In this work the creation of silicon vacancy spin defects in silicon carbide with predictable properties is demonstrated. Neutron and electron irradiation was used to create silicon vacancy ensembles and proton beam writing to create isolated vacancies at a desired position. The coherence properties of the created silicon vacancies as a function of the emitter density were investigated and a power-law function established. Sample annealing was implemented to increase the coherence properties of existing silicon vacancies. Further, spectral hole burning was used to implement absolute dc-magnetometry. / In dieser Arbeit wird die Erzeugung von Silizium Fehlstellen in Siliziumkarbid mit vorhersagbaren Eigenschaften nachgewiesen. Neutronen- und Elektronenbestrahlung wurden zur Erzeugung von Ensembles von Silizium Fehlstellen verwendet, während isolierte Fehlstellen an einer gewünschten Position mit Hilfe eines Protonenstrahls erzeugt wurden. Die Kohärenz der erzeugten Silizium Fehlstellen wurde in Abhängigkeit der Emitterdichte untersucht und eine Gesetzmäßigkeit hierfür eingeführt. Um die Kohärenz der Silizium Fehlstellen zu erhöhen, wurden Annealing Experimente durchgeführt. Des Weiteren wurde spektrales Holeburning verwendet, um absolute DC-Magnetometrie nachzuweisen.

Although spintronics has aroused increasing interest, much fundamental research has to be done. One important issue is the control over the electronic spin. Therefore, spin and phase coherent transport are very important phenomena. This thesis describes experiments with mercury based quantum well structures. This narrow gap material provides a very good template to study spin related effects. It exhibits large Zeeman spin splitting and Rashba spin-orbit splitting. The latter is at least four to five times larger than in III-V semiconductors. Initially a short review on the transport theory was presented. The main focus as on quantisation effects that are important to understand the related experiments. Thus, Shubnikov-de Haas and the quantum Hall effect have been analysed. Due to the first fabrication of nanostructures on Hg-based quantum well samples, the observation of ballistic transport effects could be expected. Hence, the Landauer-B¨uttiker theory has been introduced which gives the theoretical background to understand such effects. With respect to the main topic of this thesis, phase coherence has been introduced in detail. Experiments, where coherence effects could be observed, have been explained theoretically. Here, possible measurement setups have been discussed, e.g., a ring shaped structure to investigate the Aharonov-Bohm and related effects. Due to the fact, that all experiments, described in this thesis, were performed on Hg-based samples, the exceptional position of such samples among the “classical” semiconductors has been clarified. Hg1-xMnx Te quantum wells are type-III QWs in contrast to the type-I QWs formed by e.g., GaAs/AlGaAs heterostructures. With a well width of more than 6 nm and a manganese content of less than 7% they exhibit an inverted band alignment. Band structure calculations based on self consistent Hartree calculations have been presented. The common description of a diluted magnetic semiconductor with the Brillouin function has been introduced and the experiments to obtain the empiric parameters T0 and S0 have been presented. Rashba spin-orbit splitting and giant Zeeman splitting have been explained theoretically and the magnetic ordering of a spin glass as well as the relevant interactions therein have been discussed. The next chapter describes the first realisation of nanostructures on Hg-based heterostructures. Several material specific problems have been solved, but the unique features of this material system mentioned above justify the effort. Interesting new insight could be found and will be found with these structures. Onto a series of QW samples, cross-shaped structures with several lead widths have been patterned. With the non-local resistance measurement setup, evidence for quasiballistic transport was demonstrated in cross-shaped structures with lead widths down to 0.45 mm. The non-local bend resistance and a regime of rebound trajectories as well as the anomalous Hall effect could be identified. Monte-Carlo simulations of the classical electron trajectories have been performed. A good agreement with the experimental data has been achieved by taking a random scattering process into account. Encouraged by this success the technology has been improved and ring-shaped structures with radii down to 1 mm have been fabricated. Low temperature (below 100 mK), four terminal resistance measurements exhibit clear Aharonov-Bohm oscillations. The period of the oscillations agrees very well with a calculation that takes only the sample geometry into account. One goal using such a structure is the experimental prove of the spin-orbit Berry phase. Therefore an additional Shottky gate on top of the ring was needed. With this structure evidence for the Aharonov-Casher effect was observed. Here, a perpendicular applied electric field causes analogous oscillations as does the magnetic field in the AB effect. A subsequent change in the Rashba SO splitting due to several applied gate voltages while measuring the AB effect