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Visual working memory contents bias ambiguous structure from motion perception (2013)

Lisa Scocchia Matteo Valsecchi Karl R. Gegenfurtner Jochen Triesch

The way we perceive the visual world depends crucially on the state of the observer. In the present study we show that what we are holding in working memory (WM) can bias the way we perceive ambiguous structure from motion stimuli. Holding in memory the percept of an unambiguously rotating sphere influenced the perceived direction of motion of an ambiguously rotating sphere presented shortly thereafter. In particular, we found a systematic difference between congruent dominance periods where the perceived direction of the ambiguous stimulus corresponded to the direction of the unambiguous one and incongruent dominance periods. Congruent dominance periods were more frequent when participants memorized the speed of the unambiguous sphere for delayed discrimination than when they performed an immediate judgment on a change in its speed. The analysis of dominance time-course showed that a sustained tendency to perceive the same direction of motion as the prior stimulus emerged only in the WM condition, whereas in the attention condition perceptual dominance dropped to chance levels at the end of the trial. The results are explained in terms of a direct involvement of early visual areas in the active representation of visual motion in WM.

Resonant pickups for non-destructive single-particle detection in heavy-ion storage rings and first experimental results (2013)

Mohammad Shahab Sanjari

Strongly correlated ultracold bosons in an optical lattice (2012)

Yongqiang Li

In this thesis, we have investigated strongly correlated bosonic gases in an optical lattice, mostly based on a bosonic version of dynamical mean field theory and its real-space extension. Emphasis is put on possible novel quantum phenomena of these many-body systems and their corresponding underlying physics, including quantum magnetism, pair-superfluidity, thermodynamics, many-body cooling, new quantum phases in the presence of long-range interactions, and excitational properties. Our motivation is to simulate manybody phenomena relevant to strongly correlated materials with ultracold lattice gases, which provide an excellent playground for investigating quantum systems with an unprecedented level of precision and controllability. Due to their high controllability, ultracold gases can be regarded as a quantum simula- tor of many-body systems in solid-state physics, high energy astrophysics, and quantum optics. In this thesis, specifically, we have explored possible novel quantum phases, thermodynamic properties, many-body cooling schemes, and the spectroscopy of strongly correlated many-body quantum systems. The results presented in this thesis provide theoretical benchmarks for exploring quantum magnetism in upcoming experiments, and an important step towards studying quantum phenomena of ultracold gases in the presence of long-range interactions.

Ultrasonic and magnetic investigations in frustrated low-dimensional spin systems (2012)

Thanh Cong Pham

Untersuchung von Size-Effekten thermischer Transportkoeffizienten von Nanodrähten (2012)

