Supernovae are known to be the dominant energy source for driving turbulence in the interstellar medium. Yet, their effect on magnetic field amplification in spiral galaxies is still poorly understood. Analytical models based on the uncorrelated-ensemble approach predicted that any created field will be expelled from the disk before a significant amplification can occur. By means of direct simulations of supernova-driven turbulence, we demonstrate that this is not the case. Accounting for vertical stratification and galactic differential rotation, we find an exponential amplification of the mean field on timescales of 100Myr. The self-consistent numerical verification of such a “fast dynamo” is highly beneficial in explaining the observed strong magnetic fields in young galaxies. We, furthermore, highlight the importance of rotation in the generation of helicity by showing that a similar mechanism based on Cartesian shear does not lead to a sustained amplification of the mean magnetic field. This finding impressively confirms the classical picture of a dynamo based on cyclonic turbulence. / Supernovae sind bekanntermaßen die dominante treibende Energiequelle für Turbulenz im interstellaren Medium. Dennoch ist ihre Auswirkung auf die Verstärkung von Magnetfeldern in Spiralgalaxien weitestgehend unverstanden. Analytische Modelle, die auf der Annahme eines unkorrelierten Ensembles beruhen, sagen voraus, dass das erzeugte Feld aus der galaktischen Scheibe herausgedrängt wird bevor eine substantielle Verstärkung erfolgen kann. Mithilfe numerischer Simulationen supernovagetriebener Turbulenz zeigen wir, dass dies nicht der Fall ist. Unter Berücksichtigung einer vertikalen Schichtung und differentieller galaktischer Rotation beobachten wir eine exponentielle Verstärkung des mittleren Magnetfeldes auf einer Zeitskala von 100 Mio. Jahren. Diese selbstkonsistente numerische Bestätigung eines “schnellen Dynamos” erlaubt es, die beobachteten starken Magnetfelder in jungen Galaxien zu erklären. Darüberhinaus stellen wir die Wichtigkeit der Rotation bei der Erzeugung von Helizität heraus, indem wir zeigen, dass ein ähnlicher Effekt basierend auf kartesischer Scherung nicht zu einer Verstärkung des mittleren Magnetfeldes führt. Dies bestätigt eindrucksvoll das klassische Bild zyklonischer Turbulenz.

Diese Arbeit behandelt verschiedene Themen im Bereich der kernmagnetischen Resonanz (NMR) an Festkörpern. Der umfangreichste Themenkomplex sind hierbei Untersuchungen in gepulsten Magnetfeldern. Diese ermöglichen Experimente bei Feldstärken, die sich auf keine andere Weise nicht-destruktiv erreichen lassen, bedeuten aber Schwierigkeiten für NMR Experimente aufgrund ihrer inherenten Zeitabhängigkeit. Es wird eine angepasste Datenanalyse vorgestellt, die Korrekturen für Intensitätsverfälschungen enthält und die Zeitabhängigkeit des Magnetfeldes bei der Berechnung einer Fouriertransformation mit zeitabhängigen Basisfunktionen berücksichtigt. Hiermit werden Testmessungen an elementaren Metallen durchgeführt um die Knight-Verschiebung Ks und die Kern-Gitter-Relaxationszeit T1 zu messen. Anschließende Messungen an SrCu2(BO3)2 zeigen desweiteren eindrucksvoll die Detektion einer feld- und temperaturabhängigen Überstruktur der Elektronenspins. In einem weiteren Themenbereich werden Ergebnisse von Untersuchungen an dem Hochtemperatursupraleitersystem HgBa2 CuO4+δ präsentiert. Bei der Auswertung von temperatur- und orientierungsabhängigen NMR-Verschiebungsmessungen wird ein Widerspruch zu dem im Allgemeinen angenommenen Model mit einer einzigen Spin-Flüssigkeit gefunden. Stattdessen wird eine Analyse mit drei verschiedenen additiven Komponenten entwickelt. Bei der Anwendung dieser Zerlegung wird eine universelle Pseudolückenkomponente gefunden, eine Fermiflüssigkeitskomponente, die nur bei höheren Dotierungsstufen existiert, und eine dritte, die ihr Vorzeichen in Abhängigkeit von der Dotierung ändert. In einem letzten kürzeren Thema werden vorläufige Ergebnisse von Untersuchungen zu der Dynamik von großen, dipolar gekoppelten, Kernspinsystemen behandelt. Hierbei soll eine Vorhersage über die Existenz zusätzlichen, nicht magnetisierungserhaltenden Resonanzen überprüft werden.

