This thesis contains experimental studies on low dimensional systems by means of scanning tunneling microscopy (STM). These studies include investigations on dinickel molecular complexes and experiments on iron nanostructures used for the implementation of the spin-polarized scanning tunneling microscopy technique at the IFW-Dresden. Additionally, this work provides detailed information of the experimental technique (STM), from the theoretical background to the STM-construction, which was part of this doctoral work. Molecular anchoring and electronic properties of macrocyclic magnetic complexes on gold surfaces have been investigated by mainly scanning tunneling microscopy and complemented by X-rays photoelectron spectroscopy. Exchange–coupled macrocyclic complexes [Ni2L(Hmba)]+ were deposited via 4-mercaptobenzoate ligands on the surface of Au(111) single crystals. The results showed the success of gold surface-grafted magnetic macrocyclic complexes forming large monolayers. Based on the experimental data, a growth model containing two ionic granular structures was proposed. Spectroscopy measurements suggest a higher gap on the cationic structures than on the anionic ones. Furthermore, the film stability was probed by the STM tip with long-term measurements. This investigation contributes to a new promising direction in the anchoring of molecular magnets to metallic surfaces. Iron nanostructures of two atomic layers and iron-coated tungsten tips were used in order to implement the spin-polarized scanning tunneling microscopy technique at the IFW-Dresden. First of all, a systematic study of the iron growth, from sub-monolayers to multilayers on a W(110) crystal is presented. Subsequent to the well-understanding of the iron growth, the experiments were focused on revealing, for the first time at the IFW-Dresden, the magnetic inner structure of iron nanostructures. The results evidently showed the presence of magnetic domains of irregular shapes. Furthermore, SP-STM probed the bias voltage dependence of the magnetic contrast on the iron nanostructures. This technique opens up a new powerful research line at the IFW-Dresden which is promising for the study of quantum materials as molecular magnets and strongly correlated systems.

In diploma thesis is theoretically described structure of PDH, SDH and multiplexing of PDH to SDH. Measurement of first level PDH and SDH is described too. A design of new laboratory network was based on theoretical information and the network was build. SDH nodes MSH11CP and other equipment in laboratory entourage are used in new laboratory network in a way that laboratory network is the most similar to real telecommunication network. Operation manual for SDH nodes type MSH11CP is described next in the thesis. New three laboratory tasks are described in the thesis. These tasks make use of design of new network and a reference of nodes operation manual. New three tasks are implemented in new laboratory network, in laboratory of transmission technologies. In these new laboratory tasks are possible to create a transmission path and measure this service, including settings and verification of a backup path.

This thesis contains experimental studies on low dimensional systems by means of scanning tunneling microscopy (STM). These studies include investigations on dinickel molecular complexes and experiments on iron nanostructures used for the implementation of the spin-polarized scanning tunneling microscopy technique at the IFW-Dresden. Additionally, this work provides detailed information of the experimental technique (STM), from the theoretical background to the STM-construction, which was part of this doctoral work. Molecular anchoring and electronic properties of macrocyclic magnetic complexes on gold surfaces have been investigated by mainly scanning tunneling microscopy and complemented by X-rays photoelectron spectroscopy. Exchange–coupled macrocyclic complexes [Ni2L(Hmba)]+ were deposited via 4-mercaptobenzoate ligands on the surface of Au(111) single crystals. The results showed the success of gold surface-grafted magnetic macrocyclic complexes forming large monolayers. Based on the experimental data, a growth model containing two ionic granular structures was proposed. Spectroscopy measurements suggest a higher gap on the cationic structures than on the anionic ones. Furthermore, the film stability was probed by the STM tip with long-term measurements. This investigation contributes to a new promising direction in the anchoring of molecular magnets to metallic surfaces. Iron nanostructures of two atomic layers and iron-coated tungsten tips were used in order to implement the spin-polarized scanning tunneling microscopy technique at the IFW-Dresden. First of all, a systematic study of the iron growth, from sub-monolayers to multilayers on a W(110) crystal is presented. Subsequent to the well-understanding of the iron growth, the experiments were focused on revealing, for the first time at the IFW-Dresden, the magnetic inner structure of iron nanostructures. The results evidently showed the presence of magnetic domains of irregular shapes. Furthermore, SP-STM probed the bias voltage dependence of the magnetic contrast on the iron nanostructures. This technique opens up a new powerful research line at the IFW-Dresden which is promising for the study of quantum materials as molecular magnets and strongly correlated systems.

