Universiẗat, Diss., 2000--Osnabrück.

Universiẗat, Diss., 2004--Frankfurt (Main).

University, Diss., 2003--Kassel.

In dieser Arbeit werden hochgeladene, mit einer Electron Beam Ion Trap produzierte Ionen für die Erforschung des Elektroneneinfangs von Oberflächen und Gasen eingesetzt. Die Untersuchungen mit Gastargets konzentrieren sich auf die Energieabhängigkeit der Verteilung der K-Schalen-Röntgenstrahlen, die nach Elektroneneinfang in Rydberg-Zustände von Ar-17+ und Ar-18+ Ionen am Ende einer Kaskade von Elektronenübergängen entstehen. Die Ionen werden von der Ionenquelle mit einer Energie von 2 keV/u extrahiert, ladungsselektiert und anschließend bis auf 5 eV/u abgebremst, um dann mit einem Argon Gastarget zu interagieren. Für abnehmende Stoßenergien wird eine Verschiebung des Elektroneneinfangs in Zustände mit niedrigen Drehumpulsquantenzahlen beobachtet. Zum Vergleich wird auch die K-Schalen-Röntgenstrahlung auf Grund des Elektroneneinfangs bei Ar-17+ und Ar-18+ von dem Restgas in der Falle gemessen. Dabei wird eine Diskrepanz zu den Resultaten der Extraktionsversuche festgestellt. Mögliche Erklärungen werden diskutiert. In den Untersuchungen zum Elektroneneinfang von Oberflächen werden hochgeladene Ionen von der Ionenquelle mit Energien von 2 bis 3 keV/u extrahiert, ladungsselektiert und auf Targets gelenkt. Diese bestehen aus Siliziumnitridmembranen mit einer Vielzahl nanometergroßer Löcher, welche mittels eines fokussierten Ionenstrahls in Kombination mit ionenstrahlinduzierter Abscheidung dünner Filme erstellt werden. Es werden hierbei Lochdurchmesser von 50 bis 300 nm mit Formfaktoren von 1:5 bis 3:2 erreicht. Bei den hochgeladenen Ionen handelt es sich um Ar-16+ und Xe-44+. Nach dem Transport durch die Kapillare passieren die Ionen einen elektrostatischen Ladungstrenner und werden detektiert. Der Anteil des Elektroneneinfangs von den Wänden der Löcher ist weitaus geringer als Modellberechnungen vorhersagen. Die Resultate werden an Hand eines Kapillareffekts zur Ionenleitung diskutiert. / In this study highly charged ions produced in Electron Beam Ion Traps are used to investigate electron capture from surfaces and gases. The experiments with gas targets focus on spectroscopic measurements of the K-shell x-rays emitted at the end of radiative cascades following electron capture into Rydberg states of Ar-17+ and Ar-18+ ions as a function of collision energy. The ions are extracted from an Electron Beam Ion Trap at an energy of 2 keV/u, charge-selected and then decelerated down to 5 eV/u for interaction with an argon gas target. For decreasing collision energies a shift to electron capture into low orbital angular momentum capture states is observed. Comparative measurements of the K-shell x-ray emission following electron capture by Ar-17+ and Ar-18+ ions from background gas in the trap are made and a discrepancy in the results compared with those from the extraction experiments is found. Possible explanations are discussed. For the investigation of electron capture from surfaces, highly charged ions are extracted from an Electron Beam Ion Trap at energies of 2 to 3 keV/u, charge-selected and directed onto targets comprising arrays of nanoscale apertures in silicon nitride membranes. The highly charged ions implemented are Ar-16+ and Xe-44+ and the aperture targets are formed by focused ion beam drilling in combination with ion beam assisted thin film deposition, achieving hole diameters of 50 to 300 nm and aspect ratios of 1:5 to 3:2. After transport through the nanoscale apertures the ions pass through an electrostatic charge state analyzer and are detected. The percentage of electron capture from the aperture walls is found to be much lower than model predictions and the results are discussed in terms of a capillary guiding mechanism.

