Diese Arbeit befasst sich mit Quantenfeldtheorien auf nicht-kommutativen Räumen. Solche Modelle treten im Zusammenhang mit der Stringtheorie und mit der Quantengravitation auf. Ihre nicht-störungstheoretische Behandlung ist üblicherweise schwierig. Hier untersuchen wir jedoch drei nicht-kommutative Quantenfeldtheorien nicht-perturbativ, indem wir die Wirkungsfunktionale in eine äquivalente Matrixformulierung übersetzen. In der Matrixdarstellung kann die jeweilige Theorie dann numerisch behandelt werden. Als erstes betrachten wir ein regularisiertes skalares Modell auf der nicht-kommutativen Ebene und untersuchen den Kontinuumslimes bei festgehaltener Nicht-Kommutativität. Dies wird auch als Doppelskalierungslimes bezeichnet. Insbesondere untersuchen wir das Verhalten der gestreiften Phase. Wir finden keinerlei Hinweise auf die Existenz dieser Phase im Doppelskalierungslimes. Im Anschluss daran betrachten wir eine vier-dimensionale U(1) Eichtheorie. Hierbei sind zwei der räumlichen Richtungen nicht-kommutativ. Wir untersuchen sowohl die Phasenstruktur als auch den Doppelskalierungslimes. Es stellt sich heraus, dass neben den Phasen starker und schwacher Kopplung eine weitere Phase existiert, die gebrochene Phase. Dann bestätigen wir die Existenz eines endlichen Doppelskalierungslimes, und damit die Renormierbarkeit der Theorie. Weiterhin untersuchen wir die Dispersionsrelation des Photons. In der Phase mit schwacher Kopplung stimmen unsere Ergebnisse mit störungstheoretischen Berechnungen überein, die eine Infrarot-Instabilität vorhersagen. Andererseits finden wir in der gebrochenen Phase die Dispersionsrelation, die einem masselosen Teilchen entspricht. Als dritte Theorie betrachten wir ein einfaches, in seiner Kontinuumsform supersymmetrisches Modell, welches auf der "Fuzzy Sphere" formuliert wird. Hier wechselwirken neutrale skalare Bosonen mit Majorana-Fermionen. Wir untersuchen die Phasenstruktur dieses Modells, wobei wir drei unterschiedliche Phasen finden. / This work deals with three quantum field theories on spaces with noncommuting position operators. Noncommutative models occur in the study of string theories and quantum gravity. They usually elude treatment beyond the perturbative level. Due to the technique of dimensional reduction, however, we are able to investigate these theories nonperturbatively. This entails translating the action functionals into a matrix language, which is suitable for numerical simulations. First we explore a scalar model on a noncommutative plane. We investigate the continuum limit at fixed noncommutativity, which is known as the double scaling limit. Here we focus especially on the fate of the striped phase, a phase peculiar to the noncommutative version of the regularized scalar model. We find no evidence for its existence in the double scaling limit. Next we examine the U(1) gauge theory on a four-dimensional spacetime, where two spatial directions are noncommutative. We examine the phase structure and find a new phase with a spontaneously broken translation symmetry. In addition we demonstrate the existence of a finite double scaling limit which confirms the renormalizability of the theory. Furthermore we investigate the dispersion relation of the photon. In the weak coupling phase our results are consistent with an infrared instability predicted by perturbation theory. If the translational symmetry is broken, however, we find a dispersion relation corresponding to a massless particle. Finally, we investigate a supersymmetric theory on the fuzzy sphere, which features scalar neutral bosons and Majorana fermions. The supersymmetry is exact in the limit of infinitely large matrices. We investigate the phase structure of the model and find three distinct phases. Summarizing, we study noncommutative field theories beyond perturbation theory. Moreover, we simulate a supersymmetric theory on the fuzzy sphere, which might provide an alternative to attempted lattice formulations.

