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We introduce a novel technique that utilizes a physics-driven deep learning method to reconstruct the dense matter equation of state from neutron star observables, particularly the masses and radii. The proposed framework involves two neural networks: one to optimize the EoS using Automatic Differentiation in the unsupervised learning scheme; and a pre-trained network to solve the Tolman–Oppenheimer–Volkoff (TOV) equations. The gradient-based optimization process incorporates a Bayesian picture into the proposed framework. The reconstructed EoS is proven to be consistent with the results from conventional methods. Furthermore, the resulting tidal deformation is in agreement with the limits obtained from the gravitational wave event, GW170817.
Using an advanced version of the hadron resonance gas model we have found several remarkable irregularities at chemical freeze-out. The most prominent of them are two sets of highly correlated quasi-plateaus in the collision energy dependence of the entropy per baryon, total pion number per baryon, and thermal pion number per baryon which we found at center of mass energies 3.6-4.9 GeV and 7.6-10 GeV. The low energy set of quasi-plateaus was predicted a long time ago. On the basis of the generalized shockadiabat model we demonstrate that the low energy correlated quasi-plateaus give evidence for the anomalous thermodynamic properties of the mixed phase at its boundary to the quark-gluon plasma. The question is whether the high energy correlated quasi-plateaus are also related to some kind of mixed phase. In order to answer this question we employ the results of a systematic meta-analysis of the quality of data description of 10 existing event generators of nucleus-nucleus collisions in the range of center of mass collision energies from 3.1 GeV to 17.3 GeV. These generators are divided into two groups: the first group includes the generators which account for the quark-gluon plasma formation during nuclear collisions, while the second group includes the generators which do not assume the quark-gluon plasma formation in such collisions. Comparing the quality of data description of more than a hundred of different data sets of strange hadrons by these two groups of generators, we find two regions of the equal quality of data description which are located at the center of mass collision energies 4.3-4.9 GeV and 10.-13.5 GeV. These two regions of equal quality of data description we interpret as regions of the hadron-quark-gluon mixed phase formation. Such a conclusion is strongly supported by the irregularities in the collision energy dependence of the experimental ratios of the Lambda hyperon number per proton and positive kaon number per Lambda hyperon. Although at the moment it is unclear, whether these regions belong to the same mixed phase or not, there are arguments that the most probable collision energy range to probe the QCD phase diagram (tri)critical endpoint is 12-14 GeV.
In the framework of the so-called extended linear sigma model (eLSM), we include a pseudoscalar glueball with a mass of 2.6 GeV (as predicted by Lattice-QCD simulations) and we compute the two- and three-body decays into scalar and pseudoscalar mesons. This study is relevant for the future PANDA experiment at the FAIR facility. As a second step, we extend the eLSM by including the charm quark according to the global U(4)R × U(4)L chiral symmetry. We compute the masses, weak decay constants and strong decay widths of open charmed mesons. The precise description of the decays of open charmed states is important for the CBM experiment at FAIR.
The relativistic method of moments is one of the most successful approaches to extract second order viscous hydrodynamics from a kinetic underlying background. The equations can be systematically improved to higher order, and they have already shown a fast convergence to the kinetic results. In order to generalize the method we introduced long range effects in the form of effective (medium dependent) masses and gauge (coherent) fields. The most straightforward generalization of the hydrodynamic expansion is problematic at higher order. Instead of introducing an additional set of approximations, we propose to rewrite the series in terms of moments resumming the contributions of infinite non-hydrodynamics modes. The resulting equations are are consistent with hydrodynamics and well defined at all order. We tested the new approximation against the exact solutions of the Maxwell-Boltzmann-Vlasov equations in (0 + 1)-dimensions, finding a fast and stable convergence to the exact results.
We explore the parameter space of the two-flavor thermal quark–meson model and its Polyakov loop-extended version under the influence of a constant external magnetic field B. We investigate the behavior of the pseudo critical temperature for chiral symmetry breaking taking into account the likely dependence of two parameters on the magnetic field: the Yukawa quark–meson coupling and the parameter T0 of the Polyakov loop potential. Under the constraints that magnetic catalysis is realized at zero temperature and the chiral transition at B=0 is a crossover, we find that the quark–meson model leads to thermal magnetic catalysis for the whole allowed parameter space, in contrast to the present picture stemming from lattice QCD.
We study simulated animats in terms of wheeled robots with the most simple neural controller possible – a single neuron per actuator. The system is fully self-organized in the sense that the controlling neuron receives uniquely the actual angle of the wheel as an input. Non-trivial locomotion results in structured environments, with the robot determining autonomously the direction of movement (time-reversal symmetry is spontaneously broken). Our controller, which mimics the mechanism used to transmit power in steam locomotives, abstracts from the body plan of the animat, working without problems also in the presence of noise and for chains of individual two-wheeled cars. Being fully compliant our controller may be also used, in the spirit of morphological computation, as a basic unit for higher-level evolutionary algorithms.
We predict the formation of highly dense baryon-rich resonance matter in Au+Au collisions at AGS energies. The final pion yields show observable signs for resonance matter. The Delta1232 resonance is predicted to be the dominant source for pions of small transverse momenta. Rescattering e ects consecutive excitation and deexcitation of Delta's lead to a long apparent life- time (> 10 fm/c) and rather large volumina (several 100 fm3) of the Delta-matter state. Heavier baryon resonances prove to be crucial for reaction dynamics and particle production at AGS.
This paper explores the many interesting implications for oscillator design, with optimized phase-noise performance, deriving from a newly proposed model based on the concept of oscillator conjugacy. For the case of 2-D (planar) oscillators, the model prominently predicts that only circuits producing a perfectly symmetric steady-state can have zero amplitude-to-phase (AM-PM) noise conversion, a so-called zero-state. Simulations on standard industry oscillator circuits verify all model predictions and, however, also show that these circuit classes cannot attain zero-states except in special limit-cases which are not practically relevant. Guided by the newly acquired design rules, we describe the synthesis of a novel 2-D reduced-order LC oscillator circuit which achieves several zero-states while operating at realistic output power levels. The potential future application of this developed theoretical framework for implementation of numerical algorithms aimed at optimizing oscillator phase-noise performance is briefly discussed.
We investigate the well-known vector state ψ(4040) in the frame-work of a quantum field theoretical model. In particular, we study its spectral function and search for the pole(s) in the complex plane. Quite interestingly, the spectral function has a non-standard shape and two poles are present. The role of the meson-meson quantum loops (in particular DD* ones) is crucial and could also explain the not yet conformed “state” Y(4008).
Recently the Universal Linear Accelerator (UNILAC) serves as a powerful high duty factor (25%) heavy ion beam accelerator for the ambitious experiment program at GSI. Beam time availability for SHE (Super Heavy Element)-research will be decreased due to the limitation of the UNILAC providing Uranium beams with an extremely high peak current for FAIR simultaneously. To keep the GSI-SHE program competitive on a high level and even beyond, a standalone superconducting continuous wave (100% duty factor) LINAC in combination with the upgraded GSI High Charge State injector is envisaged. In preparation for this, the first LINAC section (financed by HIM and GSI) will be tested with beam in 2017, demonstrating the future experimental capabilities. Further on the construction of an extended cryo module comprising two shorter Crossbar-H cavities is foreseen to test until end of 2017. As a final R&D step towards an entire LINAC three advanced cryo modules, each comprising two CH cavities, should be built until 2019, serving for first user experiments at the Coulomb barrier.
It is widely believed that chiral symmetry is spontaneously broken at zero temperature in the strong coupling limit of staggered fermions, for any number of colors and flavors. Using Monte Carlo simulations, we show that this conventional wisdom, based on a mean-field analysis, is wrong. For sufficiently many fundamental flavors, chiral symmetry is restored via a bulk, first-order transition. This chirally symmetric phase appears to be analytically connected with the expected conformal window of manyflavor continuum QCD. We perform simulations in the chirally symmetric phase at zero quark mass for various system sizes L, and measure the torelon mass and the Dirac spectrum. We find that all observables scale with L, which is hence the only infrared length scale. Thus, the strong-coupling chirally restored phase appears as a convenient laboratory to study IR-conformality. Finally, we present a conjecture for the phase diagram of lattice QCD as a function of the bare coupling and the number of quark flavors.