In this thesis, we investigate optical and electrical properties of dilute nitride semiconductors GaAsN in pulsed magnetic fields up to 62 T. For the most part, the experiments are performed at the Dresden High Magnetic Field Laboratory (HLD). In the first part of this thesis, the electron effective mass of GaAsN is determined with a direct method for the first time. Cyclotron resonance (CR) absorption spectroscopy is performed in Si-doped GaAsN epilayers with a nitrogen content up to 0.2%. For the CR absorption study, we use the combination of the free-electron laser FELBE and pulsed magnetic fields at the HLD, both located at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. A slight increase of the CR electron effective mass with N content is obtained. This result is in excellent agreement with calculations based on the band anticrossing model and the empirical tight-binding method. We also find an increase of the band nonparabolicity with increasing N concentration in agreement with our calculations of the energy dependent momentum effective mass. In the second part of this thesis, the photoluminescence (PL) characteristics of intrinsic GaAsN and n-doped GaAsN:Si is studied. The PL of intrinsic and very dilute GaAsN is characterized by both GaAs-related transitions and N-induced features. These distinct peaks merge into a broad spectral band of localized excitons (LEs) when the N content is increased. This so-called LE-band exhibits a partially delocalized character because of overlapping exciton wave functions and an efficient interexcitonic population transfer. Merged spectra dominate the PL of all Si-doped GaAsN samples. They have contributions of free and localized excitons and are consequently blue-shifted with respect to LE-bands of intrinsic GaAsN. The highly merged PL profiles of GaAsN:Si are studied systematically for the first time with temperature-dependent time-resolved PL. The PL decay is predominantly monoexponential and has a strong energy dispersion. In comparison to formerly reported values of intrinsic GaAsN epilayers, the determined decay times of GaAsN:Si are reduced by a factor of 10 because of enhanced Shockley-Read-Hall and possibly Auger recombinations. In the third part of this thesis, intrinsic and Si-doped GaAsN are investigated with magneto-PL in fields up to 62 T. A magneto-PL setup for pulsed magnetic fields of the HLD was built for this purpose. The blue-shift of LE-bands is studied in high magnetic fields in order to investigate its delocalized character. The blue-shift is diminished in intrinsic GaAsN at higher temperatures, which indicates that the interexcitonic population transfer is only active below a critical temperature 20 K < T < 50 K. A similar increase of the temperature has no significant impact on the partially delocalized character of the merged spectral band of GaAsN:Si. We conclude that the interexcitonic transfer of Si-doped GaAsN is more complex than in undoped GaAsN. In order to determine reduced masses of undoped GaAsN and GaAs:Si, the field-induced shift of the free exciton transition is studied in the high-field limit. We find an excellent agreement of GaAs:Si with a formerly published value of intrinsic GaAs which was determined with the same method. In both cases, the reduced mass values are enhanced by 20% in comparison to the accepted reduced mass values of GaAs. The determined GaAsN masses are 1.5 times larger than in GaAs:Si and match the rising trend of formerly reported electron effective masses of GaAsN.

