Die Herstellung von ultradünnen Germaniumdioxidfilmen auf Metallsubstraten ist erstmals erfolgreich gelungen. Die Filmstruktur konnte mittels oberflächensensitiven Techniken mit atomarer Präzision und chemischer Sensitivität aufgelöst werden. Zur Untersuchung werden STM-Bilder analysiert und durch niederenergetische Elektronenbeugung (LEED), eine dynamischen LEED-Studie und extern ausgeführte Dichtefunktionaltheorieberechnungen (DFT) ergänzt. In dieser Arbeit werden atomar aufgelöste Rastertunnelmikroskopiebilder (STM) von ultradünnen Germaniumdioxid- und Siliziumdioxidfilmen direkt verglichen. Ziel der Analyse ist es, den Einfluss des Metallsubstrats auf die Struktur von Oxidfilmen zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden ultradünne Germaniumdioxid-Filme auf Ru(0001), Pt(111) und Au(111) abgeschieden und mit Siliziumdioxid-Filmen auf verschiedenen Substraten verglichen, die in früheren Studien untersucht wurden. Germaniumdioxid und Siliziumdioxid sind eng miteinader verknüpft. Hierbei sind Struktur und chemische Eigenschaften als äquivalent anzusehen. Es wurden drei verschiedene Netzwerkstrukturen aufgeklärt: Monolagen-, Zickzack- und Bilagenfilme. Die einzelnen Bausteine in diesen Filmsystemen bestehen aus verzerrten Tetraedern, in denen ein Germaniumatom von vier Sauerstoffatomen umgeben ist. Benachbarte Tetraeder sind durch Ge-O-Ge-Bindungen miteinander verknüpft und binden im Fall der Monolagenfilme an das darunterliegende Metallsubstrat. In Bilagenfilmen hingegen gibt es keine chemischen Bindungen zum Substrat, wodurch die Filmstruktur flexibler wird. Durch Variation der Herstellungsbedingungen kann man rein kristalline, amorphe oder Phasen mittlerer Ordnung erhalten. Es ist wichtig hervorzuheben, dass der amorphe Germaniumdioxid-Bilagenfilm ein neues amorphes zweidimensionales Material darstellt. / The preparation of metal-supported ultrathin films of germanium dioxide, termed also germania, has been successfully achieved for the first time. The structure of the films is elucidated with atomic precision and chemical sensitivity using surface science techniques. The investigation is performed by analyzing STM images and is complemented by low-energy electron diffraction (LEED) patterns, a dynamical LEED study, and external support from density functional theory (DFT) calculations. In this work, we compare side-by-side atomically-resolved scanning tunneling microscopy (STM) images of ultrathin films of germania and silica. The analysis aims to investigate the impact of the metal support on the structure of oxide films. For that purpose, ultrathin germania films are grown on Ru(0001), Pt(111) and Au(111), and compared with previously reported silica ultrathin films supported on different substrates. Germania has been widely associated with silica since they are considered to be structural and chemical equivalent materials. Three main network structures have been characterized: monolayer, zigzag and bilayer films. In all systems, the building block consists of a distorted tetrahedron with a germanium atom surrounded by four oxygen atoms. Adjacent tetrahedra connect to each other through Ge-O-Ge bonds and, in the case of the monolayer films, they also bind to the metal support. Conversely, in bilayer films there are no chemical bonds to the metal substrate, thus providing more flexibility to the film structure. Through a meticulous control of the preparation conditions one can obtain a purely crystalline phase, an amorphous one, or one with intermediate order. It is important to highlight that the amorphous germania bilayer film represents a new 2-dimensional amorphous material.