Sea Traffic Management has developed with the aim of facilitating work and increasing efficiency at sea, both in terms of productivity and environmental contexts. The technical development and digitization of the equipment on ships has led to new problems that have been developed such as cyber-attacks and technical problems. This study is based on a qualitative research method. The purpose of the work is to investigate how effective STM is and how safe it is to use for merchant vessels. The study showed that STM can have a positive effect on the environment and increase time savings, provided that more vessels in the industry use it as standard equipment. Results indicate that Sea Traffic Management is a helpful tool that will increase safety for navigation and have a positive effect on the environment for longer sea voyages. However, this is assumed if the shipping industry itself is ready for a digitalized world that is constantly developing, where a new type of issues arises with a nuanced threat for both ships and land bases. / Sea Traffic Management har utvecklats i syfte att underlätta arbetet och öka effektiviteten till sjöss, både när det gäller i produktivitet samt i miljösammanhang. I samband med den tekniska utvecklingen och digitaliseringen av utrustningen på fartyg så har nya lösningar samt problem uppstått, såsom cyberattacker och tekniska bekymmer. Studien grundar sig i en kvalitativ forskningsmetod. Arbetet har i syfte att undersöka hur effektivt STM är samt hur säker den är för användning av olika handelsfartyg på marknaden. I studien visade det sig att STM kan påverka miljön positivt samt öka tidsbesparingar förutsatt att fler fartyg inom branschen nyttjar det som en standardutrustning. Resultat tyder på att Sea Traffic Management är ett hjälpsamt verktyg som kommer att öka säkerheten för navigeringen samt påverka miljön positivt för längre sjöresor. Detta är dock förutsatt om själva sjöfartsbranschen är redo för en digitaliserad värld som ständigt utvecklas, där en ny typ av problematik uppstår med en nyanserad hotbild för både fartyg och olika land baser.

Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht die Herstellung ultradünner epitaktischer Galliumnitrid-Schichten auf einem Siliziumkarbid-Substrat mit dem Verfahren der ionenstrahlgestützten Molekularstrahlepitaxie. Für die Analyse der Oberflächentopographie der Galliumnitrid-Schichten direkt nach der Abscheidung – ohne Unterbrechung der Ultrahochvakuum-Bedingungen – wurde ein Rastersondenmikroskop in die Anlage integriert. Als weitere Hauptanalysenmethode wurde die Reflexionsbeugung hochenergetischer Elektronen zur Bestimmung der Oberflächenstrukturen in situ während der Schichtabscheidung eingesetzt. Weiterhin wurden die Galliumnitrid-Schichten hinsichtlich ihrer strukturellen Eigenschaften mittels Röntgenstrahl-Diffraktometrie, Röntgen-Photoelektronenspektroskopie und Transmissionselektronenmikroskopie ex situ charakterisiert. Wesentliches Ziel dieser Arbeit war die Herausstellung des Einflusses maßgeblicher Abscheidungsparameter (vor allem Substrattemperatur und Gallium-Depositionsrate) auf die Schichteigenschaften sowie die Optimierung dieser Wachstumsparameter. Besonderes Augenmerk lag auf der Untersuchung