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Gekrümmte Röntgen-Multilagen-Spiegel fokussieren Synchrotron-Strahlung auf wenige zehn Nanometer große Strahlflecke. Die Propagation zweier Lichtwellen durch elliptisch geformte fokussierende Multilagen-Spiegel wird durch eine wellenoptische Theorie beschrieben; dieser analytische Ansatz wird numerisch integriert. Mit diesem Verfahren kann die Schichtstruktur für hohe Reflektivität und geringe Strahl-Aberrationen optimiert werden. Wir zeigen Simulationen aktueller und neu entwickelter Synchrotron-Strahlrohre. Die Grenzen der Theorie werden anhand von Modell-Parametern untersucht.Ein weiterer Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit partieller räumlicher Kohärenz, modelliert mit der Methode der stochastischen Superpositionen. Propagation und Filterung der Kohärenzeigenschaften eines Röntgenstrahls in einem Wellenleiter werden analytisch und numerisch untersucht. Das vorgestellte, anschauliche Modell soll die Entwicklung und Überprüfung neuer Algorithmen im Bereich der kohärenten Abbildung unterstützen. Wir vergleichen die Ergebnisse von Simulationen, die auch Realstruktureffekte berücksichtigen, mit experimentellen daten aus dem GINIX-Instrument am Kohärenz-Strahlrohr P10 an der PETRA III-Quelle am DESY.Diese Arbeit zeigt Ergebnisse aus einer Kollaboration zwischen der Georg-August-Universität Göttingen und der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit den elektrischen Eigenschaften der resistiven Schaltmaterialien SrTiO3 und NbO2. Im ersten Teil werden NbO2 (001)-Dünnschichten untersucht. Bisher sind die für NbO2-Dünnschichten in der isolierenden Phase gemessenen spezifische Widerstände um einen Faktor von 200 niedriger als der in NbO2-Einkristallen gemessene 10 kΩ cm Widerstand. In dieser Arbeit wird der spezifische Widerstand von NbO2-Dünnschichten auf 945 Ω cm erhöht. Es wird gezeigt, dass leitfähige Perkolationspfade entlang der Korngrenzen für die Abnahme des spezifischen Widerstandes verantwortlich sind. Durch temperaturabhängige Leitfähigkeitsmessungen wurden Defektzustände identifiziert, die für die Verringerung des spezifischen Widerstandes gegenüber dem theoretischen Wert verantwortlich sind. Im zweiten Teil wird der Einfluss des Ti-Antisite Defekts auf das resistive Schalten in SrTiO3 Dünnschichten untersucht, welche mit metallorganischer Dampfphasenepitaxie gezüchtet wurden. Dabei werden sowohl stoichiometrische als auch Strontium defizitäre Schichten untersucht. Es wird über temperaturabhängige Permittivitätsmessungen gezeigt, dass durch Kristalldefekte die weiche Phononenmode gestört wird und bei stark strontiumverarmten Schichten polare Nanoregionen gebildet werden, was auf die Bildung des TiSr Defekts zurückgeführt wurde. Darüber hinaus wird gezeigt, dass stark strontiumdefiziente SrTiO3 -Schichten ein stabiles resistives Schalten mit einem Ein-Aus-Verhältnis von 2e7 bei 10 K aufweisen, während stöchiometrische Dünnschichten kein stabiles Schalten zeigen. Es wird ein diodenartiger Transportmechanismus, der im hochohmigen Zustand auf Schottkyemission beruht und ihm niederohmigen Zustand durch defektassistierten Tunnelstrom dominiert wird, identifiziert. Daraus wurde ein neues Modell für das resistive Schalten, basierend auf dem TiSr Defekt und der induzierten Ferroelektrizität, entwickelt. / In this work, the impact of crystal defects on the resistive switching materials SrTiO3 and NbO2 is investigated. The work is divided into two parts. In the first part, NbO2 (001) thin films are studied. So far, resistivities measured for NbO2 thin films in the insulating phase are by a factor of 200 lower than the 10 kΩ cm resistivity measured in NbO2 single crystals. To make this material applicable for resistive switching, the resistivity in the insulating phase has to be increased to effectively block the current in the high resistive state. Throughout the investigations presented in this work, the resistivity of NbO2 thin films is increased to 945 Ω cm. It is shown that conductive percolation paths along the grain boundaries are responsible for the decrease in resistivity. Temperature-dependent conductivity measurements identified defect states responsible for the reduction in resistivity from the theoretical value. In the second part of this work, the influence of the Ti anti-site defect on resistive switching in SrTiO3 thin films grown by metal-organic vapor phase epitaxy is studied. Both stoichiometric and strontium deficient thin films are studied. It is shown via temperature-dependent permittivity measurements that crystal defects harden the soft phonon mode and polar nano regions are formed in highly strontium deficient films, which was attributed to the formation of Ti antisite defects. In addition, highly strontium deficient SrTiO3 films are shown to exhibit stable resistive switching with an on-off ratio of 2e7 at 10 K, whereas stoichiometric thin-films do not show stable switching. A diode-like transport mechanism based on Schottky emission in the high-resistance state and dominated by defect-assisted tunneling current in the low-resistance state is identified. From this, a new model for resistive switching based on the Ti antisite defect and the induced ferroelectricity is developed.

