TY  - THES
A1  - Ullner, Ekkehard
T1  - Noise-induced phenomena of signal transmission in excitable neural models
N2  - Meine Dissertation behandelt verschiedene neue rauschinduzierte Phänomene in anregbaren Neuronenmodellen, insbesondere solche mit FitzHugh-Nagumo Dynamik. Ich beschreibe das Auftreten von vibronischer Resonanz in anregbaren Systemen. Sowohl in einer anregbaren elektronischen Schaltung als auch im FitzHugh-Nagumo Modell zeige ich, daß eine optimale Amplitude einer hochfrequenten externen Kraft die Signalantwort bezüglich eines niederfrequenten Signals verbessert. Weiterhin wird der Einfluß von additivem Rauschen auf das Zusammenwirken von stochastischer und vibronischer Resonanz untersucht. Weiterhin untersuche ich Systeme, die sowohl oszillierende als auch anregbare Eigenschaften beinhalten und dadurch zwei interne Frequenzen aufweisen. Ich zeige, daß in solchen Systemen der Effekt der stochastischen Resonanz deutlich erhöht werden kann, wenn eine zusätzliche hochfrequente Kraft in Resonanz mit den kleinen Oszillationen unterhalb der Anregungsschwelle hinzugenommen wird. Es ist beachtenswert, daß diese Verstärkung der stochastischen Resonanz eine geringere Rauschintensität zum Erreichen des Optimums benötigt als die standartmäßige stochastische Resonanz in anregbaren Systemen. Ich untersuche Frequenzselektivität bei der rauschinduzierten Signalverarbeitung von Signalen unterhalb der Anregungsschwelle in Systemen mit vielen rauschunterstützten stochastischen Attraktoren. Diese neuen Attraktoren mit abweichenden gemittelten Perioden weisen auch unterschiedliche Phasenbeziehungen zwischen den einzelnen Elementen auf. Ich zeige, daß die Signalantwort des gekoppelten Systems unter verschiedenen Rauscheinwirkungen deutlich verbessert oder auch reduziert werden kann durch das Treiben einzelner Elemente in Resonanz mit diesen neuen Resonanzfrequenzen, die mit passenden Phasenbeziehungen korrespondieren. Weiterhin konnte ich einen rauschinduzierten Phasenübergang von einem selbstoszillierenden System zu einem anregbaren System nachweisen. Dieser Übergang erfolgt durch eine rauschinduzierte Stabilisierung eines deterministisch instabilen Fixpunktes der lokalen Dynamik, während die gesamte Phasenraumstruktur des Systems erhalten bleibt. Die gemeinsame Wirkung von Kopplung und Rauschen führt zu einem neuen Typ von Phasenübergängen und bewirkt eine Stabilisierung des Systems. Das sich daraus ergebende rauschinduziert anregbare Regime zeigt charakteristische Eigenschaften von klassisch anregbaren Systemen, wie stochastische Resonanz und Wellenausbreitung. Dieser rauschinduzierte Phasenübergang ermöglicht dadurch die Übertragung von Signalen durch ansonsten global oszillierende Systeme und die Kontrolle der Signalübertragung durch Veränderung der Rauschintensität. Insbesondere eröffnen diese theoretischen Ergebnisse einen möglichen Mechanismus zur Unterdrückung unerwünschter globaler Oszillationen in neuronalen Netzwerken, welche charakteristisch für abnorme medizinische Zustände, wie z.B. bei der Parkinson′schen Krankheit oder Epilepsie, sind. Die Wirkung von Rauschen würde dann wieder die Anregbarkeit herstellen, die den normalen Zustand der erkrankten Neuronen darstellt.
N2  - My thesis is concerned with several new noise-induced phenomena in excitable neural models, especially those with FitzHugh-Nagumo dynamics. In these effects the fluctuations intrinsically present in any complex neural network play a constructive role and improve functionality. I report the occurrence of Vibrational Resonance in excitable systems. Both in an excitable electronic circuit and in the FitzHugh-Nagumo model, I show that an optimal amplitude of high-frequency driving enhances the response of an excitable system to a low-frequency signal. Additionally, the influence of additive noise and the interplay between Stochastic and Vibrational Resonance is analyzed. Further, I study systems which combine both oscillatory and excitable properties, and hence intrinsically possess two internal frequencies. I show that in such a system the effect of Stochastic Resonance can be amplified by an additional high-frequency signal which is in resonance with the oscillatory frequency. This amplification needs much lower noise intensities than for conventional Stochastic Resonance in excitable systems. I study frequency selectivity in noise-induced subthreshold signal processing in a system with many noise-supported stochastic attractors. I show that the response of the coupled elements at different noise levels can be significantly enhanced or reduced by forcing some elements into resonance with these new frequencies which correspond to appropriate phase-relations. A noise-induced phase transition to excitability is reported in oscillatory media with FitzHugh-Nagumo dynamics. This transition takes place via noise-induced stabilization of a deterministically unstable fixed point of the local dynamics, while the overall phase-space structure of the system is maintained. The joint action of coupling and noise leads to a different type of phase transition and results in a stabilization of the system. The resulting noise-induced regime is shown to display properties characteristic of excitable media, such as Stochastic Resonance and wave propagation. This effect thus allows the transmission of signals through an otherwise globally oscillating medium. In particular, these theoretical findings suggest a possible mechanism for suppressing undesirable global oscillations in neural networks (which are usually characteristic of abnormal medical conditions such as Parkinson′s disease or epilepsy), using the action of noise to restore excitability, which is the normal state of neuronal ensembles.
T2  - Noise-induced phenomena of signal transmission in excitable neural models
KW  - Rauschinduzierte Phänomene
KW  - Stochastische Prozesse
KW  - Rauschen
KW  - Stochastische Resonanz
KW  - Rauschinduzierte Anregbarkeit
KW  - Rauschinduzierte Oszillatonsunte
KW  - Noise-induced phenomena
KW  - stochastic processes
KW  - noise
KW  - stochastic resonance
KW  - noise-induced excitability
KW  - noise-induced oscillation suppression
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001522
ER  - 
TY  - THES
A1  - Helms, Andreas
T1  - Anwendung des Mikrogravitationslinseneffekts zur Untersuchung astronomischer Objekte
N2  - Die Untersuchung mikrogelinster astronomischer Objekte ermöglicht es, Informationen über die Größe und Struktur dieser Objekte zu erhalten. Im ersten Teil dieser Arbeit werden die Spektren von drei gelinsten Quasare, die mit dem Potsdamer Multi Aperture Spectrophotometer (PMAS) erhalten wurden, auf Anzeichen für Mikrolensing untersucht. In den Spektren des Vierfachquasares HE 0435-1223 und des Doppelquasares HE 0047-1756 konnten Hinweise für Mikrolensing gefunden werden, während der Doppelquasar UM 673 (Q 0142--100) keine Anzeichen für Mikrolensing zeigt. Die Invertierung der Lichtkurve eines Mikrolensing-Kausik-Crossing-Ereignisses ermöglicht es, das eindimensionale Helligkeitsprofil der gelinsten Quelle zu rekonstruieren. Dies wird im zweiten Teil dieser Arbeit untersucht. Die mathematische Beschreibung dieser Aufgabe führt zu einer Volterra'schen Integralgleichung der ersten Art, deren Lösung ein schlecht gestelltes Problem ist. Zu ihrer Lösung wird in dieser Arbeit ein lokales Regularisierungsverfahren angewendet, das an die kausale Strukture der Volterra'schen Gleichung besser angepasst ist als die bisher verwendete Tikhonov-Phillips-Regularisierung. Es zeigt sich, dass mit dieser Methode eine bessere Rekonstruktion kleinerer Strukturen in der Quelle möglich ist. Weiterhin wird die Anwendbarkeit der Regularisierungsmethode auf realistische Lichtkurven mit irregulärem Sampling bzw. größeren Lücken in den Datenpunkten untersucht.
N2  - The study of microlensed astronomical objects can reveal information about the size and the structure of these objects. In the first part of this thesis we analyze the spectra of three lensed quasars obtained with the Potsdam Multi Aperture Spectrophotometer (PMAS). The spectra of the quadrupole quasar HE 0435--1223 and the double quasar HE 0047--1756 show evidence for microlensing whereas in the double quasar UM 673 (Q 0142--100) no evidence for microlensing could be found. By inverting the lightcurve of a microlensing caustic crossing event the one dimensional luminosity profile of the lensed source can be reconstructed. This is investigated in the second part of this thesis.The mathematical formulation of this problem leads to a Volterra integral equation of the first kind, whose solution is an ill-posed problem. For the solution we use a local regularization method which is better adapted to the causal structure of the Volterra integral equation compared to the so far used Tikhonov-Phillips regularization. Furthermore we show that this method is more robust on reconstructing small structures in the source profile. We also study the influence of irregular sampled data and gaps in the lightcurve on the result of the inversion.
T2  - Anwendung des Mikrogravitationslinseneffekts zur Untersuchung astronomischer Objekte
KW  - Gravitationslinseneffekt
KW  - Mikrolensing
KW  - Quasar
KW  - Regularisierung
KW  - Schlecht gestelltes Problem
KW  - gravitational lensing
KW  - microlensing
KW  - quasar
KW  - regularization
KW  - ill-posed problem
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001532
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TY  - THES
A1  - Fendt, Christian
T1  - Formation of astrophysical jets
N2  - populärwissenschaftlicher Abstract:  Astrophysikalische Jets sind hochkollimierte Plasmaströmungen hoher Geschwindigkeit. Sie werden als allgemeines Phänomen bei unterschiedlichsten astronomischen Quellen gefunden - bei Objekten die sich sowohl in der Grössenskala als auch im Energieumsatz um viele Grössenordnungen unterscheiden. Jets werden beobachtet bei jungen stellaren Objekten (etwa TTauri-Sternen oder eingebettete IR-Quellen), bei sogenannten Mikroquasaren und bei aktiven galaktischen Kernen (etwa Radiogalaxien oder Quasare).   So unterschiedlich die Jetquellen von ihrer Erscheinung sein mögen, zwei Tatsachen scheinen sie zu vereinen: Alle Jetquellen zeigen ebenfalls Hinweise auf die Existenz einer Akkretionsscheibe und von Magnetfeldern.   Damit sind die wichtigsten Punkte einer Theorie der Jetentstehung schon umrissen. Sie muss sowohl die komplexe Struktur der Jetquelle berücksichtigen - ein System bestehend aus einem Zentralobjekt, der es umgebenden Scheibe, und dem Jet - als auch die magnetohydrodynamische Wechselwirkung zwischen diesen Komponenten.   Die magnetohydrodynamischen Gleichungen für solch ein Problem sind derart kompliziert, dass sie meist nur numerisch, also nur mit dem Computer zu lösen sind. Zusätzlich sind viele vereinfachende Annahmen notwendig, da sonst auch der Computer überfordert waere. Im allgemeinen sind folgende Fragestellungen zu lösen:   - Die Frage, wie ein Scheibenwind langsamer Geschwindigkeit beschleunigt wird und in einen Jet kollimiert wird ("jet formation").  - Die Frage, wie ein Ausfluss aus der Akkretionsscheibe überhaupt entsteht, d.h. die Frage wie die akkretierende Materie der Scheibe in den Scheibenwind umgelenkt wird ("jet launching").  - Die Frage, wie und wo das Magnetfeld, das zur Jetentstehung notwendig scheint, erzeugt wird.  - Die Frage der Stabilität des asymptotischen Jets über weite Laengenskalen und die Rolle der Strahlungsprozesse.   Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die erste Frage. Der Versuch ihrer Beantwortung wird auf verschiedene Weise angestrebt. Zum einen durch Lösung der zeitunabhängigen Gleichungen, mit deren Hilfe das gesamte Jetentstehungsgebiet numerisch erfasst werden kann, zum anderen durch zeitabhängige Simulationen, die zwar nur einen Ausschnitt auflösen, dafür aber die zeitliche Entwicklung des Jets liefern koennen.   Es werden relativistische und nicht-relativistische Lösungen diskutiert, Jets, die einen magnetisierten Stern im Ursprung haben und solche, wo dort ein schwarzes Loch existiert. Insgeamt sind grundlegenden Resultate aber allgemein gültig. Sie bestätigen die Vorstellung der magnetohydrodynamischen Entstehung astrophysikalischer Jets aus Akkretionsscheiben.
N2  - Highly collimated, high velocity streams of hot plasma – the jets – are observed as a general phenomenon being found in a variety of astrophysical objects regarding their size and energy output. Known as jet sources are protostellar objects (T Tauri stars, embedded IR sources), galactic high energy sources ("microquasars"), and active galactic nuclei (extragalactic radio sources and quasars).  Within the last two decades our knowledge regarding the processes involved in astro-physical jet formation has condensed in a kind of standard model. This is the scenario of a magnetohydrodynamically accelerated and collimated jet stream launched from the innermost part of an accretion disk close to the central object. Traditionally, the problem of jet formation is divided in two categories. One is the question how to collimate and accelerate an uncollimated low velocity disk wind into a jet. The second is the question how to initiate that outflow from a disk, i.e. how to turn accretion of matter into an ejection as a disk wind. My own work is mainly related to the first question, the collimation and acceleration process.  Due to the complexity of both, the physical processes believed to be responsible for the jet launching and also the spatial configuration of the physical components of the jet source, the enigma of jet formation is not yet completely understood. On the theoretical side, there has been a substantial advancement during the last decade from purely station-ary models to time-dependent simulations lead by the vast increase of computer power. Observers, on the other hand, do not yet have the instruments at hand in order to spatially resolve observe the very jet origin.  It can be expected that also the next years will yield a substantial improvement on both tracks of astrophysical research. Three-dimensional magnetohydrodynamic simu-lations will improve our understanding regarding the jet-disk interrelation and the time-dependent character of jet formation, the generation of the magnetic field in the jet source, and the interaction of the jet with the ambient medium. Another step will be the combina-tion of radiation transfer computations and magnetohydrodynamic simulations providing a direct link to the observations. At the same time, a new generation of telescopes (VLT, NGST) in combination with new instrumental techniques (IR-interferometry) will lead to a "quantum leap" in jet observation, as the resolution will then be sufficient in order to zoom into the innermost region of jet formation.
T2  - Formation of astrophysical jets
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000733
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TY  - THES
A1  - Rosenblum, Michael
T1  - Phase synchronization of chaotic systems : from theory to experimental applications
N2  - In einem klassischen Kontext bedeutet Synchronisierung die Anpassung der Rhythmen von selbst-erregten periodischen Oszillatoren aufgrund ihrer schwachen Wechselwirkung.  Der Begriff der Synchronisierung geht auf den berühmten niederläandischen Wissenschaftler Christiaan Huygens im 17. Jahrhundert zurück, der über seine Beobachtungen mit Pendeluhren berichtete. Wenn zwei solche Uhren auf der selben Unterlage plaziert wurden, schwangen ihre Pendel in perfekter Übereinstimmung.  Mathematisch bedeutet das, daß infolge der Kopplung, die Uhren mit gleichen Frequenzen und engverwandten Phasen zu oszillieren begannen.  Als wahrscheinlich ältester beobachteter nichtlinearer Effekt wurde die Synchronisierung erst nach den Arbeiten von E. V. Appleton und B. Van der Pol gegen 1920 verstanden, die die Synchronisierung in Triodengeneratoren systematisch untersucht haben. Seitdem wurde die Theorie gut entwickelt, und hat viele Anwendungen gefunden.   Heutzutage weiss man, dass bestimmte, sogar ziemlich einfache, Systeme, ein chaotisches Verhalten ausüben können. Dies bedeutet, dass ihre Rhythmen unregelmäßig sind und nicht durch nur eine einzige Frequenz charakterisiert werden können.  Wie in der Habilitationsarbeit gezeigt wurde, kann man jedoch den Begriff der Phase und damit auch der Synchronisierung auf chaotische Systeme ausweiten. Wegen ihrer sehr schwachen Wechselwirkung treten Beziehungen zwischen den Phasen und den gemittelten Frequenzen auf und führen damit zur Übereinstimmung der immer noch unregelmäßigen Rhythmen. Dieser Effekt, sogenannter Phasensynchronisierung, konnte später in Laborexperimenten anderer wissenschaftlicher Gruppen bestätigt werden.   Das Verständnis der Synchronisierung unregelmäßiger Oszillatoren erlaubte es uns, wichtige Probleme der Datenanalyse zu untersuchen.  Ein Hauptbeispiel ist das Problem der Identifikation schwacher Wechselwirkungen zwischen Systemen, die nur eine passive Messung erlauben. Diese Situation trifft häufig in lebenden Systemen auf, wo Synchronisierungsphänomene auf jedem Niveau erscheinen - auf der Ebene von Zellen bis hin zu makroskopischen physiologischen Systemen; in normalen Zuständen und auch in Zuständen ernster Pathologie.  Mit unseren Methoden konnten wir eine Anpassung in den Rhythmen von Herz-Kreislauf und Atmungssystem in Menschen feststellen, wobei der Grad ihrer Interaktion mit der Reifung zunimmt. Weiterhin haben wir unsere Algorithmen benutzt, um die Gehirnaktivität von an Parkinson Erkrankten zu analysieren. Die Ergebnisse dieser Kollaboration mit Neurowissenschaftlern zeigen, dass sich verschiedene Gehirnbereiche genau vor Beginn des pathologischen Zitterns synchronisieren. Außerdem gelang es uns, die für das Zittern verantwortliche Gehirnregion zu lokalisieren.
N2  - In a classical context, synchronization means adjustment of rhythms of self-sustained periodic oscillators due to their weak interaction. The history of synchronization goes back to the 17th century when the famous Dutch scientist Christiaan Huygens reported on his observation of synchronization of pendulum clocks: when two such clocks were put on a common support, their pendula moved in a perfect agreement. In rigorous terms, it means that due to coupling the clocks started to oscillate with identical frequencies and tightly related phases. Being, probably, the oldest scientifically studied nonlinear effect, synchronization was understood only in 1920-ies when E. V. Appleton and B. Van der Pol systematically - theoretically and experimentally - studied synchronization of triode generators. Since that the theory was well developed and found many applications.  Nowadays it is well-known that certain systems, even rather simple ones, can exhibit chaotic behaviour. It means that their rhythms are irregular, and cannot be characterized only by one frequency. However, as is shown in the Habilitation work, one can extend the notion of phase for systems of this class as well and observe their synchronization, i.e., agreement of their (still irregular!) rhythms: due to very weak interaction there appear relations between the phases and average frequencies. This effect, called phase synchronization, was later confirmed in laboratory experiments of other scientific groups.  Understanding of synchronization of irregular oscillators allowed us to address important problem of data analysis: how to reveal weak interaction between the systems if we cannot influence them, but can only passively observe, measuring some signals. This situation is very often encountered in biology, where synchronization phenomena appear on every level - from cells to macroscopic physiological systems; in normal states as well as in severe pathologies. With our methods we found that cardiovascular and respiratory systems in humans can adjust their rhythms; the strength of their interaction increases with maturation. Next, we used our algorithms to analyse brain activity of Parkinsonian patients. The results of this collaborative work with neuroscientists show that different brain areas synchronize just before the onset of pathological tremor. Morevoever, we succeeded in localization of brain areas responsible for tremor generation.
KW  - Chaotische Dynamik
KW  - Phase
KW  - Synchronization
KW  - Datenanalyse
KW  - Chaotic dynamics
KW  - phase
KW  - synchronization
KW  - data analysis
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000682
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TY  - THES
A1  - Zaks, Michael A.
T1  - Fractal Fourier spectra in dynamical systems
N2  - Eine klassische Art, die Dynamik nichtlinearer Systeme zu beschreiben, besteht in der Analyse ihrer Fourierspektren. Für periodische und quasiperiodische Prozesse besteht das Fourierspektrum nur aus diskreten Deltafunktionen. Das Spektrum einer chaotischen Bewegung ist hingegen durch das Vorhandensein einer stetigen Komponente gekennzeichnet. In der Arbeit geht es um einen eigenartigen, weder regulären noch vollständig chaotischen Zustand mit sogenanntem singulärstetigen Leistungsspektrum.  Unsere Analyse ergab verschiedene Fälle aus weit auseinanderliegenden Gebieten, in denen singulär stetige (fraktale) Spektren auftreten. Die Beispiele betreffen sowohl physikalische Prozesse, die auf iterierte diskrete Abbildungen oder gar symbolische Sequenzen reduzierbar sind, wie auch Prozesse, deren Beschreibung auf den gewöhnlichen oder partiellen Differentialgleichungen basiert.
N2  - One of the classical ways to describe the dynamics of nonlinear systems is to analyze theur Fourier spectra. For periodic and quasiperiodic processes the Fourier spectrum consists purely of discrete delta-functions. On the contrary, the spectrum of a chaotic motion is marked by the presence of the continuous component. In this work, we describe the peculiar, neither regular nor completely chaotic state with so called singular-continuous power spectrum.  Our investigations concern various cases from most different fields, where one meets the singular continuous (fractal) spectra. The examples include both the physical processes which can be reduced to iterated discrete mappings or even symbolic sequences, and the processes whose description is based on the ordinary or partial differential equations.
KW  - Nichtlineares dynamisches System / Harmonische Analyse / Fraktal
KW  - Dynamische Systeme
KW  - Leistungsspektrum
KW  - Autokorrelation
KW  - dynamical systems
KW  - power spectrum
KW  - autocorrelation
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000500
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TY  - THES
A1  - Feldmeier, Achim
T1  - Hydrodynamics of astrophysical winds driven by scattering in spectral lines
N2  - Liniengetriebene Winde werden durch Impulsübertrag von Photonen auf ein Plasma bei Absorption oder Streuung in zahlreichen Spektrallinien beschleunigt. Dieser Prozess ist besonders effizient für ultraviolette Strahlung und Plasmatemperaturen zwischen 10^4 K und 10^5 K. Zu den astronomischen Objekten mit liniengetriebenen Winden gehören Sterne der Spektraltypen O, B und A, Wolf-Rayet-Sterne sowie Akkretionsscheiben verschiedenster Größenordnung, von Scheiben um junge Sterne und in kataklysmischen Veränderlichen bis zu Quasarscheiben. Es ist bislang nicht möglich, das vollständige Windproblem numerisch zu lösen, also die Hydrodynamik, den Strahlungstransport und das statistische Gleichgewicht dieser Strömungen gleichzeitig zu behandeln. Die Betonung liegt in dieser Arbeit auf der Windhydrodynamik, mit starken Vereinfachungen in den beiden anderen Gebieten.  Wegen persönlicher Beteiligung betrachte ich drei Themen im Detail.  1. Windinstabilität durch Dopplerde-shadowing des Gases. Die Instabilität bewirkt, dass Windgas in dichte Schalen komprimiert wird, die von starken Stoßfronten begrenzt sind. Schnelle Wolken entstehen im Raum zwischen den Schalen und stoßen mit diesen zusammen. Dies erzeugt Röntgenflashes, die die beobachtete Röntgenstrahlung heißer Sterne erklären können.  2. Wind runway durch radiative Wellen. Der runaway zeigt, warum beobachtete liniengetriebene Winde schnelle, kritische Lösungen anstelle von Brisenlösungen (oder shallow solutions) annehmen. Unter bestimmten Bedingungen stabilisiert der Wind sich auf masseüberladenen Lösungen, mit einem breiten, abbremsenden Bereich und Knicken im Geschwindigkeitsfeld.  3. Magnetische Winde von Akkretionsscheiben um Sterne oder in aktiven Galaxienzentren. Die Linienbeschleunigung wird hier durch die Zentrifugalkraft entlang korotierender poloidaler Magnetfelder und die Lorentzkraft aufgrund von Gradienten im toroidalen Feld unterstützt. Ein Wirbelblatt, das am inneren Scheibenrand beginnt, kann zu stark erhöhten Massenverlustraten führen.
N2  - Line driven winds are accelerated by the momentum transfer from photons to a plasma, by absorption and scattering in numerous spectral lines. Line driving is most efficient for ultraviolet radiation, and at plasma temperatures from 10^4 K to 10^5 K. Astronomical objects which show line driven winds include stars of spectral type O, B, and A, Wolf-Rayet stars, and accretion disks over a wide range of scales, from disks in young stellar objects and cataclysmic variables to quasar disks. It is not yet possible to solve the full wind problem numerically, and treat the combined hydrodynamics, radiative transfer, and statistical equilibrium of these flows. The emphasis in the present writing is on wind hydrodynamics, with severe simplifications in the other two areas.  I consider three topics in some detail, for reasons of personal involvement.  1. Wind instability, as caused by Doppler de-shadowing of gas parcels. The instability causes the wind gas to be compressed into dense shells enclosed by strong shocks. Fast clouds occur in the space between shells, and collide with the latter. This leads to X-ray flashes which may explain the observed X-ray emission from hot stars.  2. Wind runaway, as caused by a new type of radiative waves. The runaway may explain why observed line driven winds adopt fast, critical solutions instead of shallow (or breeze) solutions. Under certain conditions the wind settles on overloaded solutions, which show a broad deceleration region and kinks in their velocity law.  3. Magnetized winds, as launched from accretion disks around stars or in active galactic nuclei. Line driving is assisted by centrifugal forces along co-rotating poloidal magnetic field lines, and by Lorentz forces due to toroidal field gradients. A vortex sheet starting at the inner disk rim can lead to highly enhanced mass loss rates.
KW  - Hydrodynamik
KW  - Strahlungstransport
KW  - Sternwinde
KW  - Akkretionsscheiben
KW  - hydrodynamics
KW  - radiative transfer
KW  - stellar winds
KW  - accretion disks
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000388
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TY  - THES
A1  - Schwarz, Ulrich Sebastian
T1  - Forces and elasticity in cell adhesion
T1  - -
N2  - Das Verhalten adhärenter Zellen hängt stark von den chemischen, topographischen und mechanischen Eigenschaften ihrer Umgebung ab. Experimentelle Untersuchungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass adhärente Zellen aktiv die elastischen Eigenschaften ihrer Umgebung erkunden, indem sie an dieser ziehen. Der resultierende Kraftaufbau hängt von den elastischen Eigenschaften der Umgebung ab und wird an den Adhäsionskontakten in entsprechende biochemische Signale umgewandelt, die zelluläre Programme wie Wachstum, Differenzierung, programmierten Zelltod und Zellbewegung mitbestimmen. Im Allgemeinen sind Kräfte wichtige Einflussgrößen in biologischen Systemen. Weitere Beispiele dafür sind Hör- und Tastsinn, Wundheilung sowie die rollende Adhäsion von weißen Blutkörperchen auf den Wänden der Blutgefäße. In der Habilitationsschrift von Ulrich Schwarz werden mehrere theoretische Projekte vorgestellt, die die Rolle von Kräften und Elastizität in der Zelladhäsion untersuchen. (1) Es wurde eine neue Methode entwickelt, um die Kräfte auszurechnen, die Zellen an den Kontaktpunkten auf mikro-strukturierte elastische Substrate ausüben. Das Hauptergebnis ist, dass Zell-Matrix-Kontakte als Mechanosensoren funktionieren, an denen interne Kräfte in Proteinaggregation umgewandelt werden. (2) Eine Ein-Schritt-Master-Gleichung, die die stochastische Dynamik von Adhäsionsclustern als Funktion von Clustergröße, Rückbindungsrate und Kraft beschreibt, wurde sowohl analytisch als auch numerisch gelöst. Zudem wurde dieses Modell auf Zell-Matrix-Kontakte, dynamische Kraftspektroskopie sowie die rollende Adhäsion angewandt. (3) Im Rahmen der linearen Elastizitätstheorie und mit Hilfe des Konzepts der Kraftdipole wurde ein Modell formuliert und gelöst, das die Positionierung und Orientierung von Zellen in weicher Umgebung vorhersagt. Diese Vorhersagen sind in guter Übereinstimmung mit zahlreichen experimentellen Beobachtungen für Fibroblasten auf elastischen Substraten und in Kollagen-Gelen.
