The subject of this diploma thesis is the modelling and the analysis of mechanisms that enable multiagentsystems to establish communication relations and using them to control the interaction. With regards to the emergence of such symbol systems one groundwork of this paper is the realization that coordination problems aren't applicative to advance to evolution of "higher communication capabilities". With this in mind, this analysis uses a class of problems with explicit conflicts of interests between agents and the necessity of solving such interaction problems with the help of communication. The paper determines and discusses mechanisms and constraints that enable multiagentsystems to evolve such self-organisating social structures as well as preserving them. / Thema dieser Diplomarbeit ist die Modellierung und Untersuchung von Mechanismen, auf deren Grundlage Multiagentensysteme in der Lage sind, Kommunikationsbeziehungen aufzubauen und kommunikative Akte interaktionssteuernd zu verwenden. Hinsichtlich der Emergenz derartiger Symbolsysteme besteht eine wesentliche Erkenntnis, auf der diese Arbeit aufbaut, darin, dass Koordinationsprobleme als Kontext für MAS kein geeignetes experimentelles Umfeld für die Herausbildung "höherer kommunikativer Fähigkeiten" darstellen. Davon ausgehend werden für eine Klasse von Problemen, in denen die Abstimmung über eine Interaktion aufgrund von Interessenkonflikten einen expliziten Teil des kommunikativ zu lösenden Problems darstellt, Mechanismen und Constraints herausgearbeitet und diskutiert, die Agenten in die Lage versetzen, ein sich selbst organisierendes soziales Gefüge aufzubauen und zu erhalten.

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Self-organization of regular surface pattern under ion beam erosion was described in detail by Navez in 1962. Several years later in 1986 Bradley and Harper (BH) published the first self-consistent theory on this phenomenon based on the competition of surface roughening described by Sigmund's sputter theory and surface smoothing by Mullins-Herring diffusion. Many papers that followed BH theory introduced other processes responsible for the surface patterning e.g. viscous flow, redeposition, phase separation, preferential sputtering, etc. The present understanding is still not sufficient to specify the dominant driving forces responsible for self-organization. 3D atomistic simulations can improve the understanding by reproducing the pattern formation with the detailed microscopic description of the driving forces. 2D simulations published so far can contribute to this understanding only partially. A novel program package for 3D atomistic simulations called TRIDER (TRansport of Ions in matter with DEfect Relaxation), which unifies full collision cascade simulation with atomistic relaxation processes, has been developed. The collision cascades are provided by simulations based on the Binary Collision Approximation, and the relaxation processes are simulated with the 3D lattice kinetic Monte-Carlo method. This allows, without any phenomenological model, a full 3D atomistic description on experimental spatiotemporal scales. Recently discussed new mechanisms of surface patterning like ballistic mass drift or the dependence of the local morphology on sputtering yield are inherently included in our atomistic approach. The atomistic 3D simulations do not depend so much on experimental assumptions like reported 2D simulations or continuum theories. The 3D computer experiments can even be considered as 'cleanest' possible experiments for checking continuum theories. This work aims mainly at the methodology of a novel atomistic approach, showing that: (i) In general, sputtering is not the dominant driving force responsible for the ripple formation. Processes like bulk and surface defect kinetics dominate the surface morphology evolution. Only at grazing incidence the sputtering has been found to be a direct cause of the ripple formation. Bradley and Harper theory fails in explaining the ripple dynamics because it is based on the second-order-effect 'sputtering'. However, taking into account the new mechanisms, a 'Bradley-Harper equation' with redefined parameters can be derived, which describes pattern formation satisfactorily. (ii) Kinetics of (bulk) defects has been revealed as the dominating driving force of pattern formation. Constantly created defects within the collision cascade, are responsible for local surface topography fluctuation and cause surface mass currents. The mass currents smooth the surface at normal and close to normal ion incidence angles, while ripples appear first at incidence angles larger than 40°. The evolution of bimetallic interfaces under ion irradiation is another application of TRIDER described in this thesis. The collisional mixing is in competition with diffusion and phase separation. The irradiation with He ions is studied for two extreme cases of bimetals: (i) Irradiation of interfaces formed by immiscible elements, here Al and Pb. Ballistic interface mixing is accompanied by phase separation. Al and Pb nanoclusters show a self-ordering (banding) parallel to the interface. (ii) Irradiation of interfaces by intermetallics forming species, here Pt and Co. Well-ordered layers of phases of intermetallics appear in the sequence Pt/Pt3Co/PtCo/PtCo3/Co. The TRIDER program package has been proven to be an appropriate technique providing a complete picture of mixing mechanisms.