Das Ziel der Arbeit ist die Herstellung und die Charakterisierung von Heterostrukturen des organischen Halbleiters Pentazen (PEN) mit diversen konjugierten organischen Materialien im Hinblick auf das Anwendungspotenzial im Bereich der organischen Elektronik. Für die Untersuchung von PEN-Heterostrukturen mit (i) Fulleren (C60), (ii) Perfluoropentazen (PFP) und (iii) 6,13-Pentazenchinon (PQ) wurden mehrere komplementäre experimentelle Techniken angewendet: Röntgenbeugung, Schwingungsspektroskopie, Rasterkraftmikroskopie und Photoelektronenspektroskopie. (i) Für PEN - Heterostrukturen mit C60 wurden die elektronischen, strukturellen und morphologischen Eigenschaften mit der Leistung von organischen Solarzellen (OSZ) für geschichtete und gemischte Systeme korreliert. Dabei wurde gezeigt, dass morphologische anstatt struktureller oder energetischer Ursachen die Leistungsunterschiede der beiden untersuchten Zelltypen erklären. (ii) Strukturuntersuchungen wurden an reinen PFP-Filmen, sowie an geschichteten und gemischten Heterostrukturen mit PEN durchgeführt. Es wurde die Struktur der PFP-Dünnfilmphase gelöst und das Wachstum von PEN+PFP Mischkristallen gezeigt, welche erfolgreich angewandt wurden, um die Ionisationsenergie (IE) des Films mit dem Mischungsverhältnis durchzustimmen. Dies wurde durch die Existenz von innermolekularen polaren Bindungen (C-H und C-F für PEN und PFP) erklärt. (iii) Für reine PQ-Filme wurde die Struktur der PQ-Dünnfilmphase gelöst (ein Molekül pro Einheitszelle). Es wurde eine stark orientierungsabhängige IE von PQ und PEN gefunden und gezeigt, dass die Energieniveaulagen für die Anwendung in OSZ geeignet sind. Die Untersuchung von Mischsystemen zeigte phasensepariertes Wachstum ohne Hinweise auf Interkalation, selbst bei PQ Konzentrationen von nur 2%. Weiters wurde gezeigt, dass O2 und Wasser keine nachhaltigen Auswirkungen auf PEN-Filme zeigen, wohingegen Singlett-Sauerstoff und Ozon diese angreifen und flüchtige Reaktionsprodukte liefern. / The scope of this work is the combination of the organic semiconductor pentacene (PEN) with different conjugated organic molecules to form application relevant heterostructures in vacuum sublimed films. Using x-ray diffraction (XRD), vibrational spectroscopy, atomic force microscopy and photoelectron spectroscopy, PEN heterostructures with (i) fullerene (C60), (ii) perfluoropentacene (PFP) and (iii) 6,13-pentacenequinone (PQ) were thoroughly characterized to judge on the respective application potential in organic electronics. (i) PEN heterostructures with C60 were investigated regarding the correlation of energetic, structural and morphological properties with the performance of organic photovoltaic cells (OPVCs) for both layered and mixed structures. Morphological rather than energetic or structural issues account for performance differences of bulk-heterojunction OPVCs compared to layered devices. (ii) XRD investigations were carried out on pure PFP films, on layered and mixed heterostructures with PEN. The thin-film polymorph of PFP was solved and it is shown that blended films form a mixed crystal structure, which led to the finding that the ionization energy (IE) of organic films composed of molecules with intramolecular polar bonds (like C-H and C-F for PEN and PFP, respectively) can be tuned through the mixing ratio. (iii) A so far unknown thin-film polymorph of PQ on SiO2 substrates was solved using XRD reciprocal space mapping evidencing a loss of the herringbone arrangement known from the PQ bulk structure. For PEN heterostructures with PQ a highly molecular-orientation dependent IE and energy level offsets interesting for the use in OPVCs were found. Mixed films of PEN and PQ exhibit phase separation and no intercalation was found even at PQ concentrations as low as 2%. Finally, it is shown that O2 and water do not react noticeably with PEN, whereas singlet oxygen and ozone readily oxidize PEN films producing volatile reaction products instead of PQ.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einer Reihe von Fragestellungen, die Forschungsfeldern wie rauschinduziertem Verhalten, Strukturbildung in aktiven Medien und Synchronisation nichlinearer Oszillatoren erwachsen. Die verwendeten nichtlinearen Modelle verfügen über erregbare, oszillatorische und bistabile Eigenschaften. Zusätzliche stochastische Fluktuationen tragen wesentlich zur Entstehung komplexer Dynamik bei. Modelliert wird, auf welche Weise sich extrazelluläre Kaliumkonzentration, gespeist von umliegenden Neuronen, auf die Aktivität dieser Neuronen auswirkt. Neben lokaler Dynamik wird die Ausbildung ausgedehnter Strukturen in einem heterogenem Medium analysiert. Die raum-zeitlichen Muster umfassen sowohl Wellenfronten und Spiralen als auch ungewöhnliche Strukturen, wie wandernde Cluster oder invertierte Wellen. Eine wesentliche Rolle bei der Ausprägung solcher Strukturen spielen die Randbedingungen des Systems. Sowohl für diskret gekoppelte bistabile Elemente als auch für kontinuierliche Fronten werden Methoden zur Berechnung von Frontgeschwindigkeiten bei fixierten Rändern vorgestellt. Typische Bifurkationen werden quantifiziert und diskutiert. Der Rückkopplungsmechanismus aus dem Modell neuronaler Einheiten und deren passiver Umgebung kann weiter abstrahiert werden. Ein Zweizustandsmodell wird über zwei Wartezeitverteilungen definiert, welche erregbares Verhalten widerspiegeln. Untersucht wird die instantane und die zeitverzögerte Antwort des Ensembles auf die Rückkopplung. Im Fall von Zeitverzögerung tritt eine Hopf-Bifurkation auf, die zu Oszillationen der mittleren Gesamtaktivität führt. Das letzte Kapitel befasst sich mit Diffusion und Transport von Brownschen Teilchen in einem raum-zeiltich periodischen Potential. Wieder sind es Synchronisationsmechanismen, die