der Auswirkungen des Stickstoffion-zu-Galliumatom-Verhältnisses und des Einflusses der niederenergetischen Ionenbestrahlung auf das Galliumnitrid-Schichtwachstum im Frühstadium. Dies betrifft hauptsächlich den Wachstumsmodus (zwei- oder dreidimensional) und die Bildung der hexagonalen oder der kubischen Phase.:Kapitel 1 1 Einführung 1 Kapitel 2 5 Grundlagen 5 2.1 Kristallstruktur und Eigenschaften von Galliumnitrid 5 2.2 Wechselwirkung niederenergetischer Ionen mit der Oberfläche 8 2.2.1 Energiefenster für die optimale ionenstrahlgestützte Epitaxie 9 2.3 Einfluss der Teilchenenergie auf die Oberflächenmobilität 11 2.3.1 Strukturzonenmodelle 11 2.3.2 Thermisch induzierte Oberflächenmobilität 13 2.3.3 Ballistisch induzierte Oberflächenmobilität 14 2.4 Herstellungsverfahren 15 2.4.1 Metallorganische Gasphasenepitaxie 15 2.4.2 Molekularstrahlepitaxie 16 2.4.3 Ionenstrahlgestützte Molekularstrahlepitaxie 17 2.5. Schichtwachstum 18 2.5.1 Frühstadium des Wachstums 18 2.5.2 Wachstumsmodi 20 2.5.3 Wachstum an Stufen 21 2.5.4 Ionenstrahlgestütztes GaN-Wachstum 23 2.6 Modellsystem GaN auf 6H-SiC 25 2.6.1 Epitaxiebeziehungen von GaN-Schicht und 6H-SiC(0001)-Substrat 25 2.6.2 Schichtspannungen 28 Kapitel 3 32 Experimentelle Bedingungen 32 3.1 Experimenteller Aufbau 32 3.1.1 UHV-Anlage zur ionenstrahlgestützten Abscheidung 32 3.1.2 Gallium-Effusionszelle 33 3.1.3 Stickstoff-Hohlanoden-Ionenquelle 34 3.1.4 RHEED-System 35 3.1.5 UHV-STM 37 3.2 Probenherstellung 40 3.2.1 Vorbehandlung 40 3.2.2 Abscheide- und Ionenstrahlparameter 41 3.3 Charakterisierung 43 3.3.1 Kristallographische Struktur 44 Reflexionsbeugung hochenergetischer Elektronen 44 Röntgenstrahl-Diffraktometrie 49 Röntgenstrahl-Reflektometrie 52 Transmissionselektronenmikroskopie 53 3.3.2 Oberflächentopographie 54 Rastertunnelmikroskopie 54 Rasterelektronenmikroskopie 56 3.3.3 Chemische Zusammensetzung 57 Röntgen-Photoelektronenspektroskopie 57 Kapitel 4 59 Ergebnisse und Diskussion 59 4.1 GaN-Wachstum auf 6H-SiC(0001) bei Variation des Ion/Atom-Verhältnisses 59 4.1.1 Oberflächenstruktur und Oberflächentopographie 59 4.1.2 Kristallographische Struktur und chemische Zusammensetzung 63 4.1.3 Diskussion: Einfluss des I/A-Verhältnisses 70 4.2 Inselwachstum: Oberflächenstruktur und Oberflächentopographie 74 4.2.1 Einfluss des I/A-Verhältnisses 75 4.2.2 Einfluss der Substrattemperatur 75 4.2.3 Einfluss der Depositionsdauer 78 4.2.4 Diskussion: Einfluss von I/A-Verhältnis, Depositionsdauer und Substrattemperatur auf die Oberflächentopographie der 3D-GaN-Schichten 82 4.3 Inselwachstum: Kristallographische Struktur und Morphologie 84 4.3.1 Morphologie der inselförmigen GaN-Schichten 84 4.3.2 Gitteranpassung und mechanische Spannungen 86 4.3.3 Diskussion: Kubisches GaN und Spannungsaufbau 88 4.4 Zweidimensionales Schichtwachstum: Oberflächenstruktur und Oberflächentopographie 90 4.4.1 Einfluss des I/A-Verhältnisses 90 4.4.2 Oberflächentopographie ultradünner 2D-Schichten 93 4.4.3 Einfluss der Depositionsdauer 96 4.4.4 Einfluss der Substrattemperatur 99 4.4.5 Diskussion: Einfluss von I/A-Verhältnis, Depositionsdauer und Substrattemperatur auf die Oberflächentopographie der 2D-GaN-Schichten 102 4.5 Zweidimensionales Schichtwachstum: Kristallographie und