should reveal the SO Berry phase. Although initially evidence of a phase change was detected, a clear proof for the direct measurement of the SO Berry phase could not be found. In the future, with an advanced sample structure, e.g., with an additional Hall bar next to the ring, which permits a synchronous measurement of the Rashba splitting, it might be possible to measure the SO Berry phase directly. In manganese doped HgTe QWs two different effects simultaneously cause spin splitting: the giant Zeeman and the Rashba effect. By analysing the Shubnikovde Haas oscillations and the node positions of their beating pattern, it has been possible to separate these two effects. Whereas the Rashba effect can be identified by its dependence on the structure inversion asymmetry, varied by the applied gate voltage, the giant Zeeman splitting is extracted from its strong temperature dependence, because Rashba splitting is temperature independent. The analysis revealed, that the Rashba splitting is larger than or comparable to the giant Zeeman splitting even at moderately high magnetic fields. In an extraordinary HgMnTe QW sample, that exhibits the n= 1 quantum Hall plateau from less than 1 T up to 28 T, the anomalous Hall effect could be excluded. Intense studies on the temperature dependence of the QHE as well as band structure calculations have revealed this extraordinary behaviour to be an ordinary band structure effect of this system. In a series of mesoscopic structures on nonmagnetic and magnetic QWs, an investigation of the universal conductance uctuations have been carried out. In the / Trotz des st¨andig steigenden Interesses an der Spintronik gibt es diesbez¨uglich noch viel an Grundlagenforschung zu leisten. Eine wichtige Aufgabe dabei ist es den Spin zu kontrollieren und gezielt zu beeinflussen. Aus diesem Grund ist es wichtig spin- und phasenkoh¨arente Transportph¨anomene zu untersuchen und zu verstehen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Experimenten an Quantentrogstrukturen auf der Basis quecksilberhaltiger Materialien. Dieser schmall¨uckige Halbleiter ist ein ideales Versuchsobjekt zur Untersuchung von Effekten, die mit dem Spin zusammenh¨angen, denn er zeigt den riesigen Zeeman- Effekt sowie Rashba-Spin-Bahn-Aufspaltung. Letztere ist sogar vier- bis f¨unfmal so groß wie die in III-V Halbleitern. Zu Beginn dieser Arbeit wurde ein kurzer ¨ Uberblick ¨uber die Transportheorie gegeben. Dabei lag das zentrale Interesse auf Quantisierungseffekten, welche zum Verst¨andnis der nachfolgenden Experimente unabdingbar sind, insbesondere wurden der Shubnikov-de Haas und der Quanten-Hall-Effekt betrachtet. Da es im Rahmen dieser Arbeit erstmals gelungen ist, Nanostrukturen auf quecksilberhaltigen Quantentr¨ogen herzustellen, war es zu erwarten, dass ballistische Transporteffekte beobachtet werden k¨onnten. Daher wurde eine Einf¨uhrung in die Landauer- B¨uttiker-Theorie gegeben, mit welcher es m¨oglich ist solche ballistischen Effekte theoretisch zu beschreiben. Das Hauptaugenmerk der vorliegenden Arbeit liegt auf Untersuchungen zur Phasenkoh¨arenz. Deswegen wurde diese ausf¨uhrlicher eingef¨uhrt. Dabei wurde die Theorie der Experimente, bei denen man Phasenkoh¨arenz beobachten kann, dargestellt. Ebenso wurden m¨ogliche experimentelle Aufbauten diskutiert, wie zum Beispiel eine ringf¨ormige Struktur, an welcher man den Aharonov-Bohm, sowie damit verwandte Effekte untersuchen kann. Quecksilberhaltige Heterostrukturen nehmen neben den “klassischen” Halbleitern eine Sonderstellung ein. Diese wurde im dritten Kapitel gew¨urdigt. Im Gegensatz zu den Typ-I Quantentr¨ogen, z.B. gebildet aus einer GaAs/AlGaAs Heterostruktur, sind Quantentr¨oge aus Hg1-xMnxTe/Hg0:3Cd0:7Te vom Typ-III. Ist hierbei die Trogbreite gr¨oßer als 6 nm und der Mangangehalt geringer als 7%, so weisen diese Tr¨oge eine invertierte Bandstruktur auf. Hierzu wurden Bandstrukturberechnungen mittels selbstkonsistenter Hartree-Berechnungen dargestellt. Zur Beschreibung verd¨unnt magnetischer Halbleiter wurde die daf¨ur allgemein ¨ubliche Brillouin Funktion eingef¨uhrt. Die Experimente mit denen die dabei ben¨otigten empirischen Parameter T0 und S0 gewonnen wurden, wurden an dieser Stelle pr¨asentiert. Auch die Theorie der Rashba-Spin-Bahn-Aufspaltung sowie des riesigen Zeeman-Effekts wurden erkl¨art. Dar¨uberhinaus wurde der magnetische Ordnungszustand “Spinglas” eingef¨uhrt, sowie die wichtigsten Wechselwirkungen darin dargestellt. Im n¨achsten Kapitel wurde die erstmalige Realisierung von Nanostrukturen auf quecksilberhaltigen Heterostrukturen berichtet. Daf¨ur mussten materialspezifi- sche, technologische Probleme ¨uberwunden werden, aber die einzigartigen Eigenschaften dieses Materialsystems rechtfertigen den Aufwand. So konnten bereits und werden neue Einsichten gewonnen werden. Auf eine Serie von Quantentrogproben wurden Kreuzstrukturen mit unterschiedlichen Armdicken definiert. In diesen Strukturen konnte mit Hilfe der sogenannten Nichtlokalen Widerstandsmessung der Nachweis f¨ur quasiballistischen Transport erbracht werden. Der sogenannte Biegewiderstand, der Bereich der abprallenden Trajektorien sowie der anomale Hall-Effekt konnten identifiziert werden. Um diese Beobachtungen auch auf eine quantitative Beschreibung zur¨uckzuf¨uhren, wurden