Konsens ist entscheidend für viele Aspekte unseres täglichen Lebens. Von der Sprache über soziale Normen bis hin zu den Regeln eines einfachen Kartenspiels ist breite Übereinstimmung erforderlich, um den jeweiligen Zweck zu erfüllen. Auch die Meinungen zu den zentralen Themen unserer Zeit sollten so weit übereinstimmen, dass wichtige Herausforderungen gemeinsam in Angriff genommen werden können. Dies ist jedoch häufig nicht der Fall. Sowohl politische Meinungen als auch Einstellungen zu ethischen Fragen sind oft tief gespalten. Die Ursprünge einer solchen Meinungspolarisierung haben die Soziologie lange Zeit vor ein Rätsel gestellt, da soziale Einflüsse uns oft näher zusammenzubringen scheinen. Was müssen wir also annehmen, um Meinungsspaltungen zu erklären? Wann wird ein Konsens gebildet? Und welche Rolle könnte die gestiegene Kommunikation zwischen Menschen bei diesen Prozessen spielen? In dieser Arbeit werden wir uns solchen Fragen mit Hilfe mathematischer Modellierung und der Analyse sozialer Daten nähern. Im Speziellen soll dazu beigetragen werden, die Lücke zwischen mikroskopischen Annahmen über den sozialen Einfluss und der Bildung von makroskopischen Meinungszuständen in sozialen Netzwerken zu schließen. / Consensus is key for many aspects of our daily lives. Concepts ranging from language, to social norms, to the rules of a simple card game require population-scale agreement to fulfil their function. People's opinions on major issues of our time should also be reasonably consistent such that important challenges can be tackled collectively. However, this is often not the case. Political opinions as well as the attitudes towards ethical issues are often deeply divided. The origins of such opinion polarization have puzzled sociology for a long time, as social influence often seems to bring us closer together. Hence, what do we have to assume in order to explain opinion cleavages? When will consensus be formed? And what might be the role of increased communication among people in these processes? In this thesis, we tackle such questions by means of mathematical modeling and the analysis of social data. More specifically, we aim to contribute to bridging the gap between microscopic assumptions about social influence and the formation of macroscopic opinion states in social networks.

SNe Ia können als Standardkerzen verwendet werden, um den Zustandsparameter der dunklen Energie w zu messen. Nachdem viele SN Ia beobachtet wurden, wird die Genauigkeit aktueller Studien durch systematische Fehler beschränkt, wobei die Flusskalibrierung (in Wellenlänge) die dominierende Fehlerquelle ist. In dieser Arbeit wird eine Möglichkeit präsentiert, das Problem mit dem “SNIFS Calibration Apparatus” (SCALA) zu lösen oder wenigstens zu verringern. Das Ziel von SCALA ist es, dass System aus Teleskop und SNIFS mit hoher Genauigkeit zu kalibrieren und diese Kalibration auf das Standardstern-Netzwerk zu übertragen und somit die Modellabhängigkeit zu unterdrücken. SCALA erzeugt 18 nahezu parallele und kolimierte monochromatische Strahlen (mit einstellbarer Wellenlänge), die Öffnungswinkel von einem Grad haben. Die Kombination dieser Strahlen leuchtet die Bildebene des UH 88, Teleskops (Universität Hawaii 88 inch Teleskop) mit einer Genauigkeit von 1% gleichmäß ig aus. SCALA wurde im Jahr 2014 installiert und ist seit 2015 im regulären Betrieb. Im in-situ Betrieb wird einer der Strahlen ständig mit einer Photodiode überwacht, die mit einer NIST-kalibrierten Photodiode kalibriert wurde. Eine zweite so kalibrierte Photodiode wird von Strahl zu Strahl bewegt, um den Helligkeitsverlauf der anderen 17 Strahlen als Funktion der Wellenlänge zu messen. Auf diese Weise sind wir in der Lage die Ausleuchtung von SCALA mit einer Genauigkeit von besser als 1% zu vermessen. Auf diese Weise kann mit der bekannten Wellenlänge des verwendeten Lichts die Transmissionskurve des SNIFS+UH 88 Systems gemessen werden. Die gemessenen systematischen Ungenauigkeiten der Messung sind kleiner als 0.7%. Der nächste Schritt besteht darin, die mit SCALA erreichte Kalibration mit einer herkömmlichen, auf Basis des Standard Stern Netzwerkes, zu vergleichen. / SNe Ia can be used as standard candles to measure the dark energy equation of state parameter, w. Having observed a good number of these objects, current studies are limited by systematic uncertainties, among