Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Erzeugung und Detektion von Defekten im Halbleiter Zinkoxyd (ZnO). Der Fokus liegt dabei auf der Verwendung raumladungszonenspektroskopischer Techniken zur Detektion und Charakterisierung elektronischer Defektzustände. Es werden theoretische Aspekte von Raumladungszonen an Halbleitergrenzflächen und den darin enthaltenen elektronischen Defektzuständen behandelt. Das elektrische Potential in der Raumladungszone genügt einer nichtlinearen, eindimensionalen Poissongleichung, für die bekannte, näherungsweise Lösungen vorgestellt werden. Für eine homogen dotierte Raumladungszone gelang es, die exakte Lösung des Potentialverlaufs als Integral anzugeben und einen analytischen Ausdruck für die Kapazität der Raumladungszone zu berechnen. Desweiteren werden transiente und oszillatorische Lösungen der Differentialgleichung zur Beschreibung der Zeitentwicklung der Besetzungswahrscheinlichkeit von Defektzuständen für verschiedene experimentelle Bedingungen betrachtet. Sämtliche raumladungszonenspektroskopischen Experimente können durch geeignete Lösungen dieser beiden Differentialgleichungen beschrieben werden. Für die Fälle, für die keine analytischen Lösungen bekannt sind, wurde ein numerisches Modell entwickelt. Die Experimente wurden an ZnO Dünnfilmproben durchgeführt, welche mittels gepulster Laserablation auf Korundsubstraten abgeschieden wurden. Zur Erzeugung von Defekten wurden entweder Ionen in die Proben implantiert, die Proben mit hochenergetischen Elektronen bzw. Protonen bestrahlt oder einer thermischen Behandlung unterzogen. Die Raumladungszonen wurden durch Schottkykontakte realisiert. Durch die raumladungszonenspektroskopischen Verfahren, Kapazitäts-Spannungs Messungen, Admittanzspektroskopie, Deep-Level Transient Spectroscopy (DLTS), Minority Carrier Transient Spectroscopy, optische DLTS, Photokapazitäts- und Photostrommessungen, sowie der optischen Kapazitäts-Spannungs Messung konnten Defektzustände in der gesamten ZnO Bandlücke nachgewiesen werden. Durch Vergleiche der gemessenen Defektkonzentrationen in einer unbehandelten Referenzprobe mit denen in behandelten Proben konnten Aussagen über die experimentellen Bedingungen, unter denen intrinsische Defekte entstehen bzw. ausheilen, gewonnen und mit Stickstoff- bzw. Nickel- in Zusammenhang stehende Defekte identifiziert werden. Für eine Vielzahl untersuchter Defektzustände konnten die thermische Aktivierungsenergie der Ladungsträgeremission, Querschnitte für den Einfang freier Ladungsträger sowie die spektralen Photoionisationsquerschnitte bestimmt werden. Aus diesen Eigenschaften sowie den experimentellen Bedingungen unter denen der Defekt bevorzugt gebildet wird, wurden Rückschlüsse auf die mikroskopische Struktur einiger Defekte gezogen.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Erzeugung und Detektion von Defekten im Halbleiter Zinkoxyd (ZnO). Der Fokus liegt dabei auf der Verwendung raumladungszonenspektroskopischer Techniken zur Detektion und Charakterisierung elektronischer Defektzustände. Es werden theoretische Aspekte von Raumladungszonen an Halbleitergrenzflächen und den darin enthaltenen elektronischen Defektzuständen behandelt. Das elektrische Potential in der Raumladungszone genügt einer nichtlinearen, eindimensionalen Poissongleichung, für die bekannte, näherungsweise Lösungen vorgestellt werden. Für eine homogen dotierte Raumladungszone gelang es, die exakte Lösung des Potentialverlaufs als Integral anzugeben und einen analytischen Ausdruck für die Kapazität der Raumladungszone zu berechnen. Desweiteren werden transiente und oszillatorische Lösungen der Differentialgleichung zur Beschreibung der Zeitentwicklung der Besetzungswahrscheinlichkeit von Defektzuständen für verschiedene experimentelle Bedingungen betrachtet. Sämtliche