Monte- Carlo-Simulationen der klassischen Trajektorien der Elektronen durchgef¨uhrt. Durch die Einf¨uhrung eines zuf¨alligen Streuprozessess konnte eine hervorragende ¨ Ubereinstimmung mit den experimentellen Daten erzielt werden. Ermutigt durch diesen Erfolg, wurde die Technologie weiter verbessert. So konnten ringf¨ormige Strukturen mit Radii hinunter bis zu 1 mm hergestellt werden. Elektrische Vier-Punkt-Messungen bei niedrigsten Temperaturen (unter 100 mK) zeigen deutliche Aharonov-Bohm -Oszillationen. Die Periode dieser Oszillationen stimmt sehr gut mit der berechneten ¨uberein, die aus geometrischen ¨ Uberlegungen zur Probe gewonnen wurde. Ein Ziel f¨ur die Verwendung solcher ringf¨ormigen Strukturen ist der direkte experimentelle Nachweis der Spin-Bahn-Berry-Phase. Hierzu wird allerdings ein zus¨atzliches Shottky-Gatter auf der Oberseite des Rings ben¨otigt. Mit einer solchen Struktur konnte der Aharonov-Casher-Effekt nachgewiesen werden. Dabei verursacht ein senkrecht anliegendes elektrisches Feld analoge Oszillationen wie das Magnetfeld im Aharonov-Bohm-Effekt. Durch ein kontinuierliches ¨ Andern der Rashba Spin-Bahn-Aufspaltung, hervorgerufen durch die ¨ Anderung der anliegenden Gatter-Spannung, w¨ahrend man den Aharonov-Bohm-Effekt misst, sollte die Spin-Bahn-Berry-Phase offenbaren. Obwohl zun¨achst ein Hinweis auf einen Phasen¨ubergang gefunden werden konnte, war ein eindeutiger Nachweis f¨ur die direkte Messung der Berry-Phase nicht m¨oglich. Zuk¨unftige Messungen mit einer verbesserten Probenstruktur, z.B. einem zus¨atzlichen Hall-Streifen direkt neben dem Ring um gleichzeitig die Rashba- Aufspaltung messen zu k¨onnen, werdenm¨oglicherweise diesen direkten Nachweis erbringen. In mit Mangan dotierten HgTe Quantentr¨ogen gibt es zwei unterschiedliche Effekte, die eine Spin-Aufspaltung hervorrufen: Der riesige Zeeman-Effekt und der Rashba-Effekt. Durch die Analyse der Shubnikov-de Haas Oszillationen und der Knotenpositionen ihrer Schwebung, war es m¨oglich, diese zwei Effekte zu trennen. W¨ahrend der Rashba-Effekt durch seine Abh¨angigkeit von der Strukturinversionsasymmetrie, die durch Ver¨anderung der anliegenden Gatter-Spannung variiert werden kann, identifiziert werden kann, erkennt man die riesige Zeeman- Aufspaltung durch ihre Temperaturabh¨angigkeit, da der Rashba-Effekt temperaturunabh ¨angig ist. Diese Analyse konnte zeigen, dass die Rashba-Aufspaltung gr¨oßer als oder mindestens vergleichbar der riesigen Zeeman-Aufspaltung ist, und das sogar bei m¨aßig hohen Magnetfeldern. In einer außergew¨ohnlichen HgMnTe Quantentrogprobe, welche das n = 1 Quanten-Hall-Plateau von unter einem Tesla bis zu 28 Tesla aufweist, konnte der anomale Hall-Effekt als Ursache f¨ur dieses Verhalten ausgeschlossen werden. Intensive Untersuchungen der Temperaturabh¨angigkeit des Quanten-Hall-Effekts sowie Bandstrukturberechnungen konnten dieses außergew¨ohnliche Verhalten als einen gew¨ohnlichen Effekt der Bandstruktur in diesem System erkl¨aren. An einer Serie von mesoskopischen Strukturen auf nichtmagnetischen und magnetischen Quantentr¨ogen wurden universelle Leitwertfluktuationen untersucht. Im nichtmagnetischen Fall gehorchte die Temperaturabh¨angigkeit der Standardabweichung desWiderstands, die ein Maß f¨ur die Amplitude der Fluktuationen ist, einem Potenzgesetz (µ T

The goal of this study was to investigate text comprehension processes in Hypertext. The effect of text features (linking structure) and readers' characteristics (previous knowledge) on the comprehension of global causal and temporal relations was examined. The comprehension of a text involves the construction of a situation model (SM). The SM is a mental representation of the situation described in the text and contains several dimensions. The focus of this studies lays on the dimensions time and causality, particularly on the generation of global causal and temporal inferences. Beside, the effective usage of hypertext systems was in the center of interest. Results show that the complexity and coherence of hypertexts' linking structure have an effect on the usage of hypertext systems. Simple and coherent linking structures support an effective usage of the hypertext system whereas complex and incoherent linking structures lead to navigation and orientation problems. Moreover, a coherent linking structure supports the representation of the hypertext structure and the generation of a coherent SM. The investigation of the generation of inferences shows that readers do not generate inferences to the same extend on all dimensions of SM. Causal relations were even understood when the presented text was causal incoherent or when readers did not have causal previous knowledge. In contrast, temporal relations were only understood when events were presented temporally coherent or when readers had temporal previous knowledge. Above all, an incorrect representation of the direction of the cause-effect relationship seems to overwrite previously learned temporal information. The temporal relationship between two events will be adapted to the understood causal relationship between this events. / In dieser Arbeit werden Textverstehensprozesse in Hypertexten betrachtet. Dabei wird der Einfluss von Textmerkmalen (Verknüpfungsstruktur) und Lesermerkmalen (Vorwissen) auf das Verstehen von globalen kausalen und zeitlichen Zusammenhängen untersucht. Es wird davon ausgegangen, dass beim Verstehen eines Textes ein Situationsmodell aufgebaut wird. Dieses Situationsmodell ist eine mentale Repräsentation der im Text beschriebenen Situation und kann aus mehreren Dimensionen bestehen. Im Zentrum der Arbeit stehen die Dimensionen Zeit und Kausalität, insbesondere dass Verstehen von globalen kausalen und zeitlichen Zusammenhängen. Außerdem stand der effektive Umgang mit Hypertextsystemen im Blickpunkt des Interesses. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl die Komplexität als auch der Kohärenzgrad der Verknüpfungsstruktur von Hypertexten Einflusss auf den effektiven Umgang mit dem Text haben. Einfache Strukturen und das kohärente Verknüpfen von Textknoten nach inhaltlichen Gesichtspunkten ermöglichen einen effektiven Umgang mit dem System, während komplexe Strukturen und die inkohärente Verknüpfung zu Navigations- und Orientierungsproblemen führen. Außerdem unterstützt eine kohärente Verknüpfungsstruktur die Konstruktion einer mentalen Repräsentation der Hypertextstruktur und das Verstehen von globalen Zusammenhängen. Die Befunde zur globalen Kohärenzbildung weisen darauf hin, dass kausale Zusammenhänge auch dann noch gut erkannt werden, wenn deren Verstehen durch unzureichendes Vorwissen oder inkohärente Präsentation von Informationen erschwert wird. Zeitliche Zusammenhänge werden nur dann gut verstanden, wenn das Bilden von zeitlichen Inferenzen durch eine kohärente Verknüpfung von Textknoten oder durch entsprechendes Vorwissen unterstützt wird. Darüber hinaus scheint eine falsche Repräsentation von der Richtung der Ursache-Wirkungs-Beziehung auch vorab gelernte zeitliche Informationen abzuändern, indem die zeitliche Beziehung zwischen zwei Ereignissen dem verstanden kausalen Zusammenhang zwischen diesen Ereignissen angepaßt wird.

The phenomena of coherence and localization have gained enormous research interest during the past decades. Theoretical predictions of localization have been confirmed recently in a variety of experiments in the fields of condensed matter physics and optics. We consider the widely employed model of the one-dimensional discrete nonlinear Schrödinger equation which allows for the investigation of localization of linear and nonlinear waves. We establish a generic connection between coherence and localization by showing that localized solutions are necessarily coherent. The effects of a loss of coherence are investigated numerically by applying random dephasing. The onset of a diffusive spreading regime is observed as a generic feature for persistent dephasing, which eventually destroys localization. After finite integration times maximal delocalization is achieved for a certain rate and strength of dephasing, resulting from the competition between destroying the initial wave packet on the one hand and not suppressing spreading too much on the other. When dephasing is switched off at a certain time, a loss or gain of coherence in linear wave packets directly corresponds to delocalization or stronger localization. This leads to stable partially coherent wave packets. In contrast, localization of nonlinear waves after dephasing is connected to the efforts of establishing complete coherence, at least for asymptotically long times. On intermediate time scales, however, various interesting partially coherent regimes can be observed. / Die Phänomene von Kohärenz und Lokalisierung haben sich in den letzten Jahrzehnten zum Schwerpunkt zahlreicher Forschungsinteressen entwickelt. Erst kürzlich wurden theoretische Vorhersagen von Lokalisierung in verschiedensten Experimenten in den Bereichen der Festkörperphysik und Optik bestätigt. In dieser Arbeit wird das häufig angewendete Modell der eindimensionalen diskreten nichtlinearen Schrödingergleichung betrachtet, welches die Untersuchung der Lokalisierung von linearen und nichtlinearen Wellen ermöglicht. Eine generelle Verbindung zwischen Kohärenz und Lokalisierung wird gezeigt, wonach lokalisierte Lösungen notwendigerweise kohärent sind. Die Auswirkungen eines Verlustes von Kohärenz werden numerisch durch Anwendung unterschiedlicher Methoden eines zufälligen Dephasierens untersucht. Ein permanentes Dephasieren führt stets zum Auftreten eines diffusiven Regimes, welches letztlich die Zerstörung von Lokalisierung bedingt. Nach einer endlichen Integrationszeit wird jedoch eine maximale Delokalisierung nur durch eine bestimmte Rate und Stärke des Dephasierens bewirkt, resultierend aus einem Wettstreit zwischen möglichst schneller Zerstörung des ursprünglichen Wellenpaketes auf der einen Seite und nicht zu starker Behinderung des Zerfließens auf der anderen. Wird das Dephasieren nach einer bestimmten Zeit abgeschaltet, so entspricht ein folglicher Verlust oder Zugewinn an Kohäarenz in einem linearen Wellenpaket direkt einem Verlust oder Zugewinn von Lokalisierung. Dabei treten im allgemeinen stabile teil-kohärente Wellenpakete auf. Im Gegensatz dazu ist Lokalisierung nichtlinearer Wellenpakete stets mit den Bemühungen verbunden, vollständige Kohärenz wiederherzustellen, zumindest für asymptotisch lange Zeiten. Auf mittleren Zeitskalen können jedoch verschiedene interessante teil-kohärente Strukturen beobachtet werden.