which relative (color) flux calibration is dominating. This work presents a way to solve, or at least limit, the problem with the SNIFS Calibration Apparatus (SCALA). SCALA's goal is to provide high precision calibration for the “telescope+ SNIFS” system and refine the primary standard star network, to eliminate the uncertainties due to the knowledge of their models. SCALA produces 18 quasi-parallel and collimated monochromatic (and wavelength tunable) beams with opening angles of 1 degree. The combination of these beams allows us to achieve an illumination of the focal plane of the University of Hawaii 88 inches telescope (UH 88), that is flat to within 1%. SCALA was commissioned in 2014 and fully deployed in 2015. In the in-situ set up, one of the SCALA beams is constantly monitored by a photodiode (calibrated against a NIST-calibrated photodiode), which is used as flux standard to transfer the NIST-calibration to the telescope+instrument first, and the standard star spectra afterwards. We measure the overall wavelength trend of the illumination from SCALA with a precision better than 1%, by moving another of these calibrated photodiodes from beam to beam. We can hence measure relative trasmissivity curves for each SCALA beam. Therefore, we can produce throughput curves of the SNIFS+UH 88 system. The measured systematics affecting our results sum to errors smaller than 0.7%. The next step would be to compare the calibration of the system achieved with SCALA with the traditional calibration obtained by observing standard stars.

Isotopenangereicherte hochreine Germanium (HPGe) Strahlungsdetektorkristalle mit herausragender chemischen Reinheit und kristalliner Perfektion spielen eine Schlüsselrolle zur Beantwortung fundamentaler Fragen bezüglich Neutrinos und Dunkler Materie. Diese Dissertation untersucht die einhergehende Materialaufbereitung von Germanium angereichert an 76Ge, Kristallzüchtung, sowie die notwendige Charakterisierung und Beschreibung von Defekten. In dieser Arbeit wird ein Wasserstoff-Reduktionsprozess eingesetzt um 50 kg an angereicherten GeO2 zu halbleitenden Ge zu reduzieren, was anschließend mittels Zonenreinigung auf intrinsische Reinheit gebracht wurde. Die Prozesse wurden hinsichtlich einer minimalen Exposition durch kosmische Strahlung und einer maximaler Ausbeute optimiert. Zudem wurde eine Zonenreinigungstechnologie für HPGe in Quarzglasbooten zur Erreichung der angestrebten Netto-Ladungsträgerdichte von 10^10 cm^-3 entwickelt. [0 0 1] HPGe Einkristalle mit niedriger Defektdichte wurden mittels des Czochralski-Verfahrens gezüchtet. Ein dynamischer Beugungseffekt zeigte die Existenz von Leerstellencluster in versetzungsfreien Ge mit einem Durchmesser von 100 nm und einer Dichte von 10^5 cm^-3 auf, was mit einem Abfall der Ladungsträgerlebensdauer von über 400 auf 83 µs verbunden war. Des Weiteren wurde Versetzungslinien und –typ Selektion in [2 1 1] und [1 1 0] Ge Kristallen durch Weißstrahltopografie und einer damit einhergehenden umfangreichen Burgersvektor-Analyse nachgewiesen. Die hohen Lebensdauern weisen auf eine verbesserte zukünftige Detektorkristalltechnologie hin. Letztendlich wurde die aus der Kristallzüchtung resultierende Versetzungsmultiplikation durch Diskrete Versetzungsdynamik unter Verwendung und Modifizierung des Open-Source Codes ParaDiS beschrieben. Exponentielle Versetzungsmultiplikation wurde beobachtet, mit einer linearen Proportionalität der mittleren Versetzungsgeschwindigkeit und des Multiplikationsparameters zur effektiven Schubspannung. / Isotopically enriched high-purity germanium (HPGe) radiation detector crystals with outstanding crystalline perfection play a key role in answering fundamental questions concerning neutrinos and dark matter. This thesis investigates the related material processing of germanium isotopically enriched in 76Ge, crystal growth, and the necessary defect characterization and description. In this work, a hydrogen reduction process was employed to reduce around 50 kg of enriched GeO2 to semiconducting Ge, which was subsequently purified by zone-refining to intrinsic purity. The processes were optimized towards a minimal exposure to cosmic radiation and a maximal yield. Furthermore, HPGe zone-refining technology in fused silica boats has been developed to reach the target net charge carrier density of 10^10 cm^-3. [0 0 1] HPGe single