nahezu streuungsfreien Transport ermöglichen können. Für eine erhöhte effektiven Diffusion gelangen wir zu einer Abschätzung der maximierenden Parameter. / In this work problems are investigated that arises from resarch fields of noise induced dynamics, pattern formation in active media and synchronisation of self-sustained oscillators. The applied model systems exhibit excitable, oscillatory and bistable behavior as basic modes of nonlinear dynamics. Addition of stochastic fluctuations contribute to the appearance of complex behavior. The extracellular potassium concentration fed by surrounding activated neurons and the feeback to these neurons is modelled. Beside considering the local behavior, nucleation of spatially extended structures is studied. We find typical fronts and spirales as well as unusal patterns such as moving clusters and inverted waves. The boundary conditions of the considered system play an essential role in the formation process of such structures. We present methods to find expressions of the front velocity for discretely coupled bistable units as well as for the countinus front interacting with boundary values. Canonical bifurcation scenarios can be quantified. The feedback mechanism from the model for neuronal units can be generalized further. A two-state model is defined by two waiting time distributions representing excitable dynamics. We analyse the instantaneous and delayed response of the ensemble. In the case of delayed feedback a Hopf-bifurcation occur which lead to oscillations of the mean activity. In the last chapter the transport and diffusion of Brownian particles in a spatio-temporal oscillating potential is discussed. As a cause of nearly dispersionless transport synchronisations mechanisms can be identified. We find an estimation for parameter values which maximizes the effective diiffusion.

Das IceCube-Experiment sucht nach astrophysikalischen, hochenergetischen Neutrinos, von deren Entdeckung man sich Antworten auf die seit mehr als 100 Jahren offene Frage nach dem Ursprung der kosmischen Strahlung erhofft. Zu diesem Zweck wurde ein kubikkilometergroßes Volumen tief im Antarktischen Eisschild mit optischen Sensoren instrumentiert, um die in Neutrinowechselwirkungen entstandene Cherenkov-Strahlung nachzuweisen.Diese Dissertation beschreibt eine Suche nach neutrinoinduzierten Teilchenschauern in Daten, die von April 2008 bis Mai 2009 während der Konstruktionsphase von IceCube aufgezeichnet wurden. Zu dieser Zeit war etwa die Hälfte der endgültigen Detektoranordnung in Betrieb. Das Ziel der Arbeit war die Entdeckung astrophysikalischer Neutrinos mit der Maßgabe, gleichzeitig eine Sensitivität für Neutrinos terrestrischen Ursprungs aufrecht zu erhalten. Beide Sorten von Neutrinos müssen von einem vielfach größeren Untergrund von atmosphärischen Myonen isoliert werden. Die Suche nach Teilchenschauern im Detektor bietet sich hierfür an, da diese Signatur einer Neutrinowechselwirkung eine gute Energierekonstruktion ermöglicht und sich qualitativ von der Signatur des Myonuntergrunds unterscheidet. Eine robuste Abschätzung des Myonuntergrunds wurde mittels Luftschauersimulationen gewonnen. Methoden wurden entwickelt, um Neutrinos und Myonen voneinander zu unterscheiden. Zwei verschiedene Ereignisselektionen wurden erstellt. Die erste zielt mit einer Energieschwelle von 2 TeV auf die Messung atmosphärischer Neutrinos ab und fand einen geringen Überschuss an Ereignissen der quantitativ gut mit atmosphärischen Neutrinos erklärt werden kann, jedoch nicht signifikant genug ist, um einen rein myonischen Ursprung auszuschließen. Die zweite Selektion war mit einer Energieschwelle von 100 TeV für astrophysikalische Neutrinos optimiert. Der gefundene Überschuss ist kompatibel mit einer stringenteren Flussmessung, die mit dem fertiggestellten IceCube Detektor gelang. / The IceCube experiment aims at the detection of an astrophysical high-energy neutrino flux from which answers are expected regarding the long standing question of the origin of cosmic rays. To this end, a cubic-kilometer volume deep in the glacial ice has been instrumented with digital optical sensors in order to record Cherenkov light emitted by charged secondary particles that are generated in neutrino interactions. This dissertation presents a search for neutrino-induced particle showers, also called cascades, in data taken between April 2008 and May 2009 during IceCube’s construction phase, when about 50% of the final configuration was deployed and operational. The goal of this analysis is the detection of the astrophysical diffuse neutrino flux while maintaining sensitivity to neutrinos originating from the Earth’s atmosphere. Both neutrino fluxes must be separated from a much more abundant background of muons created in cosmic-ray-induced air showers. Good energy reconstruction and a signature in the detector that is qualitatively different from the muon background make cascade searches very well-suited for this task. A robust estimate of this background has been obtained from air-shower simulations. Techniques were developed to isolate the neutrino flux from the atmospheric muon background. Two event selections were prepared. Firstly, a low-energy sample with an energy threshold of about 2 TeV aimed at the detection of atmospheric neutrinos. A small excess above atmospheric muons was found that can be explained well by atmospheric neutrinos but is not significant enough to rule out a muon-only hypothesis. Secondly, a high-energy sample with an energy threshold of about 100 TeV targeted astrophysical neutrinos. A 2.7 sigma excess over the expectation from atmospheric muons and neutrinos was found. It is compatible with ­more stringent flux estimates obtained by measurements with the completed IceCube detector.

