetik herausgearbeitet. Elektroneninduzierte Reaktionen auf Nanopartikeln finden nicht nur bei Bestrahlung mit intensiven Laser-Pulsen statt. Ein dissoziativer Elektronentransfer auf 8BrA, der zum Aufbrechen der C-Br Bindung führt, konnte ebenfalls während der Bestrahlung mit einem kontinuierlichen Laser geringer Intensität mit SERS beobachtet werden. Mit Hilfe von fraktaler Kinetik konnten dabei die Reaktionen auf getrockneten Proben beschrieben werden. Auf diese Art wurde die Reaktion sowohl auf AuNPs als auch auf AgNPs als Funktion der Laserintensität und -Wellenlänge untersucht. Ebenfalls in Lösung konnte das Auftrennen der C-Br Bindung beobachtet werden, wobei die Zeitskalen der Reaktion ein wenig kürzer als die typischen Integrationszeiten bei Ramanmessungen waren. Aus diesem Grund müssen Dissoziative-ElektronenTransfer- Reaktionen bei der Interpretation von SERS Spektren mit in Betracht gezogen werden. Die Ergebnisse dieser kumulativen Doktorarbeit fördern das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen bromierten Nukleinbasen mit freien und plasmonisch erzeugten Elektronen. Dies könnte dabei helfen das Potential von 8BrA als möglicher Radiosensibilisator besser beurteilen zu können.
KW  - DNA damage
KW  - Radiosensitization
KW  - dissociative electron attachment
KW  - nanoparticles
KW  - plasmonic catalysis
KW  - DNA-Schädigung
KW  - dissoziative Elektronen Anlagerung
KW  - Nanopartikel
KW  - plasmonische Katalyse
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-407017
ER  - 
TY  - THES
A1  - Shenar, Tomer
T1  - Comprehensive analyses of massive binaries and implications on stellar evolution
T1  - Umfassende Analysen massereicher Doppelsterne und Implikationen für die Sternentwicklung
N2  - Via their powerful radiation, stellar winds, and supernova explosions, massive stars (Mini & 8 M☉) bear a tremendous impact on galactic evolution. It became clear in recent decades that the majority of massive stars reside in binary systems. This thesis sets as a goal to quantify the impact of binarity (i.e., the presence of a companion star) on massive stars. For this purpose, massive binary systems in the Local Group, including OB-type binaries, high mass X-ray binaries (HMXBs), and Wolf-Rayet (WR) binaries, were investigated by means of spectral, orbital, and evolutionary analyses.

The spectral analyses were performed with the non-local thermodynamic equillibrium (non-LTE) Potsdam Wolf-Rayet (PoWR) model atmosphere code. Thanks to critical updates in the calculation of the hydrostatic layers, the code became a state-of-the-art tool applicable for all types of hot massive stars (Chapter 2). The eclipsing OB-type triple system δ Ori served as an intriguing test-case for the new version of the PoWR code, and provided key insights regarding the formation of X-rays in massive stars (Chapter 3). We further analyzed two prototypical HMXBs, Vela X-1 and IGR J17544-2619, and obtained fundamental conclusions regarding the dichotomy of two basic classes of HMXBs (Chapter 4). We performed an exhaustive analysis of the binary R 145 in the Large Magellanic Cloud (LMC), which was claimed to host the most massive stars known. We were able to disentangle the spectrum of the system, and performed an orbital, polarimetric, and spectral analysis, as well as an analysis of the wind-wind collision region. The true masses of the binary components turned out to be significantly lower than suggested, impacting our understanding of the initial mass function and stellar evolution at low metallicity (Chapter 5). Finally, all known WR binaries in the Small Magellanic Cloud (SMC) were analyzed. Although it was theoretical predicted that virtually all WR stars in the SMC should be formed via mass-transfer in binaries, we find that binarity was not important for the formation of the known WR stars in the SMC, implying a strong discrepancy between theory and observations (Chapter 6).