N2  - The behaviour of an adhering cell is strongly influenced by the chemical, topographical and mechanical properties of the surface it attaches to. During recent years, it has been found experimentally that adhering cells actively sense the elastic properties of their environment by pulling on it through numerous sites of adhesion. The resulting build-up of force at sites of adhesion depends on the elastic properties of the environment and is converted into corresponding biochemical signals, which can trigger cellular programmes like growth, differentiation, apoptosis, and migration. In general, force is an important regulator of biological systems, for example in hearing and touch, in wound healing, and in rolling adhesion of leukocytes on vessel walls. In the habilitation thesis by Ulrich Schwarz, several theoretical projects are presented which address the role of forces and elasticity in cell adhesion. (1) A new method has been developed for calculating cellular forces exerted at sites of focal adhesion on micro-patterned elastic substrates. The main result is that cell-matrix contacts function as mechanosensors, converting internal force into protein aggregation. (2) A one-step master equation for the stochastic dynamics of adhesion clusters as a function of cluster size, rebinding rate and force has been solved both analytically and numerically. Moreover this model has been applied to the regulation of cell-matrix contacts, to dynamic force spectroscopy, and to rolling adhesion. (3) Using linear elasticity theory and the concept of force dipoles, a model has been introduced and solved which predicts the positioning and orientation of mechanically active cells in soft material, in good agreement with experimental observations for fibroblasts on elastic substrates and in collagen gels.
T2  - Forces and elasticity in cell adhesion
KW  - Biophysik
KW  - Zelladhäsion
KW  - elastische Substrate
KW  - Elastizitätstheorie
KW  - Kraftdipole
KW  - stochastische Dynamik
KW  - Master-Gleichungen
KW  - rollende Adhäsion
KW  - dyna
KW  - biophysics
KW  - cell adhesion
KW  - elastic substrates
KW  - elasticity theory
KW  - force dipoles
KW  - stochastic dynamics
KW  - master equations
KW  - rolling adhesion
KW  - dynamic forc
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001343
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TY  - THES
A1  - Zickfeld, Kirsten
T1  - Modeling large-scale singular climate events for integrated assessment
N2  - Erkenntnisse aus paläoklimatologischen Studien, theoretischen Betrachtungen und Modellsimulationen deuten darauf hin, dass anthropogene Emissionen von Treibhausgasen und Aerosolen zu großskaligen, singulären Klimaereignissen führen könnten. Diese bezeichnen stark nichtlineare, abrupte Klimaänderungen, mit regionalen bis hin zu globalen Auswirkungen. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von Modellen zweier maßgeblicher Komponenten des Klimasystems, die singuläres Verhalten aufweisen könnten: die atlantische thermohaline Zirkulation (THC) und der indische Monsun. Diese Modelle sind so konzipiert, dass sie den Anforderungen der "Integrated Assessment"-Modellierung genügen, d.h., sie sind realistisch, recheneffizient, transparent und flexibel.   Das THC-Modell ist ein einfaches, interhemisphärisches Boxmodell, das anhand von Daten kalibriert wird, die mit einem gekoppelten Klimamodell mittlerer Komplexität erzeugt wurden. Das Modell wird durch die globale Mitteltemperatur angetrieben, die mit Hilfe eines linearen Downscaling-Verfahrens in regionale Wärme- und Süßwasserflüsse übersetzt wird. Die Ergebnisse einer Vielzahl von zeitabhängigen Simulationen zeigen, dass das Modell in der Lage ist, maßgebliche Eigenschaften des Verhaltens komplexer Klimamodelle wiederzugeben, wie die Sensitivität bezüglich des Ausmaßes, der regionalen Verteilung und der Rate der Klimaänderung.   Der indische Monsun wird anhand eines neuartigen eindimensionalen Boxmodells der tropischen Atmosphäre beschrieben. Dieses enthält Parmetrisierungen der Oberflächen- und Strahlungsflüsse, des hydrologischen Kreislaufs und derHydrologie der Landoberfläche. Trotz des hohen Idealisierungsgrades ist das Modell in der Lage, relevante Aspekte der beobachteten Monsundynamik, wie z.B. den Jahresgang des Niederschlags und das Eintritts- sowie Rückzugsdatum des Sommermonsuns, zufrieden stellend zu simulieren. Außerdem erfasst das Modell die Sensitivitätdes Monsuns bezüglich Änderungen der Treibhausgas- und Aerosolkonzentrationen, die aus komplexeren Modellen bekannt sind.   Eine vereinfachte Version des Monsunmodells wird für die Untersuchung des qualitativen Systemverhaltens in Abhängigkeit von Änderungen der Randbedingungen eingesetzt. Das bemerkenswerteste Ergebnis ist das Auftreten einer Sattelknotenbifurkation des Sommermonsuns für kritische Werte der Albedo oder der Sonneneinstrahlung. Darüber hinaus weist das Modell zwei stabile Zustände auf: neben dem niederschlagsreichen Sommermonsun besteht ein Zustand, der sich durch einen schwachen hydrologischen Kreislauf auszeichnet. Das Beachtliche an diesen Ergebnissen ist, dass anthropogene Störungen der plantetaren Albedo, wie Schwefelemissionen und/oder Landnutzungsänderungen, zu einer Destabilisierung des indischen Monsuns führen könnten.   Das THC-Boxmodell findet exemplarische Anwendung in einem "Integrated Assessment" von Klimaschutzstrategien. Basierend auf dem konzeptionellen und methodischen Gerüst des Leitplankenansatzes werden Emissionskorridore (d.h. zulässige Spannen an CO2-Emissionen) berechnet, die das Risiko eines THC-Zusammenbruchs begrenzen sowie sozioökonomische Randbedingungen berücksichtigen. Die Ergebnisse zeigen u.a. eine starke Abhängigkeit der Breite der Emissionskorridore von der Klima- und hydrologischen Sensitivität. Für kleine Werte einer oder beider Sensitivitäten liegt der obere Korridorrand bei weit höheren Emissionswerten als jene, die von plausiblen Emissionsszenarien für das 21. Jahrhundert erreicht werden. Für große Werte der Sensitivitäten hingegen, verlassen schon niedrige Emissionsszenarien den Korridor in den frühen Jahrzehnten des 21. Jahrhunderts. Dies impliziert eine Abkehr von den gegenwärtigen Emissionstrends innherhalb der kommenden Jahrzehnte, wenn das Risko eines THC Zusammenbruchs gering gehalten werden soll.   Anhand einer Vielzahl von Anwendungen - von Sensitivitäts- über Bifurkationsanalysen hin zu integrierter Modellierung - zeigt diese Arbeit den Wert reduzierter Modelle auf. Die Ergebnisse und die daraus zu ziehenden Schlussfolgerungen liefern einen wertvollen Beitrag zu der wissenschaftlichen und politischen Diskussion bezüglich der Folgen des anthropogenen Klimawandels und der langfristigen Klimaschutzziele.
N2  - Concerns have been raised that anthropogenic climate change could lead to large-scale singular climate events, i.e., abrupt nonlinear climate changes with repercussions on regional to global scales. One central goal of this thesis is the development of models of two representative components of the climate system that could exhibit singular behavior: the Atlantic thermohaline circulation (THC) and the Indian monsoon. These models are conceived so as to fulfill the main requirements of integrated assessment modeling, i.e., reliability, computational efficiency, transparency and flexibility.   The model of the THC is an interhemispheric four-box model calibrated against data generated with a coupled climate model of intermediate complexity. It is designed to be driven by global mean temperature change which is translated into regional fluxes of heat and freshwater through a linear down-scaling procedure. Results of a large number of transient climate change simulations indicate that the reduced-form THC model is able to emulate key features of the behavior of comprehensive climate models such as the sensitivity of the THC to the amount, regional distribution and rate of change in the heat and freshwater fluxes.   The Indian monsoon is described by a novel one-dimensional box model of the tropical atmosphere. It includes representations of the radiative and surface fluxes, the hydrological cycle and surface hydrology. Despite its high degree of idealization, the model satisfactorily captures relevant aspects of the observed monsoon dynamics, such as the annual course of precipitation and the onset and withdrawal of the summer monsoon. Also, the model exhibits the sensitivity to changes in greenhouse gas and sulfate aerosol concentrations that are known from comprehensive models.   A simplified version of the monsoon model is employed for the identification of changes in the qualitative system behavior against changes in boundary conditions. The most notable result is that under summer conditions a saddle-node bifurcation occurs at critical values of the planetary albedo or insolation. Furthermore, the system exhibits two stable equilibria: besides the wet summer monsoon, a stable state exists which is characterized by a weak hydrological cycle. These results are remarkable insofar, as they indicate that anthropogenic perturbations of the planetary albedo such as sulfur emissions and/or land-use changes could destabilize the Indian summer monsoon.   The reduced-form THC model is employed in an exemplary integrated assessment application. Drawing on the conceptual and methodological framework of the tolerable windows approach, emissions corridors (i.e., admissible ranges of CO2- emissions) are derived that limit the risk of a THC collapse while considering expectations about the socio-economically acceptable pace of emissions reductions. Results indicate, for example, a large dependency of the width of the emissions corridor on climate and hydrological sensitivity: for low values of climate and/or hydrological sensitivity, the corridor boundaries are far from being transgressed by any plausible emissions scenario for the 21st century. In contrast, for high values of both quantities low non-intervention scenarios leave the corridor already in the early decades of the 21st century. This implies that if the risk of a THC collapse is to be kept low, business-as-usual paths would need to be abandoned within the next two decades.   All in all, this thesis highlights the value of reduced-form modeling by presenting a number of applications of this class of models, ranging from sensitivity and bifurcation analysis to integrated assessment. The results achieved and conclusions drawn provide a useful contribution to the scientific and policy debate about the consequences of anthropogenic climate change and the long-term goals of climate protection. ---  Anmerkung: Die Autorin ist Trägerin des von der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam vergebenen Michelson-Preises für die beste Promotion des Jahres 2003/2004.
KW  - Nichtlineare Dynamik
KW  - 'Reduced-Form' Modellierung
KW  - Thermohaline Atlantikzirkulation
KW  - Indischer Monsun
KW  - Integrated Assessment
KW  - Nonlinear Dynamics
KW  - Reduced-Form Modeling
KW  - Atlantic Thermohaline Circulation
KW  - Indian Monsoon
KW  - Integrated Assessment
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001176
ER  - 
TY  - THES
A1  - Uyaver, Sahin
T1  - Simulation of annealed polyelectrolytes in poor solvents
N2  - Polymere sind lange kettenartige Moleküle. Sie bestehen aus vielen elementaren chemischen Einheiten, den Monomeren, die durch kovalente Bindungen aneinander gekettet sind. Polyelektrolyte sind Polymere, die ionisierbare Monomeren enthalten. Aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften sind Polyelektrolyte sowohl in der Molekular- und Zellbiologie von großen Bedeutung als auch in der Chemie großtechnisch relevant.  Verglichen mit ungeladenen Polymeren sind Polyelektrolyte theoretisch noch wenig verstanden. Insbesondere gilt dies für Polyelektrolyte in sogenanntem schlechten Lösungsmittel. Ein schlechtes Lösungsmittel bewirkt eine effektive Anziehung zwischen den Monomeren. Für Polyelektrolyte in schlechtem Lösungsmittel kommt es daher zu einer Konkurrenz zwischen dieser Anziehung und der elektrostatischen Abstoßung.  Geladene Polymere werden im Rahmen der chemischen Klassifikation in starke und schwache Polyelektrolyte unterschieden. Erstere zeigen vollständige Dissoziation unabhängig vom pH-Wert der Lösung. Die Position der Ladungen auf der Kette wird ausschließlich während der Polymersynthese festgelegt. In der Physik spricht man deshalb von Polyelektrolyten mit eingefrorener Ladungsverteilung (quenched polyelectrolytes).  Im Falle von schwachen Polyelektrolyten ist die Ladungsdichte auf der Kette nicht konstant, sondern wird durch der pH-Wert der Lösung kontrolliert. Durch Rekombinations- und Dissoziationsprozesse sind die Ladungen auf der Kette beweglich. Im allgemeinen stellt sich eine inhomogene Gleichgewichtsverteilung ein, die mit der Struktur der Kette gekoppelt ist. Diese Polymere werden deshalb auch Polyelektrolyte mit Gleichgewichtsladungsverteilung (annealed polyelectrolytes) genannt. Wegen des zusätzlichen Freiheitsgrades in der Ladungsverteilung werden eine Reihe ungewöhnlicher Eigenschaften theoretisch vorhergesagt.  Mit Hilfe von Simulationen ist es zum ersten Mal gelungen, zu zeigen daß 'annealed' Polyelektrolyte in relativ schlechtem Lösungsmittel einen diskontinuierlichen Phasenübergang durchlaufen, wenn ein kritischer pH-Werts der Lösung überschritten wird. Bei diesem Phasenübergang, gehen die Polyelektolyte von einer schwach geladenen kompakten globulären Struktur zu einer stark geladenen gestreckten Konfiguration über.  Aufgrund theoretischer Vorhersagen wird erwartet, daß die globuläre Struktur in weniger schlechtem Lösungsmittel instabil wird und sich eine Perlenkettenkonfiguration ausbildet. Diese Vorhersage konnte für 'annealed' Polyelektrolyte mit den durchgeführten Simulationen zum ersten Mal bestätigt werden - inzwischen auch durch erste experimentelle Ergebnisse.  Schließlich zeigen die Simulationen auch, daß annealed Polyelektrolyte bei einer kritischen Salzkonzentration in der Lösung einen scharfen Übergang zwischen einem stark geladenen gestreckten Zustand und einem schwach geladenen globulären Zustand aufweisen, wiederum in Übereinstimmung mit theoretischen Erwartungen.
N2  - A polymer is a large molecule made up of many elementary chemical units, joined together by covalent bonds (for example, polyethylene). Polyelectrolytes (PELs) are polymer chains containing a certain amount of ionizable monomers. With their specific properties PELs acquire big importance in molecular and cell biology as well as in technology. Compared to neutral polymers the theory of PELs is less understood. In particular, this is valid for PELs in poor solvents. A poor solvent environment causes an effective attraction between monomers. Hence, for PELs in a poor solvent, there occurs a competition between attraction and repulsion. Strong or quenched PELs are completely dissociated at any accessible pH. The position of charges along the chain is fixed by chemical synthesis. On the other hand, in weak or annealed PELs dissociation of charges depends on solution pH. For the first time the simulation results have given direct evidence that at rather poor solvents an annealed PEL indeed undergoes a first-order phase transition when the chemical potential (solution pH) reaches at a certain value. The discontinuous transition occurs between a weakly charged compact globular structure and a strongly charged stretched configuration. At not too poor solvents theory predicts that globule would become unstable with respect to the formation of pearl-necklaces. The results show that pearl-necklaces exist in annealed PELs indeed. Furthermore, as predicted by theory, the simulation results have shown that annealed PELs display a sharp transition from a highly charged stretched state to a weakly charged globule at a critical salt concentration.
KW  - Polymer-Plastik
KW  - Polyelektrolyte
KW  - Simulation
KW  - polymer
KW  - polyelectrolytes
KW  - simulation
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001488
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zöller, Gert
T1  - Analyse raumzeitlicher Muster in Erdbebendaten
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung von Seismizität anhand von Erdbebenkatalogen. Es werden neue Verfahren der Datenanalyse entwickelt, die Aufschluss darüber geben sollen, ob der seismischen Dynamik ein stochastischer oder ein deterministischer Prozess zugrunde liegt und was daraus für die Vorhersagbarkeit starker Erdbeben folgt. Es wird gezeigt, dass seismisch aktive Regionen häufig durch nichtlinearen Determinismus gekennzeichent sind. Dies schließt zumindest die Möglichkeit einer Kurzzeitvorhersage ein. Das Auftreten seismischer Ruhe wird häufig als Vorläuferphaenomen für starke Erdbeben gedeutet. Es wird eine neue Methode präsentiert, die eine systematische raumzeitliche Kartierung seismischer Ruhephasen ermöglicht. Die statistische Signifikanz wird mit Hilfe des Konzeptes der Ersatzdaten bestimmt. Als Resultat erhält man deutliche Korrelationen zwischen seismischen Ruheperioden und starken Erdbeben. Gleichwohl ist die Signifikanz dafür nicht hoch genug, um eine Vorhersage im Sinne einer Aussage über den Ort, die Zeit und die Stärke eines zu erwartenden Hauptbebens zu ermöglichen.
KW  - Erdbeben
KW  - nichtlineare Dynamik
Y1  - 1999
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000122
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TY  - THES
A1  - Hainzl, Sebastian
T1  - Erdbeben und selbstorganisierte Kritizität : Modellierung der raumzeitlichen Erdbebendynamik
N2  - Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Annahme, dass den Erdbeben ein selbstorganisiert kritischer Zustand der Erdkruste zugrunde liegt. Mit Hilfe einer Erweiterung bisheriger Modelle wird gezeigt, dass ein solcher Zustand nicht nur für die Grössenverteilung der Erdbeben (Gutenberg-Richter Gesetz), sondern auch für das beobachtete raumzeitliche Auftreten, z.B. für das Omori-Gesetz für Nachbebenserien, verantwortlich sein kann. Desweiteren wird die Frage nach der Vorhersagbarkeit grosser Erdbeben in solchen Modellsimulationen untersucht.
KW  - Selbstorganisierte Kritizität
KW  - Erdbeben
KW  - Vorhersagbarkeit
Y1  - 1999
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000130
ER  - 
TY  - THES
A1  - Henkel, Carsten
T1  - Coherence theory of atomic de Broglie waves and electromagnetic near fields
N2  - Die Arbeit untersucht theoretisch die Wechselwirkung neutraler Teilchen (Atome, Moleküle) mit Oberflächen, soweit sie durch das elektromagnetische Feld vermittelt wird. Spektrale Energiedichten und Kohärenzfunktionen werden hergeleitet und liefern eine umfassende Charakterisierung des Felds auf der sub-Wellenlängen-Skala. Die Ergebnisse finden auf zwei Teilgebieten Anwendung: in der integrierten Atomoptik, wo ultrakalte Atome an thermische Oberflächen koppeln, und in der Nahfeldoptik, wo eine Auflösung unterhalb der Beugungsbegrenzung mit einzelnen Molekülen als Sonden und Detektoren erzielt werden kann.
N2  - We theoretically discuss the interaction of neutral particles (atoms, molecules) with surfaces in the regime where it is mediated by the electromagnetic field. A thorough characterization of the field at sub-wavelength distances is worked out, including energy density spectra and coherence functions. The results are applied to typical situations in integrated atom optics, where ultracold atoms are coupled to a thermal surface, and to single molecule probes in near field optics, where sub-wavelength resolution can be achieved.
KW  - Kohärenztheorie
KW  - Quantenoptik
KW  - Quanten-Elektrodynamik (QED)
KW  - Atomoptik
KW  - Atomchip
KW  - Spektroskopie
KW  - Oberfläche
KW  - coherence theory
KW  - quantum optics
KW  - quantum electrodynamics (QED)
KW  - atom optics
KW  - atom chip
KW  - spectroscopy
KW  - surface
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001272
ER  - 
TY  - THES
A1  - Koppitz, Michael
T1  - Numerical studies of Black Hole initial data
N2  - Diese Doktorarbeit behandelt neue Methoden der numerischen Evolution von Systemen mit binären Schwarzen Löchern. Wir analysieren und vergleichen Evolutionen von verschiedenen physikalisch motivierten Anfangsdaten und zeigen Resultate der ersten Evolution von so genannten 'Thin Sandwich' Daten, die von der Gruppe in Meudon entwickelt wurden.  Zum ersten Mal wurden zwei verschiedene Anfangsdaten anhand von dreidimensionalen Evolutionen verglichen: die Puncture-Daten und die Thin-Sandwich Daten. Diese zwei Datentypen wurden im Hinblick auf die physikalischen Eigenschaften während der Evolution verglichen.  Die Evolutionen zeigen, dass die Meudon Daten im Vergleich zu Puncture Daten wesentlich mehr Zeit benötigen bevor sie kollidieren. Dies deutet auf eine bessere Abschätzung der Parameter hin. Die Kollisionszeiten der numerischen Evolutionen sind konsistent mit unabhängigen Schätzungen basierend auf Post-Newtonschen Näherungen die vorhersagen, dass die Schwarzen Löcher ca. 60% eines Orbits rotieren bevor sie kollidieren.
N2  - This thesis presents new approaches to evolutions of binary black hole systems in numerical relativity. We analyze and compare evolutions from various physically motivated initial data sets, in particular presenting the first evolutions of Thin Sandwich data generated by the Meudon group.  For the first time two different quasi-circular orbit initial data sequences are compared through fully 3d numerical evolutions: Puncture data and Thin Sandwich data (TSD) based on a helical killing vector ansatz. The two different sets are compared in terms of the physical quantities that can be measured from the numerical data, and in terms of their evolutionary behavior.  The evolutions demonstrate that for the latter, "Meudon" datasets, the black holes do in fact orbit for a longer amount of time before they merge, in comparison with Puncture data from the same separation. This indicates they are potentially better estimates of quasi-circular orbit parameters. The merger times resulting from the numerical simulations are consistent with independent Post-Newtonian estimates that the final plunge phase of a black hole inspiral should take 60% of an orbit.
KW  - numerische Relativiät
KW  - binäre schwarze Löcher
KW  - Anfangsdaten
KW  - Evolutionen
KW  - numerical relativity
KW  - binary black holes
KW  - initial data
KW  - evolutions
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001245
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pietzker, Christian
T1  - In-situ Wachstumsuntersuchungen beim reaktiven Anlassen von Cu, In Schichten in elementarem Schwefel
N2  - In dieser Arbeit wurde das reaktive Anlassen von dünnen Kupfer-Indium-Schichten in elementarem Schwefel mittels energiedispersiver Röntgenbeugung untersucht. Durch die simultane Aufnahme der Röntgenspektren und der Messung der diffusen Reflexion von Laserlicht der Wellenlänge 635 nm an der Oberfläche der Probe während des Schichtwachstums von CuInS<SUB>2</SUB> konnte eine Methode zur Prozesskontrolle für ein Herstellungsverfahren von CuInS<SUB>2</SUB> etabliert werden. Die Bildung von CuInS<SUB>2</SUB> aus Kupfer-Indium-Vorläuferschichten wird dominiert von Umwandlungen der intermetallischen Phasen. CuInS<SUB>2</SUB> wächst innerhalb der Aufheizperiode ab einer Temperatur von ca. 200°C aus der Phase Cu11In9. Jedoch zerfällt letztere metallische Phase in Cu16In9 und flüssiges Indium bei einer Temperatur von ca. 310°C. Das flüssige Indium reagiert im Falle von Kupferarmut mit dem Schwefel und führt zu einem zusätzlichen Reaktionspfad über InS zu CuIn5S8. Unter Präparationsbedingungen mit Kupferüberschuss wird das Indium in einer intermetallischen Phase gebunden.Erstmals konnte die Phase Digenite bei Temperaturen über 240°C beobachtet werden. Beim Abkühlen auf Raumtemperatur wandelt sich diese Phase unter dem Verbrauch von Schwefel in Covellite um.Für Proben mit Kupferüberschuss konnte eine Wachstumskinetik proportional zur Temperatur beobachtet werden. Dieses Verhalten wurde durch eine stress-induzierte Diffusion als dominierenden Reaktionsmechanismus interpretiert. Dabei werden während der Bildung von CuInS<SUB>2</SUB> durch unterschiedliche Ausdehnungen der metallischen und sulfidischen Schichten eine Spannung in der CuInS<SUB>2</SUB>-Schicht induziert, die nach Überschreiten einer Grenzspannung zu Rissen in der CuInS2-Schicht führt. Entlang dieser Risse findet ein schneller Transport der Metalle zur Oberfläche, wo diese mit dem Schwefel reagieren können, statt. Die Risse heilen durch die Bildung neuen Sulfids wieder aus.
N2  - In this work the reactive annealing of thin copper and indium films in elemental sulphur was investigated by energy dispersive X-ray diffraction. Measuring simultanously laser light diffusively reflected from the growth surface, a simple method for process monitoring could be established. The process monitoring using 635 nm laser light can now independently be used in production.The growth of CuInS<SUB>2</SUB> from copper-indium precursors is dominated by transitions between intermetallic phases. CuInS<SUB>2</SUB> growths in the heat up period above 200 °C from the phase Cu<SUB>11</SUB>In<SUB>9</SUB>. However the latter metallic phase decomposes into Cu<SUB>16</SUB>In<SUB>9</SUB> and liquid indium at a temperature of 310 °C. The liquid indium reacts in the case of copper deficiency with sulphur to InS. This leads to an additional reaction path via InS to CuIn<SUB>5</SUB>S<SUB>8</SUB>. Under preparation conditions with copper excess to the contrary, indium is bound in an intermetallic phase.For the first time the phase Digenite could be observed in a growth experiment at temperatures above 240 °C. During cool down to room temperature this phase transforms to Covellite by consumption of sulphur.For samples with copper excess a growth kinetic proportional to the temperature was observed. This behaviour is interpreted by a stress induced reaction mechanism: During the formation of CuInS<SUB>2</SUB>, strain in the CuInS<SUB>2</SUB> thin film is induced due to different expansion coefficients of the metallic and sulphurous phases. After transgression of a certain strain limit, cracks within CuInS<SUB>2</SUB> are formed. Along these cracks, fast transport of metallic species to the surface can occur. There these species can react with the sulphur. The cracks can heal up by the formation of new sulphides.