Das Studium des derzeitigen Klimawandels ist von hoher Relevanz da viele Menschen dessen direkten Folgen ausgesetzt sind. Das Verständnis der Vergangenheit ist der Schlüssel zu Fragen zum Klima als auch zur Vegetation, dem Leben, der Evolution und der Natur allgemein. Diese Dissertation beschäftigt sich damit Übergange zwischen dynamischen Regimen in nichtlinearen Systemen zu detektieren. Den Anfang macht eine kurze Einführung in die Methodik mit der Einführung der Rekurrenzplots (RP) als wichtigem Werkzeug für die folgende Analyse. Die genaue Gestalt eines RP hängt dabei von einem freien Parameter ab, dem Distanzschwellwert. Hier schlage ich eine neue Variante vor, den gewichteten Rekurrenzplot (wRP), welcher ohne Abhängigkeit von diesem Parameter auskommt. Darüberhinaus schlage ich eine neue Möglichkeit vor den Schwellwert für Rekurrenznetzwerke (RN) für eine gegebene Zeitreihe auszuwählen. Einen optimalen Schwellwert auszuwählen ist ausschlaggebend für das Ergebnis der Zeitreihenanalyse. In den folgenden theoretischen Ausführungen beschreibe ich daher eine neuartige Vorbehandlung von heterogenen (insbesondere irregulär gesampelten) Zeitreihen. Diese treten oft in Proxyda- ten, etwa Speläothemen, auf und lassen sich nicht direkt mit RP analysieren. Die vorgestellten Ansätze bieten geeignete Methoden um dynamische Übergänge zu untersuchen. Sie können unterschiedlichste Anwendungen in einer Vielzahl von Zeitreihenanalysen finden. Beispielsweise wird generell die Untersuchung irregulär gesampelter Datensätze ermöglicht. Letztlich, da die Zusammenwirkung der Proxydaten aus Nordwestaustralien und Südchina besser verstanden ist, stellt sich die Aufgabe solche Analysen mit Hilfe der hier vorgestellten Methoden auf Paläoklimadaten der gesamten Erde auszuweiten, um ein umfassendes Netzwerk der paarweisen Wechselbeziehungen zu erstellen, das für ein besseres Verständnis des Erdsystems hilfreich sein kann. / The study of climate change is a very important field of science, since life is directly affected by these changes. Investigating the past climate changes leads to the forecasts of future possibilities. Therefore, enlightening the past is a keystone to answer questions about climate as well as vegetation, life, evolution, and nature. This Thesis focuses on detecting dynamical regime transitions in nonlinear dynamical systems as well as in climate proxies where they mark previous critical climate changes. The thesis begins with a brief methodological background and brings the recurrence plot (RP) to forefront as the main tool for the further analyses. The thesis consists of three main studies: (i) The formation of RPs naturally depends on a free parameter in the analysis given by the distance threshold. I propose an alternative definition by using a weighted variant of the RP, called weighted recurrence plot, which removes dependence on this free parameter. (ii) Furthermore, I suggest a novel way to select the threshold for a recurrence network for a specific time series. Selecting the optimization parameters for a specific time series is very important for the performance of the analysis. (iii) Next, I introduce a new preprocessing technique to deal with the heterogeneousness of time series, since the RP is not directly applicable on such data sets and the proxies from speleothems, in general, are irregularly sampled. Among these presented approaches are suitable methods to investigate the dynamical transition and they can be used for different purposes in a large variety of time series analyses. These techniques can be used in several different disciplines which have heterogeneousness in their sources. After the relationship between the two proxies from Australia and China has been uncovered, in the future, it should be achievable to extend the study to create a large paleoclimate relationship network for the entire Earth by using the methods given in this Thesis.