Morphologie 106 4.5.1 Einfluss des I/A-Verhältnisses 106 4.5.2 Einfluss der Depositionsdauer 107 4.5.3 Einfluss der Substrattemperatur 109 4.5.4 Morphologie und Gitterfehlanpassung 112 4.5.5 Koaleszenz von Inseln im Anfangswachstum 116 4.5.6 Diskussion: Einfluss von I/A-Verhältnis, Depositionsdauer und Substrattemperatur auf Struktur und Morphologie der 2D-GaN-Schichten 119 4.6 Moduswechsel von 3D- zu 2D-Wachstum bei sequenzieller Abscheidung unter Verringerung des I/A-Verhältnisses 124 Kapitel 5 128 Zusammenfassung und Ausblick 129 Anhang A 134 Anhang B 136 Literaturverzeichnis 137 Danksagung 145 Veröffentlichungen 146 Lebenslauf des Autors 147 Selbständigkeitserklärung 148

Le NbSe[indice inférieur 2] est un supraconducteur de type II. Il passe de la phase normale à la phase onde de densité de charge à T[indice inférieur ODC 33] ~ K et devient supraconducteur à T[indice inférieur c] = 7, 2 K. Ces deux phases coexistent à basses températures. Les expériences de microscopie à effet tunnel peuvent mesurer ces deux phases. Dans le cadre de ce projet, les expériences ont été réalisées à une température de ~300 mK sur un échantillon de NbSe[indice inférieur 2] réutilisé quatre fois. Les études portent sur le comportement du gap supraconducteur du NbSe[indice inférieur 2] en fonction du champ magnétique qui a été pris sur une gamme de 0 T [inférieur ou égal] H [inférieur ou égal] 10 T. Un bref survol de la théorie de la supraconductivité, en passant par les équations thermodynamiques, l'approche de Ginzburg-Landau, les équations de Bogoliubov-de Gennes et la théorie quasiclassique d'Eilenberger, est présenté. Les principales composantes, tant mécaniques qu'électroniques, essentielles aux expériences, se retrouvent détaillées dans ce document. Les expériences ont été effectuées sur trois grands volets. Le régime des faibles champs magnétiques, le régime des champs moyens et les hauts champs magnétiques. Le but du projet consiste à étudier et comprendre les diverses structures, apparaissant dans le gap supraconducteur en fonction du champ magnétique, dans le NbSe[indice inférieur 2]. Pour le régime des faibles champs, des vortex sont présents avec des quasiparticules localisées en leur centre. Des filaments qui partent d'un coeur de vortex apparaissent à une énergie nulle et tournent en fonction de l'énergie. Enfin, le régime supraconducteur est présent dans la majorité du matériau. Pour le régime des champs moyens, le contraste dans la conductance devient de plus en plus faible entre les régions supraconductrices et les régions normales. Le pic de conductance à l'énergie nulle, présent pour H= 1 T, disparait pour H= 2, 5 T. Les filaments ne sont plus visibles et le paramètre d'ordre est de moins en moins présent pour la gamme d'énergies du gap supraconducteur. Finalement, pour le régime des hauts champs magnétiques, le comportement supra-conducteur est détruit. Sur toutes les gammes de champs magnétiques étudiées dans nos expériences à savoir jusqu'à H= 10 T, il est possible d'observer une structure que plusieurs chercheurs associent au gap de l'onde de densité de charge. Le matériau, à haut champ magnétique, possède donc une onde de densité de charge tout en ayant perdu le caractère supraconducteur.