The subject of this diploma thesis is the modelling and the analysis of mechanisms that enable multiagentsystems to establish communication relations and using them to control the interaction. With regards to the emergence of such symbol systems one groundwork of this paper is the realization that coordination problems aren't applicative to advance to evolution of "higher communication capabilities". With this in mind, this analysis uses a class of problems with explicit conflicts of interests between agents and the necessity of solving such interaction problems with the help of communication. The paper determines and discusses mechanisms and constraints that enable multiagentsystems to evolve such self-organisating social structures as well as preserving them. / Thema dieser Diplomarbeit ist die Modellierung und Untersuchung von Mechanismen, auf deren Grundlage Multiagentensysteme in der Lage sind, Kommunikationsbeziehungen aufzubauen und kommunikative Akte interaktionssteuernd zu verwenden. Hinsichtlich der Emergenz derartiger Symbolsysteme besteht eine wesentliche Erkenntnis, auf der diese Arbeit aufbaut, darin, dass Koordinationsprobleme als Kontext für MAS kein geeignetes experimentelles Umfeld für die Herausbildung "höherer kommunikativer Fähigkeiten" darstellen. Davon ausgehend werden für eine Klasse von Problemen, in denen die Abstimmung über eine Interaktion aufgrund von Interessenkonflikten einen expliziten Teil des kommunikativ zu lösenden Problems darstellt, Mechanismen und Constraints herausgearbeitet und diskutiert, die Agenten in die Lage versetzen, ein sich selbst organisierendes soziales Gefüge aufzubauen und zu erhalten.

Der Einfluss der d-Zustände der Übergangsmetalle auf die Strukturbildung in amorphen Legierungen ist bisher nur unzureichend verstanden. Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, zusätzliche Beiträge zum Verständnis am Beispiel binärer amorpher Aluminiumlegierungen mit Übergangsmetallen zu erarbeiten. Speziell standen dabei Legierungen mit einer Untergruppe der Übergangsmetalle, den Metallen der Seltenen Erden, im Vordergrund. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Schichten von Al-Ce im Bereich von 15at%Ce-80at%Ce durch sequentielle Flash-Verdampfung bei 4,2K im Hochvakuum hergestellt und durch Messungen des elektrischen Widerstands und des Hall-Effekts elektronisch, sowie durch Transmissionselektronenbeugung strukturell charakterisiert. Ergänzend wurden Untersuchungen der Plasmaresonanz mittels Elektronenenergieverlustspektroskopie durchgeführt. Im Bereich 25at%Ce-60at%Ce entstanden homogen amorphe Proben. Besonders die Strukturuntersuchungen wurden durch eine Oxidation des Materials erschwert. Der Einfluss der Ce-4f-Elektronen manifestiert sich vor allem im Tieftemperatur- und Magnetowiderstand, die beide vom Kondo-Effekt dominiert werden. Der Hall-Effekt in Al-Ce wird im gesamten untersuchten Temperaturbereich (2K-320K) von anomalen Anteilen dominiert, welche skew-scattering-Effekten, ebenfalls aufgrund der Ce-4f-Elektronen, zugeschrieben werden. Bis hinunter zu 2K trat keine makroskopische magnetische Ordnung auf. Im Bereich 2K-20K wird auf das Vorliegen von Clustern geordneter magnetischer Momente geschlossen. Für T>20K tritt paramagnetisches Verhalten auf. Hinsichtlich der strukturellen und elektronischen Eigenschaften lässt sich a-Al-Ce in eine Gruppe mit a-Al-(Sc,Y,La) einordnen. Im Sinne der Plasmaresonanz ordnet sich a-Al-Ce exzellent in eine von anderen Al-Übergangsmetalllegierungen bekannte Systematik ein. Weiterhin wurde, durch Hinzunahme von Ergebnissen zu binären amorphen Al-Übergangsmetalllegierungen aus der Literatur, gefunden, dass die Strukturbildung in diesen Systemen eng mit einem bekannten, jedoch noch ungeklärtem Strukturbildungseffekt verknüpft ist, der in flüssigen reinen Elementen auftritt. Dieser hat dort zum Ziel, eine Resonanz zwischen der statischen Struktur und dem elektronischen System aufzubauen, die mit einer mittleren Valenz von 1,5 Elektronen pro Atom verknüpft ist. Speziell die Strukturen der untersuchten amorphen Al-Seltenerdlegierungen sind über große Konzentrationsbereiche ebenfalls mit einer mittleren Valenz von 1,5 Elektronen pro Atom korreliert.