Diese Arbeit befasst sich mit dem Problem der nichtperturbativen Renormierung des Axialstroms eines leichten und eines Bottom-Quarks. Solche nichtperturbativen Berechnungen koennen nur in der Gitter-QCD durchgefuehrt werden, d. h. die kontinuierliche Raumzeit wird durch ein vierdimensionales hyperkubisches Gitter ersetzt. Da einerseits die Kantenlaenge des Gitters groesser sein muss als typische physikalische Laengenskalen des Problems, andererseits aber der durch die Gitterkonstante eingefuehrte Energie-Cutoff groesser sein muss als die Masse des b-Quarks, sind fuer dieses Problem Gittergroessen erforderlich, fuer die die heutige Computerleistung nicht ausreicht. Es ist daher sinnvoll, das B-Meson in der statischen Naeherung zu untersuchen, um dann zwischen dieser Naeherung und leichten Quarkmassen interpolieren zu koennen. Die Renormierung des Axialstroms in der statischen Naeherung ist skalenabhaengig. Um zu vermeiden, Rechnungen ueber einen grossen Energiebereich hinweg auf einem einzigen Gitter durchfuehren zu muessen, wird als Renormierungsverfahren das SF-Schema vorgeschlagen, in dem die Renormierungsskala mit der inversen Kantenlaenge des Raumzeitvolumens identifiziert wird. Das zentrale Objekt dieses Schemas ist die Step-Scaling-Funktion, die die Renormierungskonstanten bei verschiedenen Skalen miteinander in Beziehung setzt. Ein wesentlicher Punkt dieser Arbeit ist die O(a)-Verbesserung, die die Diskretisierungsfehler reduziert. Nach einer Erklaerung dieses Verfahrens fuer Eichfelder und leichte Quarks wird die statische Approximation im Kontinuum und auf dem Gitter eingefuehrt, und die in der Gittertheorie erforderlichen O(a)-Verbesserungsterme werden diskutiert. Fuer die eigentliche Renormierung werden Schroedinger-Funktional- Randbedingungen analog zum Fall leichter Quarks auch fuer die statische Approximation eingefuehrt, und die durch diese Randbedingungen notwendige zusaetzliche O(a)-Verbesserung diskutiert. Anschliessend wird durch eine Renormierungsbedingung das SF-Schema fuer den statischen Axialstrom definiert. Im weiteren Verlauf der Arbeit steht die Entwicklung geigneter Korrelationsfunktionen in der Einschleifennaeherung im Mittelpunkt. In dieser Naeherung wird zunaechst der renormierte statische Axialstrom im Gitter-MS-Schema untersucht, und seine Beziehung zum Axialstrom zweier leichter Quarks in der Stromalgebra-Normierung berechnet. Hierbei wird Uebereinstimmung mit einem Ergebnis anderer Autoren aus einer anderen Methode festgestellt. Aus diesem Ergebnis wird die endliche Renormierung zwischen dem statischen Strom im Gitter-MS-Schema und dem statischen Strom im MS-bar-Schema bestimmt. Diese Renormierungskonstante wird dann benutzt, um den Umrechnungsfaktor vom SF-Schema in das MS-bar-Schema in der Einschleifennaeherung zu berechnen. Die Zweischleifennaeherung der anomalen Dimension des statischen Axialstroms im SF-Schema wird dann durch Umrechnung aus dem MS-bar-Schema bestimmt. Diese Groesse ist vor allem deshalb wichtig, weil sie benoetigt wird, um bei Energieskalen von 10-100 GeV aus nichtperturbativ gewonnenen Ergebnissen den renormierungsgruppeninvarianten statischen Axialstrom zu berechnen. Es zeigt sich, dass der Zweischleifenwert dieser anomalen Dimension klein ist. Ein weiterer Untersuchungsgegenstand sind die Diskretisierungsfehler in der Step-Scaling-Funktion, die in der Einschleifennaeherung berechnet wurden. Sie stellen sich ebenfalls als klein heraus. Abschliessend wird der Einschleifen-Koeffizient des O(a)-Verbesserungsterms fuer den statischen Axialstrom berechnet. Hierbei ergibt sich Uebereinstimmung mit einem frueheren Ergebnis anderer Autoren. / The axial current of a light and a heavy quark is studied in the static approximation, with the aim of defining a non-perturbative renormalization scheme. To keep lattice artifacts small, O(a) improvement in the static approximation is discussed in detail. It is explained how a finite size scheme can be used to avoid the necessity of accommodating a large energy range on a single lattice in the determination of the scale dependence of the renormalized static-light axial current. To that end, Schroedinger functional boundary conditions are imposed on the static quark field, and a renormalization condition is formulated. As a central object of the SF scheme, the "step scaling function", connecting the renormalization constants at different scales, is introduced. A large part of this thesis is dedicated to the expansion of suitable correlation functions to one loop order of perturbation theory. Using these expansions, the finite renormalization constants connecting the static-light axial current in the lattice MS scheme and the light-light axial current normalized by current algebra relations is calculated at one loop order. From this result, the relation of the renormalized static-light axial current in the SF scheme to the MS-bar-renormalized static-light axial current is derived. Using that relation, the static-light axial current's two loop anomalous dimension in the SF scheme, which is needed for the calculation of the renormalization group invariant current, is calculated by conversion from the MS-bar scheme. Further studies made in this thesis are the determination of discretization errors in the step scaling function at one loop order, and the calculation of an improvement coefficient for the static-light axial current at one loop order of perturbation theory.

