Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden Si(001)-Oberflächen mit Selen modifiziert und anschließend charakterisiert. Die Herstellung der Selenpassivierungsschichten wurde in einer MBE-Anlage durchgeführt. Die Charakterisierung erfolgte durch RHEED-, LEED- und RBS-Untersuchungen.

Bei der Produktion von Steckverbinderkontakten für die Elek­tronikindustrie nimmt die Oberflächenvergütung einen entscheidenden Platz ein. Für hohe Anforderungen an die Zuverlässig­keit werden nach wie vor Edelmetalle eingesetzt, die eine sichere Kontaktgabe gewährleisten. Die Entwicklung der Preise und der Verfügbarkeit zwingen jedoch zu weitgehenden Sparmaßnahmen beim Einsatz dieser Materialien bzw. zur völligen Substitution durch Unedelmetalle.

Das 13. Internationale Oberflächenkolloquium war das erste Treffen in der neuen Veranstaltungsreihe Industry meets standardization and science (IMSAS), mit dem ein Forum für Entwickler, Fertigungstechniker, Normungsexperten und Wissenschaftlern geschaffen werden soll. Vom 12. bis zum 14. März 2012 haben wir in diesem Rahmen über das Thema Kanten und Radien informiert. Viele internationale Normen existieren bereits zur Spezifikation und Verifikation. In einigen Bereichen sind diese Festlegungen jedoch noch lückenhaft. Kanten und Radien sind dafür ein perfektes Beispiel. Default Angaben zu Toleranzzonen und Verifikationsfestlegungen zur Extraktion, Filterung und Assoziation werden benötigt, um Spielräume bei der Interpretation und Bewertung auszuschließen und die Funktion eindeutig beschreiben zu können. Unsere Ziele für das Kolloquium waren die Einführung der neuen Veranstaltungsreihe IMSAS, die Information der Teilnehmer über den aktuellen Stand der Normung auf dem Gebiet von Kanten und Radien, die Präsentation von Problemstellungen und aktuell verfügbaren Lösungen zu diesem Thema und die Ableitung des zukünftigen Normungs- und Entwicklungsbedarfs auf diesem Gebiet. Das Kolloquium wurde vom Institut für Fertigungsmesstechnik und Qualitätssicherung IFMQ (Prof. M. Dietzsch und Dr.-Ing. Sophie Gröger ) der Technischen Universität Chemnitz in Zusammenarbeit mit dem Normungsauschuss Technische Grundlagen (NA 152) (J. Zymnossek) des Deutschen Instituts für Normung (DIN) organisiert.

In der Arbeit werden Fehlstellen in der Silizium (2x1)-(111)-Oberfläche mit den ab-initio-Methoden DFT-LDA und GdW betrachtet. Zunächst werden dabei die bei dieser Oberfläche auftretenden Pandeyketten innerhalb der DFT-LDA näher betrachtet und der Einfluss zwischen und innerhalb der Ketten untersucht. Um den Einfluss der Phosphorfehlstelle zu betrachten wird ein System erstellt, das groß genug ist, um einzelne Defekte in der Oberfläche untersuchen zu können. Die Ergebnisse der DFT werden durch Berechnungen der Vielteilchenstörungstheorie GdW erweitert, wodurch gleichzeitig gezeigt werden konnte, dass sich die GdW auf Systeme mit 600 Elektronen anwenden lässt. Weiterhin wird durch Betrachtung der ortsaufgelösten DOS die Wechselwirkung der Phosphordotierung mit dem Siliziumkristall untersucht.