KW  - CuInS2
KW  - Chalkopyrit
KW  - Wachstum
KW  - EDXRD
KW  - LLS
KW  - elementarer Schwefel
KW  - reaktives Anlassen
KW  - CuInS2
KW  - Chalcopyrite
KW  - growth
KW  - EDXRD
KW  - LLS
KW  - elemental sulphur
KW  - reactive annealing
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001219
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kulikovsky, Lazar
T1  - Experimentelle Untersuchung der Ladungsträgerdynamik in photorefraktiven Polymeren
N2  - Die heutige optische Informationsverarbeitung erfordert neue Materialien, die Licht effektiv verarbeiten, steuern und speichern können. Photorefraktive (PR) Materialien sind dafür sehr interessant. In diesen Materialien entsteht bei inhomogener Beleuchtung (z.B. mit einem Intererenzmuster) über Ladungsträgergenerierung und Einfang der Ladungsträger in Fallen ein Raumladungsfeld. Dieses wird über den elektrooptischen Effekt in eine räumliche Modulation des Brechungsindex umgesetzt. Letztendlich führt somit die inhomogene Beleuchtung eines PR-Materials zu einer räumlich variierenden Änderung des Brechungsindex. Vor ca. 10 Jahren wurde entdeckt, dass auch Polymere einen PR-Effekt aufweisen können. Die Ansprechzeit dieser Materialien wird dabei wesentlich durch die Dynamik der Ladungsträger (bestimmt durch Erzeugung, Transport, Einfang in Fallen etc.) begrenzt. Bis zu Beginn dieser Arbeit war es noch nicht gelungen, einen quantitativen Zusammenhang zwischen der Ladungsträgerdynamik und der Ansprechzeit des PR-Effekts experimentell nachzuweisen. In dieser Arbeit wird ein Weg aufgezeigt, durch photophysikalische Experimente unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen alle photophysikalischen Größen experimentell zu bestimmen, die den Aufbau des Raumladungsfelds in organischen photorefraktiven Materialien bestimmen. So konnte durch Experimente unter Beleuchtung mit kurzen Einzelpulsen sowohl die Beweglichkeit der freien Ladungsträger als auch die charakteristischen Parameter flacher Fallen ermittelt werden. Zur Bestimmung der Dichte tiefer Fallen wurde die Intensitätsabhängigkeit des stationären Photostroms untersucht. Durch die analytische Lösung des bestimmenden Gleichungssystems konnte gezeigt werden, dass die Sublinearität der Intensitätsabhängigkeit des Photostroms primär mit dem Verhältnis zwischen Entleerungs- und Einfangkoeffizienten tiefer Fallen korreliert. Zur unabhängigen Bestimmung des Entleerungskoeffizienten der tiefen Fallen wurden Doppelpulsexperimente mit variabler Verzögerungszeit zwischen den Pulsen verwendet. Mit den erhaltenen Parametern konnte dann das untere Limit der zum Aufbau des Raumladungsfelds notwendigen Zeit abgeschätzt werden. Diese Werte wurden mit den gemessenen photorefraktiven Ansprechzeiten verglichen. Es zeigt sich, dass weder die Photogeneration noch der Transport der Ladungsträger die Geschwindigkeit des Aufbaus des Raumladungsfeldes limitiert. Stattdessen konnte erstmals quantitativ nachgewiesen werden, dass die Dynamik des Raumladungsfelds in den hier untersuchten PR-Materialien durch das Füllen tiefer Fallen mit photogenerierten Ladungsträgern bestimmt wird. Dabei spielt das Verhältnis zwischen dem Einfang- und dem Rekombinationskoeffizienten eine wesentliche Rolle. Weiterhin wurde die Dynamik des Aufbaus des Raumladungsfelds bei unterschiedlichen Vorbeleuchtungsbedingungen quantitativ simuliert und mit den experimentellen PR-Transienten verglichen. Die gute Übereinstimmung zwischen den simulierten und gemessenen Transienten erlaubte es abschließend, die kritischen Parameter, die die Dynamik des PR-Effekts in den untersuchten Polymeren begrenzen, zu identifizieren.
N2  - The ongoing development of information processing requires new materials that are capable of effective light modulation, processing or storage. Photorefractive (PR) materials characterized by a reversible light-induced change of the refractive index have been effectively used for different optical applications. When a photorefractive medium is inhomogeneously irradiated, using for example an interference pattern, the generation, transport and trapping of the charge carriers results in the formation of a space charge field. The spatial modulation of the space charge field is transformed through the electro-optical effect into a modulation of the refractive index. While photorefractive crystals are well known since the discovery of the PR effect in 1966, the photorefractive effect in polymers has only recently been demonstrated. The flexibility of material composition and thus its parameters along with easy processability of polymer materials essentially extends the range of possible applications of photorefractive materials. The response time of PR polymers is defined by the charge carrier dynamics including generation, transport, trapping etc. But a relation between the charge carriers dynamics and the response time of PR effect has not yet been proven experimentally. In this work a method for the experimental determination of all photo-physical parameters defining the formation of the space charge field in organic photorefractive materials has been proposed for the first time. It is based on the analysis of the photocurrent measured under different irradiation conditions such as continuous and pulse irradiation with different intensities, the variation of the pulse length, the number of pulses or the delay between pulses. Thus, the irradiation with single short pulses allowed to determine the mobility of free charge carriers as well as the characteristic parameters of shallow traps. In order to determine the density of deep traps, the intensity dependence of the steady-state photocurrent was investigated. The determining system of equations was analytically solved and it has been shown that the sublinear dependence of the photocurrent on intensity is primary correlated with the ratio of detrapping and trapping coefficients for deep traps. The detrapping coefficient of deep traps was independently determined from double-pulse experiments in which the delay between two pulses was varied. The dynamics of the space charge field formation has been numerically simulated, using the obtained photophysical parameters, and proven to coincide well with the experimentally determined dynamics of the PR effect. This allowed to relate the parameters of the individual processes participating in the formation of the space charge field to the dynamics of the PR effect in the investigated polymers. These results show that neither photogeneration nor transport of the charge carriers do limit the formation of the space charge field. It is demonstrated that in the investigated PR materials the dynamics of the space charge field is limited by the filling of deep traps with the photogenerated charge carriers.
KW  - Photorefraktive Polymere
KW  - Raumladungsfeld
KW  - Ladungsträgerdynamik
KW  - Photogeneration
KW  - Trapping
KW  - Rekombination
KW  - Photorefractive polymers
KW  - space charge field
KW  - carrier dynamic
KW  - photogeneration
KW  - trapping
KW  - recombination
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001205
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TY  - THES
A1  - Zillmer, Rüdiger
T1  - Statistical properties and scaling of the Lyapunov exponents in stochastic systems
N2  - Die vorliegende Arbeit umfaßt drei Abhandlungen, welche allgemein mit einer stochastischen Theorie für die Lyapunov-Exponenten befaßt sind. Mit Hilfe dieser Theorie werden universelle Skalengesetze untersucht, die in gekoppelten chaotischen und ungeordneten Systemen auftreten.   Zunächst werden zwei zeitkontinuierliche stochastische Modelle für schwach gekoppelte chaotische Systeme eingeführt, um die Skalierung der Lyapunov-Exponenten mit der Kopplungsstärke ('coupling sensitivity of chaos') zu untersuchen. Mit Hilfe des Fokker-Planck-Formalismus werden Skalengesetze hergeleitet, die von Ergebnissen numerischer Simulationen bestätigt werden.   Anschließend wird gezeigt, daß 'coupling sensitivity' im Fall gekoppelter ungeordneter Ketten auftritt, wobei der Effekt sich durch ein singuläres Anwachsen der Lokalisierungslänge äußert. Numerische Ergebnisse für gekoppelte Anderson-Modelle werden bekräftigt durch analytische Resultate für gekoppelte raumkontinuierliche Schrödinger-Gleichungen. Das resultierende Skalengesetz für die Lokalisierungslänge ähnelt der Skalierung der Lyapunov-Exponenten gekoppelter chaotischer Systeme.   Schließlich wird die Statistik der exponentiellen Wachstumsrate des linearen Oszillators mit parametrischem Rauschen studiert. Es wird gezeigt, daß die Verteilung des zeitabhängigen Lyapunov-Exponenten von der Normalverteilung abweicht. Mittels der verallgemeinerten Lyapunov-Exponenten wird der Parameterbereich bestimmt, in welchem die Abweichungen von der Normalverteilung signifikant sind und Multiskalierung wesentlich wird.
N2  - This work incorporates three treatises which are commonly concerned with a stochastic theory of the Lyapunov exponents. With the help of this theory universal scaling laws are investigated which appear in coupled chaotic and disordered systems.   First, two continuous-time stochastic models for weakly coupled chaotic systems are introduced to study the scaling of the Lyapunov exponents with the coupling strength (coupling sensitivity of chaos). By means of the the Fokker-Planck formalism scaling relations are derived, which are confirmed by results of numerical simulations.   Next, coupling sensitivity is shown to exist for coupled disordered chains, where it appears as a singular increase of the localization length. Numerical findings for coupled Anderson models are confirmed by analytic results for coupled continuous-space Schrödinger equations. The resulting scaling relation of the localization length resembles the scaling of the Lyapunov exponent of coupled chaotic systems.   Finally, the statistics of the exponential growth rate of the linear oscillator with parametric noise are studied. It is shown that the distribution of the finite-time Lyapunov exponent deviates from a Gaussian one. By means of the generalized Lyapunov exponents the parameter range is determined where the non-Gaussian part of the distribution is significant and multiscaling becomes essential.
KW  - Lyapunov-Exponenten
KW  - Chaos
KW  - ungeordnete Systeme
KW  - Lokalisierung
KW  - stochastische Systeme
KW  - 'coupling sensitivity'
KW  - parametrisch erregter Oszillator
KW  - Lyapunov exponents
KW  - chaos
KW  - disordered systems
KW  - localization
KW  - stochastic systems
KW  - coupling sensitivity
KW  - parametrically excited oscillator
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001147
ER  - 
TY  - THES
A1  - Klessen, Ralf S.
T1  - The relation between interstellar turbulence and star formation
N2  - Eine der zentralen Fragestellungen der modernen Astrophysik ist es, unser Verständnis fuer die Bildung von Sternen und Sternhaufen in unserer Milchstrasse zu erweitern und zu vertiefen. Sterne entstehen in interstellaren Wolken aus molekularem Wasserstoffgas. In den vergangenen zwanzig bis dreißig Jahren ging man davon aus, dass der Prozess der Sternentstehung vor allem durch das Wechselspiel von gravitativer Anziehung und magnetischer Abstossung bestimmt ist. Neuere Erkenntnisse, sowohl von Seiten der Beobachtung als auch der Theorie, deuten darauf hin, dass nicht Magnetfelder, sondern Überschallturbulenz die Bildung von Sternen in galaktischen Molekülwolken bestimmt.  Diese Arbeit fasst diese neuen Überlegungen zusammen, erweitert sie und formuliert eine neue Theorie der Sternentstehung die auf dem komplexen Wechselspiel von Eigengravitation des Wolkengases und der darin beobachteten Überschallturbulenz basiert. Die kinetische Energie des turbulenten Geschwindigkeitsfeldes ist typischerweise ausreichend, um interstellare Gaswolken auf großen Skalen gegen gravitative Kontraktion zu stabilisieren. Auf kleinen Skalen jedoch führt diese Turbulenz zu starken Dichtefluktuationen, wobei einige davon die lokale kritische Masse und Dichte für gravitativen Kollaps überschreiten koennen. Diese Regionen schockkomprimierten Gases sind es nun, aus denen sich die Sterne der Milchstrasse bilden. Die Effizienz und die Zeitskala der Sternentstehung hängt somit unmittelbar von den Eigenschaften der Turbulenz in interstellaren Gaswolken ab. Sterne bilden sich langsam und in Isolation, wenn der Widerstand des turbulenten Geschwindigkeitsfeldes gegen gravitativen Kollaps sehr stark ist. Überwiegt hingegen der Einfluss der Eigengravitation, dann bilden sich Sternen in dichten Gruppen oder Haufen sehr rasch und mit grosser Effizienz.   Die Vorhersagungen dieser Theorie werden sowohl auf Skalen einzelner Sternentstehungsgebiete als auch auf Skalen der Scheibe unserer Milchstrasse als ganzes untersucht. Es zu erwarten, dass protostellare Kerne, d.h. die direkten Vorläufer von Sternen oder Doppelsternsystemen, eine hochgradig dynamische Zeitentwicklung aufweisen, und keineswegs quasi-statische Objekte sind, wie es in der Theorie der magnetisch moderierten Sternentstehung vorausgesetzt wird. So muss etwa die Massenanwachsrate junger Sterne starken zeitlichen Schwankungen unterworfen sein, was wiederum wichtige Konsequenzen für die statistische Verteilung der resultierenden Sternmassen hat. Auch auf galaktischen Skalen scheint die Wechselwirkung von Turbulenz und Gravitation maßgeblich. Der Prozess wird hier allerdings noch zusätzlich moduliert durch chemische Prozesse, die die Heizung und Kühlung des Gases bestimmen, und durch die differenzielle Rotation der galaktischen Scheibe. Als wichtigster Mechanismus zur Erzeugung der interstellaren Turbulenz lässt sich die Überlagerung vieler Supernova-Explosionen identifizieren, die das Sterben massiver Sterne begleiten und große Mengen an Energie und Impuls freisetzen. Insgesamt unterstützen die Beobachtungsbefunde auf allen Skalen das Bild der turbulenten, dynamischen Sternentstehung, so wie es in dieser Arbeit gezeichnet wird.
N2  - Understanding the formation of stars in galaxies is central to much of modern astrophysics. For several decades it has been thought that the star formation process is primarily controlled by the interplay between gravity and magnetostatic support, modulated by neutral-ion drift. Recently, however, both observational and numerical work has begun to suggest that supersonic interstellar turbulence rather than magnetic fields controls star formation.   This review begins with a historical overview of the successes and problems of both the classical dynamical theory of star formation, and the standard theory of magnetostatic support from both observational and theoretical perspectives. We then present the outline of a new paradigm of star formation based on the interplay between supersonic turbulence and self-gravity. Supersonic turbulence can provide support against gravitational collapse on global scales, while at the same time it produces localized density enhancements that allow for collapse on small scales. The efficiency and timescale of stellar birth in Galactic gas clouds strongly depend on the properties of the interstellar turbulent velocity field, with slow, inefficient, isolated star formation being a hallmark of turbulent support, and fast, efficient, clustered star formation occurring in its absence.   After discussing in detail various theoretical aspects of supersonic turbulence in compressible self-gravitating gaseous media relevant for star forming interstellar clouds, we explore the consequences of the new theory for both local star formation and galactic scale star formation. The theory predicts that individual star-forming cores are likely not quasi-static objects, but dynamically evolving. Accretion onto these objects will vary with time and depend on the properties of the surrounding turbulent flow. This has important consequences for the resulting stellar mass function. Star formation on scales of galaxies as a whole is expected to be controlled by the balance between gravity and turbulence, just like star formation on scales of individual interstellar gas clouds, but may be modulated by additional effects like cooling and differential rotation. The dominant mechanism for driving interstellar turbulence in star-forming regions of galactic disks appears to be supernovae explosions. In the outer disk of our Milky Way or in low-surface brightness galaxies the coupling of rotation to the gas through magnetic fields or gravity may become important.
KW  - Sterne
KW  - Sternentstehung
KW  - Turbulenz
KW  - Astrophysik
KW  - Galaxien
KW  - interstellare Materie
KW  - stars
KW  - star formation
KW  - turbulence
KW  - astrophysics
KW  - galaxies
KW  - interstellar matter
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001118
ER  - 
TY  - THES
A1  - Füssel, Hans-Martin
T1  - Impacts analysis for inverse integrated assessments of climate change
N2  - Diese Dissertation beschreibt die Entwicklung und Anwendung des Klimawirkungsmoduls des ICLIPS-Modells, eines integrierten Modells des Klimawandels ('Integrated Assessment'-Modell). Vorangestellt ist eine Diskussion des gesellschaftspolitischen Kontexts, in dem modellbasiertes 'Integrated Assessment' stattfindet, aus der wichtige Anforderungen an die Spezifikation des Klimawirkungsmoduls abgeleitet werden.   Das 'Integrated Assessment' des Klimawandels umfasst eine weiten Bereich von Aktivitäten zur wissenschaftsbasierten Unterstützung klimapolitischer Entscheidungen. Hierbei wird eine Vielzahl von Ansätzen verfolgt, um politikrelevante Informationen über die erwarteten Auswirkungen des Klimawandels zu berücksichtigen. Wichtige Herausforderungen in diesem Bereich sind die große Bandbreite der relevanten räumlichen und zeitlichen Skalen, die multifaktorielle Verursachung vieler 'Klimafolgen', erhebliche wissenschaftliche Unsicherheiten sowie die Mehrdeutigkeit unvermeidlicher Werturteile. Die Entwicklung eines hierarchischen Konzeptmodells erlaubt die Strukturierung der verschiedenen Ansätze sowie die Darstellung eines mehrstufigen Entwicklungsprozesses, der sich in der Praxis und der zu Grunde liegenden Theorie von Studien zur Vulnerabilität hinsichtlich des Klimawandels wiederspiegelt.   'Integrated Assessment'-Modelle des Klimawandels sind wissenschaftliche Werkzeuge, welche eine vereinfachte Beschreibung des gekoppelten Mensch-Klima-Systems enthalten. Die wichtigsten entscheidungstheoretischen Ansätze im Bereich des modellbasierten 'Integrated Assessment' werden im Hinblick auf ihre Fähigkeit zur adäquaten Darstellung klimapolitischer Entscheidungsprobleme bewertet. Dabei stellt der 'Leitplankenansatz' eine 'inverse' Herangehensweise zur Unterstützung klimapolitischer Entscheidungen dar, bei der versucht wird, die Gesamtheit der klimapolitischen Strategien zu bestimmen, die mit einer Reihe von zuvor normativ bestimmten Mindestkriterien (den sogenannten 'Leitplanken') verträglich sind. Dieser Ansatz verbindet bis zu einem gewissen Grad die wissenschaftliche Strenge und Objektivität simulationsbasierter Ansätze mit der Fähigkeit von Optimierungsansätzen, die Gesamtheit aller Entscheidungsoptionen zu berücksichtigen. Das ICLIPS-Modell ist das erste 'Integrated Assessment'-Modell des Klimawandels, welches den Leitplankenansatz implementiert.   Die Darstellung von Klimafolgen ist eine wichtige Herausforderung für 'Integrated Assessment'-Modelle des Klimawandels. Eine Betrachtung bestehender 'Integrated Assessment'-Modelle offenbart große Unterschiede in der Berücksichtigung verschiedener vom Klimawandel betroffenen Sektoren, in der Wahl des bzw. der Indikatoren zur Darstellung von Klimafolgen, in der Berücksichtigung nicht-klimatischer Entwicklungen einschließlich gezielter Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel, in der Behandlung von Unsicherheiten und in der Berücksichtigung von 'singulären' Ereignissen. 'Integrated Assessment'-Modelle, die auf einem Inversansatz beruhen, stellen besondere Anforderungen an die Darstellung von Klimafolgen. Einerseits muss der Detaillierungsgrad hinreichend sein, um Leitplanken für Klimafolgen sinnvoll definieren zu können; andererseits muss die Darstellung effizient genug sein, um die Gesamtheit der möglichen klimapolitischen Strategien erkunden zu können. Großräumige Singularitäten können häufig durch vereinfachte dynamische Modelle abgebildet werden. Diese Methode ist jedoch weniger geeignet für reguläre Klimafolgen, bei denen die Bestimmung relevanter Ergebnisse in der Regel die Berücksichtigung der Heterogenität von klimatischen, naturräumlichen und sozialen Faktoren auf der lokalen oder regionalen Ebene erfordert.   Klimawirkungsfunktionen stellen sich als die geeignetste Darstellung regulärer Klimafolgen im ICLIPS-Modell heraus. Eine Klimawirkungsfunktion beschreibt in aggregierter Form die Reaktion eines klimasensitiven Systems, wie sie von einem geographisch expliziten Klimawirkungsmodell für eine repräsentative Teilmenge möglicher zukünftiger Entwicklungen simuliert wurde. Die in dieser Arbeit vorgestellten Klimawirkungsfunktionen nutzen die globale Mitteltemperatur sowie die atmosphärische CO2-Konzentration als Prädiktoren für global und regional aggregierte Auswirkungen des Klimawandels auf natürliche Ökosysteme, die landwirtschaftliche Produktion und die Wasserverfügbarkeit. Die Anwendung einer 'Musterskalierungstechnik' ermöglicht hierbei die Berücksichtigung der regionalen und saisonalen Muster des Klimaänderungssignals aus allgemeinen Zirkulationsmodellen, ohne die Effizienz der dynamischen Modellkomponenten zu beeinträchtigen.   Bemühungen zur quantitativen Abschätzung zukünftiger Klimafolgen sehen sich bei der Wahl geeigneter Indikatoren in der Regel einem Zielkonflikt zwischen der Relevanz eines Indikators für Entscheidungsträger und der Zuverlässigkeit, mit der dieser bestimmt werden kann, gegenüber. Eine Reihe von nichtmonetären Indikatoren zur aggregierten Darstellung von Klimafolgen in Klimawirkungsfunktionen wird präsentiert, welche eine Balance zwischen diesen beiden Zielen anstreben und gleichzeitig die Beschränkungen berücksichtigen, die sich aus anderen Komponenten des ICLIPS-Modells ergeben. Klimawirkungsfunktionen werden durch verschiedene Typen von Diagrammen visualisiert, welche jeweils unterschiedliche Perspektiven auf die Ergebnismenge der Klimawirkungssimulationen erlauben.  Die schiere Anzahl von Klimawirkungsfunktionen verhindert ihre umfassende Darstellung in dieser Arbeit. Ausgewählte Ergebnisse zu Veränderungen in der räumlichen Ausdehnung von Biomen, im landwirtschaftlichen Potential verschiedener Länder und in der Wasserverfügbarkeit in mehreren großen Einzugsgebieten werden diskutiert. Die Gesamtheit der Klimawirkungsfunktionen wird zugänglich gemacht durch das 'ICLIPS Impacts Tool', eine graphische Benutzeroberfläche, die einen bequemen Zugriff auf über 100.000 Klimawirkungsdiagramme ermöglicht. Die technischen Aspekte der Software sowie die zugehörige Datenbasis wird beschrieben.   Die wichtigste Anwendung von Klimawirkungsfunktionen ist im 'Inversmodus', wo sie genutzt werden, um Leitplanken zur Begrenzung von Klimafolgen in gleichzeitige Randbedingungen für Variablen aus dem optimierenden ICLIPS-Klima-Weltwirtschafts-Modell zu übersetzen. Diese Übersetzung wird ermöglicht durch Algorithmen zur Bestimmung von Mengen erreichbarer Klimazustände ('reachable climate domains') sowie zur parametrisierten Approximation zulässiger Klimafenster ('admissible climate windows'), die aus Klimawirkungsfunktionen abgeleitet werden. Der umfassende Bestand an Klimawirkungsfunktionen zusammen mit diesen Algorithmen ermöglicht es dem integrierten ICLIPS-Modell, in flexibler Weise diejenigen klimapolitischen Strategien zu bestimmen, welche bestimmte in biophysikalischen Einheiten ausgedrückte Begrenzungen von Klimafolgen explizit berücksichtigen. Diese Möglichkeit bietet kein anderes intertemporal optimierendes 'Integrated Assessment'-Modell. Eine Leitplankenanalyse mit dem integrierten ICLIPS-Modell unter Anwendung ausgewählter Klimawirkungsfunktionen für Veränderungen natürlicher Ökosysteme wird beschrieben. In dieser Analyse werden so genannte 'notwendige Emissionskorridore' berechnet, die vorgegebene Beschränkungen hinsichtlich der maximal zulässigen globalen Vegetationsveränderungen und der regionalen Klimaschutzkosten berücksichtigen. Dies geschieht sowohl für eine 'Standardkombination' der drei gewählten Kriterien als auch für deren systematische Variation.   Eine abschließende Diskussion aktueller Entwicklungen in der 'Integrated Assessment'-Modellierung stellt diese Arbeit mit anderen einschlägigen Bemühungen in Beziehung.
N2  - This thesis describes the development and application of the impacts module of the ICLIPS model, a global integrated assessment model of climate change. The presentation of the technical aspects of this model component is preceded by a discussion of the sociopolitical context for model-based integrated assessments, which defines important requirements for the specification of the model.  Integrated assessment of climate change comprises a broad range of scientific efforts to support the decision-making about objectives and measures for climate policy, whereby many different approaches have been followed to provide policy-relevant information about climate impacts. Major challenges in this context are the large diversity of the relevant spatial and temporal scales, the multifactorial causation of many climate impacts', considerable scientific uncertainties, and the ambiguity associated with unavoidable normative evaluations. A hierarchical framework is presented for structuring climate impact assessments that reflects the evolution of their practice and of the underlying theory.  Integrated assessment models of climate change (IAMs) are scientific tools that contain simplified representations of the relevant components of the coupled society-climate system. The major decision-analytical frameworks for IAMs are evaluated according to their ability to address important aspects of the pertinent social decision problem. The guardrail approach is presented as an inverse' framework for climate change decision support, which aims to identify the whole set of policy strategies that are compatible with a set of normatively specified constraints (guardrails'). This approach combines, to a certain degree, the scientific rigour and objectivity typical of predictive approaches with the ability to consider virtually all decision options that is at the core of optimization approaches. The ICLIPS model is described as the first IAM that implements the guardrail approach.  The representation of climate impacts is a key concern in any IAM. A review of existing IAMs reveals large differences in the coverage of impact sectors, in the choice of the impact numeraire(s), in the consideration of non-climatic developments, including purposeful adaptation, in the handling of uncertainty, and in the inclusion of singular events. IAMs based on an inverse approach impose specific requirements to the representation of climate impacts. This representation needs to combine a level of detail and reliability that is sufficient for the specification of impact guardrails with the conciseness and efficiency that allows for an exploration of the complete domain of plausible climate protection strategies. Large-scale singular events can often be represented by dynamic reduced-form models. This approach, however, is less appropriate for regular impacts where the determination of policy-relevant results generally needs to consider the heterogeneity of climatic, environmental, and socioeconomic factors at the local or regional scale.  Climate impact response functions (CIRFs) are identified as the most suitable reduced-form representation of regular climate impacts in the ICLIPS model. A CIRF depicts the aggregated response of a climate-sensitive system or sector as simulated by a spatially explicit sectoral impact model for a representative subset of plausible futures. In the CIRFs presented here, global mean temperature and atmospheric CO2 concentration are used as predictors for global and regional impacts on natural vegetation, agricultural crop production, and water availability. Application of a pattern scaling technique makes it possible to consider the regional and seasonal patterns in the climate anomalies simulated by several general circulation models while ensuring the efficiency of the dynamic model components.  Efforts to provide quantitative estimates of future climate impacts generally face a trade-off between the relevance of an indicator for stakeholders and the exactness with which it can be determined. A number of non-monetary aggregated impact indicators for the CIRFs is presented, which aim to strike the balance between these two conflicting goals while taking into account additional constraints of the ICLIPS modelling framework. Various types of impact diagrams are used for the visualization of CIRFs, each of which provides a different perspective on the impact result space.  The sheer number of CIRFs computed for the ICLIPS model precludes their comprehensive presentation in this thesis. Selected results referring to changes in the distribution of biomes in different biogeographical regions, in the agricultural potential of various countries, and in the water availability in selected major catchments are discussed. The full set of CIRFs is accessible via the ICLIPS Impacts Tool, a graphical user interface that provides convenient access to more than 100,000 impact diagrams developed for the ICLIPS model. The technical aspects of the software are described as well as the accompanying database of CIRFs.  The most important application of CIRFs is in inverse' mode, where they are used to translate impact guardrails into simultaneous constraints for variables from the optimizing ICLIPS climate-economy model. This translation is facilitated by algorithms for the computation of reachable climate domains and for the parameterized approximation of admissible climate windows derived from CIRFs. The comprehensive set of CIRFs, together with these algorithms, enables the ICLIPS model to flexibly explore sets of climate policy strategies that explicitly comply with impact guardrails specified in biophysical units. This feature is not found in any other intertemporally optimizing IAM. A guardrail analysis with the integrated ICLIPS model is described that applies selected CIRFs for ecosystem changes. So-called necessary carbon emission corridors' are determined for a default choice of normative constraints that limit global vegetation impacts as well as regional mitigation costs, and for systematic variations of these constraints.  A brief discussion of recent developments in integrated assessment modelling of climate change connects the work presented here with related efforts.