Heiko Reith

In den letzten Jahren haben die Forschungsaktivitäten im Bereich Thermoelektrik stetig zugenommen. Das neu erweckte Interesse an der Thermoelektrik ist zurückzuführen auf neue nanostrukturierte Materialien, Quantenschicht-Strukturen und Nanodrähte, welche eine wesentliche Steigerung der thermoelektrischen Effektivität Z im Vergleich zum Massivmaterial versprechen. Für Nanodrähte ist die größte Steigerung der thermoelektrischen Effektivität zu erwarten. Zur Bestätigung der Theorie bedarf es neuer Messmethoden zur Bestimmung des Seebeck-Koeffizienten S, der elektrischen Leitfähigkeit σ und der Wärmeleitfähigkeit λ, um hieraus eine Steigerung der thermoelektrischen Effektivität Z = (Sexp2)σ/λ experimentell zu bestätigen. Der Schwerpunkt der Doktorarbeit lag in der Untersuchung thermoelektrischer Eigenschaften von Nanodrähten. Hierzu wurden neueMessmethoden zur Bestimmung der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit von Nanodrähten entwickelt. Die elektrische und thermische Leitfähigkeit von Pt-Nanodrähten wurden mit dem in dieser Arbeit entwickelten λ-Chip gemessen. Die elektrische Leitfähigkeit der Pt-Nanodrähte ist im Vergleich zum Massivmaterial entsprechend der klassischen Size-Effekt-Theorie reduziert. Ebenso wurde eine Abnahme der Wärmeleitfähigkeit beobachtet. Die Ergebnisse stimmen mit den im Rahmen der klassischen Size-Effekt-Theorie zu erwartenden Resultaten gut überein, jedoch bedarf die Reduzierung der Lorenz-Zahl noch einer theoretischen Erklärung. Im Weiteren wurde die elektrische Leitfähigkeit von BixTe1-x und BixSb1-x-Nanodrähten mit dem λ-Chip bestimmt. Hierzu wurden zunächst unterschiedliche Kontaktmaterialien getestet, um die Diffusion des Kontaktmaterials in den Nanodraht auszuschließen. Als bewährtes Kontaktmaterial stellte sich ein Schichtsystem aus Titan und Gold heraus. Die Ti-Schicht wirkt hierbei als Diffusionsbarriere und Haftvermittler-Schicht. Die Wärmeleitfähigkeit der Bi-haltigen Nanodrähte konnte mit dem λ-Chip nicht gemessen werden, da die Unterätzung der Nanodrähte mittels reaktivem Ionenätzen die Nanodrähte angriff. Als Alternative können die Nanodrähte auf dem λ-Chip mit einem fokusierten Ionenstrahl unterätzt werden. Der Aufwand hierzu ist jedoch relativ hoch und diese Alternative wurde deshalb nicht weiter verfolgt. Als weitere Alternative wurde der Z-Chip entwickelt. Hierbei werden die Nanodrähte auf den fertigen Chip aufgebracht und mittels Elektronenstrahl-induzierter Deposition an den elektrischen Kontakten fixiert. Der Chip ermöglicht die Messung der elektrische Leitfähigkeit in 4-Punkt-Anordnung, der Wärmeleitfähigkeit und des Seebeck-Koeffizienten an einem einzelnen Nanodraht. Somit ist die Bestimmung der thermoelektrischen Effektivität an einem Nanodraht möglich. DesWeiteren wurden die theoretischen Grundlagen zur Bestimmung der Wärmekapazität an einzelnen Nanodrähten mit dem Z-Chip präsentiert. Zum Zeitpunkt der Durchführung dieser Arbeit fehlte jedoch das notwendige Equipment zur Ausführung der Wärmekapazitätsmessung an einzelnen Nanodrähten. Des Weiteren wurde die Cross-Plane Methode zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit an eingebetteten Nanodrähten entwickelt. Analog der Messmethode, welche für die Einzeldrahtmessungen verwendet wird, handelt es sich hierbei um eine stationäre „Joule- Heating“ Methode. Die Temperaturdifferenz wird aus der Widerstandsänderung einer auf die eingebetteten Nanodrähte aufgebrachten Heizschicht bestimmt.Mit derMethode wurde die Wärmeleitfähigkeit von BixTe1-x-Nanodrähten ermittelt. Die elektrische Leitfähigkeit wurde von BixTe1-x-Nanodrähten unterschiedlicher Zusammensetzung und Herstellungsparameter mit dem λ- und dem Z-Chip bestimmt. Die gemessenen Nanodrähte zeigen sowohl intrinsisches wie extrinsisches Leitungsverhalten verbunden mit einer, im Vergleich zum Volumenmaterial, reduzierten Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit infolge von Oberflächen- und Korngrenzenstreuung der Ladungsträger. Die elektrischen Leitfähigkeitsmessungen stimmen mit Beobachtungen anderer Gruppen gut überein. Die Wärmeleitfähigkeit konnte an einem einzelnen BixTe1-x-Nanodraht und an eingebetteten BixTe1-x-Nanodrähten gemessen werden. Die Wärmeleitfähigkeit ist gegenüber dem Massivmaterial reduziert. Die Ergebnisse sind in guter Übereinstimmung mit bisher publizierten Ergebnissen von Bismuttellurid-Nanodrähten.