In dieser Arbeit wurde erstmals die Struktur, die Morphologie und die chemische Ordnung der (113)- und der (001)-Einkristalloberfläche der Legierung Au3Pd bestimmt. Dabei wurden folgende Untersuchungsmethoden eingesetzt: AES, ISS, I(E)-LEED (nur bei der (001)-Oberfläche), LEED, NICISS, RTM. Zusätzlich wurde geklärt, ob und wie sich die genannten Eigenschaften der Au3Pd(001) im Temperaturbereich von 300K bis 775K verändern. Neben dieser Beschreibung von Oberflächen, gab es eine weitere Fragestellung im Bereich der Methodik. Da erstmals in dieser Arbeitsgruppe ein Legierungskristall mit Ionenstreuung (NICISS) untersucht wurde, mußte die für einelementige Einkristalle entwickelte Aufnahme- und die Auswertungsmethode der Daten übertragen werden. Eine angemessene Berücksichtigung der zusätzlichen Eigenschaft (chemische Zusammensetzung) der Oberfläche war dazu erforderlich. Um die Ergebnisse aus der transformierten Aufnahme- und Auswertungstechnik zu überprüfen, wurde eine neue, speziell für Legierungen geeignete Datenaufnahme und -verarbeitung entwickelt. So wurde ein Teil der NICIS-Spektren durch einen Vergleich experimenteller Spektren mit berechneten Spektren ausgewertet. Anhand der reinen Au3Pd(001)-Oberfläche wurde ein gezielter Vergleich der Ergebnisse aus unterschiedlichen Meßdatenaufnahme- und dementsprechenden Datenverarbeitungsmethoden bei der Ionenstreuung durchgeführt. Au3Pd(113)-Oberfläche: Ein Ausheilen der Oberfläche durch Heizen mit anschließendem Abkühlen ergab eine starke Goldsegregation. Eine chemische Ordnung des Kristalls in den obersten Atomlagen dieser Oberfläche kann ausgeschlossen werden. Die Au3Pd(113)-Oberfläche hat eine (1x1)-Struktur als Gleichgewichtsstruktur (NICISS, LEED, RTM) mit einer Oberflächengitterkonstanten von 3,99Å. Der Abstand zwischen erster und zweiter Lage ist, relativ zum Volumenwert, um (14,9±5,8)% kontrahiert. Die Oberfläche wurde mit dem RTM atomar aufgelöst abgebildet. Es ist kein eindeutiger chemischer Kontrast mit dem RTM feststellbar. Die Terrassen sind unrekonstruiert, schmal und länglich. Die Periodizität in [121]-Richtung (quer zu den [110]-Ketten) ist gering (LEED). Es resultierten Oberflächen-Debye-Temperaturen (Atomschwingungen senkrecht zur Oberfläche) für Gold von (80±3)K und für Palladium von (99±3)K in der [110]-Richtung. Au3Pd(001)-Oberfläche: Eine Standardpräparation (Zerstäuben mit anschließendem Ausheilen bei T=775K) der Oberfläche ergab eine starke Goldsegregation (AES, ISS). Die oberste Lage besteht nur aus Goldatomen (NICISS, I(E)-LEED, RTM). Mit Präparationen, bei denen während des Zerstäubens geheizt (Temperatur Tz) wurde ohne nachfolgendes Ausheilen, konnte Palladium in der obersten Lage angereichert werden. Mit dem Rastertunnelmikroskop ließen sich die beiden Elemente unterschiedlich abbilden (chemischer Kontrast). Die Palladiumkonzentration in der obersten Atomlage nahm mit zunehmendem Tz zu (ISS, NICISS, RTM). Bei keiner Art von Präparation wurden Hinweise auf eine chemische Ordnung in den oberen Atomlagen der Au3Pd(001)-Oberfläche gefunden. Die Au3Pd(001)-Oberfläche zeigt nach den eben beschriebenen Präparationen immer eine (1x1)-Struktur (I(E)-LEED, NICISS, RTM), mit einer Oberflächengitterkonstanten von 3,99Å (NICISS). NICIS-Spektren belegen, daß sich diese Struktur in dem Temperaturbereich (T=300-775)K nicht verändert. Bei der ausgeheilten Oberfläche ist sowohl der Abstand zwischen erster und zweiter Lage als auch zwischen zweiter und dritter Lage um (0,9±1,0)% im Vergleich zum Volumenwert kontrahiert. Bei den warm zerstäubten Oberflächen dagegen ist der Abstand zwischen erster und zweiter Lage um (3,9±1,0)%, der zwischen zweiter und dritter Lage um (5,4±1,0)% kontrahiert. Die Oberflächen nach den drei Präparationen konnten mit dem Rastertunnelmikroskop atomar und chemisch aufgelöst abgebildet werden. Wie zu erwarten war, sind die Terrassen wesentlich größer als bei der (113)-Oberfläche und unrekonstruiert. Die Periodizität in der [110]- und der [100]-Richtung ist groß (LEED). Für die ausgeheilte Oberfläche ergibt sich eine Oberflächen-Debye-Temperatur (Atomschwingung senkrecht zur Oberfläche) für Gold von (136±6)K in [100]-Richtung. Für die warm zerstäubten Oberflächen erhöht sich die Debye-Temperatur lediglich im Rahmen der Fehlergrenzen.