KW  - Klimawandel
KW  - Klimafolgen
KW  - Integrierte Bewertung
KW  - Leitplankenansatz
KW  - Fensteransatz
KW  - Inversanalyse
KW  - Klimawirkungsfunktionen
KW  - Musterskalierung
KW  - ICLIPS
KW  - Climate change
KW  - climate impacts
KW  - integrated assessment
KW  - guardrail approach
KW  - tolerable windows approach
KW  - inverse analysis
KW  - climate impact response func
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001089
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gil-Merino Rubio, Rodrigo
T1  - Cosmology through gravitational lenses
N2  - In dieser Dissertation nutze ich den Gravitationslinseneffekt, um eine Reihe von kosmologischen Fragen zu untersuchen. Der Laufzeitunterschied des Gravitationslinsensystems HE1104-1805 wurde mit unterschiedlichen Methoden bestimmt. Zwischen den beiden Komponenten erhalte ich einen Unterschied von Delta_t(A-B) = -310 +-20 Tagen (2 sigma Konfidenzintervall). Außerdem nutze ich eine dreijährige Beobachtungskampagne, um den Doppelquasar Q0957+561 zu untersuchen. Die beobachteten Fluktuationen in den Differenzlichtkurven lassen sich durch Rauschen erklären, ein Mikrogravitationslinseneffekt wird zur Erklärung nicht benötigt. Am Vierfachquasar Q2237+0305 untersuchte ich den Mikrogravitationslinseneffekt anhand der Daten der GLITP-Kollaboration (Okt. 1999-Feb. 2000). Durch die Abwesenheit eines starken Mikrogravitationslinsensignals konnte ich eine obere Grenze von v=600 km/s f für die effektive Transversalgeschwindigkeit der Linsengalaxie bestimmen (unter der Annahme von Mikrolinsen mit 0.1 Sonnenmassen).  Im zweiten Teil der Arbeit untersuchte ich die Verteilung der Dunklen Materie in Galaxienhaufen. Für den Galaxienhaufen Cl0024+1654 erhalte ich ein Masse-Leuchtkraft-Verhältnis von M/L = 200 M_sun/L_sun (innerhalb eines Radius von 3 Bogenminuten). Im Galaxienhaufen RBS380 finde ich eine relativ geringe Röntgenleuchtkraft von L =2*10^(44) erg/s, obwohl im optischen eine große Anzahl von Galaxien gefunden wurde.
N2  - In this thesis the gravitational lensing effect is used to explore a number of cosmological topics. We determine the time delay in the gravitationally lensed quasar system HE1104-1805 using different techniques. We obtain a time delay Delta_t(A-B) Delta_t(A-B) =-310 +- 20 days (2 sigma errors) between the two components. We also study the double quasar Q0957+561 during a three years monitoring campaign. The fluctuations we find in the difference light curves are completely consistent with noise and no microlensing is needed to explain these fluctuations. Microlensing is also studied in the quadruple quasar Q2237+0305 during the GLITP collaboration (Oct.1999-Feb.2000). We use the absence of a strong microlensing signal to obtain an upper limit of v=600 km/s for the effective transverse velocity of the lens galaxy (considering microlenses with 0.1 solar masses). The distribution of dark matter in galaxy clusters is also studied in the second part of the thesis. In the cluster of galaxies Cl0024+1654 we obtain a mass-to-light ratio of M/L = 200 M_sun/L_sun (within a radius of 3 arcminutes). In the galaxy cluster RBS380 we find a relatively low X-ray luminosity for a massive cluster of L =2*10^(44) erg/s, but a rich distribution of galaxies in the optical band.
KW  - Gravitationslinsen
KW  - Mikrolinsen
KW  - Quasar
KW  - gravitational lensing
KW  - microlensing
KW  - quasar
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001030
ER  - 
TY  - THES
A1  - Henneberg, Oliver
T1  - In-situ Untersuchungen zur Entstehung von Oberflächengittern in Polymeren
N2  - In festen azobenzenhaltigen Polymeren wurde bei Bestrahlung mit blauem Licht ein makroskopischer Materialtransport beobachtet. Um die Dynamik der Gitterentstehung zu verfolgen, wurde am Speicherring für Synchrotronstrahlung ein Gitterschreibaufbau errichtet. Damit konnte erstmals in dieser Arbeit die Gitterbildungsgeschwindigkeit in-situ simultan mit Röntgen- und Lichtstreuung untersucht werden. Mit Hilfe einer speziellen Anpassung der Röntgenstreutheorie konnten sehr gute Übereinstimmungen von theoretischen Berechnungen mit den Messergebnissen erzielt werden. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass sich zeitgleich mit einem Oberflächengitter auch ein Dichtegitter entwickelt. Durch die Trennung beider Streuanteile ließ sich die Dynamik der Strukturentstehungen bestimmen. Des weiteren konnte erstmals mit Hilfe der Photoelektronenspektroskopie die molekulare Orientierung an der Oberfläche eines Oberflächengitters nachgewiesen werden. Die Bewegungsursache kann auf einen Impulsübertrag während der Isomerisierung zurückgeführt werden, während die Bewegungsrichtung durch den elektrischen Feldvektor festgelegt wird. Die Theorie der Gitterentstehung konnte verbessert werden.
N2  - Solid azobenzene containing polymers show a macroscopic material transport under illumination with blue light. A writing setup was constructed at a synchrotron beamline in order to investigate the dynamics of the grating formation. With this setup it was possible to record the grating velocity for the first time simultaneously with x-ray and laser light scattering.  A very good consistency could be achieved between the experiments and a suitable accomodation of the x-ray scattering theory. The theory reveals, that a density grating develops simultaneously with a surface grating. By separation of both parts the dynamics was determined for the density and the surface grating. The molecular ordering was determined at the surface with photoelectron spectroscopy. A momentum transfer could be identified as the source of the movement while the electric field defines the direction of the movement. The theory of the grating formation was improved.
KW  - Azobenenzen
KW  - Gitter
KW  - Holographie
KW  - hochauflösende Röntgenstreuung
KW  - Synchrotronstrahlung
KW  - azobenzene
KW  - grating
KW  - holography
KW  - high resolution x-ray diffraction
KW  - synchrotron radiation
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001331
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jung, Carl Christoph
T1  - Lichtinduzierte Generierung und Charakterisierung optischer Anisotropie
N2  - Eine Nutzung der optischen Anisotropie dünner Schichten ist vor allem für die Displaytechnologie, die optische Datenspeicherung und für optische Sicherheitselemente von hoher Bedeutung. Diese Doktorarbeit befasst sich mit theoretischen und experimentellen Untersuchung von dreidimensionaler Anisotropie und dabei insbesondere mit der Untersuchung von lichtinduzierter dreidimensionaler Anisotropie in organischen dünnen Polymer-Schichten. Die gewonnenen Erkentnisse und entwickelten Methoden können wertvolle Beiträge für Optimierungsprozesse, wie bei der Kompensation der Blickwinkelabhängigkeit von Flüssigkristall-Displays, liefern.  Die neue Methode der Immersions-Transmissions-Ellipsometrie (ITE) zur Untersuchung von dünneren Schichten wurde im Rahmen dieser Dissertation entwickelt. Diese Methode gestattet es, in Kombination mit konventioneller Reflexions- und Transmissionsellipsometrie, die absoluten dreidimensionalen Brechungsindices einer biaxialen Schicht zu bestimmen. Erstmals gelang es damit, das dreidimensionale Brechungsindexellipsoid von transparenten, dünneren (150 nm) Filmen hochgenau (drei Stellen hinter dem Komma) zu bestimmen. Die ITE-Methode hat demzufolge das Potential, auch bei noch dünneren Schichten mit Gewinn eingesetzt werden zu können.   Die lichtinduzierte Generierung von dreidimensionaler Anisotropie wurde in dünnen Schichten von azobenzenhaltigen und zimtsäurehaltigen, amorphen und flüssig-kristallinen Homo- und Copolymeren untersucht. Erstmals wurden quantitative Untersuchungen zur Änderung von lichtinduzierten, dreidimensionalen Anisotropien in dünnen Schichten von azobenzenhaltigen und zimtsäurehaltigen Polymeren bei Tempern oberhalb der Glastemperatur durchgeführt.  Bei vielen der untersuchten Polymere war die dreidimensionale Ordnung nach dem Bestrahlen mit polarisiertem Licht und anschließendem Tempern oberhalb der Glastemperatur scheinbar von der Schichtdicke abhängig. Die Ursache liegt wohl in der, mit der neuentwickelten ITE-Methode detektierten, planaren Ausgangsorientierung der aufgeschleuderten dünneren Schichten.  Um Verkippungs-Gradienten in dickeren Polymerschichten in ihrem Verlauf zu bestimmen, wurde eine spezielle Methode unter Benutzung der Wellenleitermoden-Spektroskopie entwickelt.  Quantenchemisch bestimmte, maximal induzierbare Doppelbrechungen in flüssig-kristallinen Polymeren wurden mit den experimentell gefundenen Ordnungen verglichen.
N2  - The optical anisotropy of thin films is of great interest mainly in the display technology, the optical data storage and for optical security elements. The topic of this thesis was the theoretical and experimental investigation of three-dimensional anisotropy and especially the investigation of light-induced three-dimensional anisotropy in thin organic polymer films. The results and newly developed methods can contribute significantly to technical optimisation processes, e. g. for the compensation of the viewing angle dependence of liquid crystal displays.   The new method of immersion-transmission-ellipsometry (ITE) for the investigation of thinner layers was developed in the course of this PhD. The new method allows to determine the absolute three-dimensional refractive indices of a biaxial film. For the first time it has been possible to determine the three-dimensional indicatrix of transparent, 150 nm thin films with an accuracy of three digits after the decimal point. The ITE-method therefore has the potential to be used for the investigation of even thinner films.  The light-induced generation of three-dimensional anisotropy was investigated in thin films of azobenzene-containing and cinnamate containing, amorphous and liquid crystalline homo- and copolymers. For the first time, quantitative investigations of the changes of light-induced, three-dimensional anisotropies in thin films of azobenzene containing and cinnamate containing polymers, that were brought about by annealing above the glass transition temperatures, were carried out.  For many of the investigated polymers the three-dimensional order after irradiation with polarised light and subsequent annealing above the glass transition temperature seemed to be dependent on the film thickness. The reason could be the planar initial order of the spin-coated thinner films, which was detected with the new ITE-method.  For the characterisation of tilt gradients in thicker polymer films a special method using waveguide spectroscopy was developed.  Quantum chemically determined maximal values of inducible birefringence were compared with the experimentally determined values.
KW  - Anisotropie
KW  - Photoorientierung
KW  - Photoalignment
KW  - dünne Schichten
KW  - 3D
KW  - Ellipsometrie
KW  - Kompensatoren
KW  - Wellenleiter
KW  - Displays
KW  - Fluoreszenz
KW  - anisotropy
KW  - photo-orientation
KW  - photoalignment
KW  - thin films
KW  - 3D
KW  - ellipsometry
KW  - compensation films
KW  - waveguides
KW  - displays
KW  - fluorescence
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001390
ER  - 
TY  - THES
A1  - Xü, Chenggang
T1  - Preparation and characterization of vapour deposited films based on substituted 2,5-diphenyl-1,3,4-oxadiazole derivatives
N2  - Diese Arbeit befasst sich mit dem Einfluss der molekularen Struktur von 2,5-Diphenyl-1,3,4-Oxadiazol-Derivaten auf die Präparierung dünner Schichten mittels Vakuumdeposition. Dünne Schichten von diesen Substanzen wurden auf Si/SiO2 aufgedampft und ihre Struktur systematisch mittels XSR, AFM und IR untersucht. Das Ergebnis zeigt, dass die Schichtstrukturen offenbar von Substratetemperatur (Ts) abhängig sind. Im untersuchten Ts-Bereich bilden etherverbrückte Oxadiazole immer geordnete Schichten und die Schichtperiodicität hängt linear von der Längen der aliphatischen Ketten, während sich bei den amidverbrückten Oxadiazolen nur bei hohen Ts geordnete Schichten bilden können. Diese Unterschiede sind auf die intermolekularen Wasserstoffbrücken zurückzuführen. Der Tilt-Winkel der Moleküle ist durch die Wechselwirkung zwischen dem aromatischen Teil bestimmt. Die Wechselwirkungen zwischen den Kopfgruppen können durch Tempern abgeschwächt werden und führen zur Strukturumwandlung von Schichten, die auf etherverbrückten Oxadiazolen basieren. Alle Schichten von etherverbrückten Oxadiazolen haben Doppelschicht-Struktur, aber amidverbrückte Oxadiazole bilden nur Doppelschicht-Strukturen, wenn die Moleküle eine Kopfgruppe besitzen.
N2  - The correlations between the chemical structures of the 2,5-diphenyl-1,3,4-oxadiazole compounds and their corresponding vapour deposited film structures on Si/SiO2 were systematically investigated with AFM, XSR and IR for the first time. The result shows that the film structure depends strongly on the substrate temperature (Ts). For the compounds with ether bridge group, the film periodicity depends linearly on the length of the aliphatic chain. The films based on those oxadiazols have ordered structure in the investigated substrate temperature region, while die amide bridged compounds form ordered film only at high Ts due to the formation of intermolecular H-bond. The tilt angle of most molecules is determined by the pi-pi complexes between the molecules. The intermolecular interaction between head groups leads to the structural transformation during the thermal treatment after deposition. All the ether bridged oxadiazoles form films with bilayer structure, while amide bridged oxadiazole form film bilayer structure only when the molecule has a head group.
KW  - 1
KW  - 3
KW  - 4-oxadiazol
KW  - Vapour Deposition
KW  - Dünnschichten
KW  - AFM
KW  - X-ray
KW  - Infrarot Spektroskopie
KW  - intermolekülare Wechselwirkung
KW  - Hochvakuum
KW  - 1
KW  - 3
KW  - 4-oxadiazole
KW  - vapour deposition
KW  - Thin film
KW  - AFM
KW  - X-ray
KW  - Infrared spectroscopy
KW  - intermolecular interaction
KW  - high vacuum
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001358
ER  - 
TY  - THES
A1  - Boström, Kim
T1  - Lossless quantum data compression and secure direct communication
N2  - Diese Dissertation behandelt die Kodierung und Verschickung von Information durch einen Quantenkanal. Ein Quantenkanal besteht aus einem quantenmechanischen System, welches vom Sender manipuliert und vom Empfänger ausgelesen werden kann. Dabei repräsentiert der individuelle Zustand des Kanals die Nachricht.   Die zwei Themen der Dissertation umfassen 1) die Möglichkeit, eine Nachricht in einem Quantenkanal verlustfrei zu komprimieren und 2) die Möglichkeit eine Nachricht von einer Partei zu einer einer anderen direkt und auf sichere Weise zu übermitteln, d.h. ohne dass es einer dritte Partei möglich ist, die Nachricht abzuhören und dabei unerkannt zu bleiben.  Die wesentlichen Ergebnisse der Dissertation sind die folgenden.  Ein allgemeiner Formalismus für Quantencodes mit variabler Länge wird ausgearbeitet. Diese Codes sind notwendig um verlustfreie Kompression zu ermöglichen. Wegen der Quantennatur des Kanals sind die codierten Nachrichten allgemein in einer Superposition von verschiedenen Längen. Es zeigt sich, daß es unmöglich ist eine Quantennachricht verlustfrei zu komprimieren, wenn diese dem Sender nicht apriori bekannt ist. Im anderen Falle wird die Möglichkeit verlustfreier Quantenkompression gezeigt und eine untere Schranke für die Kompressionsrate abgeleitet. Des weiteren wird ein expliziter Kompressionsalgorithmus konstruiert, der für beliebig vorgegebene Ensembles aus Quantennachrichten funktioniert.  Ein quantenkryptografisches Prokoll - das &ldquo;Ping-Pong Protokoll&rdquo; - wird vorgestellt, welches die sichere direkte übertragung von klassischen Nachrichten durch einen Quantenkanal ermöglicht. Die Sicherheit des Protokolls gegen beliebige Abhörangriffe wird bewiesen für den Fall eines idealen Quantenkanals. Im Gegensatz zu anderen quantenkryptografischen Verfahren ist das Ping-Pong Protokoll deterministisch und kann somit sowohl für die Übermittlung eines zufälligen Schlüssels als auch einer komponierten Nachricht verwendet werden. Das Protokoll is perfekt sicher für die Übertragung eines Schlüssels und quasi-sicher für die direkte Übermittlung einer Nachricht. Letzteres bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Abhörangriffs exponenziell mit der Länge der Nachricht abnimmt.
N2  - This thesis deals with the encoding and transmission of information through a quantum channel. A quantum channel is a quantum mechanical system whose state is manipulated by a sender and read out by a receiver. The individual state of the channel represents the message.  The two topics of the thesis comprise 1) the possibility of compressing a message stored in a quantum channel without loss of information and 2) the possibility to communicate a message directly from one party to another in a secure manner, that is, a third party is not able to eavesdrop the message without being detected.  The main results of the thesis are the following.  A general framework for variable-length quantum codes is worked out. These codes are necessary to make lossless compression possible. Due to the quantum nature of the channel, the encoded messages are in general in a superposition of different lengths. It is found to be impossible to compress a quantum message without loss of information if the message is not apriori known to the sender. In the other case it is shown that lossless quantum data compression is possible and a lower bound on the compression rate is derived. Furthermore, an explicit compression scheme is constructed that works for arbitrarily given source message ensembles.   A quantum cryptographic protocol - the &ldquo;ping-pong protocol&rdquo; - is presented that realizes the secure direct communication of classical messages through a quantum channel. The security of the protocol against arbitrary eavesdropping attacks is proven for the case of an ideal quantum channel. In contrast to other quantum cryptographic protocols, the ping-pong protocol is deterministic and can thus be used to transmit a random key as well as a composed message.  The protocol is perfectly secure for the transmission of a key, and it is quasi-secure for the direct transmission of a message. The latter means that the probability of successful eavesdropping exponentially decreases with the length of the message.
KW  - quanteninformation
KW  - quantenkodierung
KW  - quantenkanal
KW  - kompression
KW  - kryptografie
KW  - sichere Übertragung
KW  - quantum information
KW  - quantum channel
KW  - compression
KW  - cryptography
KW  - secure communication
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001383
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nikolov, Vesselin Kirolov
T1  - Model membranes grafted with long polymers
N2  - Wir untersuchen, welchen Einfluss die Verankerung von langen, hydrophilen Polymeren in Lipidmembranen auf deren elastische Eigenschaften ausübt. Theoretisch werden zwei Grenzbereiche für die spontane Krümmung der Membran erwartet:  i) bei kleinen Oberflächenkonzentrationen des Polymers (Pilzgebiet) sollte die spontane Krümmung linear von der Oberflächendichte des verankerten Polymers abhängen; ii) bei hoher Bedeckung (Bürstengebiet) sollte die Abhängigkeit quadratisch sein. Wir versuchen, Vorhersagen für das Bürstengebiet zu prüfen, indem wir die morphologischen Veränderungen beobachten, die bei Riesen (Giant)- Vesikeln hervorgerufen werden.   Als lange Polymere verwenden wir fluoreszenzmarkierte &#955;-Phage DNA Moleküle, die durch eine Biotin-Avidin-Biotin Verbindung an biotinhaltigen Lipidvesikeln befestigt sind. Wir kontrollieren die Oberflächenkonzentration der Anker durch Variation der Menge an biotinhaltigem Lipid in der Membran. Die Menge der an der Membran verankerten DNA wird durch Fluoreszenzmessungen quantifiziert. Änderungen in den elastischen Eigenschaften der Membran bei Anbindung der DNA, werden über eine Analyse der Vesikel-Fluktuationen kontrolliert. Die spontane Krümmung der Membran steigt mit der Oberflächenbeladung. Bei höheren Verankerungen bilden die Vesikel Knospen (budding). Die Größe der Knospen kann ebenfalls zur Bestimmung der Krümmung der Membran verwendet werden. Der Einfluss auf die Biegesteifigkeit ist Thema weiterer Untersuchungen.
N2  - We study the effect on the elastic properties of lipid membranes induced by anchoring of long hydrophilic polymers. Theoretically, two limiting regimes for the membrane spontaneous curvature are expected :  i) at low surface polymer concentration (mushroom regime) the spontaneous curvature should scale linearly with the surface density of anchored polymers;  ii) at high coverage (brush regime) the dependence should be quadratic. We attempt to test the predictions for the brush regime by monitoring the morphological changes induced on giant vesicles.  As long polymers we use fluorescently labeled &#955;-phage DNA molecules which are attached to biotinylated lipid vesicles with a biotin-avidin-biotin linkage. By varying the amount of biotinylated lipid in the membrane we control the surface concentration of the anchors. The amount of anchored DNA to the membrane is quantified with fluorescence measurements. Changes in the elastic properties of the membrane as DNA grafts to it are monitored via analysis of the vesicle fluctuations. The spontaneous curvature of the membrane increases as a function of the surface coverage. At higher grafting concentrations the vesicles bud. The size of the buds can also be used to assess the membrane curvature. The effect on the bending stiffness is a subject of further investigation.
KW  - membrane curvature
KW  - anchored polymer
KW  - fluctuations
KW  - avidin
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001409
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TY  - THES
A1  - Albus, Alexander P.
T1  - Mixtures of Bosonic and Fermionic atoms
N2  - Ziel der Arbeit war die systematische theoretische Behandlung von Gemischen aus bosonischen und fermionischen Atomen in einem Parameterbereich, der sich zur Beschreibung von aktuellen Experimenten mit ultra-kalten atomaren Gasen eignet.  Zuerst wurde der Formalismus der Quantenfeldtheorie auf homogene, atomare Boson-Fermion Gemische erweitert, um grundlegende Größen wie Quasiteilchenspektren, die Grundzustandsenergie und daraus abgeleitete Größen über die Molekularfeldtheorie hinaus zu berechnen.  Unter Zuhilfenahme der dieser Resultate System wurde ein Boson-Fermion Gemisch in einem Fallenpotential im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie beschrieben. Daraus konnten die Dichteprofile ermittelt werden und es ließen sich drei Bereiche im Phasendiagramm identifizieren:  (i) ein Bereich eines stabilen Gemisches, (ii) ein Bereich, in dem die Spezies entmischt sind und  (iii) ein Bereich, in dem das System kollabiert.  Im letzten dieser drei Fällen waren Austausch--Korrelationseffekte signifikant. Weiterhin wurde die Änderung der kritischen Temperatur der Bose-Einstein-Kondensation aufgrund der Boson-Fermion-Wechselwirkung berechnet. Verursacht wird dieser Effekt von Dichtumverteilungen aufgrund der Wechselwirkung.  Dann wurden Boson-Fermion Gemische in optischen Gittern betrachtet. Ein Stabilitätskriterium gegen Phasenentmischung wurde gefunden und es ließen sich Bedingungen für einen supraflüssig zu Mott-isolations Phasenübergang angeben. Diese wurden sowohl mittels einer Molekularfeldrechnung als auch numerisch im Rahmen eines Gutzwilleransatzes gefunden. Es wurden weiterhin neuartige frustrierte Grundzustände im Fall von sehr großen Gitterstärken gefunden.
N2  - The theory of atomic Boson-Fermion mixtures in the dilute limit beyond mean-field is considered in this thesis. Extending the formalism of quantum field theory we derived expressions for the quasi-particle excitation spectra, the ground state energy, and related quantities for a homogenous system to first order in the dilute gas parameter.  In the framework of density functional theory we could carry over the previous results to inhomogeneous systems. We then determined to density distributions for various parameter values and identified three different phase regions:  (i) a stable mixed regime,  (ii) a phase separated regime, and  (iii) a collapsed regime.   We found a significant contribution of exchange-correlation effects in the latter case. Next, we determined the shift of the Bose-Einstein condensation temperature caused by Boson-Fermion interactions in a harmonic trap due to redistribution of the density profiles.  We then considered Boson-Fermion mixtures in optical lattices. We calculated the criterion for stability against phase separation, identified the Mott-insulating and superfluid regimes both, analytically within a mean-field calculation, and numerically by virtue of a Gutzwiller Ansatz. We also found new frustrated ground states in the limit of very strong lattices. ----Anmerkung: Der Autor ist Träger des durch die Physikalische Gesellschaft zu Berlin vergebenen Carl-Ramsauer-Preises 2004 für die jeweils beste Dissertation der vier Universitäten Freie Universität Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin, Technische Universität Berlin und Universität Potsdam.