Stellare Magnetfelder spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Entwicklung von Sternen. Leider entziehen sie sich aber, aufgrund ihrer großen Entfernung zur Erde, einer direkten Beobachtung. Dies gilt zumindest für derzeitige und in naher Zukunft zur Verfügung stehende Instrumente. Um aber beispielsweise zu verstehen, ob Magnetfelder durch einen Dynamoprozess generiert werden oder Überbleibsel der Sternentstehung sind, ist es zwingend erforderlich, die Oberflächenstruktur und die zeitliche Entwicklung von stellaren Feldern zu untersuchen. Glücklicherweise haben wir mit der Dopplerverschiebung sowie der Polarisation von Licht Mittel zur Verfügung, um indirekt die Magnetfeldtopologie entfernter Sternen zu rekonstruieren, wenn auch nur die schnell rotierender. Die auf den beiden genannten Effekten basierende Rekonstruktionsmethode ist unter dem Namen Zeeman-Doppler Imaging (ZDI) bekannt. Sie stellt eine leistungsfähige Methode dar, um aus rotationsverbreiterten Stokes Profilen schnell rotierender Sterne Oberflächenkartierungen der Temperatur und Magnetfeldverteilung zu erstellen. Durch das ZDI konnten in den vergangenen Jahren die Magnetfeldverteilungen zahlreicher Sterne rekonstruiert werden. Diese Methode stellt allerdings sehr hohe Anforderungen sowohl an die Instrumentierung als auch an die Rechenleistung und ist deshalb häufig mit zahlreichen Annahmen und Näherungen verbunden. Ziel dieser Arbeit war es, Methoden für ein ZDI zu entwickeln, das darauf ausgelegt ist, zeitaufgelöste spektropolarimetrische Daten von aktiven späten Sternen zu invertieren. Es sollte also insbesondere den komplexen und lokalen Magnetfeldstrukturen dieser Sterne Rechnung getragen werden. Um die Orientierung und Stärke solcher Felder zuverlässig rekonstruieren zu können, sollte die Inversion im Stande sein, alle vier Stokes-Komponenten einzubeziehen. Ferner war vorgesehen auf vollständigen polarisierten Strahlungstransportmodellierungen aufzubauen. Dies ermöglicht eine simultane und selbstkonsistente Temperatur- und Magnetfeld-Inversion, die damit dem komplexen Zusammenspiel zwischen Temperatur und Magnetfeld gerecht wird. Schließlich sollte die Anwendung eines neu zu entwickelnden ZDI Programms auf Stokes I und V Beobachtungen von II Pegasi (kurz: II Peg) erste Magnefeldkarten dieses sehr aktiven Sterns liefern. Um den hohen Rechenaufwand, der mit der Inversionsmethode einhergeht, besser bewältigen zu können, wurde zunächst eine schnelle Approximationsmethode für den polarisierten Strahlungstransport entwickelt. Sie basiert auf einer Hauptkomponentenanalyse (PCA) sowie auf künstlichen Neuronalen Netzen. Letztere approximieren den funktionalen Zusammenhang zwischen atmosphärischen Parametern und den zugehörigen lokalen Stokes Profilen. Inverse Probleme sind potentiell schlecht gestellt und erfordern in der Regel eine Regularisierung. Der entwickelte Ansatz verwendet eine lokale Entropie, die auf die Besonderheiten bei der Rekonstruktion lokalisierter Magnetfeder eingeht. Ein weiterer neuartiger Ansatz befasst sich mit der Rauschreduktion polarimetrischer Beobachtungsdaten. Er macht sich die Hauptkomponentenanalyse zu Nutze, um mit Hilfe einer Vielzahl beobachteter Spektrallinien, einzelne Linien mit drastisch vergrößertem Signal-zu-Rausch-Verhältnis wieder zu geben. Diese Methode hat gegenüber anderen Multi-Spektrallinien-Verfahren den Vorteil, nach wie vor eine Inversion auf der Basis einzelner Spektrallinien durchführen zu können. Schließlich wurde das Inversionsprogramm iMap entwickelt, das die zuvor genannten Methoden implementiert. Detaillierte Testrechnungen demonstrieren die Funktionsfähigkeit und Genauigkeit der schnellen Synthese-Methode und weisen einen Zeitgewinn von nahezu drei Größenordnungen gegenüber der konventionellen Strahlungstransportberechnung auf. Desweiteren untersuchen wir den Einfluss der verschiedenen Stokes Komponenten (IV bzw. IVQU) auf die Zuverlässigkeit, ein bekanntes Magnetfeld zu rekonstruieren. Damit belegen wir die Zuverlässigkeit unseres Inversionsprogrammes und zeigen darüber hinaus auch Einschränkungen