The temporal development of macroobservables is described within a correlation-functionformalism. The results are exact for a certain class of initial ensembles. The same problem is discussed with the help of the linear-response-formalism. The results agree under certain conditions which should be fulfilled for macroobservables.
This paper introduces a new methodology for the fabrication of strain-sensor elements for MEMS and NEMS applications based on the tunneling effect in nano-granular metals. The strain-sensor elements are prepared by the maskless lithography technique of focused electron-beam-induced deposition (FEBID) employing the precursor trimethylmethylcyclopentadienyl platinum [MeCpPt(Me)3]. We use a cantilever-based deflection technique to determine the sensitivity (gauge factor) of the sensor element. We find that its sensitivity depends on the electrical conductivity and can be continuously tuned, either by the thickness of the deposit or by electron-beam irradiation leading to a distinct maximum in the sensitivity. This maximum finds a theoretical rationale in recent advances in the understanding of electronic charge transport in nano-granular metals.
Das Gehirn ist die wohl komplexeste Struktur auf Erden, die der Mensch erforscht. Es besteht aus einem riesigen Netzwerk von Nervenzellen, welches in der Lage ist eingehende sensorische Informationen zu verarbeiten um daraus eine sinnvolle Repräsentation der Umgebung zu erstellen. Außerdem koordiniert es die Aktionen des Organismus um mit der Umgebung zu interagieren. Das Gehirn hat die bemerkenswerte Fähigkeit sowohl Informationen zu speichern als auch sich ständig an ändernde Bedingungen anzupassen, und zwar über die gesamte Lebensdauer. Dies ist essentiell für Mensch oder Tier um sich zu entwickeln und zu lernen. Die Grundlage für diesen lebenslangen Lernprozess ist die Plastizität des Gehirns, welche das riesige Netzwerk von Neuronen ständig anpasst und neu verbindet. Die Veränderungen an den synaptischen Verbindungen und der intrinsischen Erregbarkeit jedes Neurons finden durch selbstorganisierte Mechanismen statt und optimieren das Verhalten des Organismus als Ganzes. Das Phänomen der neuronalen Plastizität beschäftigt die Neurowissenschaften und anderen Disziplinen bereits über mehrere Jahrzehnte. Dabei beschreibt die intrinsische Plastizität die ständige Anpassung der Erregbarkeit eines Neurons um einen ausbalancierten, homöostatischen Arbeitsbereich zu gewährleisten. Aber besonders die synaptische Plastizität, welche die Änderungen in der Stärke bestehender Verbindungen bezeichnet, wurde unter vielen verschiedenen Bedingungen erforscht und erwies sich mit jeder neuen Studie als immer komplexer. Sie wird durch ein komplexes Zusammenspiel von biophysikalischen Mechanismen induziert und hängt von verschiedenen Faktoren wie der Frequenz der Aktionspotentiale, deren Timing und dem Membranpotential ab und zeigt außerdem eine metaplastische Abhängigkeit von vergangenen Ereignissen. Letztlich beeinflusst die synaptische Plastizität die Signalverarbeitung und Berechnung einzelner Neuronen und der neuronalen Netzwerke.
Der Schwerpunkt dieser Arbeit ist es das Verständnis der biologischen Mechanismen und deren Folgen, die zu den beobachteten Plastizitätsphänomene führen, durch eine stärker vereinheitlichte Theorie voranzutreiben.Dazu stelle ich zwei funktionale Ziele für neuronale Plastizität auf, leite Lernregeln aus diesen ab und analysiere deren Konsequenzen und Vorhersagen.
Kapitel 3 untersucht die Unterscheidbarkeit der Populationsaktivität in Netzwerken als funktionales Ziel für neuronale Plastizität. Die Hypothese ist dabei, dass gerade in rekurrenten aber auch in vorwärtsgekoppelten Netzwerken die Populationsaktivität als Repräsentation der Eingangssignale optimiert werden kann, wenn ähnliche Eingangssignale eine möglichst unterschiedliche Repräsentation haben und dadurch für die nachfolgende Verarbeitung besser unterscheidbar sind. Das funktionale Ziel ist daher diese Unterscheidbarkeit durch Veränderungen an den Verbindungsstärke und der Erregbarkeit der Neuronen mithilfe von lokalen selbst-organisierten Lernregeln zu maximieren. Aus diesem funktionale Ziel lassen sich eine Reihe von Standard-Lernenregeln für künstliche neuronale Netze gemeinsam abzuleiten.
Kapitel 4 wendet einen ähnlichen funktionalen Ansatz auf ein komplexeres, biophysikalisches Neuronenmodell an. Das Ziel ist eine spärliche, stark asymmetrische Verteilung der synaptischen Stärke, wie sie auch bereits mehrfach experimentell gefunden wurde, durch lokale, synaptische Lernregeln zu maximieren. Aus diesem funktionalen Ansatz können alle wichtigen Phänomene der synaptischen Plastizität erklärt werden. Simulationen der Lernregel in einem realistischen Neuronmodell mit voller Morphologie erklären die Daten von timing-, raten- und spannungsabhängigen Plastizitätsprotokollen. Die Lernregel hat auch eine intrinsische Abhängigkeit von der Position der Synapse, welche mit den experimentellen Ergebnissen übereinstimmt. Darüber hinaus kann die Lernregel ohne zusätzliche Annahmen metaplastische Phänomene erklären. Dabei sagt der Ansatz eine neue Form der Metaplastizität voraus, welche die timing-abhängige Plastizität beeinflusst. Die formulierte Lernregel führt zu zwei neuartigen Vereinheitlichungen für synaptische Plastizität: Erstens zeigt sie, dass die verschiedenen Phänomene der synaptischen Plastizität als Folge eines einzigen funktionalen Ziels verstanden werden können. Und zweitens überbrückt der Ansatz die Lücke zwischen der funktionalen und mechanistische Beschreibungsweise. Das vorgeschlagene funktionale Ziel führt zu einer Lernregel mit biophysikalischer Formulierung, welche mit etablierten Theorien der biologischen Mechanismen in Verbindung gebracht werden kann. Außerdem kann das Ziel einer spärlichen Verteilung der synaptischen Stärke als Beitrag zu einer energieeffizienten synaptischen Signalübertragung und optimierten Codierung interpretiert werden.
We have developed a versatile software package for the simulation of di-electron production in pp and dp collisions at moderate beam kinetic energies (1-2GeV). Particular attention has been paid to incorporate different descriptions of the Dalitz decay Δ rightarrow Ne + e - via a common interface. In addition, suitable parameterizations for the virtual bremsstrahlung process NN rightarrow NNe + e - based on one-boson exchange models have been implemented. Such simulation tools with high flexibility of the framework are important for the interpretation of the di-electron data taken with the HADES spectrometer and demonstrates the wide applicability within the field of nuclear and hadronic physics.
A full session was organized in memory of Helmut Oeschler during the 2017 edition of the Strangeness in Quark Matter Conference. It was heart-warming to discuss with the audience his main achievements and share anecdotes about this exceptionally praised and appreciated colleague, who was also a great friend for many at the conference. A brief summary of the session is provided with these proceedings.
Heterostructures of graphene in proximity to magnetic insulators open the possibility to investigate exotic states emerging from the interplay of magnetism, strain and charge transfer between the layers. Recent reports on the growth of self-integrated atomic wires of β-RuCl3 on graphite suggest these materials as versatile candidates to investigate these effects. Here we present detailed first principles calculations on the charge transfer and electronic structure of β-RuCl3/heterostructures and provide a comparison with the work function analysis of the related honeycomb family members α-RuX3 (X = Cl,Br,I). We find that proximity of the two layers leads to a hole-doped graphene and electron-doped RuX3 in all cases, which is sensitively dependent on the distance between the two layers. Furthermore, strain effects due to lattice mismatch control the magnetization which itself has a strong effect on the charge transfer. Charge accumulation in β-RuCl3 strongly drops away from the chain making such heterostructures suitable candidates for sharp interfacial junctions in graphene-based devices.