N2  - Durch ihre intensive Strahlung, Sternwinde und Supernovaexplosionen tragen massereiche Sterne (Minitial & 8 M☉) erheblich zur Entwicklung von Galaxien bei. In den letzten Jahren wurde es immer klarer, dass sich die Mehrheit der massereichen Sterne in Doppelsternsystemen befindet. Die vorliegende Doktorarbeit hat das Ziel, den Einfluss dieser Tatsache auf die Entwicklung massereicher Sterne quantitativ zu untersuchen. Um dies zu erreichen, haben wir eine Analyse der Umläufe, Spektren und Entwicklung verschiedener Doppelsternsysteme in der lokalen Gruppe durchgeführt, die OB-Sterne, massereicher Röntgendoppelsterne (HMXBs) und Wolf-Rayet-(WR)-Doppelsterne einschließt.

Die Spektralanalyse wurde mithilfe des Potsdam-Wolf-Rayet-(PoWR)-Modellatmosphären-Programms für Strahlungstransport in Abwesenheit von lokalem thermodynamischen Gleichgewicht (non-LTE) durchgeführt. Das PoWR-Programm wurde im Laufe der Arbeit aktualisiert, sodass die Berechnung der hydrostatischen Schichten des Sternes nun wesentlich genauer erfolgt, was die Verwendung dieses Programms für alle Typen heißer massereicher Sterne erlaubte (Kapitel 2). Das bedeckungsveränderliche Dreifachsternsystem δ Ori diente als Test für diese neue Version von PoWR, und lieferte wesentliche Informationen bezüglich der Entstehung von Röntgenstrahlung in massereichen Sternen (Kapitel 3). Die Analyse zweier prototypischer massereicher Röntgendoppelsterne, Vela X-1 und IGR J17544-2619, machte den Ursprung der Dichotomie der zwei Hauptklassen der Röntgendoppelsterne deutlich (Kapitel 4). Eine umfassende Analyse des Doppelsterns R145 in der Großen Magellanschen Wolke (LMC), der angeblich aus den massereichsten uns bekannten Sternen besteht, wurde durchgeführt. Mithilfe einer Dekomposition des Spektrums, einer Orbital- und Spektralanalyse, sowie einer Analyse der Kollision von Sternwinden in diesem System konnten wir zeigen, dass die Massen der Komponenten wesentlich kleiner sind als bisher angenommen. Dies ist ein wichtiger Beitrag zu unserem Verständnis der Anfangsmassenfunktion und der Entwicklung massereicher Sterne in Umgebungen geringer Metalizität (Kapitel 5). Schließlich wurde die Gesamtpopulation der WR-Doppelsterne in der Kleinen Magellanschen Wolke (SMC) analysiert. Im Widerspruch zur theoretischen Vorhersage, alle WR-Doppelsterne in der SMC seien dank Massentransfer in Doppelsternsystemen entstanden, finden wir, dass Massentransfer unerheblich für die Entstehung der uns bekannten WR-Sterne in der SMC war (Kapitel 6).
KW  - massive stars
KW  - Wolf-Rayet
KW  - stellar evolution
KW  - stellar winds
KW  - binary stars
KW  - massereiche Sterne
KW  - Wolf-Rayet
KW  - Sternentwicklung
KW  - Sternwinde
KW  - Doppelsterne
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-104857
ER  - 
TY  - THES
A1  - Thielemann-Kühn, Nele
T1  - Optically induced ferro- and antiferromagnetic dynamics in the rare-earth metal dysprosium
T1  - Optisch induzierte ferro- und antiferromagnetische Dynamik im Seltenerdmetall Dysprosium
N2  - Approaching physical limits in speed and size of today's magnetic storage and processing technologies demands new concepts for controlling magnetization and moves researches on optically induced magnetic dynamics. Studies on photoinduced magnetization dynamics and their underlying mechanisms have been primarily performed on ferromagnetic metals. Ferromagnetic dynamics bases on transfer of the conserved angular momentum connected with atomic magnetic moments out of the parallel aligned magnetic system into other degrees of freedom.