Electroweak quantum chemistry: Parity violation in spectra of chiral molecules containing heavy atoms (2012)

Sophie Nahrwold

The intriguing effects of electroweak induced parity violation (PV) in molecules have yet to be observed, but experiments on molecular PV promise to provide fascinating insights. They potentially offer a novel testing ground for the low energy sector of the standard model and, in addition, a successful measurement of PV differences between the two enantiomers of a chiral molecule could promote a deeper understanding of molecular chirality, by essentially establishing a new link between particle physics and biochemistry. A key challenge in the design of such experiments is the identification of suitable molecules, which in turn requires widely applicable computational schemes for the prediction of PV experimental signals. To this end, a quasirelativistic density functional theory approach to the calculation of PV effects in nuclear magnetic resonance (NMR) spectra of chiral molecules has been developed and implemented during the course of this thesis. It includes relativistic as well as electron--correlation effects and has been used extensively in the screening of molecules possibly suited for a first observation of molecular PV. Some relevant compound classes have been identified, but none of their selected representatives are predicted to exhibit PV NMR frequency shifts that can be detected under current experimental restrictions. In order to advance the design of molecules which exhibit particularly large PV signals in experiments, systematic effects on PV NMR frequency splittings such as scaling with nuclear charge, conformational dependence and the impact of atomic substitution around the NMR active nucleus have been studied. Previously predicted scaling laws were confirmed and it was determined that the environment of the NMR active nucleus, both in terms of conformation and atomic composition, can be tuned to increase PV frequency shifts by several orders of magnitude. In addition to molecules suited for NMR experiments, a fascinating chiral actinide compound was studied with regard to PV frequency shifts in vibrational spectra. This compound displays the largest such shift ever predicted for an existing molecule, which lies well within the attainable experimental resolution. The challenge now lies in making it compatible with current experimental setups.

RF acceleration of intense laser generated proton bunches (2012)

Ali Almomani

J/psi Production in √s=7 TeV pp Collisions (2012)

Frederick Kramer

Quarkonia are very promising probes to study the quark-gluon plasma. The essential baseline for measurements in heavy-ion collisions is high-precision data from proton-proton interactions. However, the basic mechanisms of quarkonium hadroproduction are still being debated. The most common models, the Color-Singlet Model, the non-relativistic QCD approach and the Color-Evaporation Model, are able to describe most of the available cross-section data, despite of their conceptual differences. New measures, such as the polarization, and data at a new energy regime are crucial to test the competing models. Another issue is an eventual interplay between the production process of a quarkonium state and the surrounding pp event. Current Monte Carlo event generators treat the hard scattering independently from the rest of the so-called underlying event. The investigation of possible correlations with the pp event might be very valuable for a detailed understanding of the production processes. ALICE ist the dedicated heavy-ion experiment at the LHC. Its design has been optimized for high-precision measurements in very high track densities and down to low transverse momenta. ALICE is composed of various different detectors at forward and at central rapidities. The most important detectors for this study are the Inner Tracking System and the Time Projection Chamber, allowing to reconstruct and identify electron candidate tracks within eta < 0.9. The Transition Radiation Detector has not been utilized at this stage of the analysis; however, it will strongly improve the particle identification and provide a dedicated trigger in the upcoming beam periods. ...

Electron-tunneling studies on CeCoIn5 heavy-fermion thin films and microstructures (2012)

Oleksandr Foyevtsov

Investigation of low-temperature electronic properties of MBE grown CeCoIn5 and CeIn3 thin films by means of electron tunneling and quantum electron interference effects.