Es wird angenommen, dass schalenartige Supernova-Reste wesentlicheQuellen der galaktischen kosmischen Strahlung sind. Die Beschleunigungvon Teilchen in diesen Objekten kann mit hochenergetischerGammastrahlung (Energien zwischen 30GeV und 30TeV) nachgewiesenwerden.In dieser Arbeit wird die Beobachtung von Gammastrahlung desschalenartigen Supernova-Restes RX J0852.0-4622 beschrieben. DieseBeobachtungen wurden im Februar 2004 mit dem High Energy StereoscopicSystem (H.E.S.S.) durchgeführt. H.E.S.S., ein System von vierabbildenden Cherenkov Teleskopen, kann Gammastrahlung im Bereichzwischen 100GeV und einigen 10TeV nachweisen und ist zur Zeit dasleistungsfähigste Instrument in diesem Energiebereich.Die Emission von Gammastrahlung von RX J0852.0-4622 wurde mit einerSignifikanz von 12 sigma bei einer Belichtungszeit von 3.2hnachgewiesen. Die Morphologie der Emissionsregion ist ausgedehnt undkorreliert mit der Morphologie der Röntgenstrahlung. Eindifferenzielles Energiespektrum des Photonenflusses wurde im Bereichzwischen 0.5 und 10 TeV rekonstruiert. Das Spektrum folgt einemPotenzgesetz mit einem spektralen Index von etwa 2.1. Der integriertePhotonenfluss oberhalb von 1 TeV ist auf dem Niveau des Flusses desKrebsnebels. RX J0852.0-4622 ist daher eine der hellstenGammastrahlungsquellen am Himmel und der zweite Supernova-Rest dessenausgedehnte Gammastrahlungsemission nachgewiesen werden konnte.Gammastrahlung kann durch inverse Compton-Streuung vonrelativistischen Elektronen oder durch starke Wechselwirkungen vonProtonen mit dem interstellaren Material erklärt werden. Der erwarteteEnergiefluss von inverser Compton-Streuung an der kosmischenMikrowellenstrahlung wurde abgeschätzt. Dieser ist um einigeGrößenordnungen geringer als der beobachtete Wert. Daher ist eswahrscheinlich, dass die beobachtete Gammastrahlung ausProton-Wechselwirkungen stammt und RX J0852.0-4622 zur galaktischenkosmischen Strahlung beiträgt. / Shell-type supernova remnants are discussed to be a main source of thegalactic cosmic rays. Very high energy gamma rays (energies between30GeV and 30TeV) from these objects are tracers for the accelerationof particles. Up to now, only a limited number of supernova remnantswere observed in gamma rays. This work reports on the observations of gamma rays from theshell-type supernova remnant RX J0852.0-4622 carried out with the HighEnergy Stereoscopic System (H.E.S.S.) in February 2004. H.E.S.S., asystem of four imaging Cherenkov telescopes, is dedicated to theobservation of gamma rays of energies between 100GeV and several tensof TeV and it is currently the most sensitive instrument in thisenergy range.Emission of gamma rays from RX J0852.0-4622 was detected with asignificance of 12 sigma within a live time of 3.2h. The morphologyof the emission region is clearly extended and correlated with themorphology of the X-ray emission. A differential energy spectrum ofthe photon flux between 0.5 and 10 TeV was reconstructed. It is foundto follow a power law with a spectral index of about 2.1. The integralphoton flux above 1 TeV is at the level of the Crab flux at theseenergies. Thus, RX J0852.0-4622 is one of the brightest gamma-raysources in the sky. RX J0852.0-4622 is the second supernova remnant ofwhich an extended gamma-ray morphology could be proved.The emission of gamma rays from shell-type supernova remnants can beexplained as being produced by accelerated electrons or protons. Theexpected energy flux due to inverse Compton scattering of relativisticelectrons on the cosmic microwave background was estimated and foundto be several orders of magnitude lower than the observed flux. Thus,it is likely that the observed gamma-ray emission is produced inproton interactions and that RX J0852.0-4622 contributes to theacceleration of galactic cosmic rays.