raumladungszonenspektroskopischen Experimente können durch geeignete Lösungen dieser beiden Differentialgleichungen beschrieben werden. Für die Fälle, für die keine analytischen Lösungen bekannt sind, wurde ein numerisches Modell entwickelt. Die Experimente wurden an ZnO Dünnfilmproben durchgeführt, welche mittels gepulster Laserablation auf Korundsubstraten abgeschieden wurden. Zur Erzeugung von Defekten wurden entweder Ionen in die Proben implantiert, die Proben mit hochenergetischen Elektronen bzw. Protonen bestrahlt oder einer thermischen Behandlung unterzogen. Die Raumladungszonen wurden durch Schottkykontakte realisiert. Durch die raumladungszonenspektroskopischen Verfahren, Kapazitäts-Spannungs Messungen, Admittanzspektroskopie, Deep-Level Transient Spectroscopy (DLTS), Minority Carrier Transient Spectroscopy, optische DLTS, Photokapazitäts- und Photostrommessungen, sowie der optischen Kapazitäts-Spannungs Messung konnten Defektzustände in der gesamten ZnO Bandlücke nachgewiesen werden. Durch Vergleiche der gemessenen Defektkonzentrationen in einer unbehandelten Referenzprobe mit denen in behandelten Proben konnten Aussagen über die experimentellen Bedingungen, unter denen intrinsische Defekte entstehen bzw. ausheilen, gewonnen und mit Stickstoff- bzw. Nickel- in Zusammenhang stehende Defekte identifiziert werden. Für eine Vielzahl untersuchter Defektzustände konnten die thermische Aktivierungsenergie der Ladungsträgeremission, Querschnitte für den Einfang freier Ladungsträger sowie die spektralen Photoionisationsquerschnitte bestimmt werden. Aus diesen Eigenschaften sowie den experimentellen Bedingungen unter denen der Defekt bevorzugt gebildet wird, wurden Rückschlüsse auf die mikroskopische Struktur einiger Defekte gezogen.

Background: This work presents a generalized technique to estimate pulmonary ventilation-to-volume (v/V) distributions using the multiple-breath nitrogen washout, in which both tidal volume (VT) and the end-expiratory lung volume (EELV) are allowed to vary during the maneuver. In addition, the volume of the series dead space (vd), unlike the classical model, is considered a common series unit connected to a set of parallel alveolar units. Methods: The numerical solution for simulated data, either error-free or with the N2 measurement contaminated with the addition of Gaussian random noise of 3 or 5 % standard deviation was tested under several conditions in a computational model constituted by 50 alveolar units with unimodal and bimodal distributions of v/V. Non-negative least squares regression with Tikhonov regularization was employed for parameter retrieval. The solution was obtained with either unconstrained or constrained (VT, EELV and vd) conditions. The Tikhonov gain was fixed or estimated and a weighting matrix (WM) was considered. The quality of estimation was evaluated by the sum of the squared errors (SSE) (between reference and recovered distributions) and by the deviations of the first three moments calculated for both distributions. Additionally, a shape classification method was tested to identify the solution as unimodal or bimodal, by counting the number of shape agreements after 1000 repetitions. Results: The accuracy of the results showed a high dependence on the noise amplitude. The best algorithm for SSE and moments included the constrained and the WM solvers, whereas shape agreement improved without WM, resulting in 97.2 % for unimodal and 90.0 % for bimodal distributions in the highest noise condition. Conclusions: In conclusion this generalized method was able to identify v/V distributions from a lung model with a common series dead space even with variable VT. Although limitations remain in presence of experimental noise, appropriate combination of processing steps were also found to reduce estimation errors.