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.

Systems for high performance computing are getting increasingly complex. On the one hand, the number of processors is increasing. On the other hand, the individual processors are getting more and more powerful. In recent years, the latter is to a large extent achieved by increasing the number of cores per processor. Unfortunately, scientific applications often fail to fully utilize the available computational performance. Therefore, performance analysis tools that help to localize and fix performance problems are indispensable. Large scale systems for high performance computing typically consist of multiple compute nodes that are connected via network. Performance analysis tools that analyze performance problems that arise from using multiple nodes are readily available. However, the increasing number of cores per processor that can be observed within the last decade represents a major change in the node architecture. Therefore, this work concentrates on the analysis of the node performance. The goal of this thesis is to improve the understanding of the achieved application performance on existing hardware. It can be observed that the scaling of parallel applications on multi-core processors differs significantly from the scaling on multiple processors. Therefore, the properties of shared resources in contemporary multi-core processors as well as remote accesses in multi-processor systems are investigated and their respective impact on the application performance is analyzed. As a first step, a comprehensive suite of highly optimized micro-benchmarks is developed. These benchmarks are able to determine the performance of memory accesses depending on the location and coherence state of the data. They are used to perform an in-depth analysis of the characteristics of memory accesses in contemporary multi-processor systems, which identifies potential bottlenecks. However, in order to localize performance problems, it also has to be determined to which extend the application performance is limited by certain resources. Therefore, a methodology to derive metrics for the utilization of individual components in the memory hierarchy as well as waiting times caused by memory accesses is developed in the second step. The approach is based on hardware performance counters, which record the number of certain hardware events. The developed micro-benchmarks are used to selectively stress individual components, which can be used to identify the events that provide a reasonable assessment for the utilization of the respective component and the amount of time that is spent waiting for memory accesses to complete. Finally, the knowledge gained from this process is used to implement a visualization of memory related performance issues in existing performance analysis tools. The results of the micro-benchmarks reveal that the increasing number of cores per processor and the usage of multiple processors per node leads to complex systems with vastly different performance characteristics of memory accesses depending on the location of the accessed data. Furthermore, it can be observed that the aggregated throughput of shared resources in multi-core processors does not necessarily scale linearly with the number of cores that access them concurrently, which limits the scalability of parallel applications. It is shown that the proposed methodology for the identification of meaningful hardware performance counters yields useful metrics for the localization of memory related performance limitations.