von Magnetfeldinversionen im allgemeinen auf. Eine erste Inversion von Stokes I und V Profilen von II Peg liefert zum ersten Mal für diesen Stern simultan Temperatur- und Magnetfeldverteilungen. / Stellar magnetic fields, as a crucial component of star formation and evolution, evade direct observation at least with current and near future instruments. However investigating whether magnetic fields are generated by a dynamo process or represent relics from the formation process, or whether they show a behavior similar to the sun or something very different, it is essential to investigate their structure and temporal evolution. Fortunately nature provides us with the possibility to indirectly observe surface topologies on distant stars by means of Doppler shift and polarization of light, though not without its challenges. Based on the mentioned effects, the so called Zeeman-Doppler Imaging technique is a powerful method to retrieve magnetic fields from rapid rotating stars based on measurements of spectropolarimetric observations in terms of Stokes profiles. In recent years, a large number of stellar magnetic field distributions could be reconstructed by Zeeman-Doppler Imaging (ZDI). However, the implementation of this method often relies on many approximations because, as an inversion method, it entails enormous computational requirements. The aim of this thesis is to develop methods for a ZDI, designed to invert time-resolved spectropolarimetric data of active late type stars, and to account for the expected complex and small scale magnetic fields on these stars. In order to reliably reconstruct the detailed field orientation and strength, the inversion method is employed to be able to use of all four Stokes components. Furthermore it is based on fully polarized radiative transfer calculations to account for the intricate interplay between temperature and magnetic field. Finally, the application of a newly developed ZDI code to Stokes I and V observations of II Pegasi (short: II Peg) was supposed to deliver the first magnetic surface maps for this highly active star. To accomplish the high computational burden of a radiative transfer based ZDI, we developed a novel approximation method to speed up the inversion process. It is based on Principal Component Analysis and Artificial Neural Networks. The latter approximate the functional mapping between atmospheric parameters and the corresponding local Stokes profiles. Inverse problems, as we are dealing with, are potentially ill-posed and require a regularization method. We propose a new regularization scheme, which implements a local entropy function that accounts for the peculiarities of the reconstruction of localized magnetic fields. To deal with the relatively large noise that is always present in polarimetric data, we developed a multi-line denoising technique based on Principal Component Analysis. In contrast to other multi-line techniques that extract from a large number of spectral lines a sort of mean profile, this method allows to extract individual spectral lines and thus allows for an inversion on the basis of specific lines. All these methods are incorporated in our newly developed ZDI code iMap, which is based on a conjugated gradient method. An in depth validation of our new synthesis method demonstrates the reliability and accuracy of this approach as well as a gain in computation time by almost three orders of magnitude relative to the conventional radiative transfer calculations. We investigated the influence of the different Stokes components (IV / IVQU) on the ability to reconstruct a known synthetic field configuration. In doing so we validate the capability of our inversion code, and we also assess limitations of magnetic field inversions in general. In a first application to II Peg, a K2 IV subgiant, we derived temperature and magnetic field surface distributions from spectropolarimetric data obtained in 2004 and 2007. It gives for the first time simultaneously the temporal evolution of the surface temperature and magnetic field distribution on II Peg.