Diese experimentelle Arbeit beschäftigt sich mit Einkristallen der Bi Kuprate. Mittels Rastertunnelmikroskopie und der Beugung langsamer Elektronen wurde die strukturellen Eigenschaften untersucht. Es wurde ein bestehendes pseudobinäres Blei-Temperatur Phasendiagram erweitert. Mittels der Charakterisierungsresultate der energiedispersive Röntgenspektroskopie und der AC-Suszeptibilität wurde gezeigt, dass an bestimmten Lochdotierungen die Sprungtemperatur unterdrückt ist. Diese Tatsache wird für zwei Variationen des Bi2201 Kuprat-Systems bewiesen - durch Literaturdaten auch für LSCO. Desweiteren wurde argumentiert, dass die sogenannte Checkerboard-Ordnung nicht eine Ordnung der elektronischen Struktur ist. Vielmehr kann davon ausgegangen werden, dass Sie durch Dotanten-Atome verursacht wird. Dabei könnte der zusätzlichen Sauerstoff eine Bedeutung haben. Die Pseudolücken-Phase wurde mittels winkelaufgelöster Photoemission (ARPES) sowie Widerstandsmessungen untersucht. Durch ARPES konnte gezeigt werden, dass die Lücke in der antinodalen Richtung keinen grossen Anteil einer Supraleitungslücke aufweist, sondern mehr von der Pseudolückenphase bestimmt ist. Es wurde festgestellt, dass in der winkelaufgelösten Photoemission nur eine Übergangstemperatur sichtbar war, während bei den Widerstandsmessungen zwei Übergangstemperaturen sichtbar waren. Zudem wurde gezeigt, dass die Pseudolückenphase auch auf der überdotierten Seite existiert. Ein ganz und gar neues Ergebnis ist der dotierungsabhängige Verlauf der Pseudolücken-Temperatur und der in ARPES gemessenen Pseudolücke. Es zeigte sich dort zweifelsfrei, dass die Pseudolücken-Eigenschaften an genau denselben Dotierungen starke Änderungen aufweisen, an denen auch die Sprungtemperatur unterdrückt ist. Deshalb wurde propagiert, dass die Supraleitung durch Paarung von Defektlöchern in einem ansonsten magnetisch- und ladungs-hochgeordnetem Elektronensystem entsteht. / This thesis deals with the experimental exploration of the high-temperature superconducting Bi-cuprate system and mainly with single crystals of the one-layer Bi2201. To begin, the structural change resulting from Pb substitution was explored by using topological scanning tunneling microscopy (STM) and low-energy electron diffraction (LEED). The resulting morphologies were explained in a pseudo-binary phase-diagram. Using energy dispersive x-ray analysis and AC-susceptibility, it was proven that, for two variations of Bi2201 and also for LSCO, the superconducting transition temperature (TC) always drops at the same hole-doping values - an effect that might be explained by the so-called ''magic doping fractions''. By analyzing STM-data, it was reasonably argued that the so-called ''checkerboard order'' is not preferentially due to an ordering of the carriers in the Copper-Oxygen-plane. In the interpretation presented here, it is caused by dopant-atoms or dopant-complexes. The role of the Oxygen might be of particular importance. Measurements concerning the pseudogap-phase were then shown. Using angular resolved photoemission (ARPES), it was found that the gap in the antinodal direction is dominantly caused by the pseudogap-phase. Interestingly, while resistivity measurements detect two crossover temperatures, ARPES detects only the lower pseudogap-temperature. It can also be stated that the pseudogap also exists in the overdoped region. The most important finding about the pseudogap-temperature and the pseudogap-magnitude was that they also react on the doping values of the depressions in TC. Due to this finding, it was proposed that superconductivity occurs when an otherwise perfect charge-ordered and spin-ordered two-dimensional electronic system has mobile defective holes.

Heutzutage können ultrakalte Atome in unterschiedlichsten optischen Fallenpotenzialen eingefangen werden, während sich ihre Wechselwirkung durch die Ausnutzung von magnetischen Feshbachresonanzen kontrollieren lässt. Der Einschluss und die resonante Wechselwirkung können zu einer starken Korrelation der Atome führen, welche es erlaubt, mit ihnen physikalische Phänomene zu simulieren, deren Simulation mit heutigen Computern nicht durchführbar wäre. Eine maßgeschneiderte Kontrolle der Korrelationen könnte es schließlich ermöglichen, mit ultrakalten Atomen einen Quantencomputer zu implementieren. Um die Flexibilität und gute Kontrollierbarkeit ultrakalter Atome voll ausnutzen zu können, ist das Ziel dieser Dissertation die präzise theoretische Beschreibung stark korrelierter, eingeschlossener Atome an einer Feshbachresonanz. Das Wechselspiel zwischen dem Einschluss der Atome und einer Feshbachresonanz wird in dieser Arbeit zunächst anhand eines von Grund auf hergeleiteten analytischen Modells einer Feshbachresonanz zwischen Atomen in einer harmonischen Falle untersucht. Basierend auf diesem Modell wird ein Ansatz entwickelt, wechselwirkende Atome an einer Feshbachresonanz in einem optischen Gitter über ein Bose-Hubbard-Modell zu beschreiben. Im Gegensatz zu aufwendigeren numerischen Methoden erlaubt das Bose-Hubbard-Modell mit der Einbeziehung nur weniger Blochbänder die präzise Vorhersage der Eigenenergien und des dynamischen Verhaltens der Atome im optischen Gitter. Weiterhin wird eine Methode zur Lösung der zeitabhängingen Schrödingergleiung für zwei wechselwirkende Atome in einem dynamischen optischen Gitter entwickelt. Schließlich wird ein Ansatz vorgestellt, wie sich mit ultrakalten Atomen in einem dynamischen optischen Gitter ein Quantencomputer implementieren ließe. Als Quantenregister dient der korrelierte Mott-Zustand von repulsiv wechselwirkenden Atomen. Quantenoperationen werden durch periodisches Wackeln des optischen Gitters getrieben. / Today, ultracold atoms can be confined in various optical trapping potentials, while their mutual interaction can be controlled by magnetic Feshbach resonances. The confinement and resonant interaction can lead to a strong correlation of the atoms, which allows for the quantum simulation of physical phenomena whose classical simulation is computationally intractable. A tailored control of these correlations might eventually enable the implementation of a quantum computer with ultracold atoms. In order to take advantage of the flexibility and precise control of ultracold atoms, this thesis aims to provide a precise theoretical description of strongly correlated, confined atoms at a magnetic Feshbach resonance. The interplay between the confinement of the atoms and the Feshbach resonance is investigated by deriving from first principles a model that enables the complete analytic description of harmonically trapped ultracold atoms at a Feshbach resonance. This model is subsequently used to develop a Bose-Hubbard model of atoms in an optical lattice at a Feshbach resonance. In contrast to more elaborate numerical calculations, the model can predict the eigenenergies and the dynamical behavior of atoms in an optical lattice with high accuracy including only a small number of Bloch bands. Furthermore, a method id developed that solves the time-dependent Schrödinger equation for two interacting atoms in a dynamic optical lattice. Finally, a proposal for the implementation of a quantum computer with ultracold atoms in a dynamic optical lattice is presented. It utilizes the correlated Mott-insulator state of repulsively interacting atoms as a quantum register. Quantum operations are driven by a periodic shaking of the optical lattice.

