Die didaktischen Voraussetzungen und die informationstechnischen Methoden, die im Formalerschließungsfernunterricht und bei der Erstellung entsprechender Lernprogramme Anwendung finden können, wurden zunächst theoretisch untersucht und dann praktische Empfehlungen für den Formalerschließungsfernunterricht gegeben. Bei der Gestaltung des Fernunterrichts sollten mehrere Lerntheorien herangezogen werden. An Lehrinhalten sind neben Katalogs- und Regelwerkskunde auch die Umsetzung der Formalerschließung in die elektronische Datenverarbeitung, die Formalerschließung aus der Sicht der Benutzer und die Organisation der Formalerschließung zu fordern. Kognitive, pragmatische und affektive Lernziele wurden formuliert. Für die kognitiven Lernziele wurde die Lernzieltaxonomie von Bloom an die weitergehenden Erfordernisse des Formalerschließungsunterrichts angepasst. Daneben wurden persönliche Kompetenzen angegeben. Der Unterricht muss auf die Bedürfnisse der Zielgruppe abgestimmt sein. Zu beachten sind Alter, Bildungsgrad, fachspezifische Vorbildung, Geschlecht und die verschiedenen Lernstile. Besonders Fernstudien bedürfen entsprechender Motivierung der Lernenden. Dafür wurde die ARCS-Motivationstheorie um den Punkt "Freiheit" erweitert. Die neun Instruktionsereignisse von Gagné wurden durch konstruktivistische Methoden zu elf didaktischen Anweisungen ergänzt und für den Formalerschließungsfernunterricht ausformuliert. Die Vermittlung der Regelwerke geschieht am besten durch tutorielle Lernprogramme mit Hilfe von Hypermedia. Bei der Entwicklung von Lernprogrammen wurden dieselben didaktischen Überlegungen wie bei der Unterrichtsplanung realisiert. Die technische Umsetzung sollte in einfacher Weise erfolgen, damit das Lernprogramm flexibel bleibt. Um die Möglichkeit der Umsetzung aufzuzeigen, wurden die ersten beiden Module eines Lernprogramms "Umsetzung der RAK-WB in ALEPH500" entwickelt. / The didactics of distance education in the area of descriptive cataloguing with special attention to computer aided instruction The didactic requirements and the methods of information technology that can be used in distance learning of descriptive cataloguing and in the preparation of appropriate computer aided instruction programs are first investigated theoretically and then practical recommendations are made. In the design of distance education several learning theories should be incorporated. The topics of instruction should include not only cataloguing and standards, but also the conversion of descriptive cataloguing to EDP formats, descriptive cataloguing from the perspective of the user and the organisation of descriptive cataloguing. Cognitive, pragmatic and affective learning objectives are set out. Bloom's taxonomy of learning objectives is adapted to meet the advanced needs of descriptive cataloguing. In addition, personal competences are reviewed. Instruction must correspond to the needs of the target group. Factors that must be taken into account are age, level of education, existing specialised knowledge, sex and different learning styles. The need to motivate learners is especially important in distance education. To this end ARCS-motivation theory is expanded to include the topic "freedom". Gagné's "Nine Events of Instruction" are expanded by methods of constructivism to encompass eleven didactic statements, which are formulated in terms of descriptive cataloguing. Standards can best be taught by means of computer aided tutorials using hypermedia. In the development of these tutorials the same didactic considerations are realised as in the planning of instruction. In order to assure the flexibility of tutorials, the technical design should be uncomplicated. The first two modules of a tutorial "Conversion of RAK-WB to ALEPH500" have been developed to demonstrate the feasibility and means of designing such a tutorial.

A commercial non-contact atomic force microscope was improved to achieve utmost resolution on a routine basis. This system was used to study the (110) surface of rutile titanium dioxide. The focus was on understanding contrast formation in terms of tip-sample interaction mechanisms. Moreover, chromium and antimony-doped titanium dioxide was investigated. The implications of transition-metal doping on the surface structure of this highly interesting photocatalyst was studied at the atomic scale.