The ab-initio molecular dynamics framework has been the cornerstone of computational solid state physics in the last few decades. Although it is already a mature field it is still rapidly developing to accommodate the growth in solid state research as well as to efficiently utilize the increase in computing power. Starting from the first principles, the ab-initio molecular dynamics provides essential information about structural and electronic properties of matter under various external conditions. In this thesis we use the ab-initio molecular dynamics to study the behavior of BaFe2As2 and CaFe2As2 under the application of external pressure. BaFe2As2 and CaFe2As2 belong to the family of iron based superconductors which are a novel and promising superconducting materials. The application of pressure is one of two key methods by which electronic and structural properties of iron based superconductors can be modified, the other one being doping (or chemical pressure). In particular, it has been noted that pressure conditions have an important effect, but their exact role is not fully understood. To better understand the effect of different pressure conditions we have performed a series of ab-initio simulations of pressure application. In order to apply the pressure with arbitrary stress tensor we have developed a method based on the Fast Inertial Relaxation Engine, whereby the unit cell and the atomic positions are evolved according to the metadynamical equations of motion. We have found that the application of hydrostatic and c axis uniaxial pressure induces a phase transition from the magnetically ordered orthorhombic phase to the non-magnetic collapsed tetragonal phase in both BaFe2As2 and CaFe2As2. In the case of BaFe2As2, an intermediate tetragonal non-magnetic tetragonal phase is observed in addition. Application of the uniaxial pressure parallel to the c axis reduces the critical pressure of the phase transition by an order of magnitude, in agreement with the experimental findings. The in-plane pressure application did not result in transition to the non-magnetic tetragonal phase and instead, rotation of the magnetic order direction could be observed. This is discussed in the context of Ginzburg-Landau theory. We have also found that the magnetostructural phase transition is accompanied by a change in the Fermi surface topology, whereby the hole cylinders centered around the Gamma point disappear, restricting the possible Cooper pair scattering channels in the tetragonal phase. Our calculations also permit us to estimate the bulk moduli and the orthorhombic elastic constants of BaFe2As2 and CaFe2As2.
To study the electronic structure in systems with broken translational symmetry, such as doped iron based superconductors, it is necessary to develop a method to unfold the complicated bandstructures arising from the supercell calculations. In this thesis we present the unfolding method based on group theoretical techniques. We achieve the unfolding by employing induced irreducible representations of space groups. The unique feature of our method is that it treats the point group operations on an equal footing with the translations. This permits us to unfold the bandstructures beyond the limit of translation symmetry and also formulate the tight-binding models of reduced dimensionality if certain conditions are met. Inclusion of point group operations in the unfolding formalism allows us to reach important conclusions about the two versus one iron picture in iron based superconductors.
And finally, we present the results of ab-initio structure prediction in the cases of giant volume collapse in MnS2 and alkaline doped picene. In the case of MnS2, a previously unobserved high pressure arsenopyrite structure of MnS2 is predicted and stability regions for the two competing metastable phases under pressure are determined. In the case of alkaline doped picene, crystal structures with different levels of doping were predicted and used to study the role of electronic correlations.
We show the absence of an instability of homogeneous (chiral) condensates against spatially inhomogeneous perturbations for various (2+1)-dimensional four-fermion and Yukawa models. All models are studied at nonzero baryon chemical potential, while some of them are also subjected to chiral and isospin chemical potential. The considered theories contain up to 16 Lorentz-(pseudo)scalar fermionic interaction channels. We prove the stability of homogeneous condensates by analyzing the bosonic two-point function, which can be expressed in a purely analytical form at zero temperature. Our analysis is presented in a general manner for all of the different discussed models. We argue that the absence of an inhomogeneous chiral phase (where the chiral condensate is spatially nonuniform) follows from this lack of instability. Furthermore, the existence of a moat regime, where the bosonic wave-function renormalization is negative, in these models is ruled out.
We show the absence of an instability of homogeneous (chiral) condensates against spatially inhomogeneous perturbations for various 2+1-dimensional four-fermion and Yukawa models. All models are studied at non-zero baryon chemical potential, while some of them are also subjected to chiral and isospin chemical potential. The considered theories contain up to 16 Lorentz-(pseudo)scalar fermionic interaction channels. We prove the stability of homogeneous condensates by analyzing the bosonic two-point function, which can be expressed in a purely analytical form at zero temperature. Our analysis is presented in a general manner for all of the different discussed models. We argue that the absence of an inhomogeneous chiral phase (where the chiral condensate is spatially non-uniform) follows from this lack of instability. Furthermore, the existence of a moat regime, where the bosonic wave function renormalization is negative, in these models is ruled out.
We show the absence of an instability of homogeneous (chiral) condensates against spatially inhomogeneous perturbations for various 2+1-dimensional four-fermion and Yukawa models. All models are studied at non-zero baryon chemical potential, while some of them are also subjected to chiral and isospin chemical potential. The considered theories contain up to 16 Lorentz-(pseudo)scalar fermionic interaction channels. We prove the stability of homogeneous condensates by analyzing the bosonic two-point function, which can be expressed in a purely analytical form at zero temperature. Our analysis is presented in a general manner for all of the different discussed models. We argue that the absence of an inhomogeneous chiral phase (where the chiral condensate is spatially non-uniform) follows from this lack of instability. Furthermore, the existence of a moat regime, where the bosonic wave function renormalization is negative, in these models is ruled out.
To preserve the required beam quality in an e+/e- collider it is necessary to have a very precise beam position control at each accelerating cavity. An elegant method to avoid additional length and beam disturbance is the usage of signals from existing HOM-dampers. The magnitude of the displacement is derived from the amplitude of a dipole mode whereas the sign follows from the phase comparison of a dipole and a monopole HOM. To check the performance of the system, a measurement setup has been built with an antenna which can be moved with micrometer resolution to simulate the beam. Furthermore we have developed a signal processing to determine the absolute beam displacement. Measurements on the HOM-damper cell can be done in the frequency domain using a network analyser. Final measurements with the nonlinear time dependent signal processing circuit has to be done with very short electric pulses simulating electron bunches. Thus, we have designed a sub nanosecond pulse generator using a clipping line and the step recovery effect of a diode. The measurement can be done with a resolution of about 10 micrometers. Measurements and numerical calculations concerning the monitor design and the pulse generator are presented.
Es werden Messungen beschrieben, die Übereinstimmung zwischen einer total absorbierenden Ionisationskammer und der Weichstrahl-Standardkammer des Max-Planck-Institutes für Biophysik ergeben. Damit wurde eine weitere Meßanordnung in Betrieb genommen, die besonders für die Absolutmessung der Dosis in „röntgen“ im Gebiet der sehr weichen Röntgenstrahlen geeignet ist.
By analyzing 𝑒+𝑒− annihilation data with an integrated luminosity of 2.93 fb−1 collected at the center-of-mass energy √𝑠=3.773 GeV with the BESIII detector, we present the first absolute measurements of the branching fractions of twenty Cabibbo-suppressed hadronic 𝐷0(+) decays involving multiple pions. The highest four branching fractions obtained are ℬ(𝐷0→𝜋+𝜋−𝜋0) = (1.343±0.013stat±0.016syst)%, ℬ(𝐷0→𝜋+𝜋−2𝜋0) = (1.002±0.019stat±0.024syst)%, ℬ(𝐷+→2𝜋+𝜋−𝜋0) = (1.165±0.021stat±0.021syst)%, and ℬ(𝐷+→2𝜋+𝜋−2𝜋0) = (1.074±0.040stat±0.030syst)%. The 𝐶𝑃 asymmetries for the six decays with highest signal yields are also determined and found to be compatible with zero.