KW  - Quantendegeneriert BEK FDS ultrakalte Atome
KW  - quantum degenerate BEC FDS ultacold atoms
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001065
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jaster, Nicole
T1  - Ratchet models of molecular motors
N2  - Transportvorgänge in und von Zellen sind von herausragender Bedeutung für das Überleben des Organismus. Muskeln müssen sich kontrahieren können, Chromosomen während der Mitose an entgegengesetzte Enden der Zelle bewegt und Organellen, das sind von Membranen umschlossene Kompartimente, entlang molekularer Schienen transportiert werden.  Molekulare Motoren sind Proteine, deren Hauptaufgabe es ist, andere Moleküle zu bewegen. Dazu wandeln sie die bei der ATP-Hydrolyse freiwerdende chemische Energie in mechanische Arbeit um. Die Motoren des Zellskeletts gehören zu den drei Superfamilien Myosin, Kinesin und Dynein. Ihre Schienen sind Filamente des Zellskeletts, Actin und die Microtubuli.  In dieser Arbeit werden stochastische Modelle untersucht, welche dazu dienen, die Fortbewegung dieser linearen molekularen Motoren zu beschreiben. Die Skala, auf der wir die Bewegung betrachten, reicht von einzelnen Schritten eines Motorproteins bis in den Bereich der gerichteten Bewegung entlang eines Filaments. Ein Einzelschritt überbrückt je nach Protein etwa 10 nm und wird in ungefähr 10 ms zurückgelegt. Unsere Modelle umfassen M Zustände oder Konformationen, die der Motor annehmen kann, während er sich entlang einer eindimensionalen Schiene bewegt. An K Orten dieser Schiene sind Übergänge zwischen den Zuständen möglich. Die Geschwindigkeit des Proteins lässt sich in Abhängigkeit von den vertikalen Übergangsraten zwischen den einzelnen Zuständen analytisch bestimmen. Wir berechnen diese Geschwindigkeit für Systeme mit bis zu vier Zuständen und Orten und können weiterhin eine Reihe von Regeln ableiten, die uns einschätzen helfen, wie sich ein beliebiges vorgegebenes System verhalten wird.  Darüber hinaus betrachten wir entkoppelte Subsysteme, also einen oder mehrere Zustände, die keine Verbindung zum übrigen System haben. Mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit kann ein Motor einen Zyklus von Konformationen durchlaufen, mit einer anderen Wahrscheinlichkeit einen davon unabhängigen anderen.  Aktive Elemente werden in realen Transportvorgängen durch Motorproteine nicht auf die Übergänge zwischen den Zuständen beschränkt sein. In verzerrten Netzwerken oder ausgehend von der diskreten Mastergleichung des Systems können auch horizontale Raten spezifiziert werden und müssen weiterhin nicht mehr die Bedingungen der detaillierten Balance erfüllen. Damit ergeben sich eindeutige, komplette Pfade durch das jeweilige Netzwerk und Regeln für die Abhängigkeit des Gesamtstroms von allen Raten des Systems. Außerdem betrachten wir die zeitliche Entwicklung für vorgegebene Anfangsverteilungen.  Bei Enzymreaktionen gibt es die Idee des Hauptpfades, dem diese bevorzugt folgen. Wir bestimmen optimale Pfade und den maximalen Fluss durch vorgegebene Netzwerke.  Um darüber hinaus die Geschwindigkeit des Motors in Abhängigkeit von seinem Treibstoff ATP angeben zu können, betrachten wir mögliche Reaktionskinetiken, die den Zusammenhang zwischen den unbalancierten Übergangsraten und der ATP-Konzentration bestimmen. Je nach Typ der Reaktionskinetik und Anzahl unbalancierter Raten ergeben sich qualitativ unterschiedliche Verläufe der Geschwindigkeitskurven in Abhängigkeit von der ATP-Konzentration.  Die molekularen Wechselwirkungspotentiale, die der Motor entlang seiner Schiene erfährt, sind unbekannt.Wir vergleichen unterschiedliche einfache Potentiale und die Auswirkungen auf die Transportkoeffizienten, die sich durch die Lokalisation der vertikalen Übergänge im Netzwerkmodell im Vergleich zu anderen Ansätzen ergeben.
N2  - Transport processes in and of cells are of major importance for the survival of the organism. Muscles have to be able to contract, chromosomes have to be moved to opposing ends of the cell during mitosis, and organelles, which are compartments enclosed by membranes, have to be transported along molecular tracks. Molecular motors are proteins whose main task is moving other molecules.For that purpose they transform the chemical energy released in the hydrolysis of ATP into mechanical work. The motors of the cytoskeleton belong to the three super families myosin, kinesin and dynein. Their tracks are filaments of the cytoskeleton, namely actin and the microtubuli.  Here, we examine stochastic models which are used for describing the movements of these linear molecular motors. The scale of the movements comprises the regime of single steps of a motor protein up to the directed walk along a filament. A single step bridges around 10 nm, depending on the protein, and takes about 10 ms, if there is enough ATP available. Our models comprise M states or conformations the motor can attain during its movement along a one-dimensional track. At K locations along the track transitions between the states are possible. The velocity of the protein depending on the transition rates between the single states can be determined analytically. We calculate this velocity for systems of up to four states and locations and are able to derive a number of rules which are helpful in estimating the behaviour of an arbitrary given system. Beyond that we have a look at decoupled subsystems, i.e., one or a couple of states which have no connection to the remaining system. With a certain probability a motor undergoes a cycle of conformational changes, with another probability an independent other cycle.  Active elements in real transport processes by molecular motors will not be limited to the transitions between the states. In distorted networks or starting from the discrete Master equation of the system, it is possible to specify horizontal rates, too, which furthermore no longer have to fulfill the conditions of detailed balance. Doing so, we obtain unique, complete paths through the respective network and rules for the dependence of the total current on all the rates of the system. Besides, we view the time evolutions for given initial distributions.  In enzymatic reactions there is the idea of a main pathway these reactions follow preferably. We determine optimal paths and the maximal flow for given networks.  In order to specify the dependence of the motor's velocity on its fuel ATP, we have a look at possible reaction kinetics determining the connection between unbalanced transitions rates and ATP-concentration. Depending on the type of reaction kinetics and the number of unbalanced rates, we obtain qualitatively different curves connecting the velocity to the ATP-concentration.  The molecular interaction potentials the motor experiences on its way along its track are unknown. We compare different simple potentials and the effects the localization of the vertical rates in the network model has on the transport coefficients in comparison to other models.
KW  - Molekularer Motor
KW  - stochastische Ratsche
KW  - Motorzyklus
KW  - stochastisches Netzwerk
KW  - Motorgeschwindigkeit
KW  - molecular motor
KW  - stochastic ratchet
KW  - motor cycle
KW  - stochastic network
KW  - motor velocity
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000867
ER  - 
TY  - THES
A1  - Klumpp, Stefan
T1  - Movements of molecular motors : diffusion and directed walks
N2  - Bewegungen von prozessiven molekularen Motoren des Zytoskeletts sind durch ein Wechselspiel von gerichteter Bewegung entlang von Filamenten und Diffusion in der umgebenden Lösung gekennzeichnet. Diese eigentümlichen Bewegungen werden in der vorliegenden Arbeit untersucht, indem sie als Random Walks auf einem Gitter modelliert werden. Ein weiterer Gegenstand der Untersuchung sind Effekte von Wechselwirkungen zwischen den Motoren auf diese Bewegungen.   Im einzelnen werden vier Transportphänomene untersucht:  (i) Random Walks von einzelnen Motoren in Kompartimenten verschiedener Geometrien,  (ii) stationäre Konzentrationsprofile, die sich in geschlossenen Kompartimenten infolge dieser Bewegungen einstellen, (iii) randinduzierte Phasenübergänge in offenen röhrenartigen Kompartimenten, die an Motorenreservoirs gekoppelt sind, und  (iv) der Einfluß von kooperativen Effekten bei der Motor-Filament-Bindung auf die Bewegung. Alle diese Phänomene sind experimentell zugänglich, und mögliche experimentelle Realisierungen werden diskutiert.
N2  - Movements of processive cytoskeletal motors are characterized by an interplay between directed motion along filament and diffusion in the surrounding solution. In the present work, these peculiar movements are studied by modeling them as random walks on a lattice. An additional subject of our studies is the effect of motor-motor interactions on these movements.   In detail, four transport phenomena are studied:  (i) Random walks of single motors in compartments of various geometries,  (ii) stationary concentration profiles which build up as a result of these movements in closed compartments,  (iii) boundary-induced phase transitions in open tube-like compartments coupled to reservoirs of motors, and  (iv) the influence of cooperative effects in motor-filament binding on the movements. All these phenomena are experimentally accessible and possible experimental realizations are discussed.
KW  - molekulare Motoren
KW  - aktive Prozesse
KW  - Diffusion
KW  - Random Walks
KW  - Gittermodelle
KW  - Phasenübergänge
KW  - Staus
KW  - kooperative Phänomene
KW  - molecular motors
KW  - active processes
KW  - diffusion
KW  - random walks
KW  - lattice models
KW  - phase transitions
KW  - traffic jams
KW  - cooperative phenomena
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000806
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heinig, Peter
T1  - The geometry of interacting liquid domains in Langmuir monolayers
N2  - Es werden die Strukturbildung und Benetzung zweidimensionaler (2D) Phasen von Langmuir-Monolagen im lokalen thermodynamischen Gleichgewicht untersucht. Eine Langmuir-Monolage ist ein isoliertes 2D System von Surfaktanten an der Wasser/Luft-Grenzfläche, in dem kristalline, flüssigkristalline, flüssige oder gasförmige Phasen auftreten, die sich in Positionsordnung und/oder Orientierungsordnung unterscheiden. Permanente elektrische Dipolmomente der Surfaktanten führen zu einer langreichweitigen repulsiven Selbstwechselwirkung der Monolage und zur Bildung mesoskopischer Strukturen. Es wird ein Wechselwirkungsmodell verwendet, das die Strukturbildung als Wechselspiel kurzreichweitiger Anziehung (nackte Linienspannung) und langreichweitiger Abstoßung (Oberflächenpotential) auf einer Skala Delta beschreibt. Physikalisch trennt Delta die beiden Längenskalen der lang- und kurzreichweitigen Wechselwirkung. In dieser Arbeit werden die thermodynamischen Stabilitätsbedingungen für die Form einer Phasengrenzlinie (Young-Laplace-Gleichung) und Dreiphasenkontaktpunkt (Young-Bedingung) hergeleitet und zur Beschreibung experimenteller Daten genutzt: Die Linienspannung benetzender 2D Tropfen wird mit Hilfe hängender-Tropfen-Tensiometrie gemessen. Die Blasenform und -größe von 2D Schäumen wird theoretisch modelliert und mit experimentellen 2D Schäumen verglichen. Kontaktwinkel werden durch die Anpassung von experimentellen Tropfen mit numerischen Lösungen der Young-Laplace-Gleichung auf Mikrometerskalen gemessen. Das Skalenverhalten des Kontaktwinkels ermöglicht die Bestimmung einer unteren Schranke von Delta. Weiterhin wird diskutiert, inwieweit das Schalten von 2D Benetzungsmodi in biologischen Membranen zur Steuerung der Reaktionskinetik ein Rolle spielen könnte. Hierzu werden Experimente aus unserer Gruppe, die in einer Langmuir-Monolage durchgeführt wurden, herangezogen.   Abschließend wird die scheinbare Verletzung der Gibbs&prime;schen Phasenregel in Langmuir-Monolagen (nicht-horizontales Plateau der Oberflächendruck-Fläche Isotherme, ausgedehntes Dreiphasengebiet in Einkomponentensystemen) quantitativ untersucht. Eine Verschmutzung der verwendeten Substanzen ist demnach die wahscheinlichste Erklärung, während Finite-Size-Effekte oder der Einfluss der langreichweitigen Elektrostatik die Größenordnung des Effektes nicht beschreiben können.
N2  - The present work investigates the structure formation and wetting in two dimensional (2D) Langmuir monolayer phases in local thermodynamic equilibrium. A Langmuir monolayer is an isolated 2D system of surfactants at the air/water interface. It exhibits crystalline, liquid crystalline, liquid and gaseous phases differing in positional and/or orientational order. Permanent electric dipole moments of the surfactants lead to a long range repulsive interaction and to the formation of mesoscopic patterns. An interaction model is used describing the structure formation as a competition between short range attraction (bare line tension) and long range repulsion (surface potentials) on a scale Delta. Delta has the meaning of a dividing length between the short and long range interaction. In the present work the thermodynamic equilibrium conditions for the shape of two phase boundary lines (Young-Laplace equation) and three phase intersection points (Young&prime;s condition) are derived and applied to describe experimental data: The line tension is measured by pendant droplet tensiometry. The bubble shape and size of 2D foams is calculated numerically and compared to experimental foams. Contact angles are measured by fitting numerical solutions of the Young-Laplace equation on micron scale. The scaling behaviour of the contact angle allows to measure a lower limit for Delta. Further it is discussed, whether in biological membranes wetting transitions are a way in order to control reaction kinetics. Studies performed in our group are discussed with respect to this question in the framework of the above mentioned theory.  Finally the apparent violation of Gibbs&prime; phase rule in Langmuir monolayers (non-horizontal plateau of the surface pressure/area-isotherm, extended three phase coexistence region in one component systems) is investigated quantitatively. It has been found that the most probable explanation are impurities within the system whereas finite size effects or the influence of the long range electrostatics can not explain the order of magnitude of the effect.
KW  - Langmuir
KW  - Monolage
KW  - 2D
KW  - langreichweitig
KW  - Benetzung
KW  - Schäume
KW  - Phasenregel
KW  - Langmuir monolayer
KW  - 2D
KW  - long range
KW  - wetting
KW  - foams
KW  - phase rule
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000814
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TY  - THES
A1  - Zaikin, Alexei
T1  - Noise-induced transitions and resonant effects in nonlinear systems
T1  - -
N2  - Unsere alltägliche Erfahrung ist mit verschiedenen akustischen Einfluessen wie Lärm, aber auch Musik verbunden. Jeder weiss, wie Lärm stören kann und Kommunikation behindert oder gar unterbindet. Ähnliche optische Effekte sind bekannt: starkes Schneetreiben oder Regengüsse verschlechtern die Sicht und lassen uns Umrisse nur noch schemenhaft erkennen. Jedoch koennen ähnliche Stimuli auch sehr positive Auswirkungen haben: Autofahrer fahren bei leiser Musik konzentrierter -- die Behauptung von Schulkindern, nur bei dröhnenden Bässen die Mathehausaufgaben richtig rechnen zu können, ist allerdings nicht wissenschaftlich erwiesen. Außerordentlich interessant aus dieser Sicht sind auch Reizleitungsprozesse: Reize werden nur weitergleitet, wenn die strukturlosen Signale der Neuronen mit ausreichend starker Intensität erfolgen, also ein Schwellwert überschritten ist.   Der Physiker Dr. Alexei Zaikin von der Universität Potsdam beschäftigt sich mit sogenannten rauschinduzierten Phänomenen aus theorischer Sicht. Sein Forschungsgebiet sind Prozesse, bei denen Rauschen mehrfach das Systemverhalten beeinflusst: ist es ausreichend gross, d.h. größer als ein kritischer Wert, wird eine reguläre Struktur gebildet, die durch das immernoch vorhandene Rauschen mit der Struktur des Nachbarsystems synchronisiert. Um ein solches System mit kritischem Wert zu erhalten, bedarf es einer weiteren Rauschquelle. Herr Zaikin analysierte noch weitere Beispiele solcher doppelt stochastischen Effekte. Die Ausarbeitung derartiger theoretischer Grundlagen ist wichtig, da diese Prozesse in der Neurophysik, in technischen Kommunikationssystemen und in den Lebenswissenschaften eine Rolle spielen.
N2  - Our every-day experience is connected with different acoustical noise or music. Usually noise plays the role of nuisance in any communication and destroys any order in a system. Similar optical effects are known: strong snowing or raining decreases quality of a vision. In contrast to these situations noisy stimuli can also play a positive constructive role, e.g. a driver can be more concentrated in a presence of quiet music. Transmission processes in neural systems are of especial interest from this point of view: excitation or information will be transmitted only in the case if a signal overcomes a threshold.  Dr. Alexei Zaikin from the Potsdam University studies noise-induced phenomena in nonlinear systems from a theoretical point of view. Especially he is interested in the processes, in which noise influences the behaviour of a system twice: if the intensity of noise is over a threshold, it induces some regular structure that will be synchronized with the behaviour of neighbour elements. To obtain such a system with a threshold one needs one more noise source. Dr. Zaikin has analyzed further examples of such doubly stochastic effects and developed a concept of these new phenomena. These theoretical findings are important, because such processes can play a crucial role in neurophysics, technical communication devices and living sciences.
T2  - Noise-induced transitions and resonant effects in nonlinear systems
KW  - Rauschinduzierte Phänomene
KW  - Stochastische Prozesse
KW  - Rauschen
KW  - Stochastische Resonanz
KW  - Noise-induced phenomena
KW  - stochastic processes
KW  - noise
KW  - stochastic resonance
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000761
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TY  - THES
A1  - Moreira, André Guérin
T1  - Charged systems in bulk and at interfaces
N2  - Eine der Faustregeln der Kolloid- und Oberflächenphysik ist, dass die meisten Oberflächen geladen sind, wenn sie mit einem Lösungsmittel, normalerweise Wasser, in Kontakt treten. Dies ist zum Beispiel bei ladungsstabilisierten Kolloidalen Suspensionen der Fall, bei denen die Oberfläche der Kolloidteilchen geladen ist (gewöhnlich mit einer Ladung von mehreren Hunderttausend Elementarladungen), oder bei Monoschichten ionischer Tenside, die auf einer Luft-Wasser Grenzfläche sitzen (wobei die wasserliebenden Kopfgruppen durch die Freisetzung von Gegenionen geladen werden), sowie bei Doppelschichten, die geladene phospholipide enthalten (wie Zellmembranen). In dieser Arbeit betrachten wir einige Modellsysteme, die zwar eine vereinfachte Fassung der Realität darstellen, von denen wir aber dennoch erwarten koennen, dass wir mit ihrer Hilfe einige physikalische Eigenschaften realer geladener Systeme (Kolloide und Elektrolyte) einfangen können.
N2  - One of the rules-of-thumb of colloid and surface physics is that most surfaces are charged when in contact with a solvent, usually water. This is the case, for instance, in charge-stabilized colloidal suspensions, where the surface of the colloidal particles are charged (usually with a charge of hundreds to thousands of e, the elementary charge), monolayers of ionic surfactants sitting at an air-water interface (where the water-loving head groups become charged by releasing counterions), or bilayers containing charged phospholipids (as cell membranes). In this work, we look at some model-systems that, although being a simplified version of reality, are expected to capture some of the physical properties of real charged systems (colloids and electrolytes).  We initially study the simple double layer, composed by a charged wall in the presence of its counterions. The charges at the wall are smeared out and the dielectric constant is the same everywhere. The Poisson-Boltzmann (PB) approach gives asymptotically exact counterion density profiles around charged objects in the weak-coupling limit of systems with low-valent counterions, surfaces with low charge density and high temperature (or small Bjerrum length). Using Monte Carlo simulations, we obtain the profiles around the charged wall and compare it with both Poisson-Boltzmann (in the low coupling limit) and the novel strong coupling (SC) theory in the opposite limit of high couplings. In the latter limit, the simulations show that the SC leads in fact to asymptotically correct density profiles. We also compare the Monte Carlo data with previously calculated corrections to the Poisson-Boltzmann theory. We also discuss in detail the methods used to perform the computer simulations.  After studying the simple double layer in detail, we introduce a dielectric jump at the charged wall and investigate its effect on the counterion density distribution. As we will show, the Poisson-Boltzmann description of the double layer remains a good approximation at low coupling values, while the strong coupling theory is shown to lead to the correct density profiles close to the wall (and at all couplings). For very large couplings, only systems where the difference between the dielectric constants of the wall and of the solvent is small are shown to be well described by SC.  Another experimentally relevant modification to the simple double layer is to make the charges at the plane discrete. The counterions are still assumed to be point-like, but we constraint the distance of approach between ions in the plane and counterions to a minimum distance D. The ratio between D and the distance between neighboring ions in the plane is, as we will see, one of the important quantities in determining the influence of the discrete nature of the charges at the wall over the density profiles. Another parameter that plays an important role, as in the previous case, is the coupling as we will demonstrate, systems with higher coupling are more subject to discretization effects than systems with low coupling parameter.  After studying the isolated double layer, we look at the interaction between two double layers. The system is composed by two equally charged walls at distance d, with the counterions confined between them. The charge at the walls is smeared out and the dielectric constant is the same everywhere. Using Monte-Carlo simulations we obtain the inter-plate pressure in the global parameter space, and the pressure is shown to be negative (attraction) at certain conditions. The simulations also show that the equilibrium plate separation (where the pressure changes from attractive to repulsive) exhibits a novel unbinding transition. We compare the Monte Carlo results with the strong-coupling theory, which is shown to describe well the bound states of systems with moderate and high couplings. The regime where the two walls are very close to each other is also shown to be well described by the SC theory.  Finally, Using a field-theoretic approach, we derive the exact low-density ("virial") expansion of a binary mixture of positively and negatively charged hard spheres (two-component hard-core plasma, TCPHC). The free energy obtained is valid for systems where the diameters d_+ and d_- and the charge valences q_+ and q_- of positive and negative ions are unconstrained, i.e., the same expression can be used to treat dilute salt solutions (where typically d_+ ~ d_- and q_+ ~ q_-) as well as colloidal suspensions (where the difference in size and valence between macroions and counterions can be very large). We also discuss some applications of our results.
KW  - geladene Systeme
KW  - elektrische Doppelschicht
KW  - Elektrolyte
KW  - Theorie
KW  - Simulation
KW  - charged systems
KW  - electric double layer
KW  - electrolytes
KW  - theory
KW  - simulation
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000677
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TY  - THES
A1  - Hammoudeh, Ismail
T1  - Qualitative nichtlineare Zeitreihenanalyse mit Anwendung auf das Problem der Polbewegung
N2  - In der nichtlinearen Datenreihenanalyse hat sich seit etwa 10 Jahren eine Monte-Carlo-Testmethode etabliert, die Theiler-surrogatmethode, mit Hilfe derer entschieden werden kann, ob eine Datenreihe nichtlinearen Ursprungs sei. Diese Methode wird kritisiert, modifiziert und verallgemeinert. Das, was Theiler untersuchen will braucht andere Surrogatmethoden, die hier konstruiert werden. Und das, was Theiler untersucht braucht gar keine Monte-Carlo-Methoden. Mit Hilfe des in der Arbeit eingeführten Begriffs des Phasensignals werden Testmöglichkeiten dargelegt und Beziehungen zwischen den nichtlinearen Eigenschaften der Zeitreihe und deren Phasenspektrum erforscht. Das Phasensignal wird aus dem Phasenspektrum der Zeitreihe hergeleitet und registriert außerordentliche Geschehnisse im Zeitbereich sowie Phasenkopplungen im Frequenzbereich.   Die gewonnenen Erkenntnisse werden auf das Problem der Polbewegung angewendet. Die Hypothese einer nichtlinearen Beziehung zwischen der atmosphärischen Erregung und der Polbewegung wird untersucht. Eine nichtlineare Behandlung wird nicht für nötig gehalten.
N2  - In the nonlinear data analysis there is a popular Monte Carlo Test method due to Theiler (it was established about 10 years ago), the Theiler surrogate method, which tests whether a time series is of a linear origin. This method is being criticized, modified and generalized in this thesis. What Theiler wants to test, needs other surrogate methods, which are constructed here. And what Theiler really tests, does not need Monte Carlo methods. With the help of the concept of the phase signal, that is introduced here, other test options are possible. The phase signal helps also in investigating the relations between the nonlinear characteristics of the time series and their phase spectrum. The phase signal is derived from the phase spectrum of the time series and registers extraordinary events in the time domain as well as phase couplings in the frequency domain.   These theoretical approches are applied to the problem of polar motion. The hypothesis of a nonlinear relationship between the atmospheric excitation and the pole movement is examined. A nonlinear treatment is not considered necessary.
KW  - Nichtlineare Zeitreihenanalyse ; Signalanalyse - Polbewegung ; Chandler-Periode ; Nichtlineares Phänomen
KW  - nichtlineare Datenanalyse
KW  - Surrogatmethode
KW  - Phasenspektrum
KW  - Cepstrum
KW  - Theiler-Surrogate
KW  - Polbewegung
KW  - Phasengleichverteilung
KW  - nonlinear data analysis
KW  - surrogate method
KW  - phase spectrum
KW  - cepstrum
KW  - Theiler surrogates
KW  - polar motion
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000640
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kuhlbrodt, Till
T1  - Stability and variability of open-ocean deep convection in deterministic and stochastic simple models
N2  - Die Tiefenkonvektion ist ein wesentlicher Bestandteil der Zirkulation im Nordatlantik. Sie beeinflusst den nordwärtigen Wärmetransport der thermohalinen Zirkulation. Ein Verständnis ihrer Stabilität und Variabilität ist daher nötig, um Klimaveränderungen im Bereich des Nordatlantiks einschätzen zu können.   Diese Arbeit hat zum Ziel, das konzeptionelle Verständnis der Stabilität und der Variabilität der Tiefenkonvektion zu verbessern. Beobachtungsdaten aus der Labradorsee zeigen Phasen mit und ohne Tiefenkonvektion. Ein einfaches Modell mit zwei Boxen wird an diese Daten angepasst. Das Ergebnis legt nahe, dass die Labradorsee zwei koexistierende stabile Zustände hat, einen mit regelmäßiger Tiefenkonvektion und einen ohne Tiefenkonvektion. Diese Bistabilität ergibt sich aus einer positiven Salzgehalts-Rückkopplung, deren Ursache ein Netto-Süßwassereintrag in die Deckschicht ist. Der konvektive Zustand kann schnell instabil werden, wenn der mittlere Antrieb sich hin zu wärmeren oder weniger salzhaltigen Bedingungen ändert.   Die wetterbedingte Variabilität des externen Antriebs wird durch die Addition eines stochastischen Antriebsterms in das Modell eingebaut. Es zeigt sich, dass dann die Tiefenkonvektion häufig an- und wieder ausgeschaltet wird. Die mittlere Aufenthaltszeit in beiden Zuständen ist ein Maß ihrer stochastischen Stabilität. Die stochastische Stabilität hängt in glatter Weise von den Parametern des Antriebs ab, im Gegensatz zu der deterministischen (nichtstochastischen) Stabilität, die sich abrupt ändern kann. Sowohl das Mittel als auch die Varianz des stochastischen Antriebs beeinflussen die Häufigkeit von Tiefenkonvektion. Eine Abnahme der Konvektionshäufigkeit, als Reaktion auf eine Abnahme des Salzgehalts an der Oberfläche, kann zum Beispiel durch eine Zunahme der Variabilität in den Wärmeflüssen kompensiert werden.   Mit einem weiter vereinfachten Box-Modell werden einige Eigenschaften der stochastischen Stabilität analytisch untersucht. Es wird ein neuer Effekt beschrieben, die wandernde Monostabilität: Auch wenn die Tiefenkonvektion aufgrund geänderter Parameter des Antriebs kein stabiler Zustand mehr ist, kann der stochastische Antrieb immer noch häufig Konvektionsereignisse auslösen. Die analytischen Gleichungen zeigen explizit, wie die wandernde Monostabilität sowie andere Effekte von den Modellparametern abhängen. Diese Abhängigkeit ist für die mittleren Aufenthaltszeiten immer exponentiell, für die Wahrscheinlichkeit langer nichtkonvektiver Phasen dagegen nur dann, wenn diese Wahrscheinlichkeit gering ist. Es ist zu erwarten, dass wandernde Monostabilität auch in anderen Teilen des Klimasystems eine Rolle spielt.   Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass die Stabilität der Tiefenkonvektion in der Labradorsee sehr empfindlich auf den Antrieb reagiert. Die Rolle der Variabilität ist entscheidend für ein Verständnis dieser Empfindlichkeit. Kleine Änderungen im Antrieb können bereits die Häufigkeit von Tiefenkonvektionsereignissen deutlich mindern, was sich vermutlich stark auf das regionale Klima auswirkt.