<p align="justify"><p>Depuis les premiers développements de la physique statistique réalisés au 19ème siècle, nombreux ont été les travaux dédiés à la relation entre les processus macroscopiques em>irréversibles</em>(tels que les phénomènes de transport) et les propriétés de la dynamique <em>réversible</em> des atomes et des molécules. Depuis deux décennies, l'<em>hypothèse du chaos microscopique</em> nous en apporte une plus grande compréhension. Dans cette thèse, nous nous intéressons plus particulièrement aux propriétés de <em>viscosité</em>. <br /><br /><p><p>Dans ce travail, nous considérons des systèmes périodiques de particules en interaction. Nous proposons une nouvelle méthode de calcul de la viscosité valable pour tous systèmes périodiques, quel que soit le potentiel d'interaction considéré. Cette méthode est basée sur la formule dérivée par Helfand exprimant la viscosité en fonction de la variance du <em>moment de Helfand</em> croissant linéairement dans le temps.<br /><br /><p><p><p>Dans les années nonante, il a été démontré qu'un système composé de seulement deux particules présente déjà de la viscosité. Les deux disques <em>durs</em> interagissent en collisions élastiques dans un domaine carré ou hexagonal avec des conditions aux bords périodiques. Nous appliquons notre méthode de calcul des propriétés de viscosité dans les deux réseaux. Nous donnons également une explication qualitative des résultats obtenus. <br /><br /><p><p>L'étude de la relation entre les propriétés de viscosité et les grandeurs du chaos microscopique représente l'une des principales tâches de cette thèse. Dans ce contexte, le <em>formalisme du taux d'échappement</em> joue un rôle majeur. Ce formalisme établit une relation directe entre cette grandeur et la viscosité. Nous étudions numériquement cette relation et la comparaison avec les résultats obtenus par notre méthode sont excellents. <br /><br /><p><p><p>D'autre part, le formalisme du taux d'échappement suppose l'existence d'un <em>répulseur fractal</em>. Après avoir mis en évidence son existence, nous appliquons le formalisme proposant une formule exprimant la viscosité en termes de l'exposant de Lyapunov du système (mesurant le caractère chaotique de la dynamique)et de la dimension fractale du répulseur. L'étude numérique de cette relation dans le modèle à deux disques durs est réalisée avec succès et sont en excellent accord avec les relations obtenus précédemment. <br /><br /><p><p>Enfin, nous nous penchons sur les systèmes composés de <em>N</em> disques durs ou sphères dures. Après une étude de l'équation d'état et des propriétés chaotiques, nous avons exploré les propriétés de viscosité dans ces systèmes. Les données numériques obtenues sont en très bon accord avec les prévisions théoriques d'Enskog. D'autre part, nous avons utilisé notre méthode de calcul de la viscosité dans des systèmes de Lennard-Jones. De plus, nous avons proposé une méthode analogue pour le calcul numérique de la <em>conduction thermique</em>. Nos résultats sont en très bon accord avec ceux obtenus par la méthode de Green-Kubo.<p></p><p><p><br /><br /><p><p><p align="justify"><p>In this thesis, we first devote a section on the history of the concept of irreversibility; of the hydrodynamics, branch of physics in which the viscosity appears; of the kinetic theory of gases establishing relationships between the microscopic dynamics and macroscopic processes like viscosity; and, finally, the interest brought in statistical mechanics of irreversible processes by the theory of chaos, more precisely, the microscopic chaos. We propose a method based on the Helfand moment in order to calculate the viscosity properties in systems of particles with periodic boundary conditions. We apply this method to the simplest system in which viscosity already exists: the two-hard-disk model. The escape-rate formalism, establishing a direct relation between chaotic quantities of the microscopic dynamics (e.g. Lyapunov exponents, fractal dimensions, etc.), is applied in this system. The results are in excellent agreement with those obtained by our Helfand-moment method. We extend the calculation of the viscosity properties to systems with more than two hard balls. Finally, we compute viscosity as well as thermal conductivity thanks to our own method also based on the Helfand moment.<p></p> / Doctorat en sciences, Spécialisation physique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The ability of physics to provide an understanding of our Universe lies in the essential interrelation between experiment and theory. But physics does not provide us only reliable representations of the causes acting in nature. Its powerful experimental devices and theoretical methods are the underlying reason of the explosive technological development of our time. LiNbO3 and LiTaO3 represent only one example of the essential impact of both experimental and theoretical investigations on their technological applications. Particularly, LiNbO3 has been the subject of many experimental studies due to its applications in electro-optic and integrated optical devices. Also, the doped LiNbO3 with rare-earth and transition metals could be used, for instance, as a material for tunable lasers. The previous theoretical studies devoted to LiNbO3 and LiTaO3 focused on their electronic structure, being an attempt to understand the microscopic origin of the paraelectric-to-ferroelectric phase transition of these materials. The ab initio lattice dynamics investigations performed so far were mainly aimed to identify the role of the individual atoms vibrations in the energetic of the phase transition. The lack of a reliable model for the zone-center lattice dynamics in these compounds motivated us to investigate this issue by means of ab initio frozen-phonon calculations. On the background of the obtained phonon frequencies and eigenvectors, we unambiguously identified all zone-center modes for LiNbO3 and the A1 ones for LiTaO3. Due to the above mentioned enlargement of the technological applications of LiNbO3 by doping with various ions, we focused on the analysis of the ground-state properties of this material when doped with Fe and Cr. Even if the theoretical approach used in our calculations is not predictive with respect to the optical properties of the physical systems in study, a certain insight on this problem could be gained from the analysis of the effect of the atomic positions relaxation on the impurities energy levels localized in the optical band gap.