By analyzing e+e− annihilation data with an integrated luminosity of 2.93 fb−1 collected at the center-of-mass energy s√= 3.773 GeV with the BESIII detector, we present the first absolute measurements of the branching fractions of twenty Cabibbo-suppressed hadronic D0(+) decays involving multiple pions. The largest four branching fractions obtained are B(D0→π+π−π0) = >(1.343±0.013stat±0.016syst)%, B(D0→π+π−2π0) = (0.998±0.019stat±0.024syst)%, B(D+→2π+π−π0)
(1.174±0.021stat±0.021syst)%, and B(D+→2π+π−2π0) = (1.074±0.040stat±0.030syst)%. The CP asymmetries for the six decays with highest event yields are also determined.
Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit wurden die bei den Kalttests der supraleitenden 360 MHz CH-Prototypkavität gewonnenen Messergebnisse sowie das Prinzip der Hochfrequenzmessung an supraleitenden Resonatoren vorgestellt. Zudem wurde bei dem Aufbau eines eigens für diese Messungen optimierten horizontalen Kryostaten mitgearbeitet. Die wesentlichen Elemente des Kryostaten wurden dargestellt und das Kaltfahren des gesamten Kryosystems erläutert. Das am IAP erarbeitete Tuningkonzept, bei dem ein langsamer, kettenbetriebener Tuner für den Ausgleich statischer Frequenzänderungen und zusätzlich drei Piezotuner zur Kompensation schneller Frequenzschwankungen eingesetzt werden, konnte aufgrund der zu groÿen Schwankungen der Resonanzfrequenz, die durch die stetige Befüllung des Kryostaten mit Helium hervorgerufen wurde, nur bedingt getestet werden. Dennoch konnte gezeigt werden, dass der Piezotuner die Frequenz der Kavität für kurze Zeit konstant hält und der langsame, mechanische Tuner einen Frequenzhub von 400 kHz erreichen kann. Für weitere Kalttests der CH-Struktur im horizontalen Kryostaten werden zur Zeit sowohl das Regelsystem für die schnellen Piezotuner als auch die Motorsteuerung des mechanischen Tuners optimiert.
In einem weiteren Arbeitsschritt wurden mit Hilfe der Simulationssoftware ANSYS Rechnungen zur Geometrieoptimierung des neuen dynamischen Balguners für zukünftige supraleitende CH-Strukturen durchgeführt. Das Hauptaugenmerk der Optimierung lag hierbei auf der Reduktion der auftretenden Materialspannungen bei einem vorgesehenen Hub von ca. ± mm, der durch eine äuÿere Belastung hervorgerufen wird. Dabei wurden verschiedene geometrische Gröÿen variiert und die optimalen Parameter gefunden. Zudem wurde eine Modalanalyse durchgeführt, um zu verhindern, dass die mechanischen Eigenfrequenzen des Balgtuners in den Betriebsbereich des Piezotuners, der letztlich für den Antrieb der dynamischen Balgtuner vorgesehen ist, fallen. Die nach sämtlichen Simulationsschritten berechnete und final vorgesehene Tunergeometrie und deren Parameter, die bezüglich des auftretenden von-Mises-Stresses optimiert wurden, sind in Abbildung bzw. Tabelle 9.1 dargestellt.
Desweiteren wurden mit Hilfe des Simulationsprogramms CST MicroWave Studio Untersuchungen zu Multipacting durchgeführt. Aufgrund der problematischen Spannungswerte im oberen Gap des Tuners müssen in weiteren Arbeitsschritten zusätzliche Simulationsrechnungen durchgeführt werden, um die Gefahr von Multipacting zu verhindern. Um die strukturmechanischen Simulationsergebnisse und deren Genauigkeit zu validieren, wurde zu Testzwecken ein Balgtunerprototyp bestehend aus eineinhalb Zellen von der Firma RI in Bergisch Gladbach gefertigt. Messungen der maximalen Auslenkung zeigten zwischen simulierten und gemessenen Werten eine Diskrepanz von einem Faktor von ungefähr 3.
Für weitere Testzwecke soll ein weiterer Balgtunerprototyp bestehend aus 6 Zellen nach den simulierten Parametern angefertigt und später sowohl bei Raumtemperatur als auch unter kryogenen Bedingungen auf dessen Auslenkung getestet werden.
Die Arbeit ist in zwei Teile gegliedert. Der erste Teil behandelt einige naturphilosophische und mathematische Probleme. Es wird außerdem das Pfeil-Paradoxon von Zeno vorgestellt, auf dem die moderne Variante des Quanten-Zeno-Paradoxons basiert. Im zweiten Teil wird zunächst eine allgemeine Analyse des Zerfallsgesetzes instabiler Quantensysteme gegeben. Es ist eine Mischung aus Zusammenfassungen von Reviews und neuen Ideen. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Wellenfunktion in Energiedarstellung bzw. deren Betragsquadrat, genannt Energiedichte. Es wird auch auf den Fall eingegangen, wenn ein Quantensystem wiederholten (frequenten) Messungen ausgesetzt ist. Anschließend wird der Quanten-Zeno-Effekt und das Quanten-Zeno-Paradoxon als Folge des Verhaltens der Überlebenswahrscheinlichkeit für Zeiten kurz nach der Zustandspräparation beschrieben. Danach wird das Lee-Modell zur Beschreibung eines Teilchenzerfalls vorgestellt. Das Modell beschreibt den Zerfall eines instabilen Teilchens in zwei mögliche Kanäle, d.h. entweder in (genannt) a-Teilchen oder b-Teilchen. Es werden alle wichtigen Funktionen (Zerfallsgesetz, Energiedichte, etc.) analytisch hergeleitet. Es folgen darauf die Ergebnisse der numerischen Auswertung.
Nano-granular metals are materials that fall into the general class of granular electronic systems in which the interplay of electronic correlations, disorder and finite size effects can be studied. The charge transport in nano-granular metals is dominated by thermally-assisted, sequential and correlated tunneling over a temperature-dependent number of metallic grains. Here we study the frequency-dependent conductivity (AC conductivity) of nano-granular Platinum with Pt nano-grains embedded into amorphous carbon (C). We focus on the transport regime on the insulating side of the insulator metal transition reflected by a set of samples covering a range of tunnel-coupling strengths. In this transport regime polarization contributions to the AC conductivity are small and correlation effects in the transport of free charges are expected to be particularly pronounced. We find a universal behavior in the frequency dependence that can be traced back to the temperature-dependent zero-frequency conductivity (DC conductivity) of Pt/C within a simple lumped-circuit analysis. Our results are in contradistinction to previous work on nano-granular Pd/ZrO2ZrO2 in the very weak coupling regime where polarization contributions to the AC conductivity dominated. We describe possible future applications of nano-granular metals in proximity impedance spectroscopy of dielectric materials.
The interaction between Λ baryons and kaons/antikaons is a crucial ingredient for the strangeness S=0 and S=−2 sector of the meson--baryon interaction at low energies. In particular, the ΛK¯¯¯¯ might help in understanding the origin of states such as the Ξ(1620), whose nature and properties are still under debate. Experimental data on Λ−K and Λ−K¯¯¯¯ systems are scarce, leading to large uncertainties and tension between the available theoretical predictions constrained by such data. In this Letter we present the measurements of Λ−K+⊕Λ¯¯¯¯−K− and Λ−K−⊕Λ¯¯¯¯−K+ correlations obtained in the high-multiplicity triggered data sample in pp collisions at s√=13 TeV recorded by ALICE at the LHC. The correlation function for both pairs is modeled using the Lednicky−Lyuboshits analytical formula and the corresponding scattering parameters are extracted. The Λ−K−⊕Λ¯¯¯¯−K+ correlations show the presence of several structures at relative momenta k∗ above 200 MeV/c, compatible with the Ω baryon, the Ξ(1690), and Ξ(1820) resonances decaying into Λ−K− pairs. The low k∗ region in the Λ−K−⊕Λ¯¯¯¯−K+ also exhibits the presence of the Ξ(1620) state, expected to strongly couple to the measured pair. The presented data allow to access the ΛK+ and ΛK− strong interaction with an unprecedented precision and deliver the first experimental observation of the Ξ(1620) decaying into ΛK−.