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Zusammenhänge zwischen der molekularen Architektur, Morphologie und den mechanischen bzw. bruchmechanischen Eigenschaften in S-SB-S-Triblockcopolymeren und deren Blends und in PI-PS-Multipfropfcopolymeren herauszuarbeiten und damit einerseits einen Beitrag für das Verständnis der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen in Block- und Pfropfcopolymeren zu leisten und andererseits Möglichkeiten zur Entwicklung neuer Materialien aufzuzeigen, welche besondere Eigenschaftskombinationen aufweisen und damit ein bedeutendes Interesse für industrielle Anwendungen hervorrufen. Für die Untersuchungen wurde dabei der PS-Außenblockanteil und das S/B-Verhältnis im SB-Mittelblock in S-SB-S-Triblockcopolymeren, die Thermoplast/Thermoplastisches Elastomer (TP/TPE) -Zusammensetzung in S-SB-S-Triblockcopolymer-Blends sowie die Funktionalität und die Anzahl der Verknüpfungspunkte in PI-PS-Multipfropfcopolymeren variiert. Zur Charakterisierung der Phasenmischbarkeit und der Morphologie wurden die dynamisch mechanische Analyse (DMA), die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und die Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) angewandt. Die mechanischen Eigenschaften wurden mit dem einachsigen Zugversuch untersucht. Bruchmechanische Untersuchungen erfolgten unter Anwendung der „Essential Work of Fracture“- (EWF-) Methode, welche als Konzept der „Post-Yield“-Bruchmechanik innerhalb der Fließbruchmechanik für duktile nanostrukturierte polymere Materialien sehr gut anwendbar ist und Aussagen zur Bruchzähigkeit der Materialien liefert. Zur näheren Charakterisierung des zeitaufgelösten Deformationsverhaltens sowie der Rissausbreitungskinetik wurden die Dehnungsfeldanalyse, eine Bruchflächenanalyse mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) sowie das Risswiderstandskurven-Konzept angewandt. Die Untersuchungen der S-SB-S-Triblockcopolymersysteme und der PI-PS-Multipfropfcopolymere konnten den signifikanten Einfluss der molekularen Architektur, der Blockzusammensetzung und des PS-Gehaltes auf das Phasenverhalten, die Morphologie und die Eigenschaften klar herausstellen. Durch die Variation dieser Parameter kann das Eigenschaftsspektrum von thermoplastisch zu elastomer eingestellt und somit sowohl TPs oder TPEs mit hoher Steifigkeit und Zähigkeit als auch TPEs mit superelastischem Charakter erzeugt werden. Daraus eröffnet sich ein breiter Anwendungsbereich dieser Materialien, welche aufgrund ihrer Transparenz und physiologischen Verträglichkeit auch interessante optische und gesundheitliche Vorteile mitbringen. Es konnte gezeigt werden, dass durch die systematische Variation der Architektur die gezielte Einstellung gewünschter Eigenschaftsprofile möglich ist. Die Arbeit leistet somit einen Beitrag zur Entwicklung anwendungsorientierter Materialkonzepte, welche ingenieurwissenschaftlich interessant sind. / The aim of this thesis was to study the relation between molecular architecture, morphology and (fracture) mechanical properties of S-SB-S triblock copolymers and PI-PS multigraft copolymers. Hence, this work should contribute to the understanding of structure-property-relationship in block and multigraft copolymers and thus offer possibilities for the development of novel materials with special properties interesting for industrial application. Within this study in the case of S-SB-S triblock copolymers the PS outer block content and the S/B ratio of the middle block, in the case of S-SB-S triblock copolymer blends the thermoplast/thermoplastic elastomer (TP/TPE) composition and in case of PI-PS multigraft copolymers the functionality and number of branch points were varied. For the characterisation of morphology and phase miscibility dynamic mechanical analysis (DMA), transmission electron microscopy (TEM) and small angle X-ray scattering (SAXS) were applied. Uniaxial tensile tests were carried out to investigate the mechanical properties. The fracture mechanical behaviour was studied using essential work of fracture (EWF) concept based on the post yield fracture mechanic principles, which is suitable to characterise fracture toughness of ductile nanostructured materials. The time resolved analysis of deformation and fracture behaviour was characterised qualitatively by strain field analysis, scanning electron microscopy (SEM) of the fractured surfaces and quantitatively by evaluation of the crack propagation kinetics and construction of R-curves. This study clearly highlights the significant influence of molecular architecture block composition and PS content on the phase behaviour, morphology and properties of S-SB-S triblock copolymers and PI-PS multigraft copolymers. By varying these parameters the property profile can be adjusted diversifying from thermoplastic to elastomeric and both TP or TPE materials with high stiffness and toughness and TPEs with super-elastic characteristics can be designed. Hence, fundamentally it offers a broad scope of application of these materials, in which physiological compatibility and transparency are added advantages. Thus, conceptually it could be shown, that by systematic variation of the architecture desired property profiles can be adjusted. Therefore the present work contributes to the development of application-oriented material concepts, which are interesting in engineering terms.