In the present dissertation paper an approach which ensures an efficient control of such diverse systems as noisy or chaotic oscillators and neural ensembles is developed. This approach is implemented by a simple linear feedback loop. The dissertation paper consists of two main parts. One part of the work is dedicated to the application of the suggested technique to a population of neurons with a goal to suppress their synchronous collective dynamics. The other part is aimed at investigating linear feedback control of coherence of a noisy or chaotic self-sustained oscillator. First we start with a problem of suppressing synchronization in a large population of interacting neurons. The importance of this task is based on the hypothesis that emergence of pathological brain activity in the case of Parkinson's disease and other neurological disorders is caused by synchrony of many thousands of neurons. The established therapy for the patients with such disorders is a permanent high-frequency electrical stimulation via the depth microelectrodes, called Deep Brain Stimulation (DBS). In spite of efficiency of such stimulation, it has several side effects and mechanisms underlying DBS remain unclear. In the present work an efficient and simple control technique is suggested. It is designed to ensure suppression of synchrony in a neural ensemble by a minimized stimulation that vanishes as soon as the tremor is suppressed. This vanishing-stimulation technique would be a useful tool of experimental neuroscience; on the other hand, control of collective dynamics in a large population of units represents an interesting physical problem. The main idea of suggested approach is related to the classical problem of oscillation theory, namely the interaction between a self-sustained (active) oscillator and a passive load (resonator). It is known that under certain conditions the passive oscillator can suppress the oscillations of an active one. In this thesis a much more complicated case of active medium, which itself consists of thousands of oscillators is considered. Coupling this medium to a specially designed passive oscillator, one can control the collective motion of the ensemble, specifically can enhance or suppress it. Having in mind a possible application in neuroscience, the problem of suppression is concentrated upon. Second, the efficiency of suggested suppression scheme is illustrated by considering more complex case, i.e. when the population of neurons generating the undesired rhythm consists of two non-overlapping subpopulations: the first one is affected by the stimulation, while the collective activity is registered from the second one. Generally speaking, the second population can be by itself both active and passive; both cases are considered here. The possible applications of suggested technique are discussed. Third, the influence of the external linear feedback on coherence of a noisy or chaotic self-sustained oscillator is considered. Coherence is one of the main properties of self-oscillating systems and plays a key role in the construction of clocks, electronic generators, lasers, etc. The coherence of a noisy limit cycle oscillator in the context of phase dynamics is evaluated by the phase diffusion constant, which is in its turn proportional to the width of the spectral peak of oscillations. Many chaotic oscillators can be described within the framework of phase dynamics, and, therefore, their coherence can be also quantified by the way of the phase diffusion constant. The analytical theory for a general linear feedback, considering noisy systems in the linear and Gaussian approximation is developed and validated by numerical results. / In der vorliegenden Dissertation wird eine Näherung entwickelt, die eine effiziente Kontrolle verschiedener Systeme wie verrauschten oder chaotischen Oszillatoren und Neuronenensembles ermöglicht. Diese Näherung wird durch eine einfache lineare Rückkopplungsschleife implementiert. Die Dissertation besteht aus zwei Teilen. Ein Teil der Arbeit ist der Anwendung der vorgeschlagenen Technik auf eine Population von Neuronen gewidmet, mit dem Ziel ihre synchrone Dynamik zu unterdrücken. Der zweite Teil ist auf die Untersuchung der linearen Feedback-Kontrolle der Kohärenz eines verrauschten oder chaotischen, selbst erregenden Oszillators gerichtet. Zunächst widmen wir uns dem Problem, die Synchronisation in einer großen Population von aufeinander wirkenden Neuronen zu unterdrücken. Da angenommen wird, dass das Auftreten pathologischer Gehirntätigkeit, wie im Falle der Parkinsonschen Krankheit oder bei Epilepsie, auf die Synchronisation großer Neuronenpopulation zurück zu führen ist, ist das Verständnis dieser Prozesse von tragender Bedeutung. Die Standardtherapie bei derartigen Erkrankungen besteht in einer dauerhaften, hochfrequenten, intrakraniellen Hirnstimulation mittels implantierter Elektroden (Deep Brain Stimulation, DBS). Trotz der Wirksamkeit solcher Stimulationen können verschiedene Nebenwirkungen auftreten, und die Mechanismen, die der DBS zu Grunde liegen sind nicht klar. In meiner Arbeit schlage ich eine effiziente und einfache Kontrolltechnik vor, die die Synchronisation in einem Neuronenensemble durch eine minimierte Anregung unterdrückt und minimalinvasiv ist, da die Anregung stoppt, sobald der Tremor erfolgreich unterdrückt wurde. Diese Technik der "schwindenden Anregung" wäre ein nützliches Werkzeug der experimentellen Neurowissenschaft. Desweiteren stellt die Kontrolle der kollektiven Dynamik in einer großen Population von Einheiten ein interessantes physikalisches Problem dar. Der Grundansatz der Näherung ist eng mit dem klassischen Problem der Schwingungstheorie verwandt - der Interaktion eines selbst erregenden (aktiven) Oszillators und einer passiven Last, dem Resonator. Ich betrachte den deutlich komplexeren Fall eines aktiven Mediums, welches aus vielen tausenden Oszillatoren besteht. Durch Kopplung dieses Mediums an einen speziell hierür konzipierten, passiven Oszillator kann man die kollektive Bewegung des Ensembles kontrollieren, um diese zu erhöhen oder zu unterdrücken. Mit Hinblick auf eine möglichen Anwendung im Bereich der Neurowissenschaften, konzentriere ich mich hierbei auf das Problem der Unterdrückung. Im zweiten Teil wird die Wirksamkeit dieses Unterdrückungsschemas im Rahmen eines komplexeren Falles, bei dem die Population von Neuronen, die einen unerwünschten Rhythmus erzeugen, aus zwei nicht überlappenden Subpopulationen besteht, dargestellt. Zunächst wird eine der beiden Subpopulationen durch Stimulation beeinflusst und die kollektive Aktivität an der zweiten Subpopulation gemessen. Im Allgemeinen kann sich die zweite Subpopulation sowohl aktiv als auch passiv verhalten. Beide Fälle werden eingehend betrachtet. Anschließend werden die möglichen Anwendungen der vorgeschlagenen Technik besprochen. Danach werden verschiedene Betrachtungen über den Einfluss des externen linearen Feedbacks auf die Kohärenz eines verrauschten oder chaotischen selbst erregenden Oszillators angestellt. Kohärenz ist eine Grundeigenschaft schwingender Systeme und spielt ein tragende Rolle bei der Konstruktion von Uhren, Generatoren oder Lasern. Die Kohärenz eines verrauschten Grenzzyklus Oszillators im Sinne der Phasendynamik wird durch die Phasendiffusionskonstante bewertet, die ihrerseits zur Breite der spektralen Spitze von Schwingungen proportional ist. Viele chaotische Oszillatoren können im Rahmen der Phasendynamik beschrieben werden, weshalb ihre Kohärenz auch über die Phasendiffusionskonstante gemessen werden kann. Die analytische Theorie eines allgemeinen linearen Feedbacks in der Gaußschen, als auch in der linearen, Näherung wird entwickelt und durch numerische Ergebnisse gestützt.