N2  - Deep convection is an essential part of the circulation in the North Atlantic Ocean. It influences the northward heat transport achieved by the thermohaline circulation. Understanding its stability and variability is therefore necessary for assessing climatic changes in the area of the North Atlantic.   This thesis aims at improving the conceptual understanding of the stability and variability of deep convection. Observational data from the Labrador Sea show phases with and without deep convection. A simple two-box model is fitted to these data. The results suggest that the Labrador Sea has two coexisting stable states, one with regular deep convection and one without deep convection. This bistability arises from a positive salinity feedback that is due to the net freshwater input into the surface layer. The convecting state can easily become unstable if the mean forcing shifts to warmer or less saline conditions.   The weather-induced variability of the external forcing is included into the box model by adding a stochastic forcing term. It turns out that deep convection is then switched &quot;on&quot; and &quot;off&quot; frequently. The mean residence time in either state is a measure of its stochastic stability. The stochastic stability depends smoothly on the forcing parameters, in contrast to the deterministic (non-stochastic) stability which may change abruptly. The mean and the variance of the stochastic forcing both have an impact on the frequency of deep convection. For instance, a decline in convection frequency due to a surface freshening may be compensated for by an increased heat flux variability.   With a further simplified box model some stochastic stability features are studied analytically. A new effect is described, called wandering monostability: even if deep convection is not a stable state due to changed forcing parameters, the stochastic forcing can still trigger convection events frequently. The analytical expressions explicitly show how wandering monostability and other effects depend on the model parameters. This dependence is always exponential for the mean residence times, but for the probability of long nonconvecting phases it is exponential only if this probability is small. It is to be expected that wandering monostability is relevant in other parts of the climate system as well.   All in all, the results demonstrate that the stability of deep convection in the Labrador Sea reacts very sensitively to the forcing. The presence of variability is crucial for understanding this sensitivity. Small changes in the forcing can already significantly lower the frequency of deep convection events, which presumably strongly affects the regional climate. ----Anmerkung: Der Autor ist Träger des durch die Physikalische Gesellschaft zu Berlin vergebenen Carl-Ramsauer-Preises 2003 für die jeweils beste Dissertation der vier Universitäten Freie Universität Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin, Technische Universität Berlin und Universität Potsdam.
KW  - Labradorsee ; Thermohaline Konvektion ; Stochastisches Modell
KW  - Stochastische dynamische Systeme
KW  - Nichtlineare Dynamik
KW  - Bistabilität
KW  - Nordatlantik
KW  - Stochastic dynamical systems
KW  - Nonlinear dynamics
KW  - Bistability
KW  - North Atlantic
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000622
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sahlmann, Hanno
T1  - Coupling matter to loop quantum gravity
N2  - Motiviert durch neuere Vorschläge zur experimentellen Untersuchung von Quantengravitationseffekten werden in der vorliegenden Arbeit Annahmen und Methoden untersucht, die für die Vorhersagen solcher Effekte im Rahmen der Loop-Quantengravitation verwendet werden können. Dazu wird als Modellsystem ein skalares Feld, gekoppelt an das Gravitationsfeld, betrachtet.  Zunächst wird unter bestimmten Annahmen über die Dynamik des gekoppelten Systems eine Quantentheorie für das Skalarfeld vorgeschlagen. Unter der Annahme, dass sich das Gravitationsfeld in einem semiklassischen Zustand befindet, wird dann ein &quot;QFT auf gekrümmter Raumzeit-Limes&quot; dieser Theorie definiert. Im Gegensatz zur gewöhnlichen Quantenfeldtheorie auf gekrümmter Raumzeit beschreibt die Theorie in diesem Grenzfall jedoch ein quantisiertes Skalarfeld, das auf einem (klassisch beschriebenen) Zufallsgitter propagiert.  Sodann werden Methoden vorgeschlagen, den Niederenergieliemes einer solchen Gittertheorie, vor allem hinsichtlich der resultierenden modifizierten Dispersonsrelation, zu berechnen. Diese Methoden werden anhand von einfachen Modellsystemen untersucht.  Schließlich werden die entwickelten Methoden unter vereinfachenden Annahmen und der Benutzung einer speziellen Klasse von semiklassischen Zuständen angewandt, um Korrekturen zur Dispersionsrelation des skalaren und des elektromagnetischen Feldes im Rahmen der Loop-Quantengravitation zu berechnen. Diese Rechnungen haben vorläufigen Charakter, da viele Annahmen eingehen, deren Gültigkeit genauer untersucht werden muss. Zumindest zeigen sie aber Probleme und Möglichkeiten auf, im Rahmen der Loop-Quantengravitation Vorhersagen zu machen, die sich im Prinzip experimentell verifizieren lassen.
N2  - Motivated by recent proposals on the experimental detectability of quantum gravity effects, the present thesis investigates assumptions and methods which might be used for the prediction of such effects within the framework of loop quantum gravity. To this end, a scalar field coupled to gravity is considered as a model system.  Starting from certain assumptions about the dynamics of the coupled gravity-matter system, a quantum theory for the scalar field is proposed. Then, assuming that the gravitational field is in a semiclassical state, a &quot;QFT on curved space-time limit&quot; of this theory is defined. In contrast to ordinary quantum field theory on curved space-time however, in this limit the theory describes a quantum scalar field propagating on a (classical) random lattice.  Then, methods to obtain the low energy limit of such a lattice theory, especially regarding the resulting modified dispersion relations, are discussed and applied to simple model systems.  Finally, under certain simplifying assumptions, using the methods developed before as well as a specific class of semiclassical states, corrections to the dispersion relations for the scalar and the electromagnetic field are computed within the framework of loop quantum gravity. These calculations are of preliminary character, as many assumptions enter whose validity remains to be studied more thoroughly. However they exemplify the problems and possibilities of making predictions based on loop quantum gravity that are in principle testable by experiment.
KW  - Quantengravitation
KW  - Loop-Quantengravitation
KW  - semiklassische Zustände
KW  - Dispersionsrelationen
KW  - quantum gravity
KW  - loop quantum gravity
KW  - semiclassical states
KW  - dispersion relations
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000602
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TY  - THES
A1  - Franco González, Olga
T1  - Structural and spectroscopical study of crystals of 1,3,4-oxadiazole derivatives at high pressure
N2  - Die Suche nach neuen Materialien von technischem Interesse hat in den letzten Jahren neue Antriebe zu der Untersuchung organischer Verbindungen gegeben. Organische Substanzen haben viele Vorteile wie z.B. die Möglichkeit, ihre Eigenschaften durch verschiedene chemische und physikalische Techniken im Herstellung-Prozess für ein bestimmtes Ziel zu modifizieren. Oxadiazolverbindungen sind interessant aufgrund ihrer Nutzung als Material für Licht emittierende Dioden und Scintillatoren.   Die physikalischen Eigenschaften eines Festkörpers hängen von seiner Struktur ab. Unterschiedliche Strukturen entwickeln unterschiedliche intra- und intermolekülare Wechselwirkungen. Eine ausgezeichnete Weise, um sowohl die intra- als auch die intermolekularen Wechselwirkungen eines bestimmtes Stoffes zu beeinflussen, ohne seine chemischen Charakteristiken zu ändern, ist die Verwendung von hohem Druck.   Wir haben den Einfluss von hohem Druck und hoher Temperatur auf die super-molekulare Struktur einiger Oxadiazolverbindungen im kristallinem Zustand untersucht. Aus diesen Untersuchungsergebnissen wurde eine Zustandsgleichung für diese Kristalle bestimmt. Überdies wurden die spektroskopischen Eigenschaften dieser Materialien unter hohem Druck charakterisiert.
N2  - In recent years the search for new materials of technological interest has given new impulses to the study of organic compounds. Organic substances possess a great number of advantages such as the possibility to adjust their properties for a given purpose by different chemical and physical techniques in the preparation process. Oxadiazole derivatives are interesting due to their use as material for light emitting diodes (LED) as well as scintillators.   The physical properties of a solid depend on its structure. Different structures induce different intra- and intermolecular interactions. An advantageous method to modify the intra- as well as the intermolecular interactions of a given substance is the application of high pressure. Furthermore, using this method the chemical features of the compound are not influenced.  We have investigated the influence of high pressure and high temperature on the super-molecular structure of several oxadiazole derivatives in crystalline state. From the results of this investigation an equation of state for these crystals was determined. Furthermore, the spectroscopical features of these materials under high pressure were characterized.
KW  - Oxadiazolderivate ; Kristallstruktur ; Hochdruck ; UV-VIS-Spektroskopie ; Raman-Spektroskopie
KW  - Hochdruck
KW  - organische Kristalle
KW  - Kristallstruktur
KW  - Zustandsgleichung
KW  - UV-Vis Spektroskopie
KW  - Raman Streuung
KW  - high pressure
KW  - organic crystal
KW  - crystal structure
KW  - equation of state
KW  - UV-Vis spectroscopy
KW  - Raman scattering
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000572
ER  - 
TY  - THES
A1  - Imperia, Paolo
T1  - Localised states in organic semiconductors and their detection
N2  - In den letzten Jahren ist eine Vielzahl neuer organischer Polymere und niedermolekularer Verbindungen synthetisiert worden, die sich als aktive Komponente für Elektrolumineszenz-Bauelemente und andere elektronische Anwendungen eignen. Trotz der großen technologischen Bedeutung und des erheblichen Fortschrittes, der bei der Herstellung solcher Materialien erzielt worden ist, sind grundlegende physikalische Eigenschaften dieser Materialklassen noch nicht ausreichend erforscht. Insbesondere das Auftreten lokalisierter Zustände innerhalb der Bandlücke hat besondere Bedeutung für ihre elektronischen Eigenschaften. Sowohl die Präsenz dieser flachen traps (Fallen, Löcher) als auch der Einfluß der Herstellungsbedingungen auf die tiefen und flachen lokalisierten Zustände wurden bisher nicht systematisch untersucht. Thermische Techniken sind wichtige Methoden, um lokalisierte Niveaus in organischen und anorganischen Materialien zu erforschen. Themisch-Stimulierte Lumineszenz (TSL), Thermisch-Stimulierte Ströme (TSC) und Thermisch-Stimulierte Depolarisierte Ströme (TSDC) ermöglichen die Untersuchung flacher und tiefer traps; in Verbindung mit DiElektrischer Spektroskopie (DES) können außerdem Polarisations- und Depolarisationseffekte studiert werden. Mit Hilfe numerischer Simulationen haben wir die kinetischen Gleichungen erster und zweiter Ordnung untersucht, die sich durch schwaches bzw. starkes Wieder-Fangen beschreiben lassen. In diesen Gleichungen haben wir Gaussian-, exponentielle und quasi-kontinuierliche Verteilungen von lokalisierten Zustände berücksichtigt. Durch Veränderung der beiden wichtigsten Parameter (Tiefe der traps E und Häufigkeit) konnte die Form der thermischen Maxima untersucht werden. Auch die die Gaussian-Verteilung bestimmenden Faktoren wurden verändert.  Diese theoretischen Ergebnisse wurden auf die experimentellen Glow-Kurven angewandt. Dünne Filme aus polymeren und niedermolekularen Verbindungen (Polyphenylquinoxaline, Trisphenylquinoxaline und Oxadiazole), die wegen ihrer technologischen Bedeutung ausgewählt wurden, zeigen komplexes thermisches Verhalten. Insbesondere hoch geordnete Filme eines amphiphil substituierten 2-(p-nitrophenyl)-5-(p-undecylamidophenyl)-1,3,4-oxadiazols (NADPO) zeichnen sich durch komplexe TSL-Diagramme aus. Im Bereich von Em = 4 meV wurde eine Region flacher traps gefunden. Zwei weitere TSL-Maxima treten bei Tm = 221.5 K bzw. Tm = 254.2 K auf. Sie besitzen Aktivierungsenergien von Em= 0.63 eV bzw. Em = 0.66 eV, ihre Frequenzfaktoren betragen s = 2.4x1012 s-1 bzw. s = 1.85x1011 s-1, sie zeigen Breiten der Verteilung von s = 0.045 eV bzw. s = 0.088 eV.  Des weiteren zeigt diese Arbeit, daß die Form der Glow-Kurven stark von der Anregungstemperatur und vom thermischen Kreislauf beeinflußt wird.
N2  - New polymers and low molecular compounds, suitable for organic light emitting devices and organic electronic applications, have been synthesised in this years in order to obtain electron transport characteristics compatible with requirements for applications in real plastic devices. However, despite of the technological importance and of the relevant progress in devices manufacture, fundamental physical properties of such class of materials are still not enough studied. In particular extensive presence of distributions of localised states inside the band gap has a deep impact on their electronic properties. Such presence of shallow traps as well as the influence of the sample preparation conditions on deep and shallow localised states have not been, until now, systematically explored. The thermal techniques are powerful tools in order to study localised levels in inorganic and organic materials. Thermally stimulated luminescence (TSL), thermally stimulated currents (TSC) and thermally stimulated depolarisation currents (TSDC) allow to deeply look to shallow and deep trap levels as well as they permit to study, in synergy with dielectric spectroscopy (DES), polarisation and depolarisation effects.  We studied, by means of numerical simulations, the first and the second order kinetic equations characterised by negligible and strong re-trapping respectively. We included in the equations Gaussian, exponential and quasi-continuous distributions of localised states. The shapes of the theoretical peaks have been investigated by means of systematic variation of the two main parameters of the equations, i. e. the energy trap depth E and the frequency factor a and of the parameters regulating the distributions, in particular for a Gaussian distribution the distribution width s and the integration limits.  The theoretical findings have been applied to experimental glow curves. Thin films of polymers and low molecular compounds. Polyphenylquinoxalines, trisphenylquinoxalines and oxadiazoles, studied because of their technological relevance, show complex thermograms, having several levels of localised states and depolarisation peaks.  In particular well ordered films of an amphiphilic substituted 2-(p-nitrophenyl)-5-(p-undecylamidophenyl)-1,3,4-oxadiazole (NADPO) are characterised by rich TSL thermograms. A wide region of shallow traps, localised at Em = 4 meV, has been successfully fit by means of a first order kinetic equation having a Gaussian distribution of localised states.  Two further peaks, having a different origin, have been characterised. The peaks at Tm = 221.5 K and Tm = 254.2 have activation energy of Em= 0.63 eV and Em = 0.66 eV, frequency factor s = 2.4x1012 s-1 and s = 1.85x1011 s-1, distribution width s = 0.045 eV and s = 0.088 eV respectively.  Increasing the number of thermal cycle, a peak, probably connected with structural defects, appears at Tm = 197.7 K. The numerical analysis of this peak was performed by means of a first order equation containing a Gaussian distribution of traps. The activation energy of the trap level is centred at Em = 0.55 eV. The distribution is perfectly symmetric with a quite small width s = 0.028 eV. The frequency factor is s = 1.15 x 1012 s-1, resulting of the same order of magnitude of its neighbour peak at Tm = 221.5 K, having both, probably, the same origin. Furthermore the work demonstrates that the shape of the glow curves is strongly influenced by the excitation temperature and by the thermal cycles. For that reason Gaussian distributions of localised states can be confused with exponential distributions if the previous thermal history of the samples is not adequately considered.
KW  - Themisch-Stimulierte Lumineszenz
KW  - TSL
KW  - Verteilungen von lokalisierten Zustände
KW  - Thermally stimulated luminescence
KW  - TSL
KW  - distributions of localised states
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000477
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TY  - THES
A1  - Memola, Elisabetta
T1  - Magnetic jets from accretion disks : field structure and X-ray emission
N2  - Astrophysikalische Jets sind stark kollimierte Materieströmungen hoher Geschwindigkeit. Sie stehen im Zusammenhang mit einer Fülle verschiedener astrophysikalischer Objekte wie jungen Sternen, stellaren schwarzen Löchern ('Mikro-Quasare'), Galaxien mit aktivem Kern (AGN) und wahrscheinlich auch mit dem beobachteten intensiven Aufblitzen von Gamma-Strahlung (Gamma Ray Bursts). Insbesondere hat sich gezeigt, dass die Jets der Mikro-Quasare wahrscheinlich als kleinskalige Version der Jets der AGN anzusehen sind.   Neben den Beobachtungen haben vor allem auch theoretische Überlegungen gezeigt, dass Magnetfelder bei der Jetentstehung, -beschleunigung und -kollimation eine wichtige Rolle spielen. Weiterhin scheinen Jets systematisch verknüpft zu sein mit dem Vorhandensein einer Akkretionsscheibe um das zentrale Objekt. Insbesondere wenn ein schwarzes Loch den Zentralkörper darstellt, ist die umgebende Akkretionsscheibe der einzig mögliche Ort um Magnetfeld erzeugen zu können.   Wir sind speziell interessiert am Entstehungsprozess hoch relativistischer Jets wie sie bei Mikro-Quasaren und AGN beobachtet werden. Insbesondere untersuchen wir die Region, in der der Jet kollimiert, eine Region, deren räumliche Ausdehnung extrem klein ist selbst im Vergleich zur Auflösung der Radioteleskope. Dies ist ein Grund, wieso zum heutigen Zeitpunkt für die meisten Quellen die theoretische Modellierung die einzige Möglichkeit darstellt, um Information über die physikalischen Prozesse in der innersten Region der Jetentstehung zu erhalten.   Uns ist es zum ersten Mal gelungen, die globale zwei-dimensionale Magnetfeldstruktur stationärer, axialsymmetrischer, relativistischer und stark magnetisierter (kräfte-freier) Jets zu berechnen, die zum einen asymptotisch in einen zylindrischen Jet kollimieren, zum anderen aber in einer differential rotierenden Akkretionsscheibe verankert sind. Damit erlaubt dieser Ansatz eine physikalische Verkn&#168;upfung zwischen Akkretionsscheibe und dem asymptotischen Jet. Nimmt man also an, dass die Fußpunkte der Magnetfeldlinien mit Keplergeschwindigkeit rotieren, so kann man eine direkte Skalierung der Jetmagnetosphere mit der Größe des Zentralobjektes erhalten. Unsere Resultate zeigen eine gute Übereinstimmung zwischen unserem Modell und Beobachtungen des Jets von M87.   Für das Beispiel eines relativistischen Mikroquasarjets haben wir die Röntgenemission im Bereich von 0.2-10.1 keV berechnet. Dafür haben wir in der Literatur aus den relativistischen magnetohydrodynamischen Gleichungen berechnete Jetgrößen (Dichte-, Geschwindigkeits-, und Temperaturprofil) verwendet und das Spektrum für jeden Punkt entlang der Jetströmung abgeleitet. Das theoretische thermische Röntgenspektrum des innersten, heißen Teils des Jets erhalten wir zusammengesetzt aus den spektralen Anteilen der einzelnen Volumenelemente entlang des Jets. Um relativistische Effekte wie Dopplerverschiebung und -verstärkung (boosting) aufgrund der Jetbewegung zu untersuchen, haben wir für verschiedene Inklinationswinkel des Jets zur Sichtlinie berechnet, wie die erhaltenen Spektren davon beeinflusst werden.   Unsere Spektren zeigen deutlich die hochionisierten Eisen-Emissionslinien, die in den galaktischen Mikroquasaren GRS 1915+105 und XTE J1748-288 andeutungsweise beobachtet wurden. Eine Dopplerverschiebung dieser Linien ist in unseren Spektren deutlichzu sehen. Da die innerste, Röntgenstrahlung emittierende Region des magnetohydrodynamischen Jets allerdings noch unkollimiert ist, spielt Dopplerboosting in unseren Spektren, abhängig vom Sichtwinkel, keine große Rolle. Mit unseren Resultaten konnte zum ersten Mal ein Röntgenspektrum gewonnen werden, das auf der numerischen Lösung eines magnetohydrodynamischen Jets beruht.
N2  - Jets are highly collimated flows of matter. They are present in a large variety of astrophysical sources: young stars, stellar mass black holes (microquasars), galaxies with an active nucleus (AGN) and presumably also intense flashes of gamma-rays. In particular, the jets of microquasars, powered by accretion disks, are probably small-scale versions of the outflows from AGN.   Beside observations of astrophysical jet sources, also theoretical considerations have shown that magnetic fields play an important role in jet formation, acceleration and collimation. Collimated jets seem to be systematically associated with the presence of an accretion disk around a star or a collapsed object. If the central object is a black hole, the surrounding accretion disk is the only possible location for a magnetic field generation.   We are interested in the formation process of highly relativistic jets as observed from microquasars and AGN. We theoretically investigate the jet collimation region, whose physical dimensions are extremely tiny even compared to radio telescopes spatial resolution. Thus, for most of the jet sources, global theoretical models are, at the moment, the only possibility to gain information about the physical processes in the innermost jet region.  For the first time, we determine the global two-dimensional field structure of stationary, axisymmetric, relativistic, strongly magnetized (force-free) jets collimating into an asymptotically cylindrical jet (taken as boundary condition) and anchored into a differentially rotating accretion disk. This approach allows for a direct connection between the accretion disk and the asymptotic collimated jet. Therefore, assuming that the foot points of the field lines are rotating with Keplerian speed, we are able to achieve a direct scaling of the jet magnetosphere in terms of the size of the central object. We find a close compatibility between the results of our model and radio observations of the M87 galaxy innermost jet.  We also calculate the X-ray emission in the energy range 0.2--10.1\,keV from a microquasar relativistic jet close to its source of 5 solar masses. In order to do it, we apply the jet flow parameters (densities, velocities, temperatures of each volume element along the collimating jet) derived in the literature from the relativistic magnetohydrodynamic equations. We obtain theoretical thermal X-ray spectra of the innermost jet as composition of the spectral contributions of the single volume elements along the jet. Since relativistic effects as Doppler shift and Doppler boosting due to the motion of jets toward us might be important, we investigate how the spectra are affected by them considering different inclinations of the line of sight to the jet axis.   Emission lines of highly ionized iron are clearly visible in our spectra, probably also observed in the Galactic microquasars GRS 1915+105 and XTE J1748-288. The Doppler shift of the emission lines is always evident. Due to the chosen geometry of the magnetohydrodynamic jet, the inner X-ray emitting part is not yet collimated. Ergo, depending on the viewing angle, the Doppler boosting does not play a major role in the total spectra. This is the first time that X-ray spectra have been calculated from the numerical solution of a magnetohydrodynamic jet.
KW  - MHD ; Röntgenstrahlung ; Jets ; AGN ; Mikro-Quasare
KW  - MHD ; X-rays ; Jets ; AGN ; Microquasars
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000458
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TY  - THES
A1  - Kraut, Suso
T1  - Multistable systems under the influence of noise
N2  - Nichtlineare multistabile Systeme unter dem Einfluss von Rauschen weisen vielschichtige dynamische Eigenschaften auf.  Ein mittleres Rauschlevel zeitigt ein Springen zwischen den metastabilen Zustaenden.  Dieser “attractor-hopping” Prozess ist gekennzeichnet durch laminare Bewegung in der Naehe von Attraktoren und erratische Bewegung, die sich auf chaotischen Satteln abspielt, welche in die fraktalen Einzugsgebietsgrenzen eingebettet sind. Er hat rauschinduziertes Chaos zur Folge.  Bei der Untersuchung der dissipativen Standardabbildung wurde das Phaenomen der Praeferenz von Attraktoren durch die Wirkung des Rauschens gefunden. Dies bedeutet, dass einige Attraktoren eine groessere Wahrscheinlichkeit erhalten aufzutreten, als dies fuer das rauschfreie System der Fall waere. Bei einer bestimmten Rauschstaerke ist diese Bevorzugung maximal.  Andere Attraktoren werden aufgrund des Rauschens weniger oft angelaufen. Bei einer entsprechend hohen Rauschstaerke werden sie komplett ausgeloescht.  Die Komplexitaet des Sprungprozesses wird fuer das Modell zweier gekoppelter logistischer Abbildungen mit symbolischer Dynamik untersucht.  Bei Variation eines Parameters steigt an einem bestimmten Wert des Parameters die topologische Entropie steil an, die neben der Shannon Entropie als Komplexitaetsmass verwendet wird. Dieser Anstieg wird auf eine neuartige Bifurkation von chaotischen Satteln zurueckgefuehrt, die in einem Verschmelzen zweier Sattel besteht und durch einen “Snap-back”-Repellor vermittelt wird.  Skalierungsgesetze sowohl der Verweilzeit auf einem der zuvor getrennten Teile des Sattels als auch des Wachsens der fraktalen Dimension des entstandenen Sattels beschreiben diese neuartige Bifurkation genauer.  Wenn ein chaotischer Sattel eingebettet in der offenen Umgebung eines Einzugsgebietes eines metastabilen Zustandes liegt, fuehrt das zu einer deutlichen Senkung der Schwelle des rauschinduzierten Tunnelns.  Dies wird anhand der Ikeda-Abbildung, die ein Lasersystem mit einer zeitverzoegerden Interferenz beschreibt, demonstriert. Dieses Resultat wird unter Verwendung der Theorie der Quasipotentiale erzielt.  Sowohl dieser Effekt, die Senkung der Schwelle für rauschinduziertes Tunneln aus einem metastabilen Zustand durch einen chaotischen Sattel, als auch die beiden Skalierungsgesteze sind von experimenteller Relevanz.