In this work organic molecules, namely derivatives of BODIPY and poly-para-phenyls are investigated on different metal surfaces by means of LT-STM. These molecule are important for the development of molecular electronics and spintronics. I show that aza-BODIPY molecules form a weak chemical bond with the Au(111) substrate and the molecular structure significantly changes upon adsorption. Due to the low corrugation of the Au(111) surface, diffusion of the molecule is observed for applied bias in excess of ±1 V. The temperature dependent formation of different molecular nanostructures formed by polyparaphenyls and Au adatoms is discussed. The diffusing Au adatoms act as coordination centers for the cyano groups present on one end of the molecules. The structure of the super molecular assemblies completely changes in a temperature range of only 60 K. Furthermore, I investigate in this work the hybridization of atomic orbitals within the molecular ligand. The Kondo resonance of a Co atom incorporated into an other aza-BODIPY derivative is investigated in detail on Ag(100). The hybridization of the atomic Co orbital with the organic ligands molecular orbitals is shown by spectroscopy measurements with submolecular resolution. The changing line shape of the Kondo resonance for the molecule-substrate system is discussed. This data is compared to measurements of Co incorporated in another molecular binding motive and on different metal samples to show the importance of the local environment for molecular materials. / In dieser Arbeit werden organische Moleküle, Derivate von BODIPY und poly-para-Phenyl, auf verschiedenen Metalloberflächen mittels Tief-Temperatur Rastertunnelmikroskopie (LT-STM) untersucht. Diese Moleküle sind wichtig für die Entwicklung von molekularer Elektronik und Spintronik. Ich zeige, dass aza-BODIPY-Moleküle eine schwache chemische Bindung mit dem Au(111)- Substrat eingehen und die molekulare Struktur bei der Adsorption deutlich verändert wird. Wegen der geringen Rauigkeit der Au(111)-Oberfläche wird bereits bei einer angelegten Spannungen über ±1 V die Diffusion der Moleküle beobachtet. Die temperaturabhängige Bildung verschiedener molekularer Nanostrukturen aus poly-para-Phenyl und frei beweglichen Goldatomen wird diskutiert. Die diffundierenden Goldatome agieren hierbei als Koordinationszentren für die Cyanogruppen am einen Ende der Moleküle. Die Struktur der supramolekularen Anordnungen verändert sich dabei in einem Temperaturbereich von nur 60 K vollkommen. Außerdem beschäftige ich mich in dieser Arbeit mit der Hybridisierung atomare Orbitale im molekularen Verbund. Die Kondo-Resonanz eine Co-Atoms, welches in einem anderen aza-BODIPY-Derivat gebunden ist, wird detailliert auf der Ag(100)-Oberfläche untersucht. Die Hybridisierung des atomaren Co-Orbitals mit den molekularen Orbitalen des organischen Liganden wird an Hand von Spektroskopiemessungen mit submolekularer Auflösung gezeigt. Die veränderte Form der Kondo-Resonanz für dieses Molekül-Substrat-System wird diskutiert. Diese Daten werden mit Messungen an Co-Atomen in anderen molekularen Bindungsschemen und auf anderen Substraten verglichen um dieWichtigkeit der lokalen Umgebung für molekulare Materialien zu verdeutlichen.

In the presented work we study Al and Sn on a Si(100)2$\times$1 surface by means of STM. Peculiarities of displaying and morphology of metallic structures are investigated. Utilizing the STM to investigate Al and Sn, we obtain the growth characteristics for various coverage and temperatures at deposition. It is shown, that island size distribution is scalable for both metals and has a qualitatively different character. In order to interpret the growth characteristics and obtain unknown microscopic parameters, a new software tool for kinetic Monte Carlo (kMC) simulations of aluminum was conceived.

Taking into account the technological demand for the controlled preparation of atomically precise graphene nanoribbons (GNRs) with well-defined properties, the present thesis is focused on the investigation of the role of the underlying metal substrate in the process of building GNRs using bottom-up strategy and on the changes in the electronic structure of GNRs induced by the GNR-metal interaction. The combination of surface sensitive synchrotron-radiation-based spectroscopic techniques and scanning tunneling microscopy with in situ sample preparation allowed to trace evolution of the structural and electronic properties of the investigated systems. Significant impact of the substrate activity on the growth dynamics of armchair GNRs of width N = 7 (7-AGNRs) prepared on inert Au(111) and active Cu(111) was demonstrated. It was shown that unlike inert Au(111) substrate, the mechanism of GNRs formation on Ag(111) and Cu(111) includes the formation of organometallic intermediates based on the carbon-metal-carbon bonds. Experiments performed on Cu(111) and Cu(110), showed that a change of the balance between molecular diffusion and intermolecular interaction significantly affects the on-surface reaction mechanism making it impossible to grow GNRs on Cu(110). It was demonstrated that deposition of metals on spatially aligned GNRs prepared on stepped Au(788) substrate allows to investigate GNR-metal interaction using angle-resolved photoelectron spectroscopy. In particular intercalation of one monolayer of copper beneath 7-AGNRs leads to significant electron injection into the nanoribbons, indicating that charge doping by metal contacts must be taken into account when designing GNR/electrode systems. Alloying of intercalated copper with gold substrate upon post-annealing at 200°C leads to a recovery of the initial position of GNR-related bands with respect to the Fermi level, thus proving tunability of the induced n-doping. Contrary, changes in the electronic structure of 7-AGNRs induced by the deposition of Li are not reversible.  It is demonstrated that via lithium doping 7-AGNRs can be transformed from a semiconductor into a metal state due to the partial filling of the conduction band. The band gap of Li-doped GNRs is reduced and the effective mass of the conduction band carriers is increased.