Zellulare Nichtlineare Netzwerke - Optimierungsverfahren und Anwendungen (2012)

Gunter Geis

Zellulare Nichtlineare Netzwerke bzw. Zellulare Neuronale Netzwerke, sogenannte CNN, wurden 1988 von L.O. Chua und L.Yang eingeführt und seither intensiv untersucht. Diese sind als Simulations-Software und als schaltungstechnische Realisierungen, in Hardware, verfügbar. Als analog arbeitende Hardware Schaltungen können diese Netzwerke erhebliche Rechenleistungen erzielen. Durch ihren Aufbau ermöglichen sie eine parallele Daten- und Signalverarbeitung. Eine Einführung in CNN wird gegeben und das EyeRIS 1.1 Systems des Unternehmens ANAFOCUS Ltd. vorgestellt. Das EyeRIS 1.1 System ist mit einem analog arbeitenden Focal Plane Prozessor (FPP) und einem digitalen Prozessor ausgestattet, wobei der Focal Plane Prozessor auch als Kamera zur Aufnahme von Bildern und Bildsequenzen benutzt werden kann. Dies ermöglicht es, analoge CNN-Algorithmen zusammen mit digitalen Algorithmen auf einem System zu implementieren und so die Vorteile beider Ansätze zu nutzen. Der Datenaustausch zwischen dem analogen und digitalem Teil des EyeRIS 1.1 Systems geschieht mittels digital/analog und analog/digital Wandlung. Es werden Algorithmen auf dem EyeRIS 1.1 System untersucht und mit Ergebnissen die mittels Simulationen erzeugt wurden verglichen. In Voruntersuchungen werden die Darstellungsgenauigkeit von Werten im analogen Teil des EyeRIS 1.1 Systems und die Verarbeitungsgeschwindigkeiten des EyeRIS 1.1 Systems untersucht. Im Weiteren wird besonderes Augenmerk auf medizinische und technische Anwendungsgebiete gelegt werden. Im medizinischen Anwendungsbereich wird die Implementierung von Algorithmen zur Vorhersage epileptischer Anfälle untersucht. Hierfür wird ein evolutionär motiviertes Optimierungsverfahren entwicklet und auf dem EyeRIS 1.1-System implementiert. Hierbei werden Simulationen durchgeführt und mit Ergebnissen, die mittels Verwendung des EyeRIS 1.1 Systems erlangt wurden, verglichen. Ein zweites Verfahren geht die Signalanalyse für die Vorhersage auf dem EyeRIS 1.1-System mittels Mustererkennung an. Das Mustererkennungsverfahren wird eingehend beschrieben sowie die hierbei zu beachtenden Randbedingungen erläutert. Die Ergebnisse zeigen, daß Algorithmen zur Vorhersage von epileptischen Anfällen auf schaltungstechnichen Realisierungen von CNN implementiert werden können. Im technischen Bereich wird die Anwendbarkeit auf die Problemstellung der Bildverarbeitung gelegt und die Möglichkeit von CNN basierten Algorithmen zur Erkennung von Prozessparametern bei Laserschweißverfahren untersucht. Ein solcher Prozessparameter ist das sogenannte Key-Hole, welches in Bildsequenzen von Laserschweißprozessen als ein Maß für die zu erwartende Qualität einer Schweißnaht herangezogen werden kann. Ein CNN basierter Algorithmus für die Erkennung solcher Key-Holes wird in dieser Arbeit vorgestellt und untersucht. Für die Überwachung eines Laserschweißverfahrens wird der entwickelte Algorithmius und seine Funktionsweise beschrieben. Dieser wird in Teilalgorithmen auf die analog bzw. digital arbeitenden Komponenten des EyeRIS 1.1 Systems verteilt. Die Teilalgorithmen und die möglichen Aufteilungen und deren Laufzeitverhalten werden beschrieben und untersucht. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, daß eine Prozessüberwachung mittels CNN möglich ist und heben die Vorteile hervor, welche die Bildaufnahme und -verarbeitung mittels analoger CNN-Hardware bietet. Eine Untersuchung des Laufzeitverhaltens auf Grafikkarten Prozessoren (GPU's) wird im Anhang vorgestellt.

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