For the investigation of single molecules on surfaces, STM under UHV and at low temperatures is the experimental technique of choice. Inelastic STM is, furthermore, able to manipulate the target structures and to induce chemical reactions or to control single molecule mechanics precisely. This thesis presents inelastic STM experiments on three different molecules as a tool for the electronic manipulation at a single molecule level. The first part of this work concerns the on-surface synthesis of dodecacene, the longest acene molecule obtained so far. Acenes as smallest zigzag edge graphene nanoribbons and model 1D electronic system play an important role in both experimental and theoretical science. Due to the high reactivity and low solubility of long acenes, precursor molecules were deoxygenated step wise in an on-surface reaction triggered by inelastic tunneling and through annealing at increasing temperatures. The molecular structure was proven by high resolution STM employing a CO functionalized tip. Additionally, the electronic states of the molecule were observed in the energy spectrum by STS and their spatial distribution was measured in dI/dV maps. The increase in the band gap compared to shorter acenes was explained by increasing contributions of multiradical states to the electronic states and higher orbitals participating in virtual tunneling states. In the second part of this work, the inelastic tunneling effect was used to investigate the conversion of electrical into mechanical energy in azulene derivatives carrying a large dipole moment. Metal organic complexes consisting of gold adatoms and pristine as well as cleaved molecules were formed upon evaporation of BCA. These structures were identified with the aid of theoretical calculations. Voltage pulse experiments at different tunneling resistance revealed that the electric field in combination with the charge distribution of the structures is the origin of the motion. Metal organic complexes of cleaved molecules could be moved on the surface in a controlled way and driven along an arbitrarily chosen parcours. The third part of this work concerns the investigation of DMBI-P molecules as rotors for molecular machines. Demethylation during evaporation was used to create an open radical bond stably anchoring the molecule on the surface. This was utilized for a step wise rotation where the direction is controlled by the voltage sign and chirality of the molecule on the surface. A C-H stretch mode was identified as its origin, serving as energy entry channel excited by inelastic tunneling electrons. Temperature dependent measurements and theoretical calculations yielded the potential barrier for the rotation. / Rastertunnelmikroskopie (RTM) unter UHV Bedingungen und bei tiefen Temperaturen ist die experimentelle Methode der Wahl zur Untersuchung von Einzelmolekülen auf Oberflächen. Darüber hinaus ist inelastische RTM in der Lage, die Zielstrukturen zu manipulieren und chemische Reaktionen auszulösen oder die Mechanik der einzelnen Moleküle präzise zu kontrollieren. Diese Dissertation behandelt inelastische RTM-Experimente an drei verschiedenen Molekülen als Werkzeug zur elektronischen Manipulation einzelner Moleküle. Der erste Teil der Arbeit behandelt die Oberflächensynthese von Dodecacen, des längsten bisher erzeugten Acens. Als kleinste Graphen-Nanobänder mit Zickzack-Rand und Modell für eindimensionale elektronische Systeme spielen Acene sowohl in Theorie als auch Experimentalphysik eine wichtige Rolle. Aufgrund der hohen Reaktivität und geringen Löslichkeit langer Acene wurden Vorläufermoleküle sowohl durch inelastisches Tunneln als auch durch Heizen des Substrates schrittweise deoxygeniert. Die Molekülstruktur wurde durch hochaufgelöste RTM mittels einer CO-funktionalisierten Spitze nachgewiesen. Zusätzlich konnten die elektronischen Zustände des Moleküls im Energiespektrum identifiziert und ihre räumliche Verteilung in dI/dV-Karten festgehalten werden. Die Vergrößerung der Bandlücke im Vergleich zu kürzeren Acenen konnte hierbei durch zunehmenden Einfluss multiradikaler Zustände auf den Grundzustand des Moleküls und den Beitrag höherer Molekülorbitale zu den virtuellen Tunnelzuständen erklärt werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird die inelastische RTM dazu genutzt, um die Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische mittels Azulen-Derivaten mit großem Dipolmoment zu untersuchen. Bei der Verdampfung bilden diese metallorganische Komplexe aus Goldatomen und sowohl intakten als auch gespaltenen Molekülen. Deren Strukturen wurden mit Hilfe von Berechnungen identifiziert. Experimente mit Spannungspulsen bei unterschiedlichen Tunnelwiderständen enthüllten das elektrische Feld in Kombination mit der Ladungsverteilung der Strukturen als Ursprung der Bewegung. Die metallorganischen Komplexe aus gespaltenen Molekülen konnten zielgerichtet auf der Oberfläche durch einen zufällig gewählten Parcours bewegt werden. Der dritte Teil dieser Arbeit behandelt die Untersuchung von DMBI-P Molekülen zur Verwendung als Rotoren für molekulare Maschinen. Eine Demethylierung während der Verdampfung erzeugt eine offene Bindung, die das Molekül stabil auf der Oberfläche verankert. Dies wurde für eine schrittweise Rotation genutzt, deren Richtung durch das Vorzeichen der Spannung und die Chiralität auf der Oberfläche kontrolliert werden konnte. Eine C-H Streckschwingung dient hierbei als Eintrittskanal der durch inelastische Elektronen bereitgestellten Energie. Temperaturabhängige Messungen und theoretische Berechnungen lieferten die Potentialbarriere für die Rotation.