Die vorliegende Dissertation berichtet über die Untersuchung von selbst-aggregierten Einfach- und Mehrfachschichten aus Nanographenen-Derivate mit Hilfe der Rastertunnelmikroskopie (RTM) an Fest-Flüssig-Grenzflächen. Die -Konjugation bringt einzigartige elektronische Eigenschaften mit sich, so dass die Nanographen-Derivate viel versprechende Bausteine für eine molekulare und organische Elektronik sind, da sie maßgeschneidert und kostengünstig prozessiert werden können, und leicht und flexibel sind. Für elektronische Anwendungen ist es notwendig, die Nanographene in ultradünnen Filmen mit geordneten supramolekularen Strukturen zu organisieren. Nanostrukturen werden für Nanographene-Derivate auf hoch orientiertem pyrolytischem Graphit (HOPG) untersucht, wie zum Beispiel alkylierte Hexi-peri-hexabenzocoronene (HBCs) unterschiedlicher Symmetrie und dreiecksförmige polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Es zeigt eine erstaunliche Vielfalt von supramolekularen Strukturen, z.B. Zick-Zack-, Blumen- oder Honigwaben-Muster. Eine faszinierende Besonderheit besteht in den Honigwaben Strukturen, die sich durch Selbstaggregation dreieckiger alkylierter Phenyl-PAKs bilden, und die damit Nanotemplate für Gastmoleküle darstellen. In vielen Fällen bilden Nanographene-Derivate nicht nur Monoschichte sondern auch Multischichten auf Graphit. Die Selbstorganisation von Doppelschichten aus einer HBC-Stern-Verbindung bietet das Potenzial für Baustelemente in der organischen Elektronik, zum Beispiel für Nanodrähte. Die alkylierten Phenyl-HBCs bilden polykristalline Strukturen sowohl in der "face-on"-Anordnung in Monoschichten auf Graphit wie in der "edge-on"-Anordnung in Multischichten, die sich in einem äußeren elektrischen Feld bilden. Beides kann nützlich sein, da für die mögliche Anwendung in einer Photovoltaik-Zelle die "face-on"-Orientierung auf Oberflächen erforderlich ist, während für organische Feldeffekt-Transistoreneine "edge-on" Nanostruktur benötigt wird. / This thesis reports on the investigation of self-assembled mono- and multilayers from nanographene derivatives via scanning tunneling microscopy (STM) at solid-liquid interfaces. Because of the unique electronic properties associated with their -bonded topology, nanographenes are promising building blocks for molecular and organic electronics, which provide the possibility of tunability together with low-cost processing, light weight, and flexibility. For the application in electronics it is necessary to organize nanographenes in ultrathin films with well-ordered supramolecular structures. Nanostructures of monolayers on Highly Oriented Pyrolytic Graphite (HOPG) are studied for different nanographene derivatives, such as alkylated hexa-peri-hexabenzocoronenes (HBCs) with different symmetries, and triangle-shaped polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). They exhibit a surprising diversity of supramolecular structures, for example zigzag, flower-like or honeycomb shapes. A fascinating peculiarity provides the honeycomb structures which are self-assembled from triangle-shaped alkylated phenyl PAHs, which provide nanotemplates to accommodate guest molecules. In many cases, nanographene derivatives not only form monolayers but also multilayers on HOPG. Star-shaped HBC molecules self organize into bilayers in polar solvents, which exhibit the potential for the formation of building blocks of organic electronics, for instance nanowires. The alkylated phenyl HBCs form polycrystalline structures both in the “face-on” arrangement in a monolayer on HOPG, and “edge-on” in multilayers within an external electric field. Both may be useful for potential applications, since in a photovoltaic cell, the “face-on” orientation on surfaces is required, while for the purpose to be applied in organic field-effect transistors, the “edge-on” nanostructure on the electrodes is necessary.