Photonic metasurfaces obtain their unique optical properties from the periodic arrangement of sub-wavelength building blocks and can manipulate light in ways that differ significantly from bulk materials. Until recently, metasurfaces have been fabricated using top-down methods on a limited surface area. With the development of directed self-assembly methods and utilization of nanoscale colloids, metasurfaces can be fabricated on a larger scale and with reasonable efforts. In particular, soft nanoimprint lithography, based on the controlled drying of the colloidal solution within a structured template, allows for the precise placement of versatile colloidal building blocks on a substrate of choice. In this dissertation, the material and optical properties of self-assembled plasmonic and photoluminescent nanoparticles are systematically studied in terms of their short- and long-range interactions. It is shown that 1D plasmonic lattices exploit the intrinsic anisotropy and substrate-dependent collective resonant coupling. Likewise, semiconductor nanoparticles organized into linear gratings, result in light-emitting metasurfaces, featuring geometry-dependent amplification of the photoluminescence that can be further promoted to a non-linear amplification regime. Moreover, on flexible substrates, these self-assembled light-emitting metasurfaces can be stacked and twisted, inducing remarkably strong chiral effects and subsequently used for directional light sources, nanolasers, sensing, and labeling applications. Supported by theoretical modeling, this work provides a novel approach to realize anisotropic and non-linear optical properties on centimeter-scaled surface area using soft-lithography and directed self-assembly methods. It bridges the gap between nanoscale colloids and optoelectronics while advancing the integration of metasurfaces into functional devices. / Photonische Metaoberflächen erhalten ihre einzigartigen optischen Eigenschaften durch die periodische Anordnung von Bauelementen im Sub-Wellenlängenbereich und können Licht auf eine Weise manipulieren, die sich deutlich von Ausgangsmaterialien unterscheidet. Bis vor kurzem wurden Metaoberflächen mit Top-Down-Methoden auf einer begrenzten Oberfläche hergestellt. Mit der Entwicklung von Methoden der gerichteten Selbstorganisation und der Nutzung von Kolloiden im Nanomaßstab können Metaoberflächen in größerem Maßstab und mit angemessenem Aufwand hergestellt werden. Insbesondere die Soft-Nanoimprint-Lithographie, die auf der kontrollierten Trocknung der kolloidalen Lösung innerhalb einer strukturierten Template basiert, ermöglicht die präzise Platzierung vielseitiger kolloidaler Bauelemente auf einem Substrat der Wahl. In dieser Dissertation werden die materiellen und optischen Eigenschaften selbstorganisierter plasmonischer und photolumineszenter Nanopartikel im Hinblick auf ihre Kurz- und Langstreckenwechselwirkungen systematisch untersucht. Es wird gezeigt, dass plasmonische 1D-Gitter die intrinsische Anisotropie und die substratabhängige kollektive Resonanzkopplung ausnutzen. Ebenso führen Halbleiter-Nanopartikel, die in linearen Gittern organisiert sind, zu lichtemittierenden Metaoberflächen, welche eine geometrieabhängige Verstärkung der Photolumineszenz aufweisen, die bis zu einem nichtlinearen Verstärkungsregime weitergeführt werden kann. Außerdem können diese selbstorganisierten, lichtemittierenden Metaoberflächen auf flexiblen Substraten gestapelt und verdreht werden, was zu bemerkenswert starken chiralen Effekten führt und anschließend für gerichtete Lichtquellen, Nanolaser, Sensor- und Beschriftungsanwendungen genutzt werden kann. Unterstützt durch theoretische Modellierung bietet diese Arbeit einen neuartigen Ansatz zur Realisierung anisotroper und nichtlinearer optischer Eigenschaften auf zentimetergroßen Oberflächen unter Verwendung von Softlithographie und Methoden der gerichteten Selbstmontage. Sie überbrückt die Lücke zwischen Kolloiden im Nanomaßstab und der Optoelektronik und treibt gleichzeitig die Integration von Metaoberflächen in funktionale Geräte voran.