The goal of this study was to investigate text comprehension processes in Hypertext. The effect of text features (linking structure) and readers' characteristics (previous knowledge) on the comprehension of global causal and temporal relations was examined. The comprehension of a text involves the construction of a situation model (SM). The SM is a mental representation of the situation described in the text and contains several dimensions. The focus of this studies lays on the dimensions time and causality, particularly on the generation of global causal and temporal inferences. Beside, the effective usage of hypertext systems was in the center of interest. Results show that the complexity and coherence of hypertexts' linking structure have an effect on the usage of hypertext systems. Simple and coherent linking structures support an effective usage of the hypertext system whereas complex and incoherent linking structures lead to navigation and orientation problems. Moreover, a coherent linking structure supports the representation of the hypertext structure and the generation of a coherent SM. The investigation of the generation of inferences shows that readers do not generate inferences to the same extend on all dimensions of SM. Causal relations were even understood when the presented text was causal incoherent or when readers did not have causal previous knowledge. In contrast, temporal relations were only understood when events were presented temporally coherent or when readers had temporal previous knowledge. Above all, an incorrect representation of the direction of the cause-effect relationship seems to overwrite previously learned temporal information. The temporal relationship between two events will be adapted to the understood causal relationship between this events. / In dieser Arbeit werden Textverstehensprozesse in Hypertexten betrachtet. Dabei wird der Einfluss von Textmerkmalen (Verknüpfungsstruktur) und Lesermerkmalen (Vorwissen) auf das Verstehen von globalen kausalen und zeitlichen Zusammenhängen untersucht. Es wird davon ausgegangen, dass beim Verstehen eines Textes ein Situationsmodell aufgebaut wird. Dieses Situationsmodell ist eine mentale Repräsentation der im Text beschriebenen Situation und kann aus mehreren Dimensionen bestehen. Im Zentrum der Arbeit stehen die Dimensionen Zeit und Kausalität, insbesondere dass Verstehen von globalen kausalen und zeitlichen Zusammenhängen. Außerdem stand der effektive Umgang mit Hypertextsystemen im Blickpunkt des Interesses. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl die Komplexität als auch der Kohärenzgrad der Verknüpfungsstruktur von Hypertexten Einflusss auf den effektiven Umgang mit dem Text haben. Einfache Strukturen und das kohärente Verknüpfen von Textknoten nach inhaltlichen Gesichtspunkten ermöglichen einen effektiven Umgang mit dem System, während komplexe Strukturen und die inkohärente Verknüpfung zu Navigations- und Orientierungsproblemen führen. Außerdem unterstützt eine kohärente Verknüpfungsstruktur die Konstruktion einer mentalen Repräsentation der Hypertextstruktur und das Verstehen von globalen Zusammenhängen. Die Befunde zur globalen Kohärenzbildung weisen darauf hin, dass kausale Zusammenhänge auch dann noch gut erkannt werden, wenn deren Verstehen durch unzureichendes Vorwissen oder inkohärente Präsentation von Informationen erschwert wird. Zeitliche Zusammenhänge werden nur dann gut verstanden, wenn das Bilden von zeitlichen Inferenzen durch eine kohärente Verknüpfung von Textknoten oder durch entsprechendes Vorwissen unterstützt wird. Darüber hinaus scheint eine falsche Repräsentation von der Richtung der Ursache-Wirkungs-Beziehung auch vorab gelernte zeitliche Informationen abzuändern, indem die zeitliche Beziehung zwischen zwei Ereignissen dem verstanden kausalen Zusammenhang zwischen diesen Ereignissen angepaßt wird.