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By projecting observed microseismic data backward in time to when fracturing occurred, it is possible to locate the fracture events in space, assuming a correct velocity model. In order to achieve this task in near real-time, a robust computational system to handle backward propagation, or Reverse Time Migration (RTM), is required. We can then test many different velocity models for each run of the RTM. We investigate the use of a Graphics Processing Unit (GPU) based system using Compute Unified Device Architecture for C (CUDA-C) as the programming language. Our preliminary results show a large improvement in run-time over conventional programming methods based on conventional Central Processing Unit (CPU) computing with Fortran. Considerable room for improvement still remains. / text

L'objectif de la thèse est de développer des méthodologies d'étude et de caractérisation permettant de modéliser l'évolution du comportement de polymères thermodurcissables lors de leur mise en œuvre par le procédé de Moulage par Transfert de Résine (RTM).<br />La première partie donne une description globale de ce procédé et du savoir-faire actuel en matière de modélisation. Elle met en évidence la nécessité d'une modélisation précise des comportements cinétique et chimiorhéologique du polymère thermodurcissable utilisé.<br />Les travaux réalisés dans ces deux domaines sont ensuite présentés et illustrés par la caractérisation d'un système composite modèle dicyanate-ester / fibres de verre.<br />La deuxième partie concerne la modélisation des cinétiques de réticulation et a pour finalité de développer les méthodes de caractérisation par calorimétrie, ces dernières apparaissant comme une étape charnière entre les connaissances en chimie des thermodurcissables et la modélisation du procédé RTM.<br />Enfin, la dernière partie regroupe les travaux réalisés dans les domaines de la rhéologie et des écoulements. Ceux-ci concernent à la fois la caractérisation de la perméabilité des renforts, l'étude de la chimiorhéologie et le suivi in situ des propriétés rhéologiques au cours du procédé par spectrométrie diélectrique.