Microfabricated solid-state surfaces, also called atom chip', have become a well-established technique to trap and manipulate atoms. This has simplified applications in atom interferometry, quantum information processing, and studies of many-body systems. Magnetic trapping potentials with arbitrary geommetries are generated with atom chip by miniaturized current-carrying conductors integrated on a solid substrate. Atoms can be trapped and cooled to microKelvin and even nanoKelvin temperatures in such microchip trap. However, cold atoms can be significantly perturbed by the chip surface, typically held at room temperature. The magnetic field fluctuations generated by thermal currents in the chip elements may induce spin flips of atoms and result in loss, heating and decoherence. In this thesis, we extend previous work on spin flip rates induced by magnetic noise and consider the more complex geometries that are typically encountered in atom chips: layered structures and metallic wires of finite cross-section. We also discuss a few aspects of atom chips traps built with superconducting structures that have been suggested as a means to suppress magnetic field fluctuations. The thesis describes calculations of spin flip rates based on magnetic Green functions that are computed analytically and numerically. For a chip with a top metallic layer, the magnetic noise depends essentially on the thickness of that layer, as long as the layers below have a much smaller conductivity. Based on this result, scaling laws for loss rates above a thin metallic layer are derived. A good agreement with experiments is obtained in the regime where the atom-surface distance is comparable to the skin depth of metal. Since in the experiments, metallic layers are always etched to separate wires carrying different currents, the impact of the finite lateral wire size on the magnetic noise has been taken into account. The local spectrum of the magnetic field near a metallic microstructure has been investigated numerically with the help of boundary integral equations. The magnetic noise significantly depends on polarizations above flat wires with finite lateral width, in stark contrast to an infinitely wide wire. Correlations between multiple wires are also taken into account. In the last part, superconducting atom chips are considered. Magnetic traps generated by superconducting wires in the Meissner state and the mixed state are studied analytically by a conformal mapping method and also numerically. The properties of the traps created by superconducting wires are investigated and compared to normal conducting wires: they behave qualitatively quite similar and open a route to further trap miniaturization, due to the advantage of low magnetic noise. We discuss critical currents and fields for several geometries. / Mikrotechnologische Oberflächen, sogenannte Atomchips, sind eine etablierte Methode zum Speichern und Manipulieren von Atomen geworden. Das hat Anwendungen in der Atom-Interferometrie, Quanteninformationsverarbeitung und Vielteilchensystemen vereinfacht. Magnetische Fallenpotentiale mit beliebigen Geometrien werden durch Atomchips mit miniaturisierten stromführenden Leiterbahnen auf einer Festkörperunterlage realisiert. Atome können bei Temperaturen im $mu$ K oder sogar nK-Bereich in einer solchen Falle gespeichert und gekühlt werden. Allerdings können kalte Atome signifikant durch die Chip-Oberfläche gestört werden, die sich typischerweise auf Raumtemperatur befindet. Die durch thermische Ströme im Chip erzeugten magnetischen Feldfluktuationen können Spin-Flips der Atome induzieren und Verlust, Erwärmung und Dekohärenz zur Folge haben. In dieser Dissertation erweitern wir frühere Arbeiten über durch magnetisches Rauschen induzierte Spin-Flip-Ratenund betrachten kompliziertere Geometrien, wie sie typischerweise auf einem Atom-Chip anzutreffen sind: Geschichtete Strukturen und metallische Leitungen mit endlichem Querschnitt. Wir diskutieren auch einige Aspekte von Aomchips aus Supraleitenden Strukturen die als Mittel zur Unterdrückung magnetischer Feldfluktuationen vorgeschlagen wurden. Die Arbeit beschreibt analytische und numerische Rechnungen von Spin-Flip Raten auf Grundlage magnetischer Greensfunktionen. Für einen Chip mit einem metallischen Top-Layer hängt das magnetische Rauschen hauptsächlich von der Dicke des Layers ab, solange die unteren Layer eine deutlich kleinere Leitfähigkeit haben. Auf Grundlage dieses Ergebnisses werden Skalengesetze für Verlustraten über einem dünnen metallischen Leiter hergeleitet. Eine gute Übereinstimmung mit Experimenten wird in dem Bereich erreicht, wo der Abstand zwischen Atom und Oberfläche in der Größenordnung der Eindringtiefe des Metalls ist. Da in Experimenten metallische Layer immer geätzt werden, um verschiedene stromleitende Bahnen vonenander zu trennen, wurde der Einfluß eines endlichen Querschnittsauf das magnetische Rauschen berücksichtigt. Das lokale Spektrum des magnetischen Feldes in der Nähe einer metallischen Mikrostruktur wurde mit Hilfe von Randintegralen numerisch untersucht. Das magnetische Rauschen hängt signifikant von der Polarisierung über flachen Leiterbahnen mit endlichem Querschnitt ab, im Unterschied zu einem unendlich breiten Leiter. Es wurden auch Korrelationen zwischen mehreren Leitern berücksichtigt. Im letzten Teil werden supraleitende Atomchips betrachtet. Magnetische Fallen, die von supraleitenden Bahnen im Meissner Zustand und im gemischten Zustand sind werden analytisch durch die Methode der konformen Abbildung und numerisch untersucht. Die Eigenschaften der durch supraleitende Bahnen erzeugten Fallen werden erforscht und mit normal leitenden verglichen: Sie verhalten sich qualitativ sehr ähnlich und öffnen einen Weg zur weiteren Miniaturisierung von Fallen, wegen dem Vorteil von geringem magnetischem Rauschen. Wir diskutieren kritische Ströme und Felder für einige Geometrien.