In der Arbeit werden die mikrostrukturellen Eigenschaften von an (110)-Flächen orientierten Heterostrukturen auf GaAs-Substraten mittels verschiedener Techniken der Transmissionselektronenmikroskopie untersucht. Kubisch flächenzentrierte (Al,Ga)As/AlAs/GaAs Mehrschichtstrukturen auf GaAs(110) weisen in orthogonalen Richtungen parallel zur Substratoberfläche verschiedene Mechanismen zur Aufnahme der Verspannungen aufgrund von Fehlanpassungen auf. Defektfreie Strukturen sind durch eine geeignete, kurz periodische AlAs/GaAs-Überstruktur erfolgreich realisiert worden. Abschließend sind künstliche Defekte per Nanoindentation in den defektfreien Proben erzeugt worden, um die Auswirkung kurzperiodischer Übergitter zu prüfen. Das System aus hexagonal dicht gepacktem MnAs auf GaAs(110) zeichnet sich durch anisotrope Gitterfehlanpassung von -7.5% und 0.7% entsprechend der [11-20] und der [0001] Richtungen aus. Eine Benetzungsschicht, die der Entstehung von Inseln vorausgeht, wird beobachtet, was das Stranski-Krastanov-Wachstum von MnAs belegt. Die Dehnung durch die Gitterfehlpassung von 0.7% wird elastisch eingebaut, während die Spannung durch die Gitterfehlanpassung in der senkrechten [11-20] Richtung durch die Entstehung einer periodischen Anordnung, vollständiger Gitterfehlanpassungsversetzungen abgebaut wird, die sich von der Grenzfläche entfernt im MnAs-Gitter befinden. Das aus der Versetzungsanordnung resultierende Dehnungsfeld ist auf eine Dicke von 3.4 nm um die Grenzfläche beschränkt. Eine atomare Struktur der Grenzfläche wird basierend auf dem Vergleich von HRTEM-Aufnahmen und Simulationen vorgeschlagen. CoAl-Legierungen in der B2-Phase sind zum Vergleich auf (001) und auf (110) orientierten GaAs-Substraten hergestellt worden. Beide Fälle weisen die Koexistenz der B2-Phase und der ungeordneten, kubisch raumzentrierten Variante auf. Die Unordnung wird teilweise durch die epitaktische Dehnung und teilweise durch Diffusion von Punktdefekten hervorgerufen. / In the work, we systematically investigate the microstructural properties of (110) oriented heterostructures on GaAs substrates by means of different transmission electron microscopy techniques. Fcc-type (Al,Ga)As/AlAs/GaAs multilayer structure on GaAs (110) presents different mismatch strain accommodation mechanisms along the perpendicular in-plane directions. Defect-free structures are successfully acquired by an appropriate type of AlAs/GaAs short period superlattice. Finally, artificial defects are intentionally produced by nano-indentation to the defect-free sample to verify the effect of short period superlattices. Hcp-type MnAs on GaAs (110) system is characterized by anisotropic lattice mismatches of -7.5% and 0.7% along the [11-20] and [0001] direction, respectively. A wetting layer is observed prior to the formation of islands, indicating a Stranski-Krastanov growth mode of MnAs. The strain corresponding to the 0.7% lattice misfit is accommodated elastically, whereas the mismatch stress along perpendicular [11-20] direction is relived by the formation of a periodic array of perfect misfit dislocations with a stand-off position in MnAs lattice. The long range strain field associated with the dislocation array is constrained at the interface within a thickness of about 3.4 nm. An interfacial atomic configuration is also proposed based on the comparison between HRTEM image and the simulations. B2-type CoAl alloys are realized on (001) and (110) oriented GaAs substrates for comparison. They are both characterized by a coexistence of B2 phase and its disordered version bcc phase. The disordering is induced partially by the epitaxial strain and partially by the diffusion of point defects.