The discovery of the ferroelectric orthorhombic phase in doped hafnia films has sparked immense research efforts. Presently, a major obstacle for hafnia's use in high-endurance memory applications like nonvolatile random-access memories is its unstable ferroelectric response during field cycling. Different mechanisms are proposed to explain this instability including field-induced phase change, electron trapping, and oxygen vacancy diffusion. However, none of these is able to fully explain the complete behavior and interdependencies of these phenomena. Up to now, no complete root cause for fatigue, wake-up, and imprint effects is presented. In this study, the first evidence for the presence of singly and doubly positively charged oxygen vacancies in hafnia–zirconia films using thermally stimulated currents and impedance spectroscopy is presented. Moreover, it is shown that interaction of these defects with electrons at the interfaces to the electrodes may cause the observed instability of the ferroelectric performance.

Ein Ziel der modernen Physik ist die experimentelle Beobachtung des neutrinolosen Doppelbetazerfalls (0nbb). Unter den wenigen in der Natur vorkommenden Nukliden ist 76-Ge ein möglicher Kandidat an denen dieser Prozess unter anderem mit dem Experiment GERDA nachgewiesen werden soll. Die extrem geringe Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer 0nbb-Umwandlung ist mindestens zehn Größenordnungen kleiner ist als die des Beta-Zerfalls von 115-In mit einer Halbwertszeit von 4,41x10^14 Jahren, einem der seltensten in der Natur beobachteten Kernumwandlungen. Die dafür erforderliche hohe Detektions Sensitivität wird unter anderem vom Messuntergrund bestimmt, dessen genaue Kenntnis für die Auswertung der Messdaten erforderlich ist. In dieser Arbeit wurden neutronenphysikalische Studien an Germanium durchgeführt, die essentielle Lücken in diesem Kenntnisstand schließen. Neutronen können durch direkte Wechselwirkung mit Germanium sowie der umgebenden Materie des Detektors oder indirekt durch Aktivierung Zählereignisse hervorrufen. Für das Verständnis des damit verursachten Untergrundes wurde der Neutronenwechselwirkungsquerschnitt 70-Ge(n,3n)68-Ge, das Anregungsschema von 76-Ge und der energieabhängige Anregungsquerschnitt für einige dieser Zustände untersucht. Der mangelhafte Messdatenbestand für natürlich vorkommende Germaniumisotope wird dabei entscheidend verbessert. Um die Untersuchung des 76-Ge Anregungsschemas und den Zugang zu einer Palette weiterer Experimente zu ermöglichen, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein leistungsfähiges, sehr speziellen Anforderungen entsprechendes Rohrpostsystem entwickelt und im Neutronenlabor der TU Dresden installiert. Ein weiteres neutronenphysikalisches Experiment untersucht den bisher unbeobachteten Elektroneneinfang von 76-As. Dadurch wird eine Möglichkeit gezeigt die oftmals nur mit theoretischen Modellen zugänglichen und mit großen Unsicherheiten behafteten Übergansmatrixelemente experimentell zu bestimmen. Diese spielen bei der Auswertung von Experimenten zum Doppelbetazerfall, insbesondere des Experimentes GERDA, eine entscheidende Rolle. / One goal of modern physics is the experimental observation of the neutrinoless double beta decay (0nbb). Among the few naturally occurring nuclides 76-Ge is one candidate to which this process is to verify, amongest others with the GERDA experiment. The extremely low probability of occurrence for a 0nbb-decay is of at least ten orders of magnitude smaller than that of the Beta-decay of 115-In, one of the rarest beta transitions observed in nature with a half-life of 4.41x10^14 years. Thefore a high detection sensitivity is required, wich depends among other things on the measuring background. Its exact knowledge is necessary for the evaluation of the measuring data. In this work neutron-physical studies were performed on germanium aiming to close the essential gaps in this state of knowledge. Neutrons can cause counting events by direct interaction with germanium and the surrounding matter of the detector or indirectly by activation of any of these materials. For understanding of those background signals, the neutron interaction cross section 70-Ge(n,3n)68-Ge, the levelsceme and the energy-dependent excitation cross section of 76-Ge has been investigated. The lack of data inventory for natural germanium has been improved significantly. To enable the investigation of the 76-Ge level sceme and the access to a range of other experiments, a powerful, very special requirements corresponding pneumatic tube system was developed and installed in scope of this work at the neutron laboratory of the TU Dresden. Another neutron physics experiment examined the so far unobserved electroncapture of 76-As. This shows one way to determine transition matrix elements experimentally, which is often only accessible through theoretical models and prone to large uncertainties. These Matrix elements play a crucial role in the analysis of experiments on double beta decay, in particular the GERDA experiment.