In this thesis the so far rarely studied response of antiferromagnetic order to ultra-short optical laser pulses in a metal is investigated. The experiments were performed at the FemtoSpex slicing facility at the storage ring BESSY II, an unique source for ultra-short elliptically polarized x-ray pulses. Laser-induced changes of the 4f-magnetic order parameter in ferro- and antiferromagnetic dysprosium (Dy), were studied by x-ray methods, which yield directly comparable quantities. The discovered fundamental differences in the temporal and spatial behavior of ferro- and antiferrmagnetic dynamics are assinged to an additional channel for angular momentum transfer, which reduces the antiferromagnetic order by redistributing angular momentum within the non-parallel aligned magnetic system, and hence conserves the zero net magnetization. It is shown that antiferromagnetic dynamics proceeds considerably faster and more energy-efficient than demagnetization in ferromagnets. By probing antiferromagnetic order in time and space, it is found to be affected along the whole sample depth of an in situ grown 73 nm tick Dy film. Interatomic transfer of angular momentum via fast diffusion of laser-excited 5d electrons is held responsible for the out-most long-ranging effect. Ultrafast ferromagnetic dynamics can be expected to base on the same origin, which however leads to demagnetization only in regions close to interfaces caused by super-diffusive spin transport. Dynamics due to local scattering processes of excited but less mobile electrons, occur in both magnetic alignments only in directly excited regions of the sample and on slower pisosecond timescales. The thesis provides fundamental insights into photoinduced magnetic dynamics by directly comparing ferro- and antiferromagnetic dynamics in the same material and by consideration of the laser-induced magnetic depth profile.
N2  - Die Geschwindigkeit und Datendichte in heutigen Technologien zur magnetischen Datenspeicherung und -verarbeitung erreichen allmählich physikalische Grenzen. Neue Konzepte zur Manipulation von Magnetisierung sind deshalb erforderlich, was die Forschung an optisch induzierter Magnetodynamik motiviert. Studien zur magnetischen Dynamik ausgelöst durch Femtosekunden-Laserpulse und die ihr zugrunde liegenden Mechanismen stützen sich vorwiegend auf ferromagnetische Metalle. Die Manipulation ferromagnetischer Ordnung basiert aufgrund physikalischer Erhaltungssätze auf dem Transfer des mit atomaren magnetischen Momenten verknüpften  Drehimpulses, in andere Freiheitsgrade wie das Gitter oder räumlich in Bereiche mit anderen magnetischen Eigenschaften. 
Gegenstand dieser Arbeit ist die bisher weniger umfassend untersuchte Reaktion antiferromagnetischer Ordnung auf optische Anregung. Die hier vorgestellten Experimente wurden an der FemtoSpex Slicing Facility, einer einzigartigen Quelle für ultrakurze elliptisch polarisierte Röntgenpulse  am Elektronenspeicherring BESSY II durchgeführt. Im 4f-Metall Dysprosium (Dy), das je nach Temperatur ferro- oder antiferromagnetisch ist, wurden optisch induzierte Änderungen der magnetischen Ordnung mit Röntgenmethoden untersucht, aus denen sich der jeweilige 4f-Ordnungsparameter direkt vergleichbar ableiten lässt. Es wird ein sowohl zeitlich als auch räumlich fundamental unterschiedliches Verhalten der ferro- und antiferromagnetischen Dynamik im Femtosekundenbereich nachgewiesen: Antiferromagnetische Ordnung wird wesentlich schneller und energieeffizienter reduziert als ferromagnetische Ordnung. Zeit- und tiefenaufgelöste Messungen an antiferromagnetischem Dy zeigen, dass dieser Effekt zudem äußerst weitreichend ist und die magnetische Ordnung entlang der gesamten Probentiefe eines 73 nm dicken in situ gewachsenen Dy-Films reduziert. Verantwortlich dafür ist ein hier identifizierter Kanal für Drehimpulstransfer, der es aufgrund der nicht-parallelen Orientierung der atomaren magnetischen Momente in Antiferromagneten erlaubt, die entsprechende Ordnung durch eine Umverteilung des Drehimpulses innerhalb des magnetischen Systems zu reduzieren. Dieser Kanal wird zugänglich durch schnelle Diffusion von laserangeregten 5d-Elektronen, die interatomar Drehimpuls übertragen. Die Experimente deuten darauf hin, dass ultraschnelle ferromagnetische Dynamik ebenfalls stark auf Diffusion mobiler Elektronen basiert. Allerdings sorgt der Effekt hier ausschließlich für Demagnetisierung in grenzflächennahen Bereichen durch Spintransport in magnetisch andersartige Gebiete. Auf längeren Picosekundenzeitskalen wird magnetische Dynamik in der antiferro- und voraussichtlich auch in der ferromagnetischen Phase von Dy durch lokale Streuprozesse angeregter aber weniger beweglicherer Elektronen, zum Beispiel mit Phononen hervorgerufen, allerdings nur in direkt angeregten Teilen der Probe. Die vorliegende Arbeit gibt durch den direkten Vergleich ferro- und antiferromagnetischer Dynamik und der Berücksichtigung des optisch induzierten magnetischen Tiefenprofils Einblicke in die fundamentalen Ursprünge optisch induzierter magnetischer Dynamik.
