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Gelöster Wasserstoff in Metallen führt in vielen Fällen zu einer Reduzierung der Güte von mechanischen Eigenschaften. Dies äußert sich auf vielfältige Weise und wird unter dem Begriff Wasserstoffversprödung zusammengefasst. Für ein grundlegendes Verständnis dieses Phänomens müssen die Vorgänge im Metall auf mikroskopischer Skala ergründet werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher ein Aspekt der Wasserstoffversprödung, die Interaktion von Wasserstoff mit Versetzungen, näher untersucht. Zur Untersuchung des Einflusses von Wasserstoff auf die Versetzungsbildung wurden verschiedene Verformungsexperimente an Palladium und Vanadium durchgeführt. Prinzipielle Vorgänge der Defektbildung wurden durch Versuche an einzelnen Versetzungen unter Verwendung von Nanoindentation und Zugexperimenten im ETEM durchgeführt, um einen breiten Überblick zu erlangen. Zusätzlich wurden zum besseren Verständnis der Vorgänge Molekulardynamiksimulationen von derartigen Versuchen ausgeführt. Zur Untersuchung der Interaktion von Versetzungen miteinander wurden Säulen im Mikrometerbereich verformt und Blech durch Kaltwalzen verformt. Des Weiteren wurde durch Hochdruck-Torsion maximale Verformungen realisiert. Die verwendeten Modellmaterialien erlauben es verschiedene prinzipielle Vorgänge der Defektbildung zu untersuchen und so einen breiten Überblick über prinzipielle Vorgänge im kfz Gitter (Palladium) bzw. krz Gitter (Vanadium) zu erhalten.

In dieser Arbeit wurde magnetische und elastische Dynamik in nanostrukturierten künstlichen Materialien mit Hilfe eines optischen, zeitaufgelösten Pumpprobe Messaufbaus untersucht. Die Absorption der ultraschnellen Laserpulse erzeugt einen Wärmegradienten auf einer Zeitskala von Pikosekunden. Dieser induziert kohärente dynamische Prozesse, welche mit einem zweiten, zeitverzögerten Puls beobachtet werden. In einem zweidimensionalen magnonischen Kristall, bestehend aus einem submikrometer großen Antidotgitter auf einer ferromagnetischen CoFeB Schicht, können Spinwellenmoden beobachtet werden, die eine schwache Frequenzabhängigkeit vom externen magnetischen Feld aufweisen. Dies lässt vermuten, dass Spinwellen in der Nähe von Inhomogenitäten des internen Feldes lokalisieren. Elastische Dynamik auf denselben Strukturen zeigt Frequenzen proportional zu charakteristischen Strukturgrößen (Antidotabstand und Antidotgröße), was auf die Anregung von Spannungswellen auf der Oberfläche hindeutet. Auf CoFeB/MgO Schichtstapeln mit ähnlicher akustischer Impedanz, können sowohl Oberflächenwellen als auch Wellen im Volumen in guter Übereinstimmungmit der Theorie beobachtet werden. Anregung der elastischen Dynamik in Reflektions- und Transmissionsgeometrie zeigen, dass durch das Brechen der Periodizität des Schichtstapels die Amplitude der hochfrequenten Oberflächenwelle effektiv unterdrückt wird. Außerdem sind im W/PC Schichtstapeln mit hohem akustischem Versatz innere Wellen unterdrückt.

Doppelt diffusive Konvektion im Fingerregime wurde mittels einer elektrochemischen Zelle untersucht. Kupferionen bilden die destabilisierende und Temperatur die stabilisierende Komponente. In diesen System existieren Finger und thermohaline Treppen, obwohl die Gesamtdichtestratifizierung instabil ist. Fingerströmung wird durch Konvektionsrollen ersetzt, wenn die Konvektion schnell genug ist um Temperaturdiffusion zwischen den Fingern zu unterbinden, bzw. wenn die thermische Auftriebskraft 1/30 der chemischen Auftriebskraft beträgt. Am Übergang ist der Ionentransport größer, als ohne stabilisierenden Temperaturgradienten.

Die mechanischen Eigenschaften eines Materials spielen eine entscheidende Rolle für mögliche Anwendungen. Für nanoskalige Metalle ist lange bekannt, dass sich deren mechanischen Eigenschaften von ihren bulk-Gegenstücken stark unterscheiden. In bulk-Metallen wird die Verformung durch die Wechselwirkung vorhandener Versetzungen kontrolliert. Dies erweist sich scheinbar auf der Nanoebene als weniger zutreffend, da nur wenige oder keine Versetzungen in nanoskaligen Proben vorhanden sind und diese einfach aus der Probe herauslaufen können, ohne dass es vorher zu einer Wechselwirkung kommt. Die Verformung wird dann bestimmt durch die Nukleation neuer Versetzungen. In dieser Arbeit wurde die Verformung von Gold-Nanodrähten mit einem Durchmesser zwischen 50 und 150nm, die entweder einkristallin oder entlang ihrer Länge verzwillingt waren, untersucht. Auf der einen Seite erfolgte die Durchführung der Versuche in-situ im Transmissionselektronenmikroskop, um die Entwicklung der Defektmorphologie direkt beobachten zu können. Auf der anderen Seite wurden ebenfalls Tests in-situ im Rasterelektronenmikroskop mit einem neu entwickelten Aufbau durchgeführt und dabei das Spannungs-Dehnungs-Verhalten der Nanodrähte analysiert. Sämtliche Nanodrähte zeigten anfänglich ein elastisches Verhalten mit einem Elastizitätsmodul, das größenunabhängig war und nahe an dem entsprechenden Wert für Bulk-Gold lag. Mit Beginn der plastischen Verformung entstehen planare Defekte homogen verteilt entlang der Drähte, sowohl bei einkristallinen als auch verzwillingten Drähten. Zusammen mit der gemessenen Nukleationsspannung zeigte dies eine gute Übereinstimmung mit existierenden Modellen für die Oberflächennukleation von leading-Partialversetzungen, die auf klassischer Nukleationstheorie basieren. Mit weiterer Verformung kommt es ebenfalls zur Nukleation von trailing-Partialversetzungen, wodurch bereits entstandene planare Defekte wieder verschwinden und im Fall von verzwillingten Drähten volle Versetzungen gespeichert werden. Da die Nukleation von trailing-Partialversetzungen durch die existierenden Modelle nicht vorhergesagt wird, öffnet diese Beobachtung neue Fragen, ob klassische Nukleationstheorie in der Lage ist, die Nukleation von Versetzungen korrekt darzustellen.

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