Graphical user interfaces for high-assurance systems must fulfill a range of security requirements such as protected and reliable presentation, prevention of unauthorized cross-domain talk, and prevention of user-input eavesdropping. Additionally, it is desirable to support legacy applications running in confined compartments. Standard isolation methods such as virtual-machine monitors provide one frame buffer per security domain, where each frame buffer is managed by one legacy window system. This raises the question of how to safely integrate multiple (legacy) window systems and protect the displayed data while preserving the usability of modern user interfaces. Our paper describes the OverlayWindow System, a general mechanism for multiplexing windows of multiple distinct window systems into the host frame buffer. Thus, each legacy window appears to the user as one corresponding host window that can be moved and resized. To achieve this, only slight modifications of the legacy window system are required whereby, the source code does not have to be available. Our implementation of an Overlay Window System successfully multiplexes Linux, GEM and native L4 applications.

Ziel der Diplomarbeit ist es, eine Dispersion aus Monomer und Silika-Partikeln auf ein festes Substrat aufzutragen, die so erhaltenen Versuchsträger mit dem Monomer/Partikel-Film (Modell Monomer/Partikel/festes Substrat) anschließend mit dem Rasterkraftmikroskop abzubilden und anschließend hinsichtlich der Oberflächenkrümmung und dem Kontaktwinkel zu untersuchen. Durch die Kontaktwinkelmessung am Dreiphasenpunkt soll eine erste Charakterisierung der kapillaren Oberfläche erfolgen, die jedoch nur ein Teilschritt bis zur vollständigen Optimierung von durch partikel-assistierte Benetzung hergestellte poröse Membranen ist.

Eine ideale und fehlerfreie Oberfläche ist absolut plan, selbst künstlich ist sie mit modernster Fertigungstechnik nicht herstellbar. Im Vergleich zu dieser theoretischen Idealoberfläche zeichnen sich insbesondere natürliche Stoffe wie Holz oder auch Holzwerkstoffe durch vielfältige Gestaltsabweichungen aus (Rauhigkeit, Welligkeit, Form). Zu den wichtigsten Kenngrößen zur Charakterisierung der Oberflächeneigenschaften von Holzwerkstoffen gehört die Oberflächen-Rauhigkeit. Hohe Oberflächen-Rauhigkeiten von Rohplatten können sich auf die Beschichtungsqualität negativ auswirken. Insbesondere kann sich durch Beschichtung sehr rauher Rohplatten mit dünnen Beschichtungsmaterialien die Oberflächentextur der Rohplatte durch die Folie abzeichnen, was letztendlich zu Reklamationen seitens der Kunden führen würde. Andererseits bietet eine zu glatte Oberfläche womöglich zu wenige Haftungspunkte für eine Beschichtung mit Folien bzw. für die Haftung von Farben und Lacken.Der Grad der Oberflächen-Rauhigkeit von Holzwerkstoffen ist von mehreren Faktoren abhängig. Zu den wichtigsten zählen die Eigenschaften des eingesetzten Rohstoffs (Holzart, Spanfraktion und Spangeometrie bei Spanplatten, Faserfraktion bei mitteldichten Faserplatten (MDF)), die Herstellungsbedingungen beim Pressen der Platten (Feuchtegehalt beim Pressen, Bindemittelart und -menge, Presszeit) sowie die verwendete Körnung beim Schleifen der Platten.Die gebräuchlichste Methode zur Charakterisierung der Rauhigkeit von Oberflächen wie Metallen, Holz und Holzwerkstoffen ist das sog. Tastschnittverfahren (Kontaktverfahren) gemäß DIN 4768. Nachteilig an diesem Verfahren ist der relativ hohe Zeitaufwand zur Durchführung der Messungen, sowie die relativ eingeschränkte