KW  - antiferromagnetism
KW  - ferromagnetism
KW  - ultrafast phenomena
KW  - x-ray magnetic circular dichroism (XMCD)
KW  - x-ray magnetic resonant diffraction (XMRD)
KW  - rare-earth metals
KW  - pump-probe experiment
KW  - optically induced dynamics
KW  - Antiferromagnetismus
KW  - Ferromagnetismus
KW  - ultraschnelle Phänomene
KW  - magnetischer Zirkulardichroismus
KW  - magnetische resonante Beugung
KW  - seltene Erden
KW  - Anregungs-Abfrage-Experiment
KW  - optisch induzierte Dynamik
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-402994
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Wolf, Thomas J. A.
A1  - Holzmeier, Fabian
A1  - Wagner, Isabella
A1  - Berrah, Nora
A1  - Bostedt, Christoph
A1  - Bozek, John
A1  - Bucksbaum, Philip H.
A1  - Coffee, Ryan
A1  - Cryan, James
A1  - Farrell, Joe
A1  - Feifel, Raimund
A1  - Martinez, Todd J.
A1  - McFarland, Brian
A1  - Mucke, Melanie
A1  - Nandi, Saikat
A1  - Tarantelli, Francesco
A1  - Fischer, Ingo
A1  - Gühr, Markus
T1  - Observing Femtosecond Fragmentation Using Ultrafast X-ray-Induced Auger Spectra
N2  - Molecules often fragment after photoionization in the gas phase. Usually, this process can only be investigated spectroscopically as long as there exists electron correlation between the photofragments. Important parameters, like their kinetic energy after separation, cannot be investigated. We are reporting on a femtosecond time-resolved Auger electron spectroscopy study concerning the photofragmentation dynamics of thymine. We observe the appearance of clearly distinguishable signatures from thymine′s neutral photofragment isocyanic acid. Furthermore, we observe a time-dependent shift of its spectrum, which we can attribute to the influence of the charged fragment on the Auger electron. This allows us to map our time-dependent dataset onto the fragmentation coordinate. The time dependence of the shift supports efficient transformation of the excess energy gained from photoionization into kinetic energy of the fragments. Our method is broadly applicable to the investigation of photofragmentation processes.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 386 
KW  - Auger electron spectroscopy
KW  - photochemistry
KW  - photofragmentation
KW  - ultrafast dynamics
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-402692
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Zaks, Michael A.
A1  - Pikovskij, Arkadij
T1  - Chimeras and complex cluster states in arrays of spin-torque oscillators
N2  - We consider synchronization properties of arrays of spin-torque nano-oscillators coupled via an RC load. We show that while the fully synchronized state of identical oscillators may be locally stable in some parameter range, this synchrony is not globally attracting. Instead, regimes of different levels of compositional complexity are observed. These include chimera states (a part of the array forms a cluster while other units are desynchronized), clustered chimeras (several clusters plus desynchronized oscillators), cluster state (all oscillators form several clusters), and partial synchronization (no clusters but a nonvanishing mean field). Dynamically, these states are also complex, demonstrating irregular and close to quasiperiodic modulation. Remarkably, when heterogeneity of spin-torque oscillators is taken into account, dynamical complexity even increases: close to the onset of a macroscopic mean field, the dynamics of this field is rather irregular.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 384 
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-402180
ER  -