crystals with low defect density were grown by the Czochralski method. A dynamical X-ray diffraction effect revealed the presence of voids in dislocation-free Ge with a diameter of 100 nm and a density of 10^5 cm^-3, which was accompanied by a decrease in charge carrier lifetime from above 400 to 83 µs. Additionally, dislocation line and type selection were demonstrated in [2 1 1] and [1 1 0] Ge crystals by white beam X-ray topography accompanied by an extensive Burgers vector analysis. The high lifetimes suggest an improved future detector crystal technology. Finally, the dislocation multiplication during crystal growth could be described by discrete dislocation dynamics, utilizing and modifying the open-source code ParaDiS. Exponential dislocation multiplication was observed with an average dislocation velocity and multiplication parameter linearly proportional to the effective shear stress.

Die Struktur und Dynamik von Biomolekülen wird durch ein komplexes Wechselspiel mit Ionen und Wassermolekülen der Hydratationshülle beeinflusst. Die Wechselwirkungen sind kaum verstanden, zum Teil weil es an experimentellen molekularen Sonden mangelt. Lokale Schwingungen des RNA-Rückgrats bieten solch nicht-invasive Sonden, empfindlich gegenüber den ersten Schichten der RNA-Solvatationshülle. Die Empfindlichkeit rührt von elektrischen Feldern auf der biomolekularen Oberfläche. Diese Dissertation nutzt die Sensitivität aus, um mit Femtosekunden-2D-IR-Spektroskopie der asymmetrischen Phosphatstreckschwingung die Rolle positiv geladener Ionen, insbesondere Magnesium, Mg2+, zu untersuchen, die negativ geladene Phosphatgruppen des Rückgrats kompensieren. Erste Experimente an Dimethylphosphat, zusammen mit theoretischen Berechnungen, zeigen eine Blauverschiebung der Phosphatmode aufgrund der Bildung von Kontaktionenpaaren. Kurze Abstände zwischen Mg2+ und der Phosphatgruppe führen zu repulsiven Austauschwechselwirkungen, die die Potentialfläche der Schwingung stören. Bei Doppelstrang-RNA zeigt sich eine starke Abhängigkeit der Phosphatschwingung von lokalen Wasserstrukturen. Frequenzverschiebungen durch den Starkeffekt führen zu drei Schwingungsbanden, die unterschiedliche lokale Geometrien widerspiegeln. Elektrische Felder von solvatisierenden Wassermolekülen beeinflussen dabei das Bindungspotential. Abschließend erlaubt es die Blauverschiebung der Phosphatmode, die Bildung von Mg2+/Phosphat Kontaktionenpaaren in Transfer-RNA quantitativ zu verfolgen. Es wird gezeigt, dass diese die Tertiärstruktur der tRNA stabilisieren, indem sie die Coulombabstoßung zwischen negativ geladenen Phosphatgruppen kompensieren, besonders in kompakten Regionen. Die Dissertation demonstriert das Potential zeitaufgelöster Schwingungsspektroskopie, kombiniert mit theoretischen Beschreibungen auf molekularer Ebene, um die komplexen Interaktionen biomolekularer Solvatationsumgebungen zu erforschen. / The structure and dynamics of biomolecules are influenced by a complex interplay with ions and water molecules in the local hydration shell. The underlying interactions are poorly understood, partly because of a lack of experimental probes that can access the molecular scale. Local vibrations of the RNA backbone provide non-invasive probes sensitive to the first hydration layers of the RNA solvation shell via the imposed electric field on the biomolecular surface. This thesis exploits this sensitivity in femtosecond 2D-IR spectroscopy experiments on the asymmetric phosphate stretch vibration to investigate the role of positively charged ions, particularly the magnesium cation Mg2+, in counteracting the negatively charged phosphate backbone. Initial experiments with the model system dimethyl phosphate in combination with theoretical calculations report a frequency blue-shift due to the formation of contact ion pairs. Short distances between Mg2+ and phosphate lead to exchange repulsion interactions that perturb the vibrational potential energy surface. In double helical RNA, a strong dependence of the phosphate mode on the local hydration structure of the phosphate group is found. Three distinct vibrational peaks reflect different hydration geometries as a result of vibrational Stark shifts. Responsible for the frequency shifts are electric fields from solvating water molecules. Ultimately, the blue-shift of the phosphate mode allows to quantitatively follow the formation of Mg2+-phosphate contact pairs in transfer RNA systems. It is shown that these configurations stabilize the tertiary structure of tRNA molecules by efficiently compensating the Coulomb repulsion from negatively charged phosphate groups, particularly in highly congested regions. The thesis demonstrates the potential of time-resolved vibrational spectroscopy combined with theoretical descriptions on the molecular level to probe the complex interactions of biomolecular solvation environments.