The interaction between Λ baryons and kaons/antikaons is a crucial ingredient for the strangeness S=0 and S=−2 sector of the meson--baryon interaction at low energies. In particular, the ΛK¯¯¯¯ might help in understanding the origin of states such as the Ξ(1620), whose nature and properties are still under debate. Experimental data on Λ−K and Λ−K¯¯¯¯ systems are scarce, leading to large uncertainties and tension between the available theoretical predictions constrained by such data. In this Letter we present the measurements of Λ−K+⊕Λ¯¯¯¯−K− and Λ−K−⊕Λ¯¯¯¯−K+ correlations obtained in the high-multiplicity triggered data sample in pp collisions at s√=13 TeV recorded by ALICE at the LHC. The correlation function for both pairs is modeled using the Lednicky−Lyuboshits analytical formula and the corresponding scattering parameters are extracted. The Λ−K−⊕Λ¯¯¯¯−K+ correlations show the presence of several structures at relative momenta k∗ above 200 MeV/c, compatible with the Ω baryon, the Ξ(1690), and Ξ(1820) resonances decaying into Λ−K− pairs. The low k∗ region in the Λ−K−⊕Λ¯¯¯¯−K+ also exhibits the presence of the Ξ(1620) state, expected to strongly couple to the measured pair. The presented data allow to access the ΛK+ and ΛK− strong interaction with an unprecedented precision and deliver the first experimental observation of the Ξ(1620) decaying into ΛK−.
The interaction between Λ baryons and kaons/antikaons is a crucial ingredient for the strangeness S=0 and S=−2 sector of the meson−baryon interaction at low energies. In particular, the ΛK¯¯¯¯ might help in understanding the origin of states such as the Ξ(1620), whose nature and properties are still under debate. Experimental data on Λ−K and Λ−K¯¯¯¯ systems are scarce, leading to large uncertainties and tension between the available theoretical predictions constrained by such data. In this Letter we present the measurements of Λ−K+⊕Λ¯¯¯¯−K− and Λ−K−⊕Λ¯¯¯¯−K+ correlations obtained in the high-multiplicity triggered data sample in pp collisions at s√=13 TeV recorded by ALICE at the LHC. The correlation function for both pairs is modeled using the Lednicky−Lyuboshits analytical formula and the corresponding scattering parameters are extracted. The Λ−K−⊕Λ¯¯¯¯−K+ correlations show the presence of several structures at relative momenta k∗ above 200 MeV/c, compatible with the Ω baryon, the Ξ(1690), and Ξ(1820) resonances decaying into Λ−K− pairs. The low k∗ region in the Λ−K−⊕Λ¯¯¯¯−K+ also exhibits the presence of the Ξ(1620) state, expected to strongly couple to the measured pair. The presented data allow to access the ΛK+ and ΛK− strong interaction with an unprecedented precision and deliver the first experimental observation of the Ξ(1620) decaying into ΛK−.
The interaction between Λ baryons and kaons/antikaons is a crucial ingredient for the strangeness S=0 and S=−2 sector of the meson–baryon interaction at low energies. In particular, the ΛK‾ might help in understanding the origin of states such as the Ξ(1620), whose nature and properties are still under debate. Experimental data on Λ–K and Λ–K‾ systems are scarce, leading to large uncertainties and tension between the available theoretical predictions constrained by such data. In this Letter we present the measurements of Λ–K⊕+Λ‾–K− and Λ–K⊕−Λ‾–K+ correlations obtained in the high-multiplicity triggered data sample in pp collisions at s=13 TeV recorded by ALICE at the LHC. The correlation function for both pairs is modeled using the Lednický–Lyuboshits analytical formula and the corresponding scattering parameters are extracted. The Λ–K⊕−Λ‾–K+ correlations show the presence of several structures at relative momenta k⁎ above 200 MeV/c, compatible with the Ω baryon, the Ξ(1690), and Ξ(1820) resonances decaying into Λ–K− pairs. The low k⁎ region in the Λ–K⊕−Λ‾–K+ also exhibits the presence of the Ξ(1620) state, expected to strongly couple to the measured pair. The presented data allow to access the ΛK+ and ΛK− strong interaction with an unprecedented precision and deliver the first experimental observation of the Ξ(1620) decaying into ΛK−.
Neural networks have been recently proposed as variational wave functions for quantum many-body systems [G. Carleo and M. Troyer, Science 355, 602 (2017)]. In this work, we focus on a specific architecture, known as Restricted Boltzmann Machine (RBM), and analyse its accuracy for the spin-1/2 J1−J2 antiferromagnetic Heisenberg model in one spatial dimension. The ground state of this model has a non-trivial sign structure, especially for J2/J1>0.5, forcing us to work with complex-valued RBMs. Two variational Ans\"atze are discussed: one defined through a fully complex RBM, and one in which two different real-valued networks are used to approximate modulus and phase of the wave function. In both cases, translational invariance is imposed by considering linear combinations of RBMs, giving access also to the lowest-energy excitations at fixed momentum k. We perform a systematic study on small clusters to evaluate the accuracy of these wave functions in comparison to exact results, providing evidence for the supremacy of the fully complex RBM. Our calculations show that this kind of Ans\"atze is very flexible and describes both gapless and gapped ground states, also capturing the incommensurate spin-spin correlations and low-energy spectrum for J2/J1>0.5. The RBM results are also compared to the ones obtained with Gutzwiller-projected fermionic states, often employed to describe quantum spin models [F. Ferrari, A. Parola, S. Sorella and F. Becca, Phys. Rev. B 97, 235103 (2018)]. Contrary to the latter class of variational states, the fully-connected structure of RBMs hampers the transferability of the wave function from small to large clusters, implying an increase of the computational cost with the system size.
Accurate measurement of the standard 235U(n,f) cross section from thermal to 170 keV neutron energy
(2020)
An accurate measurement of the 235U(n,f) cross section from thermal to 170 keV of neutron energy has recently been performed at n_TOF facility at CERN using 6Li(n,t)4He and 10B(n,α)7Li as references. This measurement has been carried out in order to investigate a possible overestimation of the 235U fission cross section evaluation provided by most recent libraries between 10 and 30 keV. A custom experimental apparatus based on in-beam silicon detectors has been used, and a Monte Carlo simulation in GEANT4 has been employed to characterize the setup and calculate detectors efficiency. The results evidenced the presence of an overestimation in the interval between 9 and 18 keV and the new data may be used to decrease the uncertainty of 235U(n,f) cross section in the keV region.
The absolute-scale electronic energetics of liquid water and aqueous solutions, both in the bulk and at associated interfaces, are the central determiners of water-based chemistry. However, such information is generally experimentally inaccessible. Here we demonstrate that a refined implementation of the liquid microjet photoelectron spectroscopy (PES) technique can be adopted to address this. Implementing concepts from condensed matter physics, we establish novel all-liquid-phase vacuum and equilibrated solution–metal-electrode Fermi level referencing procedures. This enables the precise and accurate determination of previously elusive water solvent and solute vertical ionization energies, VIEs. Notably, this includes quantification of solute-induced perturbations of water's electronic energetics and VIE definition on an absolute and universal chemical potential scale. Defining and applying these procedures over a broad range of ionization energies, we accurately and respectively determine the VIE and oxidative stability of liquid water as 11.33 ± 0.03 eV and 6.60 ± 0.08 eV with respect to its liquid-vacuum-interface potential and Fermi level. Combining our referencing schemes, we accurately determine the work function of liquid water as 4.73 ± 0.09 eV. Further, applying our novel approach to a pair of exemplary aqueous solutions, we extract absolute VIEs of aqueous iodide anions, reaffirm the robustness of liquid water's electronic structure to high bulk salt concentrations (2 M sodium iodide), and quantify reference-level dependent reductions of water's VIE and a 0.48 ± 0.13 eV contraction of the solution's work function upon partial hydration of a known surfactant (25 mM tetrabutylammonium iodide). Our combined experimental accomplishments mark a major advance in our ability to quantify electronic–structure interactions and chemical reactivity in liquid water, which now explicitly extends to the measurement of absolute-scale bulk and interfacial solution energetics, including those of relevance to aqueous electrochemical processes.