[Les capteurs à fibres optiques présentent des qualités intéressantes en termes de tailles et de poids relativement faibles qui permettent de réduire l'intrusivité du capteur dans le matériau (ou dans la structure composite). Ils sont également insensibles aux perturbations électromagnétiques, stables et durables dans le temps, mais aussi sensibles à plusieurs sollicitations comme la température, la déformation et la pression, d'où un besoin essentiel de les discriminer. Parmi eux on distingue les réseaux de Bragg : ceux à courtes périodes (FBG : Fiber Bragg Grating) et ceux à longues périodes (LPG : Long Period Grating). Le travail de thèse reporté dans ce manuscrit, traite du développement d'un capteur à fibre optique basé sur la superposition d'un LPG et d'un FBG afin de mesurer et de discriminer la température et la déformation. De nombreuses approches sont proposées dans la littérature afin de découpler ces deux sollicitations cependant elles ne permettent pas forcément une utilisation en conditions réelles de mesures. C'est pourquoi nous introduisons la notion d'efficacité de découplage avec le paramètre E qui permet de comparer toutes ces approches et met en évidence un très bon potentiel pour la structure à base de réseaux superposés LPG/FBG. La mise en œuvre d'un tel composant est décrite dans ce manuscrit et consiste à inscrire initialement le LPG puis le FBG au même endroit et sur toute la longueur du LPG. De plus ce type de structure permet un multiplexage qui, bien que faible, est néanmoins possible. Les étalonnages en température et en déformation du capteur ont permis de mettre en évidence une erreur de l'ordre de 2% sur la sensibilité à la température et de 3% sur la sensibilité à la déformation, ce qui conduit à une erreur sur l'estimation de la température et de la déformation mesurée de l'ordre de 0.3°C et 3 microdef. Dans un souci applicatif, le capteur à base de réseaux de Bragg superposés est tout d'abord utilisé pour instrumenter une structure métallique soumise simultanément à une variation de température et de déformation. Les valeurs mesurées présentent une incertitude maximale de 0.4°C pour la température et de 3 me pour la déformation ce qui permet de valider notre composant pour le contrôle et la surveillance de structures métalliques. La seconde application étudiée est relative à l'instrumentation de pièces composites stratifiées de type verre/époxy pour le suivi de procédés d'élaboration par voie liquide : VARTM (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) et LRI (Liquid Resin Infusion), pour lesquels l'évolution de la température et de la déformation au cours du procédé est suivie par le capteur à base de réseaux de Bragg superposés LPG/FBG. Des mesures diélectriques (DEA) sont également réalisées au cours de ces procédés et permettent la comparaison et la validation de nos résultats]

Les réseaux de transport se sont amplifiés par l'accroissement du nombre des véhicules et des stations ainsi que l'apparition de nouvelles notions essentiellement la multimodalité et l'intermodalité. Ainsi, la tâche de gestion des réseaux de transport collectif est devenue très complexe et difficile pour les régulateurs. Pour faire face à ces difficultés, on note le développement des systèmes d'aide à la décision comme solution efficace de régulation de la circulation. Ils permettent de transmettre en temps réel les informations concernant le trafic sur les réseaux de transport.Notre travail se base sur la conception d'un système de régulation des réseaux de transport multimodal. Il peut se révéler comme un outil primordial pour apporter des solutions efficaces et en temps réel à la problématique de la congestion routière. Il peut communiquer l'information nécessaire à l'usager afin de prendre sa décision de déplacement avec ou sans sa voiture. Le système proposé est une approche hybride entre une modélisation par graphes du réseau et un système multi-agents. Ceci sera appuyé par une approche évolutionniste pour la génération d'une solution de régulation optimale. Ce choix est justifié par le caractère ouvert, distribué et complexe des réseaux de transport multimodal.

Compression Resin Transfer Molding (CRTM) is an advanced liquid molding process for producing continuous fiber-reinforced composite parts in relatively large dimensions and with high fiber volume fractions. This thesis investigates this process for the purpose of producing continuous fiber reinforced composites with particle fillers. In many composites, fillers are used within the resin for various reasons such as cost reduction and improvement of properties. However, the presence of fillers in a process involving resin impregnation through a fibrous medium can result in a composite with non-homogeneous microstructure and properties. This work aims to model the resin impregnation and particle filtration during injection and compression stages of the process. For this purpose, a previously developed particle filtration model is adapted to CRTM. An appropriate commercial software tool is used for numerical solution after a survey of available packages. The process is analyzed based on the developed model for various process scenarios. The results of this study aim to enhance the understanding of particle-filled resin impregnation and particle filtration phenomena in the CRTM process and are likely to be used towards designing optimum process configurations for a desired outcome in the future.

Today, many small aerodromes have a hard time surviving economically, and amongst the largest cost is air traffic control. Airlines are cutting costs where they can, and many times this affects the aerodromes as well, e.g. when airlines decide to park remotely instead of at the gate. The project called Remotely Operated Towers, initiated by SESAR and run by Saab and LFV, is aiming to address this problem. The project revolves around remotely providing ATS to aerodromes where it is deemed suitable. A big challenge in this project is how to assign aerodromes to remote tower modules in the remote control centre. There are many ways to do this, but there is only a few ways to do it to achieve the least amount of modules. This thesis aims to find an optimal solution to the challenge mentioned above. The thesis resulted in a model where the user can provide the input of choice, i.e. aerodromes with associated ATS operating hours and movements, for a specific period – and receive the assignment schedule for the modules, saying exactly which aerodrome are to be controlled by which module at what time.