Ein Ziel der modernen Physik ist die experimentelle Beobachtung des neutrinolosen Doppelbetazerfalls (0nbb). Unter den wenigen in der Natur vorkommenden Nukliden ist 76-Ge ein möglicher Kandidat an denen dieser Prozess unter anderem mit dem Experiment GERDA nachgewiesen werden soll. Die extrem geringe Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer 0nbb-Umwandlung ist mindestens zehn Größenordnungen kleiner ist als die des Beta-Zerfalls von 115-In mit einer Halbwertszeit von 4,41x10^14 Jahren, einem der seltensten in der Natur beobachteten Kernumwandlungen. Die dafür erforderliche hohe Detektions Sensitivität wird unter anderem vom Messuntergrund bestimmt, dessen genaue Kenntnis für die Auswertung der Messdaten erforderlich ist. In dieser Arbeit wurden neutronenphysikalische Studien an Germanium durchgeführt, die essentielle Lücken in diesem Kenntnisstand schließen. Neutronen können durch direkte Wechselwirkung mit Germanium sowie der umgebenden Materie des Detektors oder indirekt durch Aktivierung Zählereignisse hervorrufen. Für das Verständnis des damit verursachten Untergrundes wurde der Neutronenwechselwirkungsquerschnitt 70-Ge(n,3n)68-Ge, das Anregungsschema von 76-Ge und der energieabhängige Anregungsquerschnitt für einige dieser Zustände untersucht. Der mangelhafte Messdatenbestand für natürlich vorkommende Germaniumisotope wird dabei entscheidend verbessert. Um die Untersuchung des 76-Ge Anregungsschemas und den Zugang zu einer Palette weiterer Experimente zu ermöglichen, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein leistungsfähiges, sehr speziellen Anforderungen entsprechendes Rohrpostsystem entwickelt und im Neutronenlabor der TU Dresden installiert. Ein weiteres neutronenphysikalisches Experiment untersucht den bisher unbeobachteten Elektroneneinfang von 76-As. Dadurch wird eine Möglichkeit gezeigt die oftmals nur mit theoretischen Modellen zugänglichen und mit großen Unsicherheiten behafteten Übergansmatrixelemente experimentell zu bestimmen. Diese spielen bei der Auswertung von Experimenten zum Doppelbetazerfall, insbesondere des Experimentes GERDA, eine entscheidende Rolle. / One goal of modern physics is the experimental observation of the neutrinoless double beta decay (0nbb). Among the few naturally occurring nuclides 76-Ge is one candidate to which this process is to verify, amongest others with the GERDA experiment. The extremely low probability of occurrence for a 0nbb-decay is of at least ten orders of magnitude smaller than that of the Beta-decay of 115-In, one of the rarest beta transitions observed in nature with a half-life of 4.41x10^14 years. Thefore a high detection sensitivity is required, wich depends among other things on the measuring background. Its exact knowledge is necessary for the evaluation of the measuring data. In this work neutron-physical studies were performed on germanium aiming to close the essential gaps in this state of knowledge. Neutrons can cause counting events by direct interaction with germanium and the surrounding matter of the detector or indirectly by activation of any of these materials. For understanding of those background signals, the neutron interaction cross section 70-Ge(n,3n)68-Ge, the levelsceme and the energy-dependent excitation cross section of 76-Ge has been investigated. The lack of data inventory for natural germanium has been improved significantly. To enable the investigation of the 76-Ge level sceme and the access to a range of other experiments, a powerful, very special requirements corresponding pneumatic tube system was developed and installed in scope of this work at the neutron laboratory of the TU Dresden. Another neutron physics experiment examined the so far unobserved electroncapture of 76-As. This shows one way to determine transition matrix elements experimentally, which is often only accessible through theoretical models and prone to large uncertainties. These Matrix elements play a crucial role in the analysis of experiments on double beta decay, in particular the GERDA experiment.