About 50% of the elements heavier than iron are produced during the slow neutron capture process. This process occurs in different stellar sites at various energies. To understand the ongoing nucleosynthesis, the probability of a neutron capture for different temperatures and therefore for different stellar sites is essential. Activation experiments using the 7Li(p,n) reaction as neutron source were performed. At a temperature of kBT = 25 keV the cross sections were determined for 27Al, 37Cl and 41K. A new method was developed to perform activation experiments at even lower temperatures. For a proof of principle, the cross section for 64Ni was measured at kBT = 25 keV as well as for kBT = 6 keV. To study the impact of isomeric states at higher energies, activations of 181Ta were performed using two different proton energies.
The Heidelberg Ion-Beam Therapy Centre (HIT) provides proton, helium, and carbon-ion beams with different energies and intensities for cancer treatment and oxygen-ion beams for experiments. For several experiments and possible future applications, such as helium ion beam radiography, a low-intensity ion beam monitor integrated into the dose delivery feedback system for the accelerator control is a necessary pre-requisite. The updated 2D prototype for this purpose consists of scintillating fibres with enhanced radiation hardness, silicon photomultipliers (SiPMs) to amplify the emitted light, and a dedicated front-end readout system (FERS) to process and record the generated signals. This setup was tested successfully on monitoring ion-beam position and profile horizontally and vertically, as well as the beam intensity, for all four ion types with energies from 50 to 430 MeV/u and intensities from 1E2 to 1E7 ions/s. Additionally, time-of-arrival (ToA) measurements on single ions have been successfully performed for a limited intensity range, allowing for ion tracking in a further update. This will reduce noise, and will also improve the accuracy and usability of ion radiography.
During RUN3 (2021-2023) of the Large Hadron Collider, the Time Projection Chamber (TPC) of ALICE will be operated with quadruple stacks of Gas Electron Multipliers (GEMs). This technology will allow to overcome the rate limitation due to the gated operation of the Multi-Wire Proportional Chambers (MWPCs) used in RUN1 (2009-2013) and RUN2 (2015-2018).
As part of the Upgrade project, long-term irradiation tests, so called "ageing tests", have been carried out. A test setup with a detector using a quadruple stack of 10x10cm2 GEMs was built and operated in Ar-CO2 and Ne-CO2-N2 gas mixtures. The detector performance such as gas gain and energy resolution were monitored continuously. In addition, outgassing tests of materials used for the assembly process of the upgraded TPC were performed. To reach the expected dose of the GEM-based TPC, the detector was operated at much higher gains than the TPC. It was found, that the GEMs could keep their performance within the projected lifetime of the TPC. Most of the tested materials showed no negative impact on the detector. For the tested epoxy adhesive no certain conclusion could be drawn.
At much higher doses than expected for the upgraded TPC, a new phenomenon was observed, which changed the hole geometry of the GEMs and led to a degradation of the energy resolution. Even though its occurrence is not expected during the lifetime of the GEM-based TPC, simulations were carried out to study this effect more systematically. The simulations confirmed, that a change of the hole geometries of the GEMs, lead to an increase of the local gain variation, which results in a decrease of the energy resolution.
Furthermore the effect of methane as quench gas on GEMs was studied, even though this gas is not foreseen to be used in the TPC. From ageing tests with single-wire proportional counters it is well known that hydrocarbons are produced in the plasma of the avalanches, which cover the electrodes and lead to a degradation of the detector performance. Even though GEMs have a quite different geometry, the ageing tests showed, that also this technology tends to methane-induced ageing. A loss of gas gain as well as a degradation of the energy resolution due to deposits on the electrodes was monitored. A qualitative and quantitative comparison between ageing in GEMs and proportional counters was performed.
Malignant neoplasms are one of the top causes of death in all developed countries around the world and account for almost one quarter of all deaths. An individual cell based computational model with strong connections to the experimental data through lattice free, newtonian interaction could be used to validate experimental results and eventually make predictions guiding further experiments. This model was build as a part of the thesis and shall be extended to the modelling of the effects of ionic radition on the vascularised tumour as a possible treatment for inoperable tumours.
The conducting properties in the basal ab plane of pure and Al-doped YBa2Cu3O7-γ single crystals before and after long-time exposure in air atmosphere are investigated. It is shown that prolonged aging leads to an increase of the density of effective scattering centers for the normal carriers. The aluminum doping has been revealed to partially slowdown the degradation of the conducting properties in process of aging. The excess conductivity, Δδ(T), has been found to obey exponential dependence in the broad temperature range Tc<T<T*. In the pseudogap regime, the mean-field transition temperature and the 3D-2D crossover point in the excess conductivity have been quantified. Near the critical temperature, is described well within the Aslamazov-Larkin theoretical model. Herewith, both aluminum doping and prolonged aging have been found to essentially expand the temperature interval of implementation of the pseudogap state, thus narrowing the linear section in the dependence ρab(T).
ALICE is the dedicated heavy-ion experiment at the Large Hadron Collider at CERN. After a two-year long shutdown, the LHC restarted its physics programme in June 2015 with proton-proton collisions at √s = 13 TeV and Pb-Pb collisions at √sNN = 5.02 TeV, the highest centre-of-mass energy ever reached in laboratory. Recent results and future perspective for ALICE will be presented.
A new technique for precision ion implantation has been developed. A scanning probe has been equipped with a small aperture and incorporated into an ion beamline, so that ions can be implanted through the aperture into a sample. By using a scanning probe the target can be imaged in a non-destructive way prior to implantation and the probe together with the aperture can be placed at the desired location with nanometer precision. In this work first results of a scanning probe integrated into an ion beamline are presented. A placement resolution of about 120 nm is reported. The final placement accuracy is determined by the size of the aperture hole and by the straggle of the implanted ion inside the target material. The limits of this technology are expected to be set by the latter, which is of the order of 10 nm for low energy ions. This research has been carried out in the context of a larger program concerned with the development of quantum computer test structures. For that the placement accuracy needs to be increased and a detector for single ion detection has to be integrated into the setup. Both issues are discussed in this thesis. To achieve single ion detection highly charged ions are used for the implantation, as in addition to their kinetic energy they also deposit their potential energy in the target material, therefore making detection easier. A special ion source for producing these highly charged ions was used and their creation and interactions with solids of are discussed in detail.