Thermoelektrika (TE) sind Materialien die Elektrizität aus Abwärme gewinnen können. Eine wichtige Kenngröße für die Effizienz, und damit die Anwendbarkeit, von TE ist ihre Gitterwärmeleitfähigkeit. In meiner Doktorarbeit habe ich die Invarianz dieser Größe im Kontext der Linear-Response Theorie (LR) bewiesen. Dies ermöglichte es, eine Korrektur der Boltzmann-Transport Gleichung (BTE) für die Gitterwärmeleitfähigkeit in kristallinen Materialien mittels LR herzuleiten. Diese Korrektur ist wichtig um zu beurteilen, wie genau die BTE die Wärmeleitfähigkeit eines Kristalls vorhersagen kann. Um die dafür notwendigen symbolischen Umformungen durchzuführen, habe ich ein Computer-Algebra System (CAS) entwickelt. Die Anzahl an Beiträgen zum finalen Resultat stellte sich als zu groß heraus um Grenzfälle zu analysieren oder prüfbare Approximationen herzuleiten. Aus diesem Grund habe ich alle Beiträge mit so wenigen Approximationen wie möglich ausgewertet. Dafür habe ich eine Software entwickelt, um diese Terme numerisch auszuwerten. Damit habe ich meine Korrektur für altbekannte wie auch vielversprechende TE ausgewertet, nämlich PbTe, Bi2Te3 , SnSe und B4 C. Zusätzlich habe ich MgO und KF untersucht. Das Resultat lässt sich wie folgt zusammenfassen: Die Korrektur zur BTE für die Gitterwärmeleitfähigkeit hat in keinem der untersuchten Materialien und bei keiner der simulierten Temperaturen einen nennenswerten Einfluss. Meine Untersuchung legt nahe, dass die BTE für eine große Bandbreite an Materialien sicher angewandt werden kann, auch besonders stark Anharmonische. Folglich ist diese Arbeit in Übereinstimmung mit der Literatur, dass die am stärksten anharmonischen Materialien genau die mit der niedrigsten Wärmeleitfähigkeit sind. Es scheint daher sinnvoll, dass sich zukünftige Forschung weniger auf die Herleitung solcher Korrekturen zur BTE als vielmehr auf die korrekte Berechnung des Phononpropagators in stark anharmonischen Materialien konzentrieren sollte. / Thermoelectrics (TE) are materials that can be used to generate electricity from waste heat. A key quantity to the efficiency, and therefore the applicability, of TE is the lattice thermal conductivity. In this work, I prove the invariance of the lattice thermal conductivity in the context of linear-response theory (LR). This invariance enables me to derive novel formulas for a correction to the widely used Boltzmann-transport equation (BTE) for lattice thermal transport in crystalline solids using LR. It turned out that these derivations cannot be performed by a human by hand, using the formalism I chose. To perform the necessary symbolic manipulations, I programmed a computer algebra system (CAS), that implements LR, starting from expectation values, over Feynman diagrams to mathematical formulas. The number of resulting terms turned out to be too large for an analysis of all limiting cases. Consequently, I aimed at evaluating all terms, with as few approximations as possible, to generate a simple, numerical result. To do so, I developed a software package to evaluate the formulas numerically without further approximation and applied it to long-serving as well as promising new TE, namely PbTe, Bi2 Te3 , SnSe, and B4C. Additionally I investigated MgO and KF. The result can be summed up as follows: The correction to the BTE for the lattice thermal conductivity has almost no influence in the investigated materials at any simulated temperature. My investigation suggests that the BTE can be used for a wide range of materials, including the most anharmonic ones. Consequently, this work is in agreement with the literature, that the most anharmonic materials are exactly those with the lowest lattice thermal conductivity. It suggests that future theoretic work on lattice thermal conductivity should focus to find the correct phonon-propagator of strongly anharmonic systems.