N2  - Nonlinear multistable systems under the influence of noise exhibit a plethora of interesting dynamical properties. A medium noise level causes hopping between the metastable states. This attractorhopping process is characterized through laminar motion in the vicinity of the attractors and erratic motion taking place on chaotic saddles, which are embedded in the fractal basin boundary. This leads to noise-induced chaos. The investigation of the dissipative standard map showed the phenomenon of preference of attractors through the noise. It means, that some attractors get a larger probability of occurrence than in the noisefree system. For a certain noise level this prefernce achieves a maximum. Other attractors are occur less often. For sufficiently high noise they are completely extinguished. The complexity of the hopping process is examined for a model of two coupled logistic maps employing symbolic dynamics. With the variation of a parameter the topological entropy, which is used together with the Shannon entropy as a measure of complexity, rises sharply at a certain value. This increase is explained by a novel saddle merging bifurcation, which is mediated by a snapback repellor. Scaling laws of the average time spend on one of the formerly disconnected parts and of the fractal dimension of the connected saddle describe this bifurcation in more detail. If a chaotic saddle is embedded in the open neighborhood of the basin of attraction of a metastable state, the required escape energy is lowered. This enhancement of noise-induced escape is demonstrated for the Ikeda map, which models a laser system with time-delayed feedback. The result is gained using the theory of quasipotentials. This effect, as well as the two scaling laws for the saddle merging bifurcation, are of experimental relevance.
KW  - Multistabilität
KW  - Rauschen
KW  - Nichtlineare Systeme
KW  - Chaotische Sattel
KW  - Multistability
KW  - noise
KW  - nonlinear systems
KW  - chaotic saddle
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000424
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TY  - THES
A1  - Schmoll, Jürgen
T1  - 3D-Spektrofotometrie extragalaktischer Emissionslinienobjekte
N2  - Populärwissenschaftlicher Abstract:   Bislang gibt es in der beobachtenden optischen Astronomie zwei verschiedene Herangehensweisen: Einerseits werden Objekte durch Kameras abbildend erfaßt, andererseits werden durch die wellenlängenabhängige Zerlegung ihres Lichtes Spektren gewonnen. Das Integral - Field - Verfahren ist eine relativ neue Technik, welche die genannten Beobachtungsmethoden vereint. Das Objektbild im Teleskopfokus wird in räumlich zerlegt und jedes Ortselement einem gemeinsamen Spektrografen zugeführt. Hierdurch wird das Objekt nicht nur zweidimensional räumlich erfaßt, sondern zusätzlich die spektrale Kompenente als dritte Dimension erhalten, weswegen das Verfahren auch als 3D-Methode bezeichnet wird. Anschaulich kann man sich das Datenresultat als eine Abbildung vorstellen, in der jeder einzelne Bildpunkt nicht mehr nur einen Intensitätswert enthält, sondern gleich ein ganzes Spektrum. Diese Technik ermöglicht es, ausgedehnte Objekte im Unterschied zu gängigen Spaltspektrografen komplett zu erfassen. Die besondere Stärke der Methode ist die Möglichkeit, die Hintergrundkontamination der unmittelbaren Umgebung des Objektes zu erfassen und in der Auswertung zu berücksichtigen. Durch diese Fähigkeit erscheint die 3D-Methode prädestiniert für den durch moderne Großteleskope erschlossenen Bereich der extragalaktischen Stellarastronomie. Die detaillierte Untersuchung aufgelöster stellare Populationen in nahegelegenen Galaxien ist erst seit kurzer Zeit dank der Fortschritte mit modernen Grossteleskopen und fortschrittlicher Instrumentierung möglich geworden. Wegen der Bedeutung für die Entstehung und Evolution von Galaxien werden diese Arbeiten zukünftig weiter an Bedeutung gewinnen.  In der vorliegenden Arbeit wurde die Integral-Field-Spektroskopie an zwei planetarischen Nebeln in der nächstgelegenen großen Spiralgalaxie M31 (NGC 224) getestet, deren Helligkeiten und Koordinaten aus einer Durchmusterung vorlagen. Hierzu wurden Beobachtungen mit dem MPFS-Instrument am russischen 6m - Teleskop in Selentschuk/Kaukasus sowie mit INTEGRAL/WYFFOS am englischen William-Herschel-Teleskop auf La Palma gewonnen. Ein überraschendes Ergebnis war, daß eins der beiden Objekte falsch klassifiziert wurde. Sowohl die meßbare räumliche Ausdehnung des Objektes als auch das spektrale Erscheinungsbild schlossen die Identität mit einem planetarischen Nebel aus. Mit hoher Wahrscheinlichkeit handelt es sich um einen Supernovaüberrest, zumal im Rahmen der Fehler an gleicher Stelle eine vom Röntgensatelliten ROSAT detektierte Röntgenquelle liegt.  Die in diesem Projekt verwendeten Integral-Field-Instrumente wiesen zwei verschiedene Bauweisen auf, die sich miteinander vergleichen ließen. Ein Hauptkritikpunkt der verwendeten Instrumente war ihre geringe Lichtausbeute. Die gesammelten Erfahrung fanden Eingang in das Konzept des derzeit in Potsdam in der Fertigung befindlichen 3D-Instruments PMAS (Potsdamer Multi - Apertur - Spektrophotometer), welcher zunächst für das 3.5m-Teleskop des Calar - Alto - Observatoriums in Südspanien vorgesehen ist. Um die Effizienz dieses Instrumentes zu verbessern, wurde in dieser Arbeit die Kopplung der zum Bildrasterung verwendeten Optik zu den Lichtleitfasern im Labor untersucht. Die Untersuchungen zur Maximierung von Lichtausbeute und Stabilität zeigen, daß sich die Effizienz durch Auswahl einer geeigneten Koppelmethode um etwa 20 Prozent steigern lässt.
N2  - Popular scientific abstract:   Currently there are two different approaches in the observational optical astronomy: On the first hand objects are imaged with cameras, on the other hand spectra are produced. The integral-field-technique is a relatively new way to combine both branches. The object image in the telecopes focus is sampled spatially and each spatial bin assigned to a spectrograph. Hence the object is not only sampled spatially but the spectral component is achieved as a third dimension, so the name 3D-Method. The result is like an image but each point consists of a whole spectrum. The use of this technique is to sample objects completely in contrast to standard slit spectroscopy. The strength of this method is to deal with high background light contamination. So the 3D method looks convincing for the new branch of extragalactic stellar astronomy with modern large telescopes. The detailled investigation of spatially resolved extragalactic populations in nearby galaxies is a rather new topic demanding newest telescopes and instrumentation. These investigations are very important in future to understand the origin and evolution of galaxies.  In this thesis the Integral-Field-Spectroscopy was tested for two planetary nebulae in the Andromeda galaxy M31. Observations have been made using the MPFS on the Russian 6m telescope and the INTEGRAL/WYFFOS setup on the 4.2m WHT on La Palma. A surprising result was that one of the two objects was wrongly identified as a planetary nebula. The spatial extension and spectral details excluded this object class. With high probability this object is a supernova remnant.  The integral-field-instruments used in this thesis had different technical layouts, which were to compare to each other. The main critics is the poor efficiency of both devices. The experience made was utilized to optimize the concept of the recently developed 3D-instrument PMAS (Potsdam Multi- Aperture Spectrophotometer). PMAS will be used for the 3.5 m telescope at the Calar Alto observatory. To improve efficiency, the coupling of the optical fibers used to sample the object and guide the light into the spectrograph was optimized in the laboratory. This investigations showed that an increase of the coupling efficiency by about 20 percent is possible by using immersion coupling between fibers and lenses.
KW  - Ortsauflösende Spektrofotometrie
KW  - extragalaktische Stellarastronomie
KW  - Integral field spectroscopy
KW  - extragalactic stellar astronomy
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000372
ER  - 
TY  - THES
A1  - Topaj, Dmitri
T1  - Synchronization transitions in complex systems
N2  - Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung generischer Synchronisierungsphänomene in interagierenden komplexen Systemen. Diese Phänomene werden u.a. in gekoppelten deterministischen chaotischen Systemen beobachtet. Bei sehr schwachen Interaktionen zwischen individuellen Systemen kann ein Übergang zum schwach kohärenten Verhalten der Systeme stattfinden. In gekoppelten zeitkontinuierlichen chaotischen Systemen manifestiert sich dieser Übergang durch den Effekt der Phasensynchronisierung, in gekoppelten chaotischen zeitdiskreten Systemen durch den Effekt eines nichtverschwindenden makroskopischen Feldes. Der Übergang zur Kohärenz in einer Kette lokal gekoppelter Oszillatoren, beschrieben durch Phasengleichungen, wird im Bezug auf die Symmetrien des Systems untersucht. Es wird gezeigt, daß die durch die Symmetrien verursachte Reversibilität des Systems nichttriviale topologische Eigenschaften der Trajektorien bedingt, so daß das als dissipativ konstruierte System in einem ganzen Parameterbereich quasi-Hamiltonische Züge aufweist, d.h. das Phasenvolumen ist im Schnitt erhalten, und die Lyapunov-Exponenten sind paarweise symmetrisch. Der Übergang zur Kohärenz in einem Ensemble global gekoppelter chaotischer Abbildungen wird durch den Verlust der Stabilität des entkoppelten Zustandes beschrieben. Die entwickelte Methode besteht darin, die Selbstkonsistenz des makroskopischen Feldes aufzuheben, und das Ensemble in Analogie mit einem Verstärkerschaltkreis mit Rückkopplung durch eine komplexe lineare Übertragungssfunktion zu charakterisieren. Diese Theorie wird anschließend für einige theoretisch interessanten Fälle verallgemeinert.
N2  - Subject of this work is the investigation of generic synchronization phenomena in interacting complex systems. These phenomena are observed, among all, in coupled deterministic chaotic systems. At very weak interactions between individual systems a transition to a weakly coherent behavior of the systems can take place. In coupled continuous time chaotic systems this transition manifests itself with the effect of phase synchronization, in coupled chaotic discrete time systems with the effect of non-vanishing macroscopic mean field. Transition to coherence in a chain of locally coupled oscillators described with phase equations is investigated with respect to the symmetries in the system. It is shown that the reversibility of the system caused by these symmetries results to non-trivial topological properties of trajectories so that the system constructed to be dissipative reveals in a whole parameter range quasi-Hamiltonian features, i.e. the phase volume is conserved on average and Lyapunov exponents come in symmetric pairs. Transition to coherence in an ensemble of globally coupled chaotic maps is described with the loss of stability of the disordered state. The method is to break the self-consistensy of the macroscopic field and to characterize the ensemble in analogy to an amplifier circuit with feedback with a complex linear transfer function. This theory is then generalized for several cases of theoretic interest.
KW  - Synchronisierung
KW  - komplex
KW  - System
KW  - komplexe Systeme
KW  - gekoppelt
KW  - chaotisch
KW  - Chaos
KW  - Interaktion
KW  - Übergang
KW  - P hasensynchronisierung
KW  - Phase
KW  - Feld
KW  - Effekt
KW  - synchronization
KW  - complex
KW  - system
KW  - complex systems
KW  - coupled
KW  - chaotic
KW  - chaos
KW  - interaction
KW  - transition
KW  - phase
KW  - phase synchronization
KW  - field
KW  - meanfield
KW  - o
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000367
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TY  - THES
A1  - Ahlers, Volker
T1  - Scaling and synchronization in deterministic and stochastic nonlinear dynamical systems
N2  - Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung universeller Skalengesetze, die in gekoppelten chaotischen Systemen beobachtet werden. Ergebnisse werden erzielt durch das Ersetzen der chaotischen Fluktuationen in der Störungsdynamik durch stochastische Prozesse.   Zunächst wird ein zeitkontinuierliches stochastisches Modell fürschwach gekoppelte chaotische Systeme eingeführt, um die Skalierung der Lyapunov-Exponenten mit der Kopplungsstärke (coupling sensitivity of chaos) zu untersuchen. Mit Hilfe der Fokker-Planck-Gleichung werden Skalengesetze hergeleitet, die von Ergebnissen numerischer Simulationen bestätigt werden.   Anschließend wird der neuartige Effekt der vermiedenen Kreuzung von Lyapunov-Exponenten schwach gekoppelter ungeordneter chaotischer Systeme beschrieben, der qualitativ der Abstoßung zwischen Energieniveaus in Quantensystemen ähnelt. Unter Benutzung der für die coupling sensitivity of chaos gewonnenen Skalengesetze wird ein asymptotischer Ausdruck für die Verteilungsfunktion kleiner Abstände zwischen Lyapunov-Exponenten hergeleitet und mit Ergebnissen numerischer Simulationen verglichen.  Schließlich wird gezeigt, dass der Synchronisationsübergang in starkgekoppelten räumlich ausgedehnten chaotischen Systemen einem kontinuierlichen Phasenübergang entspricht, mit der Kopplungsstärke und dem Synchronisationsfehler als Kontroll- beziehungsweise Ordnungsparameter. Unter Benutzung von Ergebnissen numerischer Simulationen sowie theoretischen Überlegungen anhand einer partiellen Differentialgleichung mit multiplikativem Rauschen werden die Universalitätsklassen der zwei beobachteten Übergangsarten bestimmt (Kardar-Parisi-Zhang-Gleichung mit Sättigungsterm, gerichtete Perkolation).
N2  - Subject of this work is the investigation of universal scaling laws which are observed in coupled chaotic systems. Progress is made by replacing the chaotic fluctuations in the perturbation dynamics by stochastic processes.   First, a continuous-time stochastic model for weakly coupled chaotic systems is introduced to study the scaling of the Lyapunov exponents with the coupling strength (coupling sensitivity of chaos). By means of the the Fokker-Planck equation scaling relations are derived, which are confirmed by results of numerical simulations.   Next, the new effect of avoided crossing of Lyapunov exponents of weakly coupled disordered chaotic systems is described, which is qualitatively similar to the energy level repulsion in quantum systems. Using the scaling relations obtained for the coupling sensitivity of chaos, an asymptotic expression for the distribution function of small spacings between Lyapunov exponents is derived and compared with results of numerical simulations.   Finally, the synchronization transition in strongly coupled spatially extended chaotic systems is shown to resemble a continuous phase transition, with the coupling strength and the synchronization error as control and order parameter, respectively. Using results of numerical simulations and theoretical considerations in terms of a multiplicative noise partial differential equation, the universality classes of the observed two types of transition are determined (Kardar-Parisi-Zhang equation with saturating term, directed percolation).
KW  - Nichtlineare Dynamik
KW  - Chaostheorie
KW  - Stochastische Prozesse
KW  - Synchronisation
KW  - nonlinear dynamics
KW  - chaos
KW  - stochastic processes
KW  - synchronization
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000320
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A1  - Mikat, Jürgen E. R.
T1  - Optische und schwingungsspektroskopische Hochdruckuntersuchungen von Ladungsträgereigenschaften in herkömmlich und nach der Template-Methode synthetisierten leitfähigen Polypyrrolschichten
N2  - Chemisch dotiertes Polypyrrol gilt als Modellsubstanz für leitfähige Polymere mit nichtdegeneriertem Grundzustand. Das elektrische Transportverhalten in dotiertem Polypyrrol wird durch lokalisierte Ladungsträger, Bipolaronen und Polaronen, bestimmt. Es besteht dabei eine enge gegenseitige Wechselwirkung zwischen der Struktur der Polymerkette und den Eigenschaften der Ladungsträger. Die in dieser Arbeit vorgestellte Kombination von Hochdruckmethodik und optischer Spektroskopie vertieft das Verständnis der Beziehung zwischen der molekularen und supramolekularen Struktur und den elektronischen und optischen Eigenschaften. Durch spezifische Synthesemethoden lassen sich unterschiedliche Strukturen in der polymeren Probe induzieren, die sich durch den Anteil an hochgeordneten Polymerketten unterscheiden. Die gezielte Veränderung dieser Strukturen durch Druckexperimente ermöglicht das Studium des Einflusses der Synthesemethoden auf die Ladungsträgereigenschaften. Für diese Studien wurden herkömmlich synthetisierte Polypyrrol-Filme und Filme, die sich aus Polypyrrol-Nanoröhren zusammensetzen (Synthese in Kernspur-membranen, &quot;Template-Synthese&quot;) bei ansonsten gleichen Syntheseparametern untersucht. Raman- und Infrarotspektroskopie sowie UV-Vis-NIR-Absorptionsspektroskopie, die jeweils für die Hochdruckmethodik adaptiert wurden, dienten der Charakterisierung der Proben. Zusätzlich wurden temperatur- und druckabhängige Messungen des elektrischen Widerstands an den Template-Proben durchgeführt. Die Morphologie template-synthetisierter Polypyrrol-Nanoröhren und die filmbildenden Eigenschaften sowie der mögliche Aufbau von Schichtarchitekturen wurden mit transmissions- und rasterelektronenmikroskopischen Techniken untersucht.  Die aus den Hochdruckexperimenten gewonnenen Daten werden in der Arbeit im Hinblick auf die Stabilität der Ladungsträger interpretiert. Im Ergebnis bewirkt die Druckerhöhung eine Dissoziation der Bipolaronen in den untersuchten Proben. Das Ladungsträger-gleichgewicht verschiebt sich dadurch mit steigendem Druck zu Zuständen mit höherem Anteil an polaronischen Ladungsträgern. Die Template-Synthese bewirkt gegenüber herkömmlich synthetisierten Proben einen höheren Anteil an Polaronen bereits bei Normaldruck, und eine Lage des Systems näher bei einem Isolator-Metall-Übergang. Die Dissoziationsrate der Bipolaronen ist für Template- und herkömmlich synthetisierte Proben vergleichbar groß und unabhängig vom Initialzustand nach der Synthese.   Dieses Verhalten der Ladungsträger wird weitergehend im Rahmen eines Modells untersucht, bei dem der Einfluß benachbarter Polymerketten und der Dotandionen berücksichtigt wird. Dementsprechend können sich die Wellenfunktionen der Ladungsträger unter bestimmten Bedingungen auch auf benachbarte Ketten erstrecken (transversale Polaronen bzw. Bipolaronen). Eine solche Ausdehnung der Wellenfunktionen unter Mitwirkung der Dotandionen wurde in den untersuchten Proben nicht festgestellt. Die Wellenfunktionen der Ladungsträger besitzen demnach hauptsächlich Komponenten entlang der Polymerkette (longitudinale Polaronen bzw. Bipolaronen). Aus der Änderungsrate druckabhängiger spektraler Charakteristiken lassen sich Aussagen über den Ordnungszustand der Probe ableiten.  Diese auf experimentellem Wege gefundenen Ergebnisse liefern somit Hinweise für die bisher kontrovers diskutierte Koexistenz der beiden Ladungsträgerarten Polaronen und Bipolaronen und die Größe ihrer jeweiligen Bindungsenergien. Druckerhöhung und Template-Synthese bewirken analoge Änderungen der Polymerstruktur. Sowohl höherer Druck wie auch die Template-Synthese lassen sich mit einem höheren Ordnungsgrad in den Template-Proben korrelieren.  Der Ladungstransport in den Proben kann durch ein Mott Variable Range Hopping-Modell mit druckabhängiger charakteristischer Dimension beschrieben werden. Die Erhöhung des Drucks bewirkt einen Anstieg der Dimension, eine bessere Überlappung der Wellenfunktionen der Ladungsträger und eine Vergrößerung der Lokalisierungslänge der Ladungsträger. Die druckinduzierte Dissoziation der Bipolaronen beeinflußt den Ladungstransport zusätzlich durch Erhöhung der Anzahl unabhängiger Ladungsträger und verbessert diesen aufgrund stärkerer Überlappung der Wellenfunktionen. Template-Proben niedriger Synthesetemperatur zeigen bei Normaldruck eine höhere Dimension des Mott Variable Range Hoppings und eine größere Lokalisierungslänge gegenüber bei Raumtemperatur synthetisierten Proben. Kürzere Synthesezeiten bewirken einen Anstieg der Dimension bei Normaldruck und eine Verschiebung des Dimensionscrossovers zu niedrigeren Temperaturen. Template-Proben kurzer Synthesezeit zeigen geringere druckinduzierte Änderungen als solche mit langer Synthesezeit. Es wurde ein kontinuierliches Ordnungsmodell der Polypyrrol-Nanoröhren entwickelt, das dieses Verhalten beschreibt.  Die Morphologie und die mechanischen Eigenschaften der Nanoröhren werden durch spezifische Syntheseparameter, wie Temperatur und Dauer, beeinflußt und können mit Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie beobachtet werden. Die filmbildenden Eigenschaften der Röhren hängen stark von diesen mechanischen Eigenschaften ab. Die Struktur der Filme kann dabei von einer unregelmäßigen Anordnung der Röhren bis zu nahezu parallel ausgerichteten Röhren variieren. Es wurden Möglichkeiten untersucht, die Röhren in den Filmen zu orientieren und aus diesen Filmen durch Schichtung makroskopische Architekturen mit einem hohen Grad an orientierten Röhren aufzubauen. Solche Architekturen können für verschiedene Anwendungen, z.B. in elektronischen Bauteilen oder mikroskopischen Bioreaktoren, von Interesse sein.
N2  - Chemically doped polypyrrole is a model substance for conducting polymers with non-degenerate ground state. The electrical transport behaviour in doped polypyrrole is determined by localised charge carriers, polarons and bipolarons, respectively. A strong interaction between the structure of the polymer chain and the properties of the carriers exists. In this work the applicability of the combination of high pressure techniques with spectroscopy in the visible spectral range is demonstrated to improve the understanding of the relationship between the molecular and supramolecular structure and the electronic and optical properties.  The use of specific synthesis methods allows the induction of different structures in the polymeric sample. These structures possess different amounts of highly ordered polymer chains. High pressure experiments are a suitable method to influence the structures in a controlled manner. In this way the effect of the different synthesis methods on the charge carrier properties can be studied. For these investigations polypyrrole films synthesised by ordinary chemical synthesis and films build up of template synthesised polypyrrole nanotubules, respectively, were fabricated under the same chemical synthesis conditions. The characterisation of the samples was carried out by Raman and infrared spectroscopy as well as optical absorption spectroscopy. All spectroscopic methods were adapted for high pressure techniques. Additionally, temperature and pressure dependent measurements of the electrical resistance were performed on the template synthesised samples. The morphology of polypyrrole nanotubules and films consisting of nanotubules as well as architectures built up from these films were examined by transmission and scanning electron microscopy.  The data obtained from the high pressure experiments are interpreted in view of the stability of the charge carriers. One result is the dissoziation of bipolarons upon pressure increase in the samples under investigation with increasing pressure. The charge carrier equilibrium is shifted to states with larger amount of polarons. Template synthesis, compared with ordinarily synthesised samples, results in a larger amount of polarons at ambient pressure and a position of the samples closer to an insulator-metal transition. The dissoziation rate of bipolarons in template and ordinary synthesised samples is comparable and independent of the initial state after completed synthesis procedure.  This behaviour of the charge carriers is further investigated in the frame of a model which takes the influence of neighbouring polymer chains and of dopant ions into considerations. According to this model, the wave functions of the charge carriers are also allowed to extend on neighboured chains under certain conditions (transverse polarons or bipolarons, respectively). Such an expansion of the wave functions where dopant ions act as mediating bridges of lower potential cannot be observed in the samples under investigation. Hence, the wave functions of the charge carriers contain mainly components along the polymer chain (longitudinal polarons or bipolarons, respectively). From the alteration rate of pressure dependent spectral characteristics information can be gained on the state of order in the samples.  These experimental results deliver hints for the up to now controversial discussion on the coexistence of the charge carrier species polarons and bipolarons and the magnitude of their binding energies. Pressure increase and template synthesis yield analogous changes of the polymer structure. High pressure as well as template synthesis can be correlated with a higher degree of order in the samples.   The charge carrier transport in the samples can be described by a Mott Variable Range Hopping model with a pressure dependent characteristic dimension. The increase of pressure results in an increasing dimension, a larger overlap of the wave function of the charge carriers and an increase of their localisation length. Additionally, pressure induced dissoziation of bipolarons improves the charge carrier transport by increasing the amount of independent charge carriers and larger overlap of the wave functions. Template synthesised samples prepared at lower synthesis temperature show a higher dimension of the Mott Variable Range Hopping and a larger localisation length than samples synthesised at room temperature. Shorter synthesis time results in an increase of the characteristic dimension at ambient pressure and a shift of the dimensional crossover to lower temperatures. Also, these samples show smaller pressure induced changes compared to samples with longer synthesis time. A model is developed describing this behaviour in the frame of a continuous order change in polypyrrole nanotubules.  The morphology and the mechanical properties of the template synthesised nanotubules are influenced by specific synthesis parameters, e.g. temperature and duration, as can be observed by transmission and scanning electron microscopy. The resulting films formed by the tubules strongly depend on these mechanical properties. The structure of the films can vary between disordered arrangement and almost parallel orientation of the tubules. The possibilities for orienting of the individual tubules in films and for building macroscopic architectures by subsequent stacking of those films were investigated. Such architectures are interesting from an application point of view e.g. in electronic devices and microscopic bioreactors.