Alignment, characterization and application of polyfluorene in polarized light-emitting devices
(2001)
Ziel im Rahmen der vorliegenden Dissertation war die Realisierung der polarisierten Elektrolumineszenz blau emittierender flüssigkristalliner Polyfluorene. Polymere Leuchtdioden, die aufgrund hoher Orientierung der Moleküle in der aktiven Schicht polarisiert emittieren, sind für eine Anwendung beispielsweise als Hintergrundbeleuchtung in Flüssigkristallanzeigen (LCDs) von Interesse. Es wurde gezeigt, dass sich mit der Ausrichtung von Polyfluoren auf Ori entierungsschichten auf der Basis von geriebenem Polyimid hohe Ordnungsgrade erzielen lassen. Die Dotierung mit lochleitenden Materialien erlaubte erstmals den Einbau solcher Orientierungsschichten in Leuchtdioden und ermöglichte die Realisierung polarisierter Elektrolumineszenz. Die Morphologie und Struktur sowohl der hoch orientierten Polyfluoren filme als auch lochleitender Orientierungsschichten wurden eingehend untersucht. Die ElektrolumineszenzEigenschaften von isotropen sowie polarisierten Leuchtdioden wurden ausführlich analysiert und anschließend durch chemische Modifizierung des Polyfluorens entscheidend verbessert. Zusätzlich wurde Polyfluoren mit fluoreszierenden Farbstoffen dotiert, um ausgehend von blauem Licht grüne und rote Emission zu erhalten. Hierbei wurde unter sucht, in welchem Maß FörsterEnergietransfer sowie Ladungsträgereinfang für die Emission der eingemischten Farbstoffe verantwortlich sind. Eine Einführung in die Grundlagen der Elektrolumineszenz konjugierter Polymere findet sich in Kapitel 2 dieser Arbeit. Da polarisierte Elektrolumineszenz ein hohes Maß an Anistotropie der emittierenden Schicht erfordert, werden anschließend verschiedene Methoden zur Ausrichtung von Polymeren besprochen, wobei besondere Betonung auf der Orientierung flüssigkristalliner Polymere liegt. Kapitel 3 behandelt die signifikanten Eigenschaften der Polymere sowie die experimentel len Methoden, die im Rahmen dieser Arbeit verwendet wurden. Neben Polyfluoren wird ein weiteres blau emittierendes Polymer, Polyphenylenethynylen (PPE), eingeführt. Bei der Cha rakterisierung der Polyfluorene wird im Anschluss an die Beschreibung der reinen Polymere insbesondere der positive Einfluss des Anbringens von lochleitende Endgruppen an die Hauptkettenenden auf wesentliche Eigenschaften bezüglich der Elektrolumineszenz aufgezeigt. Außerdem werden die wesentlichen Merkmale von Polyimid, welches die Matrix der Orientierungsschicht bildet, sowie von verschiedenen Polymeren, die der Lochleitung und der Lochinjektion dienen, besprochen. Die Beschreibung der Methoden zur Präparation isotroper und polarisierter Leuchtdioden sowie zur Untersuchung der optischen, elektrischen und mor phologischen Eigenschaften der Polymerfilme bilden den Abschluss dieses Abschnitts. Im vierten Kapitel dieser Arbeit werden unterschiedliche Verfahren zur Ausrichtung der Polymermoleküle auf Polyfluoren sowie auf PPE angewandt und hinsichtlich der erreichbaren Ordnungsgrade verglichen und beurteilt. Im Falle von Polyfluoren wurde gezeigt, dass eine Orientierung im flüssigkristallinen Zustand mit Hilfe zusätzlicher Orientierungsschichten, welche auf geriebenem Polyimid basieren, die einzige geeignete Methode zur Orientierung dieses Po lymers ist. Durch den Zusatz von niedrigmolekularen lochleitenden Materialien in geeigneter Konzentration in die PolyimidMatrix konnte das nichtleitende Polyimid so modifiziert wer den, dass es sich in Leuchtdioden einbinden ließ, ohne dass die Orientierungseigenschaften der Schichten verloren gingen. Vergleiche unterschiedlicher Polyfluorene ergaben, dass die Länge und Struktur der AlkylSeitenketten das Orientierungsverhalten entscheiden beeinflussen. Hierbei wurde gezeigt, dass sich für verzweigte Seitenketten deutlich höhere Orientierungsgrade erreichen lassen als für solche mit linearen Seitenketten. Dies wurde mit dem vergrößerten Verhältnis aus Persistenzlänge und Polymerdurchmesser erklärt, was gemäß der Theorie der flüssigkristallinen Polymere zu einer Zunahme des erreichbaren Ordnungsparameter führt. Außerdem wiesen die Absorptionsspektren der Polyfluorene mit langen Seitenketten auf eine planare Konformation der Polymerrückgrate hin, welche aufgrund der starken Wechselwirkung zwischen den einzelnen Ketten eine Orientierung im flüssigkristallinen Zustand verhindert. Von allen untersuchten Polyfluorenen ließ sich Poly(diethylhexylfluoren) (PF2/6) am besten orientieren. Im Gegensatz zu Polyfluoren scheiterte der Versuch, PPE im flüssigkristallinen Zustand auf Orientierungsschichten auszurichten. Kalorimetrische DSCUntersuchungen machten deutlich, dass sich die Struktur von PPE in flüssigkristalliner und kristalliner Phase nur unwesentlich voneinander unterscheiden. In beiden Phasen deuteten Absorptionsuntersuchungen auf eine planare Konformation der PPERückgrate. Die Viskosität des als sehr steif bekannten Polymers PPE ist daher auch in flüssigkristallinem Zustand zu hoch, um eine Umordnung der Moleküle zu verursachen, welche allein durch Wechselwirkung mit einer Orientierungsschicht hervorgerufen wird. PPE konnte jedoch im kristallinen Zustand orientiert werden, indem anstatt einer zusätzlichen Orientierungsschicht der Polymerfilm selbst gerieben wurde. Die hohe Steifigkeit von PPE erlaubte die Übertragung der Kräfte, die durch das Reiben verursacht werden, auf das starre Polymerrückgrat und ermöglichte eine homogene Ausrichtung der Moleküle. Mit Hilfe dieser Methode konnten Leuchtdioden mit PPE in der aktiven Schicht verwirklicht werden, die polarisiert emittierten. Die bestmöglichen Methoden zur Ausrichtung der Moleküle unterschie den sich demnach für die beiden flüssigkristallinen Polymere Polyfluoren und PPE, und für beide Polymere wurden Verfahren gefunden, die die Herstellung von polarisierten Leuchtdioden ermöglichten. In Kapitel 5 dieser Arbeit werden die Morphologie, die Struktur sowie weitere wesentliche Eigenschaften sowohl orientierter Polyfluorenfilme als auch der zur Ausrichtung benötigten lochleitenden Orientierungsschichten aus dotiertem Polyimid besprochen. Hierfür wurden die Filme mit Hilfe von Licht und Elektronenmikroskopie sowie von Elektronen und Röntgen beugungsexperimenten untersucht. Im ersten Teil wird die beobachtete Abnahme der Orien tierbarkeit von Polyfluoren mit zunehmendem Molekulargewicht durch Elektronenbeugungs untersuchungen näher beschrieben. Ergebnisse aus TransmissionsElektronenmikroskopie Untersuchungen zeigten, dass sich die Morphologie orientierter PF2/6Filme durch hochgeordnete Lamellen auszeichnet, welche in regelmäßigen Abständen von ungeordneten Regionen unterbrochen werden. Innerhalb der orientierten Lamellen sortieren sich die Moleküle nach ähnlicher Kettenlänge, wohingegen in den ungeordneten Gebieten vornehmlich die Endgruppen der Ketten vorzufinden sind. Strukturuntersuchungen ergaben, dass die einzelnen Polymerketten von PF2/6 zylindrisch sind und eine hexagonale Packung aufweisen, wobei die Polymerrück grate eine 5/2Helixstruktur bilden. Das wurmähnliche Rückgrat ist dabei zylinderförmig von einer Hülle aus ungeordneten Seitenketten umgeben, die ähnlich wie ein Lösungsmittel zwi schen den einzelnen Ketten wirken. Die hieraus folgende geringe Viskosität des Polymers dient als Erklärung für die beobachtete bessere Orientierbarkeit von PF2/6 im Vergleich zu Polyfluoren mit linearen