This work is dedicated to a comprehensive experimental study on the interaction of femtosecond laser pulses with the nonlinear optical medium lithium niobate. The nonlinear optical response in the nanosecond regime was already studied extensively with a variety of techniques, whereas femtosecond pulses were mainly used in transient absorption or transient grating experiments. Naturally, the temporal resolution of these measurements depends on the pulse duration, however, dynamics during the pulse excitation were barely investigated. The motivation of this work is to widen the limits of femtosecond spectroscopy, not only to temporally resolve faster nonlinear optical processes, but further to show a sensitivity to other coupling mechanisms between the pulses and the material. Especially, the role of transient, dynamic holographic gratings is investigated with a careful determination of the pulse duration, bandwidth and frequency chirp. A basis of this work is established in the first part by studying the material response via light-induced absorption before focusing on the main topic, the pulse interaction with elementary (holographic) gratings, both self-induced and static, in the second part. By this detailed study, several features of femtosecond laser pulses, holographic gratings and the ultrafast material response can be revealed: (i) grating recording is feasible even with pulses of different frequencies, provided that their pulse duration is sufficiently short, (ii) grating based pulse coupling causes a pronounced energy transfer even in a common pump-probe setup for transient absorption measurements with (non-)degenerated frequencies, (iii) beyond expectation, oscillations in the phonon frequency range become apparent in different measurements. The presented results point towards appropriate future experiments to obtain a more consistent, microscopic model for the ultrafast response of the crystal, involving the interplay between photo-generated polarons, self-induced gratings, and phonons.

Die Streuung niederenergetischer Ionen zur chemischen Analyse und Strukturbestimmung von Festkörperoberflächen gehört mittlerweile zu den Standardverfahren der Oberflächenphysik. Weniger bekannt ist sicherlich, daß die Ionenstreuung auch zur Untersuchung magnetischer Oberflächen eingesetzt werden kann. Diese Methode beruht auf dem Einfang spinpolarisierter Elektronen von einer Festkörperoberfläche und trägt daher den Namen Elektroneneinfangsspektroskopie (engl.: Electron Capture Spectroscopy, ECS). Das verwendete Verfahren zum (indirekten) Nachweis einer Spinpolarisation der Oberflächenelektronen basiert auf dem Effekt, daß ein geringer Teil der Ionen nach der Wechselwirkung mit der Oberfläche ein Elektron in einen angeregten Projektilzustand eingefangen hat. Die nachfolgende Abregung kann durch die Emission polarisierter Strahlung erfolgen. Der Grad der Zirkularpolarisation hängt unter anderem vom Magnetisierungszustand der Oberfläche ab. In dieser Arbeit wurden Experimente an drei verschiedenen Systemen durchgeführt. Als Projektile dienten dabei einfach geladene Heliumionen mit Primärenergien zwischen 2 und 14 keV, die unter verschiedenen Einfallswinkeln an der Probe gestreut wurden. Die Lichtemission eines Triplett-Übergangs im sichtbaren Spektralbereich (Wellenlänge: 587.6 nm) wurde im Experiment analysiert. Zunächst wurden ECS-Messungen an einer unmagnetischen Kupfer(111)-Oberfläche durchgeführt. Dabei konnte gezeigt werden, daß die Emission polarisierter Strahlung von verschiedenen experimentellen Parametern abhängt. Dazu gehört neben der Primärenergie der Projektilionen auch deren Einfallswinkel. Ein statisches Magnetfeld, das mit einem Weicheisenjoch erzeugt wird, hat keinen Einfluß auf die Lichtpolarisation bei einer unmagnetischen Probe. Die ECS-Messungen an einer amorphen ferromagnetischen Oberfläche ergaben, daß mit dieser Methode prinzipiell auch Ummagnetisierungskurven ferromagnetischer Festkörperoberflächen bestimmt werden können. Die im Vergleich zu den ebenfalls untersuchten MOKE-Hysteresen charakteristische, leicht abgerundetete Form der Kurven ist ein experimenteller Nachweis dafür, daß die Elektroneneinfangsspektroskopie eine extrem oberflächensensitive Meßmethode ist. Diese Oberflächenempfindlichkeit ist eine unmittelbare Konsequenz des Formierungsabstands des angeregten Heliumzustands. Die Messungen am System Co/Cu(111) konnten zeigen, daß die ECS-Methode prinzipiell auch bei dünnen ferromagnetischen Schichten anwendbar ist, die auf ein unmagnetisches Substratmaterial gedampft wurden. Hier ergaben sich u.a. interessante Abhängigkeiten des magnetischen Signals von der Dicke der aufgedampften Schicht, die sich erstaunlich gut mit den mikromorphologischen Eigenschaften des Kobaltfilms korrelieren ließen. Ferner wurde gezeigt, daß mit der ECS-Methode auch Hysteresen dünner ferromagnetischer Schichten gemessen werden können.