The present thesis is devoted to the investigation of the magnetocaloric effect (MCE) by direct measurements in pulsed and quasi-static magnetic fields as well as by analyzing specific-heat data taken in static magnetic fields. The emphasis is on the direct measurement of the adiabatic temperature change Tad in pulsed magnetic fields, because the pulsed-field data allow for an analysis of the sample-temperature response to the magnetic field on a time scale of 10 to 100 ms, which is on the order of typical operation frequencies (10 - 100 Hz) of magnetocaloric cooling devices. Besides extending the accessible magneticfield range to beyond 70 T, the short pulse duration provides nearly adiabatic conditions during the measurement. In this work, the magnetocaloric properties of various types of solids are investigated: Gadolinium (Gd) with a second-order transition, Ni50Mn35In15 with multiple magnetic transitions, and La(Fe,Si,Co)13 compounds with first and second-order transitions, depending on the Co concentration. The adiabatic temperature change of a polycrystalline Gd sample has been measured in pulsed magnetic fields up to 70 T and also in quasi-static fields up to 2 T. A very large adiabatic temperature change of Tad 60 K is observed near the Curie temperature (TC = 294 K) for a field change of 70 T. In addition, we find that this maximum temperature change grows with H2=3. We have studied the MCE in the shape-memory Heusler alloy Ni50Mn35In15 by direct measurements in pulsed magnetic fields up to 6 and 20 T. The results obtained for 6 T pulses are compared with data extracted from specific-heat experiments. We find a saturation of the inverse MCE, related to the firstorder martensitic transition, with a maximum adiabatic temperature change of Tad = 7 K at 250 K and a conventional field-dependent MCE near the second-order ferromagnetic transition in the austenitic phase. Our results disclose that in shape-memory alloys the different contributions to the MCE and hysteresis effects around the martensitic transition have to be carefully considered for future cooling applications. Finally, a comparative study of the magnetic and magnetocaloric properties of La(Fe,Si,Co)13 alloys is presented by discussing magnetization, Tad, specificheat, and magnetostriction measurements. The nature of the transition can be changed from first to second order as well as the temperature of the transition can be tuned by varying the Co concentration. The MCE of two samples with nominal compositions of LaFe11:74Co0:13Si1:13 and LaFe11:21Co0:65Si1:11 have been measured in pulsed magnetic fields up to 50 T. We find that LaFe11:74Co0:13Si1:13 with a first-order transition (TC = 198 K) shows half of the net MCE already at low fields (2-10 T). Whereas the MCE of LaFe11:21Co0:65Si1:11 with secondorder transition (TC = 257 K) grows gradually. The MCE in both compounds reaches almost similar values at a field of 50 T. The MCE results obtained in pulsed magnetic fields of 2 T are in good agreement with data from quasistatic field measurements. The pulsed-field magnetization of both compounds has been measured in fields up to 60 T under nearly adiabatic conditions and compared to steady-field isothermal measurements. The differences between the magnetization curves obtained under isothermal and adiabatic conditions give the MCE via the crossing points of the adiabatic curve with the set of isothermal curves. For LaFe11:74Co0:13Si1:13, a S - T diagram has been constructed from specific-heat measurements in static fields, which is used to extract the MCE indirectly. Magnetostriction measurements are carried out for two compounds in both static and pulsed magnetic fields. For LaFe11:74Co0:13Si1:13, the strain shows a sharp increase. However, due to cracks appearing in the sample an irreversible magneto-volume effect of about 1% is observed in pulsed magnetic fields. Whereas for LaFe11:21Co0:65Si1:11 the data show a smooth increase of the sample length up to 60 T, and a 1.3% volume increase is obtained. We also find that magnetizing the latter sample in the paramagnetic state is tightly bound to the volume increase and this, likewise for the former sample, gives the main contribution to the entropy change.