In dieser Arbeit wurde in situ TEM genutzt, um Phasendiffusionsprozesse in Echtzeit mit hoher räumlicher Auflösung während struktureller Übergangsphänomene in verschiedenen Systemen zu untersuchen, die durch eine zunehmende Anzahl von Einflussparametern wie Kristallorientierung oder Dehnung charakterisiert sind. Zur Entwicklung und Erprobung der Methode wurde die Interdiffusion an planaren Grenzflächen zwischen (Al,Ga)As-Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung während des Glühens untersucht. Ein neuer hybrider Probenpräparationsansatz wurde verwendet, um die Interdiffusion in der Heterostruktur bei Temperaturen bis zu 800 Grad Celsius mit der in situ Weitwinkel-Dunkelfeld-Rastertransmissionselektronenmikroskopie (HAADF STEM) zu untersuchen. Die beobachtete Grenzflächenverbreiterung zeigte eine starke Abhängigkeit der Diffusionskoeffizienten von der lokalen Zusammensetzung von Al und Ga. Als nächstes wurde HAADF STEM verwendet, um die Phasenseparationsbildung von Bi-reichen Clustern in einem Ga(Sb,Bi)-Film direkt zu beobachten. Die Ergebnisse zeigten, dass sie sich durch spinodale Zersetzung bilden. Der komplexeste strukturelle Übergang, der in dieser Arbeit untersucht wurde, ist die Festphasenepitaxie (SPE) von Ge auf Fe3Si, die zur Bildung einer neuartigen epitaktisch stabilisierten FeGe2-Phase führt. Mittels in situ hochauflösendem (HR)TEM konnten die verschiedenen Schritte dieses Phasenübergangs alle in Echtzeit beobachtet werden. Die Ergebnisse zeigten, dass eine intermediäre CsCl-ähnliche Phase von FeGe2 zunächst durch einen diffusionsbegrenzten Prozess Schicht für Schicht von der Ge/Fe3Si-Grenzfläche aus wächst. Nach einer bestimmten Filmdicke wandelt eine zweite Umwandlung den Film in eine tetragonale Schichtstruktur von FeGe2 um. Dieser Prozess beginnt ebenfalls an der Grenzfläche zum FeGe2 und kann auf Gitterdehnung zurückgeführt werden. / In this work, in situ TEM was utilized to investigate phase diffusional processes in real time with high spatial resolution during structural transition phenomena in various systems which are characterized by an increasing number of impact parameters such as crystal orientation or strain. In order to develop and evaluate the experimental method interdiffusion at planar interfaces between (Al,Ga)As layers of different composition during annealing was investigated. A new hybrid sample preparation approach was used to investigate the interdiffusion in the heterostructure at temperatures up to 800 _C with in situ high angle annular dark field scanning transmission electron microscopy (HAADF STEM). The observed interface broadening revealed a strong dependence of the diffusion coefficients on the local composition of Al and Ga. Next in situ HAADF STEM was used to directly observe the phase separation formation of Bi-rich clusters in a Ga(Sb,Bi) film. The results showed that they form by spinodal decomposition. The most complex structural transition investigated in this work is the solid phase epitaxy (SPE) of Ge on Fe3Si resulting in the formation of a novel epitaxially stabilized FeGe2 phase. By using in situ high resolution (HR)TEM the different steps of this phase transition could all be observed in real time. The results showed that an intermediate CsCl-like phase of FeGe2 grows first by a diffusion limited process layer-by-layer from the Ge/Fe3Si interface. After a certain film thickness, a second transformation transforms the film into a tetragonal layered structure of FeGe2. This process also initiates at the interface to the FeGe2 and can be attributed to strain.