The presented work investigates planar and axial channeling effects in ion-surface collisions. Therefore, energy loss and charge state distributions depending on the crystalline surface direction are recorded and analyzed. Several additional scattering parameters, like the primary energy, the outgoing charge state, the scattering angle, and the angle of incidence are varied. Multi-peak structures in the energy spectra are observed under axial channeling conditions and attributed to different trajectory classes. Using combined trajectory and inelastic energy loss calculations we are able to unambiguously assign the different peaks in the energy spectra to the different types of trajectories found in the calculations. By this, we investigate the electronic density corrugation at different metal surfaces. Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluß von axialem und planarem Channeling auf den Energieverlust von oberflächengestreuten Ionen. Es werden Energieverlustspektren und Ladungsverteilungen in Abhängigkeit der Parameter Primärenergie, gestreuter Ladungszustand, Streuwinkel, Einfallswinkel und der azimuthalen Ausrichtung der Oberfläche gemessen. Im Fall von axialem Channeling beobachten wir in den Energiespektren eine Multi-Peak Struktur. Diese läßt sich auf unterschiedliche Teilchentrajektorien zurückführen. Zusammen mit theoretischen Berechnungen des inelastischen Energieverlustes kann eine eindeutige Zuordnung zwischen dem gemessenen Energieverlust und der dazugehörigen Trajektorienart gemacht werden. Diese Technik erlaubt es uns, die elektronische Dichtekorrugation an Oberflächen zu studieren.

The present work broaches the physics of light-matter interaction, chiefly using nonlinear optical spectroscopy in a newly developed framework termed as Photon Management Concept. This way, existing fragments dealing with specific properties of harmonic and upconversion nanoparticles (HNPs/UCNPs) are consolidated into a full and coherent picture with the primary goal of understanding the underlying physical processes and their impact on the application side, especially in terms of imaging techniques, via suitable experimental and numerical studies. Contemporary optical setups involving contrast-enhancing agents are frequently limited in their excitation and detection configurations owing to a specialization to a select number of markers. As a result, the bandwidth of experimental methods and specimens that may be investigated is severely restricted in a large number of state-of-the-art setups. Here, an alternative approach involving HNPs and UCNPs, respectively, is presented providing an overview from their synthesis to optical characterization and to potential fields of application. Based on their inherent flexibility based on their nonlinear optical response, especially in terms of wavelength and intensity tunability, the PMC alleviates prevalent limitations by dynamically adapting the setup to a sample instead of the preliminary culling to a reduced number of eligible specimens that must not change their optical properties significantly during investigation. The use of HNPs supersedes such concerns due to their nearly instantaneously generated, strongly anti-Stokes shifted, coherent emission capable of producing radiation throughout the visible spectral range, including infrared and ultraviolet wavelengths. This way, HNPs transcend the traditional field of imaging and introduces potential applications in optomanipulation or holographic techniques. Thorough (nonlinear) optical characterization of UCNPs and alkali niobate HNP ensembles is performed to assess the fundamental physical mechanisms interwoven with numerical studies leading to their wide-ranging applicability. Final remarks show that HNPs are ideal candidates for realization of the PMC and yet hold an even further potential beyond current prospects.