Aussagekraft des Verfahrens, da von nur jeweils einer geringen Anzahl kurzer Tastschnittstrecken auf der Werkstoffoberfläche auf das gesamte Oberflächenprofil (Gesamtfläche) des zu prüfenden Werkstoffes geschlossen wird.Es überrascht deshalb nicht, dass in den vergangenen Jahrzehnten viel Forschungsarbeit auf dem Gebiet der Entwicklung alternativer und effizienterer optischer Messverfahren (Bildanalyseverfahren) geleistet wurde. Mit Hilfe optischer Messverfahren kann die Oberflächestruktur von Prüfkörpern bestimmt und charakterisiert werden. Das Messprinzip beruht darauf, dass von einer Lichtquelle aus gebündeltes Licht mit einem definierten Winkel auf eine Werkstoffoberfläche gestrahlt wird. Das Licht wird in Abhängigkeit von der Textur der Oberfläche (Oberflächen-Rauhigkeit) mehr oder weniger stark gestreut bzw. abgelenkt und von einem Lichtdetektor einer analogen Kamera teilweise wieder aufgefangen. Der Grad der Lichtstreuung ist eine Funktion der Oberflächen-Rauhigkeit des zu prüfenden Werkstoffs. Das von der Oberfläche reflektierte Licht wird in Videosignale (Grauwerte) digital konvertiert und statistisch ausgewertet. Optische Messmethoden haben u. a. den Vorteil, dass sie Messzeit ersparen, Material schonend arbeiten, sowie große Datenmengen bezogen auf eine relativ große Untersuchungsfläche liefern.

Polyaromatic molecules functionalized with carboxylic groups have served as model systems for the growth of organic semiconducting films on a large variety of substrates. Most non-reactive substrates allow for a growth mode compatible with the bulk phase of the molecular crystal with two molecules in the unit cell, but some more reactive substrates including Ag(111) and Ag(110) can induce substantial changes in the first monolayer (ML). In the specific case of Ag(110), the adsorbate unit cell of both NTCDA and PTCDA resembles a brickwall structure, with a single molecule in the unit cell. From this finding, it can be concluded that the adsorbate-substrate interaction is stronger than typical inter-molecular binding energies in the respective bulk phases. In the present work, the interactions between small Ag(110) clusters and a single NTCDA or PTCDA molecule are investigated with different ab initio techniques. Four major ingredients contribute to the binding between adsorbate and substrate: Directional bonds between Ag atoms in the topmost layer and the oxygen atoms of the molecule, Pauli repulsion between filled orbitals of molecule and substrate, an attractive van-der-Waals interaction, and a negative net charge on the molecule inducing positive image charges in the substrate, resulting therefore in an attractive Coulomb interaction between these opposite charges. As both Hartree-Fock theory and density functional theory with typical gradient-corrected density functional do not contain any long range correlation energy required for dispersion interactions, we compare these approaches with the fastest numerical technique where the leading term of the van-der-Waals interaction is included, i.e. second order Møller-Plesset theory (MP2). Both Hartree-Fock and density functional theories result in bended optimized geometries where the adsorbate is interacting mainly via the oxygen atoms, with the core of the molecule repelled from the substrate. Only at the MP2 level, the inclusion of the major part of the attractive van-der-Waals interaction brings the adsorbate back to an arrangement close to parallel to the substrate, with very small differences in height between the different subunits. With