In this thesis, we investigate optical and electrical properties of dilute nitride semiconductors GaAsN in pulsed magnetic fields up to 62 T. For the most part, the experiments are performed at the Dresden High Magnetic Field Laboratory (HLD). In the first part of this thesis, the electron effective mass of GaAsN is determined with a direct method for the first time. Cyclotron resonance (CR) absorption spectroscopy is performed in Si-doped GaAsN epilayers with a nitrogen content up to 0.2%. For the CR absorption study, we use the combination of the free-electron laser FELBE and pulsed magnetic fields at the HLD, both located at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. A slight increase of the CR electron effective mass with N content is obtained. This result is in excellent agreement with calculations based on the band anticrossing model and the empirical tight-binding method. We also find an increase of the band nonparabolicity with increasing N concentration in agreement with our calculations of the energy dependent momentum effective mass. In the second part of this thesis, the photoluminescence (PL) characteristics of intrinsic GaAsN and n-doped GaAsN:Si is studied. The PL of intrinsic and very dilute GaAsN is characterized by both GaAs-related transitions and N-induced features. These distinct peaks merge into a broad spectral band of localized excitons (LEs) when the N content is increased. This so-called LE-band exhibits a partially delocalized character because of overlapping exciton wave functions and an efficient interexcitonic population transfer. Merged spectra dominate the PL of all Si-doped GaAsN samples. They have contributions of free and localized excitons and are consequently blue-shifted with respect to LE-bands of intrinsic GaAsN. The highly merged PL profiles of GaAsN:Si are studied systematically for the first time with temperature-dependent time-resolved PL. The PL decay is predominantly monoexponential and has a strong energy dispersion. In comparison to formerly reported values of intrinsic GaAsN epilayers, the determined decay times of GaAsN:Si are reduced by a factor of 10 because of enhanced Shockley-Read-Hall and possibly Auger recombinations. In the third part of this thesis, intrinsic and Si-doped GaAsN are investigated with magneto-PL in fields up to 62 T. A magneto-PL setup for pulsed magnetic fields of the HLD was built for this purpose. The blue-shift of LE-bands is studied in high magnetic fields in order to investigate its delocalized character. The blue-shift is diminished in intrinsic GaAsN at higher temperatures, which indicates that the interexcitonic population transfer is only active below a critical temperature 20 K < T < 50 K. A similar increase of the temperature has no significant impact on the partially delocalized character of the merged spectral band of GaAsN:Si. We conclude that the interexcitonic transfer of Si-doped GaAsN is more complex than in undoped GaAsN. In order to determine reduced masses of undoped GaAsN and GaAs:Si, the field-induced shift of the free exciton transition is studied in the high-field limit. We find an excellent agreement of GaAs:Si with a formerly published value of intrinsic GaAs which was determined with the same method. In both cases, the reduced mass values are enhanced by 20% in comparison to the accepted reduced mass values of GaAs. The determined GaAsN masses are 1.5 times larger than in GaAs:Si and match the rising trend of formerly reported electron effective masses of GaAsN.

Höchste Magnetfelder haben sich zu einem unverzichtbaren Werkzeug der Festkörperphysik entwickelt. Sie werden insbesondere verwendet, um die elektronischen Eigenschaften von modernen Materialien zu erforschen. Da Magnetfelder oberhalb von 45 Tesla nicht mehr mit statischen (z.B. supraleitenden) Feldern zu erreichen sind, haben sich weltweit verschiedene Labore auf die Erzeugung gepulster Magnetfelder mit angestrebten Maximalwerten von 100 Tesla spezialisiert. In der vorliegenden Arbeit werden Anwendungsmöglichkeiten der kernmagnetischen Resonanz (NMR) in gepulsten Magnetfeldern aufgezeigt. Es ist gelungen, die starke Zeitabhängigkeit der gepulsten Magnetfelder mittels NMR präzise zu vermessen. Die genaue Kenntnis des Magnetfelds nach dem Puls ermöglicht, die Zeitabhängigkeit aus den Daten zu entfernen, sodass auch eine kohärente Signal-Mittelung möglich ist. Davon ausgehend werden erstmalig Messungen der chemischen Verschiebung, der Knight Shift, der Spin-Gitter-Relaxationsrate 1/T1 und der Spin-Spin-Relaxationsrate 1/T2 diskutiert. Schließlich werden die im Zusammenhang mit gepulsten Magnetfeldern erarbeiteten Gleichungen in vereinfachter Form zur genauen Messung und Analyse des freien Induktions-Zerfalls von 19F Kernspins in Calciumfluorid verwendet. Durch Messung des Zerfalls über sechs Größenordnungen wird eine genaue Analyse bezüglich einer neuartigen Theorie ermöglicht, welche den Zerfall basierend auf der Annahme mikroskopischen Chaos\' erklärt. Diese Theorie hat das Potenzial, zu einem tieferen Verständnis von Quantenchaos in makroskopischen Vielteilchensystemen zu führen.