Self-organization of regular surface pattern under ion beam erosion was described in detail by Navez in 1962. Several years later in 1986 Bradley and Harper (BH) published the first self-consistent theory on this phenomenon based on the competition of surface roughening described by Sigmund's sputter theory and surface smoothing by Mullins-Herring diffusion. Many papers that followed BH theory introduced other processes responsible for the surface patterning e.g. viscous flow, redeposition, phase separation, preferential sputtering, etc. The present understanding is still not sufficient to specify the dominant driving forces responsible for self-organization. 3D atomistic simulations can improve the understanding by reproducing the pattern formation with the detailed microscopic description of the driving forces. 2D simulations published so far can contribute to this understanding only partially. A novel program package for 3D atomistic simulations called TRIDER (TRansport of Ions in matter with DEfect Relaxation), which unifies full collision cascade simulation with atomistic relaxation processes, has been developed. The collision cascades are provided by simulations based on the Binary Collision Approximation, and the relaxation processes are simulated with the 3D lattice kinetic Monte-Carlo method. This allows, without any phenomenological model, a full 3D atomistic description on experimental spatiotemporal scales. Recently discussed new mechanisms of surface patterning like ballistic mass drift or the dependence of the local morphology on sputtering yield are inherently included in our atomistic approach. The atomistic 3D simulations do not depend so much on experimental assumptions like reported 2D simulations or continuum theories. The 3D computer experiments can even be considered as 'cleanest' possible experiments for checking continuum theories. This work aims mainly at the methodology of a novel atomistic approach, showing that: (i) In general, sputtering is not the dominant driving force responsible for the ripple formation. Processes like bulk and surface defect kinetics dominate the surface morphology evolution. Only at grazing incidence the sputtering has been found to be a direct cause of the ripple formation. Bradley and Harper theory fails in explaining the ripple dynamics because it is based on the second-order-effect 'sputtering'. However, taking into account the new mechanisms, a 'Bradley-Harper equation' with redefined parameters can be derived, which describes pattern formation satisfactorily. (ii) Kinetics of (bulk) defects has been revealed as the dominating driving force of pattern formation. Constantly created defects within the collision cascade, are responsible for local surface topography fluctuation and cause surface mass currents. The mass currents smooth the surface at normal and close to normal ion incidence angles, while ripples appear first at incidence angles larger than 40°. The evolution of bimetallic interfaces under ion irradiation is another application of TRIDER described in this thesis. The collisional mixing is in competition with diffusion and phase separation. The irradiation with He ions is studied for two extreme cases of bimetals: (i) Irradiation of interfaces formed by immiscible elements, here Al and Pb. Ballistic interface mixing is accompanied by phase separation. Al and Pb nanoclusters show a self-ordering (banding) parallel to the interface. (ii) Irradiation of interfaces by intermetallics forming species, here Pt and Co. Well-ordered layers of phases of intermetallics appear in the sequence Pt/Pt3Co/PtCo/PtCo3/Co. The TRIDER program package has been proven to be an appropriate technique providing a complete picture of mixing mechanisms.