KW  - leitfähige Polymere
KW  - Hochdruck
KW  - Schwingungsspektroskopie
KW  - Absorptionsspektroskopie
KW  - Transmissionselektronenmikroskopie
KW  - Polypyrrol
KW  - Ladungsträger
KW  - P
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000069
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TY  - THES
A1  - Stanke, Thomas
T1  - An unbiased infrared H2 search for embedded flows from young stars in Orion A
N2  - Gasausströmungen, oft in der Form hoch kollimierter Jets, sind ein allgegenwärtiges Phänomen bei der Geburt neuer Sterne. Emission von stossangeregtem molekularem Wasserstoff bei Wellenlängen im nahen Infrarotbereich ist ein Merkmal ihrer Existenz und auch in eingebetteten, im Optischen obskurierten Ausströmungen generell gut zu beobachten. In dieser Arbeit werden die Resultate einer von Auswahleffekten freien, empfindlichen, grossflächigen Suche nach solchen Ausströmungen von Protosternen in der v=1-0 S(1) Linie molekularen Wasserstoffs bei einer Wellenlänge von 2.12 µm vorgestellt. Die Durchmusterung umfasst eine Fläche von etwa einem Quadratgrad in der Orion A Riesenmolekülwolke. Weitere Daten aus einem grossen Wellenlängenbereich werden benutzt, um die Quellen der Ausströmungen zu identifizieren. Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Stichprobe von Ausströmungen zu bekommen, die so weit wie möglich frei von Auswahleffekten ist, um die typischen Eigenschaften protostellarer Ausströmungen und deren Entwicklung festzustellen, sowie um die Rückwirkung der Ausströmungen auf die umgebende Wolke zu untersuchen. Das erste Ergebnis ist, dass Ausströmungen in Sternentstehungsgebieten tatsächlich sehr häufig sind: mehr als 70 Jet-Kandidaten werden identifiziert. Die meisten zeigen eine sehr irreguläre Morphologie anstelle regulärer oder symmetrischer Strukturen. Dies ist auf das turbulente, klumpige Medium zurückzuführen, in das sich die Jets hineinbewegen. Die Ausrichtung der Jets ist zufällig verteilt. Insbesondere gibt es keine bevorzugte Ausrichtung der Jets parallel zum grossräumigen Magnetfeld in der Wolke. Das legt nahe, dass die Rotations- und Symmetrieachse in einem protostellaren System durch zufällige, turbulente Bewegung in der Wolke bestimmt wird.   Mögliche Ausströmungsquellen werden für 49 Jets identifiziert; für diese wird der Entwicklungsstand und die bolometrische Leuchtkraft abgeschätzt. Die Jetlänge und die H2 Leuchtkraft entwickeln sich gemeinsam mit der Ausströmungsquelle. Von null startend, dehnen sich die Jets schnell bis auf eine Länge von einigen Parsec aus und werden dann langsam wieder kürzer. Sie sind zuerst sehr leuchtkräftig, die H2 Helligkeit nimmt aber im Lauf der protostellaren Entwicklung ab. Die Längen- und H2 Leuchtkraftentwicklung lässt sich im Wesentlichen durch eine zuerst sehr hohe, dann niedriger werdende Massenausflussrate erklären, die auf eine zuerst sehr hohe, dann niedriger werdende Gasakkretionsrate auf den Protostern schliessen lässt (Akkretion und Ejektion sind eng verknüpft!). Die Längenabnahme der Jets erfordert eine ständig wirkende Abbremsung der Jets. Ein einfaches Modell einer simultanen Entwicklung eines Protosterns, seiner zirkumstellaren Umgebung und seiner Ausströmung (Smith 2000) kann die gemessenen H2- und bolometrischen Leuchtkräfte der Jets und ihrer Quellen reproduzieren, unter der Annahme, dass die starke Akkretionsaktivität zu Beginn der protostellaren Entwicklung mit einer überproportional hohen Massenausflussrate verbunden ist.  Im Durchmusterungsgebiet sind 125 dichte Molekülwolkenkerne bekannt (Tatematsu et al. 1993). Jets (bzw. Sterne) entstehen in ruhigen Wolkenkernen, d.h. solchen mit einem niedrigen Verhältnis von interner kinetischer Energie zu gravitativer potentieller Energie; dies sind die Wolkenkerne höherer Masse. Die Wolkenkerne mit Jets haben im Mittel grössere Linienbreiten als die ohne Jets. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sie bevorzugt in den massereicheren Wolkenkernen zu finden sind, welche generell eine grössere Linienbreite haben. Es gibt keinen Hinweis auf stärkere interne Bewegungen in Wolkenkernen mit Jets, die durch eine Wechselwirkung der Jets mit den Wolkenkernen erzeugt sein könnte. Es gibt, wie von der Theorie vorausgesagt, eine Beziehung zwischen der Linienbreite der Wolkenkerne und der H2 Leuchtkraft der Jets, wenn Jets von Klasse 0 und Klasse I Protosternen separat betrachtet werden; dabei sind Klasse 0 Jets leuchtkräftiger als Klasse I Jets, was ebenfalls auf eine zeitabhängige Akkretionsrate mit einer frühzeitigen Spitze und einem darauffolgenden Abklingen hinweist.  Schliesslich wird die Rückwirkung der Jetpopulation auf eine Molekülwolke unter der Annahme strikter Vorwärtsimpulserhaltung betrachtet. Die Jets können auf der Skala einer ganzen Riesenmolekülwolke und auf den Skalen von Molekülwolkenkernen nicht genügend Impuls liefern, um die abklingende Turbulenz wieder anzuregen. Auf der mittleren Skala von molekularen Klumpen, mit einer Grösse von einigen parsec und Massen von einigen hundert Sonnenmassen liefern die Jets jedoch genügend Impuls in hinreichend kurzer Zeit, um die Turbulenz “am Leben zu erhalten” und können damit helfen, einen Klumpen gegen seinen Kollaps zu stabilisieren.
N2  - The presence of outflows, often in the form of well-collimated jets, is a phenomenon commonly associated with the birth of young stars. Emission from shock-excited molecular hydrogen at near-infrared wavelengths is one of the signposts of the presence of such an outflow, and generally can be observed even if the flow is obscured at optical wavelengths. In this thesis, I present the results of an unbiased, sensitive, wide-field search for flows from protostellar objects in the H2 v=1-0 S(1) line at a wavelength of 2.12 µm, covering a 1 square degree area of the Orion A giant molecular cloud. Further data covering a wide wavelength range are used to search for the driving sources of the flows. The aim of this work is to obtain a sample of outflows which is free from biases as far as possible, to derive the typical properties of the outflows, to search for evolutionary trends, and to examine the impact of outflows on the ambient cloud. The first result from this survey is that outflows are indeed common in star forming regions: more than 70 candidate jets are identified. Most of them have a fairly ill-defined morphology rather than a regular or symmetric structure, which is interpreted to be due to the turbulent, clumpy ambient medium into which the jets are propagating. The jets are randomly oriented. In particular, no alignment of the jets with the large scale ambient magnetic field is found, suggesting that the spin and symmetry axis in a protostellar object is determined by random, turbulent motions in the cloud.   Candidate driving sources are identified for 49 jets, and their evolutionary stage and bolometric luminosity is estimated. The jet lengths and H2 luminosities evolve as a function of the age of the driving source: the jets grow quickly from zero length to a size of a few parsec and then slowly shorten again. The jets are very luminous early on and fade during the protostellar evolution. The evolution in length and H2 luminosity is attributed to an early phase of strong accretion, which subsequently decreases. The shortening of the jets with time requires the presence of a continuous deceleration of the jets. A simple model of the simultaneous evolution of a protostar, its circumstellar environment, and its outflow (Smith 2000) can reproduce the measured values of H2 luminosity and driving source luminosity under the assumption of a strong accretion plus high ejection efficiency phase early in the protostellar evolution.  Tatematsu et al. (1993) found 125 dense cloud cores in the survey area. The jet driving sources are found to have formed predominantly in quiet cores with a low ratio of internal kinetic energy to gravitational potential energy; these are the cores with higher masses. The cores which are associated with jets have on average larger linewidths than cores without jets. This is due to the preferred presence of jets in more massive cores, which generally have larger linewidths. There is no evidence for additional internal motions excited by the interaction of the jets with the cores. The jet H2 luminosity and the core linewidth (as predicted by theory) are related, if Class 0 and Class I jets are considered separately; the relation lies at higher values of the H2 luminosity for the Class 0 jets than for Class I jets. This also suggests a time evolution of the accretion rate, with a strong peak early on and a subsequent decay.  Finally, the impact of a protostellar jet population on a molecular cloud is considered. Under the conservative assumption of strict forward momentum conservation, the jets appear to fail to provide sufficient momentum to replenish decaying turbulence on the scales of a giant molecular cloud and on the scales of molecular cloud cores. At the intermediate scales of molecular clumps with sizes of a few parsec and masses of a few hundred solar masses, the jets provide enough momentum in a short enough time to potentially replenish turbulence and thus might help to stabilize the clump against further collapse.
KW  - Protostellar Jets and outflows
KW  - Star formation
KW  - Orion A giant molecular cloud
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000076
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TY  - THES
A1  - Teppner, Randolf
T1  - Adsorptionsschichten an fluiden Grenzflächen : Skalengesetze und Ionenverteilungen
N2  - In dieser Arbeit wurden zwei Themenbereiche bearbeitet:  1. Ellipsometrie an Adsorpionsschichten niedermolekularer Tenside an der Wasser/Luft-Grenzfläche (Ellipsometrie ist geeignet, adsorbierte Mengen von nicht- und zwitterionischen Tensiden zu messen, bei ionischen werden zusätzlich die Gegenionen mit erfaßt; Ellipsometrie mißt sich ändernde Gegenionenverteilung). 2. Ellipsometrische Untersuchung von endadsorbierten Polymerbürsten an der Wasser/Öl-Grenzfläche (Ellipsometrie ist nicht in der Lage, verschiedene Segmentkonzentrationsprofile innerhalb der Bürste aufzulösen, ist aber sehr wohl geeignet, Skalengesetze für Dicken und Drücke in Abhängigkeit von Ankerdichte und Kettenlänge der Polymere zu überprüfen; für in Heptan gequollene Poly-isobuten-Bürsten konnte gezeigt werden, daß sie sich entsprechend den theoretischen Vorhersagen für Bürsten in einem theta-Lösungsmittel verhalten)
N2  - In this publication two subjects are dealt with: 1. Ellipsometry on adsorption layers of low molecular weight surfactants at the air/water-interface (Ellipsometry is suitable to measure adsorbed amounts of non-ionic surfactants, whereas this is impossible for ionic surfactants; in the latter case the ellipsometric signal is strongly influenced by the counter ion distribution; ellipsometry can measure changes in the counter ion distribution) 2. Ellipsometric investigation of polymer brushes anchored to the oil/water-interface (Ellipsometry is not able to distinguish between different segmental concentration profiles within the brush, but it is nevertheless suitable to check scaling laws for brush height and pressure in dependence on anchor density and degree of polymerization of the polymers; it could be shown, that brushes of poly-isobutylene swollen in heptane behave as predicted for brushes in a theta-solvent)
KW  - Ellipsometrie
KW  - Adsorptionsschichten
KW  - Ionenverteilungen
KW  - Polymerbürsten
KW  - Skalengesetze
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000117
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TY  - THES
A1  - Breidenich, Markus
T1  - Polymers at membranes
N2  - Die Oberfläche biologischer Zellen besteht aus einer Lipidmembran und einer Vielzahl von Proteinen und Polymeren, die in die Membran eingebaut sind.  Die Beeinflussung der Membran durch Polymere, die mit einem Ende an der Membran verankert sind, wird im Rahmen dieser Arbeit anhand eines vereinfachten biomimetischen Systems studiert. Der entropische Druck, den das Polymer durch Stöße auf die Membran ausübt, führt dazu, dass sich die Membran vom Polymer weg krümmt. Die resultierende Membranform ist ein Kegel in der Nähe des Ankers und ein Katenoid in grossem Abstand vom Ankerpunkt. Monte Carlo-Simulationen bestätigen die perturbativ berechneten Resultate.  Bei Hinzunahme eines attraktiven Potentials zwischen Polymer und Membran verringert sich die ursprünglich vom Polymer induzierte Krümmung. Im Limes starker Adsorption, in welchem das Polymer ganz auf der Membranoberfläche lokalisiert ist, verschwindet der Polymerdruck und die durch diesen induzierte Krümmung der Membran. Falls das Polymer nicht direkt auf der Membranoberfläche verankert ist, sondern in endlichem Ankerabstand, biegt sich die Membran im adsorbierten Fall zum Polymer hin.  Im letzten Teil der Arbeit werden nicht verankerte Polymere in Lösung betrachtet. Untersucht wird der Einfluss einer solchen Polymerlösung auf die Krümmung der Membran. Im Grenzfall einer rein sterischen, repulsiven Wechselwirkung zwischen Polymeren und Membran biegt sich diese, im Gegensatz zur verankerten Situation, zur Lösung hin. Bei zunehmender Attraktion biegt sich die Membran im Limes starker Adsorption der Polymere von der Lösung weg.
N2  - The surface of biological cells consists of a lipid membrane and a large amount of various proteins and polymers, which are embedded in the membrane or attached to it.  We investigate how membranes are influenced by polymers, which are anchored to the membrane by one end. The entropic pressure exerted by the polymer induces a curvature, which bends the membrane away from the polymer. The resulting membrane shape profile is a cone in the vicinity of the anchor segment and a catenoid far away from it. The perturbative calculations are confirmed by Monte-Carlo simulations.  An additional attractive interaction between polymer and membrane reduces the entropically induced curvature. In the limit of strong adsorption, the polymer is localized directly on the membrane surface and does not induce any pressure, i.e. the membrane curvature vanishes. If the polymer is not anchored directly on the membrane surface, but in a non-vanishing anchoring distance, the membrane bends towards the polymer for strong adsorption. In the last part of the thesis, we study membranes under the influence of non-anchored polymers in solution. In the limit of pure steric interactions between the membrane and free polymers, the membrane curves towards the polymers (in contrast to the case of anchored polymers). In the limit of strong adsorption the membrane bends away from the polymers.
KW  - Polymere
KW  - Membranen
KW  - Biomembranen
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000284
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmidt, Robert W.
T1  - Cosmological applications of gravitational lensing
N2  - In dieser Arbeit benutze ich den Gravitationslinseneffekt als ein Werkzeug, um zwei recht unterschiedliche kosmologische Fragestellungen zu bearbeiten: die Natur der dunklen Materie in Galaxienhalos und die Rotation des Universums. Zuerst untersuche ich den Mikrolinseneffekt in den Gravitationlinsensystemen Q0957+561 und Q2237+0305. In diesen Systemen scheint das Licht eines Quasars durch die Linsengalaxie hindurch. Aufgrund der Relativbewegung zwischen Quasar, Linsengalaxie und Beobachter verursachen kompakte Objekte innerhalb der Galaxie oder dem Galaxienhalo Helligkeitsfluktuationen des Hintergrundquasars. Ich vergleiche die am 3.5m Teleskop des Apache Point Observatory zwischen 1995 und 1998 gewonnene Lichtkurve des Doppelquasars Q0957+561 (Colley, Kundic & Turner 2000) mit numerischen Simulationen, um zu untersuchen, ob der Halo der Linsengalaxie aus massiven kompakten Objekten (MACHOs) besteht. Dieser Test wurde zuerst von Gott (1981) vorgeschlagen. Ich kann MACHO-Massen von 10^-6 M_sun bis zu 10^-2 M_sun ausschliessen, sofern der Quasar kleiner ist als 3x10^14 h_60^-0.5 cm und MACHOs mehr als 50% des dunklen Halos ausmachen. Im zweiten Teil der Arbeit stelle ich neue Beobachtungsdaten fuer den Vierfachquasar Q2237+0305 vor, die am 3.5m Teleskop des Apache Point Observatory zwischen Juni 1995 und Januar 1998 gewonnen wurden. Obwohl die Daten bei veraenderlichen, oft schlechten Seeing Bedingungen und grober Pixelaufloesung aufgenommen wurden, ist die Photometrie der beiden helleren Quasarbilder A und B mit Hilfe von HST-Beobachtungen moeglich. Ich finde ein Helligkeitsmaximum in Bild A mit einer Amplitude von 0.4 bis 0.5 mag und einer Dauer von wenigstens 100 Tagen. Dies zeigt, dass in der Linsengalaxie der Mikrolinseneffekt stattgefunden hat. Im abschliessenden Teil der Arbeit benutze ich dann den schwachen Gravitationslinseneffekt, um Grenzen fuer eine Klasse von rotierenden Kosmologien vom Goedel-Typ zu ermitteln, die von Korotky & Obukhov (1996) beschrieben wurde. In Studien des schwachen Linseneffektes werden die Formen von tausenden von Hintergrundgalaxien vermessen und gemittelt. Dabei werden kohaerente Verzerrungen der Galaxienformen gemessen, die von Massenverteilungen im Vordergrund oder von der grossraeumigen Struktur der Raumzeit selbst verursacht werden. Ich berechne die vorhergesagte Scherung als Funktion der Rotverschiebung in rotierenden Kosmologien vom Goedel-Typ und vergleiche diese mit der oberen Grenze fuer die kosmische Scherung gamma_limit von 0.04, die in Studien des schwachen Linseneffektes gewonnen wurde. Dieser Vergleich zeigt, dass Modelle vom Goedel-Typ keine groesseren Rotationen omega als H_0=6.1x10^-11 h_60/Jahr haben koennen, wenn die Grenze fuer die kosmische Scherung fuer den ganzen Himmel gilt.
N2  - In this thesis we use the gravitational lensing effect as a tool to tackle two rather different cosmological topics: the nature of the dark matter in galaxy halos, and the rotation of the universe. Firstly, we study the microlensing effect in the gravitational lens systems Q0957+561 and Q2237+0305. In these systems the light from the quasar shines directly through the lensing galaxy. Due to the relative motion of the quasar, the lensing galaxy, and the observer compact objects in the galaxy or galaxy halo cause brightness fluctuations of the light from the background quasar. We compare light curve data from a monitoring program of the double quasar Q0957+561 at the 3.5m telescope at Apache Point Observatory from 1995 to 1998 (Colley, Kundic & Turner 2000) with numerical simulations to test whether the halo of the lensing galaxy consists of massive compact objects (MACHOs). This test was first proposed by Gott (1981). We can exclude MACHO masses from 10^-6 M_sun up to 10^-2 M_sun for quasar sizes of less than 3x10^14 h_60^-0.5 cm if the MACHOs make up at least 50% of the dark halo. Secondly, we present new light curve data for the gravitationally lensed quadruple quasar Q2237+0305 taken at the 3.5m telescope at Apache Point Observatory from June 1995 to January 1998. Although the images were taken under variable, often poor seeing conditions and with coarse pixel sampling, photometry is possible for the two brighter quasar images A and B with the help from HST observations. We find independent evidence for a brightness peak in image A of 0.4 to 0.5 mag with a duration of at least 100 days, which indicates that microlensing has taken place in the lensing galaxy. Finally, we use the weak gravitational lensing effect to put limits on a class of Goedel-type rotating cosmologies described by Korotky & Obukhov (1996). In weak lensing studies the shapes of thousands of background galaxies are measured and averaged to reveal coherent gravitational distortions of the galaxy shapes by foreground matter distributions, or by the large-scale structure of space-time itself. We calculate the predicted shear as a function of redshift in Goedel-type rotating cosmologies and compare this to the upper limit on cosmic shear gamma_limit of approximately 0.04 from weak lensing studies. We find that Goedel-type models cannot have larger rotations omega than H_0=6.1x10^-11 h_60/year if this shear limit is valid for the whole sky.
KW  - Gravitationslinseneffekt
KW  - Quasare
KW  - Kosmologie
KW  - dunkle Materie
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000261
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lübbert, Daniel
T1  - Strain and lattice distortion in semiconductor structures : a synchrotron radiation study
N2  - Die Arbeit stellt neu entwickelte Röntgenbeugungsmethoden vor, mit deren Hilfe der Verzerrungszustand des Kristallgitters von Halbleiter-Wafern und -Bauteilen im Detail charakterisiert werden kann. Hierzu werden die aussergewöhnlichen Eigenschaften der an modernen Synchrotrons wie der ESRF (Grenoble) verfügbaren Röntgenstrahlung genutzt. Im ersten Teil der Arbeit werden Röntgen-Diffraktometrie und -Topographie zu einer Untersuchungsmethode kombiniert, mit der die makroskopische Krümmung von Halbleiter-Wafern ebenso wie ihre mikroskopische Defektstruktur abgebildet werden kann. Der zweite Teil ist der Untersuchung von epitaktisch gewachsenen und geätzten Oberflächengittern mit Abmessungen im Submikrometer-Bereich gewidmet. Die unterschiedlichen Gitterkonstanten der beteiligten Halbleitermaterialien führen zu einem inhomogenen Verzerrungsfeld in der Probe, das sich im Röntgenbild durch eine charakteristische Verformung des Beugungsmusters in der Umgebung der Bragg-Reflexe äussert. Die Analyse der experimentell gemessenen Beugungsmuster geschieht mit Hilfe eines neu entwickelten Simulationsverfahrens, das Elastizitätstheorie und eine semi-kinematische Röntgenbeugungstheorie miteinander verbindet. Durch quantitativen Vergleich der Simulationsergebnisse mit den Messdaten kann auf den genauen Verlauf des Verzerrungsfeldes in den Proben zurückgeschlossen werden. Dieses Verfahren wird erfolgreich auf verschiedene Halbleiter-Probensysteme angewendet, und schliesslich auch auf die Untersuchung von akustischen Oberflächenwellen in Halbleiterkristallen übertragen.
N2  - This thesis presents newly developed X-ray methods which can be used to characterize in detail the state of distortion of the crystal lattice in semiconductor wafers, devices and nanostructures. The methods use the extraordinary properties of the X-rays available from modern synchrotron sources such as the ESRF (Grenoble). In the first part of the thesis, X-ray diffractometry and X-ray topography are combined into a new method, called X-ray rocking curve imaging, which allows to image the macroscopic curvature of semiconductor wafers as well as the underlying microscopic defect structure. The second part of the thesis deals with the investigation of epitaxially grown and subsequently etched semiconductor gratings with lateral periods below the micrometer. The lattice mismatch between the different materials used in heteroepitaxy leads to a non-uniform strain field in the sample, which is reflected in a characteristic distortion of the X-ray diffraction pattern around each Bragg peak. The experimental data are evaluated with the help of a newly developed simulation procedure which combines elasticity theory with a semi-kinematical theory of X-ray diffraction. From a quantitative comparison of measured and simulated data the detailed shape of the strain field in the samples can be deduced. This procedure is used successfully for the structural characterization of different types of semiconductor gratings, and is finally applied also to the investigation of surface acoustic waves in crystals.
KW  - Halbleiter / Kristallgitter / Verzerrung / Röntgenbeugung / Synchrotronstrahlung
KW  - x-ray diffraction
KW  - semiconductor gratings
KW  - wafers
KW  - lattice distortion
KW  - strain fields
KW  - simulation of reciprocal space maps
KW  - finite element method
KW  - surf
Y1  - 1999
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000195
ER  - 
TY  - THES
A1  - Engbert, Ralf
T1  - Nichtlineare Dynamik kognitiv-motorischer Prozesse
BT  - tempoinduzierte Übergänge bei der Produktion von Polyrhythmen
N2  - Die Produktion von Polyrhythmen ist ein wichtiger experimenteller Zugang für die Untersuchung der menschlichen Motorik. Durch Variation des Tempos (externer Kontrollparameter) bei rhythmischen Bewegungsabläufen können qualitative Übergänge in der Koordinationsdynamik induziert werden. Diese Übergänge lassen sich mit der Methode der symbolischen Dynamik in experimentellen Zeitreihen nachweisen und sind ein wichtiger Hinweis darauf, dass die untersuchten Bewegungsabläufe nichtlinearen Kontrollprozessen unterliegen. Die theoretische Beschreibung bimanueller Rhythmusproduktion mit gekoppelten Differenzengleichungen führt auf ein Modell mit nichtlinearer Fehlerkontrolle. Es ist eine wichtige Eigenschaft der Kontrollprozesse, dass sie mit zeitverzögerter Rückkopplung arbeiten. Neben deterministischen Steuerungsmechanismen ist die Motorik des Menschen ausserdem von Fluktuationen auf zwei Ebenen gekennzeichnet, der kognitiven Kontrollebene und der Ebene der motorischen Systeme. Daher ist die Koordination von Bewegungen das Ergebnis von Wechselwirkungen zwischen nichtlinearen, zeitverzögerten Kontrollprozessen und stochastischen Fluktuationen.
KW  - Nichtlineare Dynamik
KW  - kognitive Prozesse
KW  - Motorik
KW  - Polyrhythmen
Y1  - 1997
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000157
ER  - 
TY  - THES
A1  - Marwan, Norbert
T1  - Encounters with neighbours
BT  - current developments of concepts based on recurrence plots and their applications
N2  - Diese Arbeit beschäftigt sich mit verschiedenen Aspekten und Anwendungen von Recurrence Plots. Nach einer Übersicht über Methoden, die auf Recurrence Plots basieren, werden neue Komplexitätsmaße eingeführt, die geometrische Strukturen in den Recurrence Plots beschreiben. Diese neuen Maße erlauben die Identifikation von Chaos-Chaos-Übergängen in dynamischen Prozessen. In einem weiteren Schritt werden Cross Recurrence Plots eingeführt, mit denen zwei verschiedene Prozesse untersucht werden. Diese bivariate Analyse ermöglicht die Bewertung von Unterschieden zwischen zwei Prozessen oder das Anpassen der Zeitskalen von zwei Zeitreihen. Diese Technik kann auch genutzt werden, um ähnliche Abschnitte in zwei verschiedenen Datenreihen zu finden. Im Anschluß werden diese neuen Entwicklungen auf Daten verschiedener Art angewendet. Methoden, die auf Recurrence Plots basieren, können an die speziellen Probleme angepaßt werden, so daß viele weitere Anwendungen möglich sind.  Durch die Anwendung der neu eingeführten Komplexitätsmaße können Chaos-Chaos-Übergänge in Herzschlagdaten vor dem Auftreten einer lebensbedrohlichen Herzrhythmusstörung festgestellt werden, was für die Entwicklung neuer Therapien dieser Herzrhythmusstörungen von Bedeutung sein könnte. In einem weiteren Beispiel, in dem EEG-Daten aus einem kognitiv orientierten Experiment untersucht werden, ermöglichen diese Komplexitätsmaße das Erkennen von spezifischen Reaktionen im Gehirn bereits in Einzeltests. Normalerweise können diese Reaktionen erst durch die Auswertung von vielen Einzeltests erkannt werden.  Mit der Hilfe von Cross Recurrence Plots wird die Existenz einer klimatischen Zirkulation, die der heutigen El Niño/ Southern Oscillation sehr ähnlich ist, im Nordwesten Argentiniens vor etwa 34000 Jahren nachgewiesen. Außerdem können mit Cross Recurrence Plots die Zeitskalen verschiedener Bohrlochdaten aufeinander abgeglichen werden. Diese Methode kann auch dazu genutzt werden, ein geologisches Profil mit Hilfe eines Referenzprofiles mit bekannter Zeitskala zu datieren. Weitere Beispiele aus den Gebieten der Molekularbiologie und der Spracherkennung unterstreichen das Potential dieser Methode.
N2  - In this work, different aspects and applications of the recurrence plot analysis are presented. First, a comprehensive overview of recurrence plots and their quantification possibilities is given. New measures of complexity are defined by using geometrical structures of recurrence plots. These measures are capable to find chaos-chaos transitions in processes. Furthermore, a bivariate extension to cross recurrence plots is studied. Cross recurrence plots exhibit characteristic structures which can be used for the study of differences between two processes or for the alignment and search for matching sequences of two data series. The selected applications of the introduced techniques to various kind of data demonstrate their ability. Analysis of recurrence plots can be adopted to the specific problem and thus opens a wide field of potential applications.   Regarding the quantification of recurrence plots, chaos-chaos transitions can be found in heart rate variability data before the onset of life threatening cardiac arrhythmias. This may be of importance for the therapy of such cardiac arrhythmias. The quantification of recurrence plots allows to study transitions in brain during cognitive experiments on the base of single trials. Traditionally, for the finding of these transitions the averaging of a collection of single trials is needed.   Using cross recurrence plots, the existence of an El Niño/Southern Oscillation-like oscillation is traced in northwestern Argentina 34,000 yrs. ago. In further applications to geological data, cross recurrence plots are used for time scale alignment of different borehole data and for dating a geological profile with a reference data set. Additional examples from molecular biology and speech recognition emphasize the suitability of cross recurrence plots.
KW  - Recurrence-Plot
KW  - Cross-Recurrence-Plot
KW  - Wiederkehrdarstellung
KW  - Rekurrenzdarstellung
KW  - Rekurrenzanalyse
KW  - recurrence plot
KW  - cross recurrence plot
KW  - recurrence quantification analysis
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000856
ER  -