OktylSeitenketten oder zu PPE. Im zweiten Teil des fünften Kapitels werden Ergebnisse von Untersuchungen der lochlei tenden Orientierungsschichten vorgestellt. Der Einfluss der Zugabe von lochleitenden Materialien zu Polyimid auf mechanische sowie auf elektrische Eigenschaften wurde untersucht. Bei moderater LochleiterKonzentration war die mechanische Stabilität der Filme ausreichend, um nach dem Reiben keine merklichen Unterschiede zu undotierten geriebene Filmen aufzuweisen. Vergleiche entsprechender Filme hinsichtlich Ladungsinjektion und transport zeigten, dass erst durch die Dotierung eine Verwendung von PolyimidOrientierungsschichten in Leuchtdioden ermöglicht wird. Sowohl polymere als auch niedrigmolekulare lochleitende Materialien wur den hinsichtlich der erreichbaren Orientierungsgrade sowie der resultierenden ElektrolumineszenzEigenschaften verglichen, wobei nur letztere in beiden Belangen zugleich zu vorteilhaften Ergebnissen führten. Es wurde gezeigt, dass sich die besten Resultate mit polarisierten Leuchtdioden erzielen ließen, bei denen die emittierende Schicht auf eine DoppelschichtStruktur aufgebracht war, die der Lochinjektion und der Orientierung dienten. Hierbei befand sich oberhalb einer LochinjektionsSchicht aus reinem Lochleitermaterial eine weitere lochleitende Orientie rungsSchicht aus dotiertem Polyimid. Variation der Lochleiterkonzentrationen in Polyimid er gaben, dass die Helligkeit mit zunehmender Konzentration zunahm, wohingegen die erreichten Polarisationsverhältnisse gleichzeitig abnahmen. SEM und AFMUntersuchungen über den Einfluss der Lochleiterkonzentration auf die Schichtmorphologie ergaben, dass diese Beobachtungen durch Phasenseparation und mechanische Beschädigung der Filme zu erklären ist, welche bei Konzentrationen oberhalb 20 Gewichtsprozent eintreten. Im Kapitel 6 wird schließlich die Elektrolumineszenz von Leuchtdioden mit Polyfluoren als emittierende Schicht diskutiert. Zuerst wurde in isotropen Leuchtdioden die günstigste Diodenarchitektur ermittelt sowie die Optimierung der verwendeten Schichten vorgenommen. Die Ergebnisse wurden mit den Kenntnissen kombiniert, die im Rahmen der oben beschriebenen Untersuchungen erworben wurden, um die Herstellung von Leuchtdioden mit hochpolarisierter Emission zu verwirklichen. Blaue Elektrolumineszenz mit einem Emissionsmaximum von 450 nm und einem Polarisationsverhältnis von 21 wurden erzielt, wobei die Leuchtdichte bei einer angelegten Spannung von 18 V etwa 100 cd/m 2 betrug, was der typischen Helligkeit eines Computermonitors entspricht. Alle ElektrolumineszenzEigenschaften ließen sich durch End funktionalisierung des Polyfluorens weiter deutlich verbessern, indem lochleitende TriarylaminDerivate an die Enden der Hauptketten angebracht wurden ('Endcapping'). Der unerwünschte Beitrag zur Emission bei höheren Wellenlängen, welcher im Falle des reinen Polyfluoren beo bachtet wurde und gemeinhin aggregierten Polymermolekülen zugeschrieben wird, wurde durch das Konzept der Endfunktionalisierung wirksam unterdrückt. Außerdem war die Farbstabilität wesentlich verbessert und die Effizienz der Leuchtdioden um mehr als eine Größenordnung höher als bei der Verwendung des reinen Polyfluorens. Diese Beobachtungen wurden mit den elektrochemischen Eigenschaften der Endgruppen erklärt. Letztere wirken als anziehende Fallen für Ladungsträger, was dazu führt, dass die Erzeugung von Exzitonen und die anschließende Rekombination vorwiegend in der Nähe der Kettenenden stattfindet, anstatt wie im Falle des reinen Polyfluorens an weniger effizienten Aggregaten oder Exzimererzeugenden Stellen. Es wurde gezeigt, dass die Endfunktionalisierung weder das Verhalten des Polymers im flüssig-kristallinen Zustand, noch dessen Orientierbarkeit beeinträchtigte. Die Verwendung des modifizierten Polyfluorens erlaubte die Herstellung von polarisierten Leuchtdioden mit einem Polarisationsverhältnis von 22 und einer Leuchtdichte von 200 cd/m 2 bei 19 V, wobei die Schwellspannung auf 7,5 V gesenkt wurde. Dioden mit einem Anisotropiefaktor von 15 er reichten Leuchtdichten von bis zu 800 cd/m 2 . Die Effizienz dieser Leuchtdioden war mit 0,25 cd/A bei ähnlichem Polarisationsverhältnis und Leuchtdichte um mehr als doppelt so hoch wie die bisher berichteten Werte. Die Veränderung der eigentlich blauen Emissionsfarbe durch die Zugabe von Materialien mit niedrigerer Bandlücke in eine Polyfluorenmatrix wird im Kapitel 7 beschrieben. Es wurde gezeigt, dass der Zusatz bereits geringer Konzentrationen eines grün emittierenden Thiophen Farbstoffes das Emissionsspektrum des Polyfluorens entscheidend veränderte und die Realisierung grüner Emission ermöglichte. Genau wie im Falle der nichtemittierenden Lochleiter, die für die Endfunktionalisierung des Polyfluoren verwendet wurden, wirken auch die ThiophenFarbstoffe als effektive Ladungsträgerfallen, was neben der Farbveränderung eine drastische Verbesserung der Leuchtdiodeneffizienzen zur Folge hatte. Darüber hinaus konnte mit Hilfe des dotierten Polyfluorens polarisierte grüne Elektrolumineszenz verwirklicht werden, wobei die Polarisationsverhältnisse Werte von bis zu 30 erreichten, bei einer Leuchtdichte von 600 cd/m 2 und einer Effizienz von 0,3 cd/A. Im Hinblick auf rote Elektrolumineszenz wurden Leuchtdioden mit dendronisierten Pery lenfarbstoffen in der emittierenden Schicht untersucht, zum einen in reiner Form und zum an deren in Mischungen mit Polyfluoren. Hierfür wurden zwei Generationen von Dendrimeren, bestehend aus zentralem PerylendiimidChromophor und PolyphenylenGerüst, mit einer nichtdendronisierten Modellverbindung verglichen. Leuchtdioden mit reinen Filmen der ersten und zweiten Dendrimergeneration emittierten rotes Licht mit CIEKoordinaten (0,627/0,372) und einer Leuchtdichte von bis zu 120 cd/m 2 bei 11 V, wobei die Effizienz allerdings nur 0,03 cd/A betrug. Um die unterschiedlichen Mechanismen zu klären, die zur Emission der Farbstoffmoleküle führen, wurden die Farbstoffe in Polyfluoren beigemischt, und der Einfluss der Dendronisierung auf die Emissionsfarbe und die Intensität der Elektrolumineszenz wurde untersucht. In Photolumineszenz wurde mit zunehmender Dendronisierung eine Abnahme des Förster Energieübertrags vom PolyfluorenWirt zu dem PerylenfarbstoffGast verzeichnet, was zu einen höheren blauen Anteil im Emissionsspektrum führte. Hingegen wurde gezeigt, dass in Elektrolumineszenz die Farbstoffe als Elektronenfallen wirken und die Rekombination der Ladungsträger zu Exzitonen somit vorwiegend auf den Farbstoff anstatt auf den Polyfluorenmolekülen statt findet. Aus diesem Grund war die Betonung der roten Emission in Elektrolumineszenz ungleich stärker als in Photolumineszenz, bei der die rote Emission ausschließlich durch Energieübertrag via Förstertransfer zu Stande kommt. Die Verstärkung einer Farbverschiebung von rot nach blau, die mit zunehmender Dendronisierung und ansteigender Betriebsspannung beo bachtet wurde, konnte qualitativ mit der kinetischen Beeinträchtigung des Elektronenübertrags vom PolyfluorenWirt auf den PerylendiimidChromophor erklärt werden. Der bestmögliche Kompromiss aus roter Farbtiefe und Helligkeit wurde für die Mischung aus Polyfluoren und dem Farbstoff der ersten Dendrimergeneration erzielt. Bei angelegter Spannung von 6,5 V lag die Leuchtdichte bei 100 cd/m 2 und bei 11 V bei 700 cd/m 2 , wobei das Emission bei 600 nm ihr Maximum hatte.