Die Off-Axis-Elektronenholographie ist eine interferometrische Methode zur experimentellen Bestimmung von relativen Phasenschiebungen einer Elektronenwelle. Der Zugang zu diesen Phasenschiebungen ermöglicht z.B. die Bestimmung von intrinsischen elektrischen und magnetischen Feldern eines Objektes im Nanometerbereich. Für eine quantitative Interpretation der Resultate ist die Kenntnis des Rauschens der holographisch rekonstruierten Größen von hoher Bedeutung. In dieser Arbeit wird ein allgemeiner Formalismus abgeleitet, der den Rauschtransfer vom detektierten Hologramm in die rekonstruierten Amplituden- und Phasenbilder beschreibt. Anhand zielgerichteter Experimente wird dieser Formalismus unter Berücksichtigung von gemessenen Rauscheigenschaften des Detektors verifiziert. Im Zuge dessen wird eine experimentelle Methode entwickelt, die es erlaubt, durch Serienaufnahmen und Mittelungsprozeduren das Signal-zu-Rauschverhältnis in den holographischen Resultaten bei gleichbleibender Ortsauflösung erheblich zu verbessern. Daran knüpft sich eine Vielzahl von Anwendungen an, welche in dieser Arbeit in Auszügen aufgeführt werden. Die Grundlage für all diese Experimente besteht in den Welleneigenschaften des Elektrons, welche in der Interferenzfähigkeit (Kohärenz) des Elektrons zum Ausdruck kommen. Elektronen, welche unelastisch an einem Objekt streuen, verlieren diese Eigenschaft und es stellt sich die Frage, ob aus diesem Verlust zusätzliche Informationen über den Streuprozess bzw. über das Objekt selbst gewonnen werden können. Eine Größe, die neben der Intensität auch die Kohärenz der Elektronen beschreibt, ist die reduzierte Dichtematrix. Das motiviert, die Methode der Off-Axis-Elektronenholographie in der Sprache der Dichtematrizen zu formulieren und eine allgemeine Übertragungstheorie für ein holographiefähiges Transmissionselektronenmikroskop abzuleiten. Diese Theorie umfasst alle bisher bekannten Phänomene im Rahmen der Elektronenholographie und bietet darüber hinaus neue instrumentelle Ansätze zur Optimierung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses und zur Überwindung auflösungsbegrenzender Aberrationen. Vor diesem Hintergrund wird weiterhin die Kohärenz von Elektronen mittels energiegefilterter Off-Axis-Elektronenholographie untersucht, welche unelastisch an Siliziumoberflächen streuen und charakteristische Oberflächenplasmonen anregen. Für die Interpretation der Resultate werden zwei Modelle für die Dekohärenz des Elektrons infolge der Wechselwirkung mit einer Objektoberfläche entwickelt und unter Berücksichtigung der Aberrationen des Energiefilters mit dem Experiment verglichen. / Off-axis electron holography provides access to the relative phase shift of an electron wave and allows the experimental determination of intrinsic electric and magnetic fields within an object at nanometre scale. A quantitative interpretation of the results requires the knowledge about the noise in the reconstructed data. In this work, a general formalism is derived describing the transfer of noise from an experimental hologram into reconstructed amplitude and phase images. Concerted experiments verify this formalism under consideration of measured noise properties of the detector. In this frame, a method based on series acquisition and averaging is developed to improve significantly the signal-to-noise ratio of the reconstructed amplitude and phase images at constant spatial resolution. The usefulnes of this method is demonstrated by selected experimental examples from the materials sciences. The capability to show interference, i.e. to be coherent, is a consequence of the electron's wave nature and provides the fundament for all applications of electron holography. By inelastic interaction with the object, the electron loses coherence and the question comes up, whether this loss mechanism contains additional information about the scattering process or even about the object itself. The reduced density matrix is introduced as a suitable quantity describing both intensity and coherence of scattered electrons. That motivates to formulate off-axis electron holography in the language of density matrices and to derive a general transfer theory for this quantity in a holography-dedicated transmission electron microscope. This theory reproduces all known phenomena related to off-axis electron holography and provides new instrumental approaches to improve the signal-to-noise ratio and to overcome resolution limiting aberrations. In this context, the coherence of electrons, which are inelastically scattered by silicon surfaces and have excited characteristic surface plasmons, is investigated by energy-filtered electron holography. For the interpretation of the experimental results, two models are developed for the decoherence of the electron by interaction with an object surface and are compared to the experiment under consideration of the aberrations of the energy-filter.

A detailed english description (three pages) is enclosed in the publication. / Die heutige Menge an textuellen Informationen erfordert vom Interessenten eine adäquate Selektion und Rezeption. Als printmedientechnischer Beitrag zur Lösung dieser Problematik wird das Book-on-Demand- (BoD) Verfahren in Verbindung mit einer individuellen Auswahl von Buchinhalten genutzt. Dazu wird in der vorliegenden Arbeit ein Formalismus entwickelt, der im Rahmen eines BoD-Workflows die kontextspezifische logische Neustrukturierung von Einheiten eines bestehenden elektronischen Buches automatisiert. Als Grundlage dient das aus der Graphentheorie bekannte Modell des minimalen Spannbaums (MSB). Bei der Bildung des MSB werden vor allem die primäre, vom Autor des bestehenden Buches vorgegebene, logische Struktur und eine dem Buch zu Grunde liegende Taxonomie ausgewertet. Für eine prototypische Implementierung des formalen Modells wird eine geeignete Softwarearchitektur für XML-kodierte Bücher entwickelt. Die Bewertung der resultierenden Buchgliederungen wird durch neuartige Metriken für logische Strukturen unterstützt.