respect to experimental data obtained on Ag(111), the calculated distance between adsorbate and substrate is somewhat smaller, indicating that the open Ag(110) surface interacts more strongly with the organic compounds. This is consistent with the fact that only Ag(110) induces a brickwall unit cell of the adsorbate, a clear sign for a particularly large adsorption energy. The resulting model geometries are analysed in terms of cohesive energy, Mulliken charges, core level shifts, and vibrational properties. / Polyaromatische Moleküle, die mit Carboxylgruppen funktionalisiert wurden, haben als Modellsysteme für das Wachstum von organischen Halbleiterfilmen für eine breite Palette von Substraten gedient. Für die meisten nichtreaktiven Substrate ist ein zum molekularen Kristall kompatibles Wachstum mit zwei Monolagen pro Einheitszelle möglich, jedoch erzeugen reaktivere Substrate wie z.B. Ag(111) oder Ag(110) bereits substanzielle Modifikationen in der ersten Monolage. Im speziellen Fall von Ag(110) bildet die Adsorbateinheitszelle sowohl von NTCDA als auch PTCDA eine sogenannte brickwall structure heraus mit einem einzigen Molekül pro Einheitszelle. Aus dieser Beobachtung kann geschlussfolgert werden, dass die Adsorbat-Substrat-Wechselwirkung stärker ist als die typischen intermolekularen Bindungsenergien in der entsprechenden Bulk-Phase. In der vorliegenden Arbeit werden die Wechselwirkungen zwischen kleinen Ag(110)-Clustern und einem einzelnen NCTDA oder PTCDA-Molekül mit verschiedenen ab initio-Techniken untersucht. Im Wesentlichen tragen vier Hauptbestandteile zur Bindung zwischen Adsorbat und Substrat bei: Gerichtete Bindungen zwischen Ag-Atomen in der obersten Substratschicht und den Sauerstoffatomen des Moleküls, Pauli-Abstoßung zwischen besetzten Orbitalen von Molekül und Substrat, eine anziehende Van-der-Waals-Wechselwirkung sowie einer negativen Ladung des Moleküls und der dazugehörigen positiven Spiegelladung im Substrat, die zu einer anziehenden Coulombwechselwirkung führen. Da weder die Hartree-Fock-Theorie noch die Dichtefunktionaltheorie mit dem typischen gradientenkorrigierten Dichtefunktional die für Dispersionswechselwirkungen benötigte langreichweitige Korrelationsenergie beinhalten, vergleichen wir diese beiden Ansätze mit der schnellsten numerischen Methode, die den dominierenden Term der Van-der-Waals-Wechselwirkung beinhaltet, nämlich der Møller-Plesset-Theorie zweiter Ordnung (MP2). Sowohl die Hartree-Fock-Theorie als auch die Dichtefunktionaltheorie sagen verbogene optimierte Geometrien voraus, die vorwiegend durch die Sauerstoffatome interagieren, wohingegen die zentralen Teile des Moleküls vom Substrat abgestoßen werden. Lediglich die MP2, die den wesentlichen Teil der anziehenden Van-der-Waals-Wechselwirkung beinhaltet, sagt eine beinahe parallele Anordnung des Moleküls an das Substrat voraus, wobei die einzelnen Untereinheiten des Moleküls nur unwesentlich verschiedene Abstände zum Substrat haben. Im Vergleich zu experimentellen Daten für Ag(111) ist die berechnete Distanz zwischen Adsorbat und Substrat etwas kleiner, woraus sich schlussfolgern lässt, dass die offene Ag(110)-Oberfläche stärker mit den organischen Verbindungen interagiert. Das ist im Einklang mit der Tatsache, dass nur Ag(110) die brickwall-Struktur des Adsorbats besitzt, was ein deutliches Zeichen für eine hohe Adsorptionsenergie ist. Die resultierenden Modellgeometrien wurden bezüglich ihrer Kohäsionsenergie, Mullikenladungen, Kernelektronenniveauverschiebungen und vibrationeller Eigenschaften untersucht.