Bibliographische Beschreibung und Referat. Kochan, Natalie. „Charakterisierung von Plasmen, erzeugt durch Fokussierung von 100 ps Laserpulsen auf Festkörperoberflächen“. Technische Universität Chemnitz, Institut für Physik, Dissertation, 2002 (104 Seiten; 48 Abbildungen; 4 Tabellen; 102 Literaturzitate). In der vorliegenden Arbeit wurden Plasmen, die durch Laserbestrahlung erzeugt wurden, untersucht. Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag auf der Bestimmung der Elektronendichte des Plasmas und der Plasmatemperatur, mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Überwiegend erfolgten die Untersuchungen unter Normaldruck an Luft. Zunächst werden einige Grundlagen der Wechselwirkung von Laserstrahlung mit einem Plasma dargestellt, die für Bearbeitung des Themas wesentlich sind. Anschließend werden experimentelle Aufbauten und Auswertungsmethoden beschrieben. Zur Plasmadiagnostik wurden verschiedene Messmethoden eingesetzt, die eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung gestatten: Absorptionsphotographie, Interferometrie, Messungen der Faraday-Drehung und Röntgenstreakmessungen. Im Hauptteil der Arbeit wurde zunächst der Einfluss der Leistungsdichte der Laserstrahlung auf die im laserinduzierten Plasma ablaufenden Prozesse untersucht. Die Untersuchungen erfolgten sowohl bei atmosphärischem Druck als auch im Vakuum. Die Leistungsdichte der Laserstrahlung wurde dabei von 10^9 bis 10^14 W/cm2 variiert. Es wurde dabei gezeigt, dass die Anwesenheit einer Gasatmosphäre die Expansion des Plasmas behindert und damit zu einer höheren Plasmadichte als in Hochvakuum führt. Es wurde festgestellt, dass es bei einer Leistungsdichte von ca. 5,0×10^9 W/cm2 eine stark nichtlineare Abhängigkeit sowohl der Ausbreitungsgeschwindigkeit als auch der mittleren Elektronendichte in der Schockwelle von der Leistungsdichte gibt. Ab einer Leistungsdichte von ~ 10^13 W/cm2 wurde bei Bestrahlung eines Ag-Targets in Luft ein schmaler Plasmajet mit einer hohen Elektronendichte von mehr als 10^20 cm-3 und einer Länge von etwa 300 µm beobachtet. Bei noch höheren Leistungsdichten von ca. 10^14 W/cm2 treten mehrere Filamente in unterschiedlichen Entwicklungsstadien gleichzeitig auf. Es wurde außerdem das Phänomen der Plasmaabtrennung (plasma bullets) nachgewiesen. Im weiteren wurden Plasmaparameter laserinduzierter Plasmen mit solchen laserinduzierter Entladungen in Luft verglichen. Es ergab sich, dass in beiden Fällen Filamente mit sehr ähnlichen Plasmaparametern entstehen können. Die Feldstärke der sich im laserinduzierten Plasma spontan bildenden Magnetfelder wurde durch Faraday-Messungen ermittelt. Die Stärke (4 – 7 MG) und die Orientierung der Felder weisen darauf hin, dass diese Felder durch Resonanzabsorption zustande kommen. Die Plasmatemperaturen wurden mit Hilfe optischer Verfahren (in Luft) bzw. Röntgenstreakmessungen (unter Vakuum) ermittelt. Dabei wurde zeitlich aufgelöst der Verlauf der Temperaturen von Plasmen gemessen, welche durch den Beschuss von Targets unterschiedlichen Materials (Al und Cu) im Vakuum erzeugt wurden.

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Bibliographische Beschreibung und Referat. Kochan, Natalie. „Charakterisierung von Plasmen, erzeugt durch Fokussierung von 100 ps Laserpulsen auf Festkörperoberflächen“. Technische Universität Chemnitz, Institut für Physik, Dissertation, 2002 (104 Seiten; 48 Abbildungen; 4 Tabellen; 102 Literaturzitate). In der vorliegenden Arbeit wurden Plasmen, die durch Laserbestrahlung erzeugt wurden, untersucht. Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag auf der Bestimmung der Elektronendichte des Plasmas und der Plasmatemperatur, mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Überwiegend erfolgten die Untersuchungen unter Normaldruck an Luft. Zunächst werden einige Grundlagen der Wechselwirkung von Laserstrahlung mit einem Plasma dargestellt, die für Bearbeitung des Themas wesentlich sind. Anschließend werden experimentelle Aufbauten und Auswertungsmethoden beschrieben. Zur Plasmadiagnostik wurden verschiedene Messmethoden eingesetzt, die eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung gestatten: Absorptionsphotographie, Interferometrie, Messungen der Faraday-Drehung und Röntgenstreakmessungen. Im Hauptteil der Arbeit wurde zunächst der Einfluss der Leistungsdichte der Laserstrahlung auf die im laserinduzierten Plasma ablaufenden Prozesse untersucht. Die Untersuchungen erfolgten sowohl bei atmosphärischem Druck als auch im Vakuum. Die Leistungsdichte der Laserstrahlung wurde dabei von 10^9 bis 10^14 W/cm2 variiert. Es wurde dabei gezeigt, dass die Anwesenheit einer Gasatmosphäre die Expansion des Plasmas behindert und damit zu einer höheren Plasmadichte als in Hochvakuum führt. Es wurde festgestellt, dass es bei einer Leistungsdichte von ca. 5,0×10^9 W/cm2 eine stark nichtlineare Abhängigkeit sowohl der Ausbreitungsgeschwindigkeit als auch der mittleren Elektronendichte in der Schockwelle von der Leistungsdichte gibt. Ab einer Leistungsdichte von ~ 10^13 W/cm2 wurde bei Bestrahlung eines Ag-Targets in Luft ein schmaler Plasmajet mit einer hohen Elektronendichte von mehr als 10^20 cm-3 und einer Länge von etwa 300 µm beobachtet. Bei noch höheren Leistungsdichten von ca. 10^14 W/cm2 treten mehrere Filamente in unterschiedlichen Entwicklungsstadien gleichzeitig auf. Es wurde außerdem das Phänomen der Plasmaabtrennung (plasma bullets) nachgewiesen. Im weiteren wurden Plasmaparameter laserinduzierter Plasmen mit solchen laserinduzierter Entladungen in Luft verglichen. Es ergab sich, dass in beiden Fällen Filamente mit sehr ähnlichen Plasmaparametern entstehen können. Die Feldstärke der sich im laserinduzierten Plasma spontan bildenden Magnetfelder wurde durch Faraday-Messungen ermittelt. Die Stärke (4 – 7 MG) und die Orientierung der Felder weisen darauf hin, dass diese Felder durch Resonanzabsorption zustande kommen. Die Plasmatemperaturen wurden mit Hilfe optischer Verfahren (in Luft) bzw. Röntgenstreakmessungen (unter Vakuum) ermittelt. Dabei wurde zeitlich aufgelöst der Verlauf der Temperaturen von Plasmen gemessen, welche durch den Beschuss von Targets unterschiedlichen Materials (Al und Cu) im Vakuum erzeugt wurden.