Biogas im Rahmen einer nachhaltigen Landwirtschaft zu erzeugen bedeutet u. a., die anfallenden Gärprodukte als Dünger zu verwenden, um die Verluste im Nährstoffkreislauf zu minimieren. Die vorliegende Arbeit geht der Frage nach, welche Wirkungen Gärprodukte aus der Biogasproduktion bei der Verwendung als Dünger auf Boden und Pflanzen haben. Die Ergebnisse von Parzellenfeld- und Praxisversuchen, in denen Gärprodukte aus der Mono- und Kofermentation von Energiepflanzen im Vergleich zu N-Mineraldünger untersucht wurden, werden vorgestellt und diskutiert. Zur Beurteilung der Wirkungen auf den Boden wurden bodenchemische und bodenbiologische Parameter herangezogen sowie die Abbaustabilität der organischen Substanz der Gärprodukte gemessen. Zur Untersuchung der Wirkungen auf die Pflanzen wurden verschiedene Wachstums-, Entwicklungs-, Ertrags- und Qualitätsparameter erfasst und ausgewertet. Die Gärprodukte zeichnen sich durch relativ hohe Ammoniumgehalte sowie durch hohe pH-Werte aus. Das Pflanzenwachstum und die Erträge werden durch die Düngung mit Gärprodukten gesteigert, wobei die Wirkung trotz der hohen Ammoniumgehalte deutlich hinter denen des N-Mineraldüngers zurückbleibt. Die berechneten Nährstoffbilanzen weisen auf deutliche Unterschiede zwischen den untersuchten Gärprodukten und Kulturarten, aber auch zwischen den beiden Versuchsjahren hin. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass durch die Verwendung von Gärprodukten als Dünger wichtige Pflanzennährstoffe rezykliert werden können, wodurch der Einsatz von Mineraldüngern reduziert werden kann. Hinsichtlich der Wirkungen von Gärprodukten auf den Boden zeichnen die umfangreichen Analysen ein differenziertes Bild. Die mikrobiologischen Umsetzungsprozesse im Boden werden insbesondere in den ersten Tagen nach der Ausbringung gefördert. Weiterer Forschungsbedarf wird insbesondere hinsichtlich der Wirkungen auf die Bodenmakrofauna aufgezeigt. / Producing biogas in a sustainable agricultural system means using digestates as fertilizers, in order to minimize leaks in nutrient cycles. The aim of this work is to investigate effects on soil and plants after field application of digestates. In this respect, results from plot- and practical fieldexperiments are analyzed to compare digestates from mono- and from co-fermentation of energy crops in comparison to mineral N-fertilizer. Soil chemical and biological effects were assessed on the basis of selected parameters, one of which was the stability of the organic matter applied. Effects on crops have been evaluated by measuring growth, development, yields, and quality of the crops. The digestates have been analyzed and showed especially high amounts of ammonium and a high pH-value. Plant growth and yields increased as a result of fertilization. However, despite high amounts of ammonia present in digestates, fertilizing effects have been much lower compared to mineral N-fertilization. The calculated nutrient balances showed obvious differences between the digestates analyzed, crops, and also between the two experimental years. Generally, the results demonstrate that nutrients can be recycled by using digestates as fertilizers and thus the use of mineral fertilizers can be reduced. The extensive soil analyses presented in this work show diverse results. Microbial metabolic processes in the soil are increased especially during the first few days after digestate application. More research is needed with respect to effects on macro fauna.

Der Beitrag der arbuskulären Mykorrhizapilze zur Nährstoffaufnahme und zum Wachstum von Pflanzen ist vom Genotyp des Pilzes und der Pflanze abhängig, sowie von den Umweltbedingungen. In der vorliegenden Arbeit wurden Mykorrhizapilze unterschiedlicher Herkunft verwendet. Im Mittelpunkt der Arbeit stand die Untersuchung der Rolle der Mykorrhiza bei der Reaktion der Pflanze auf räumlich unterschiedliches Nährstoffangebot im Boden. Als Versuchspflanzen wurden Süßkartoffel und Tagetes verwendet. Für die Arbeit wurden verschiedene Modellexperimente durchgeführt. In speziell für diese Arbeit konstruierten Gefäßen wurden nicht-mykorrhizierte und mykorrhizierte Süßkartoffelpflanzen mit organischer Substanz versorgt, die entweder gleichmäßig oder heterogen im Substrat verteilt war. In weiteren Experimenten wurde mit Hilfe von "split-root" Systemen die Wirkung arbuskulärer Mykorrhizapilze auf ein lokales Angebot von mineralischem Phosphor und Stickstoff im Boden untersucht. Darüber hinaus wurde in Versuchen Kompost räumlich konzentriert im Substrat angeboten. Die Messungen umfassten den Mykorrhizierungsgrad der Wurzel, die Entwicklung des extraradikalen Myzels, die Trockenmasse der Pflanze sowie die Konzentrationen an Phosphor und Stickstoff in der Pflanze. Eine Besiedlung der Wurzeln mit arbuskulären Mykorrhizapilzen führte in den meisten Versuchsansätzenzu einer erhöhten Nährstoffaufnahme der Pflanze und zu einem verbesserten Wachstum. Ein besonders starkes Hyphenwachstum in Bodenzonen mit viel organischer Substanz wurde jedoch nicht beobachtet. Zugabe von Kompost führte teilweise zu einem Rückgang des Mykorrhizierungsgrades. Die Verwendung von organischem Material oder Kompost im Gartenbau kann sinnvoll sein und zur Verminderung von Mineraldüngung beitragen. Optimales Pflanzenwachstum und Mykorrhizawirkung erfordern jedoch eine gute Balance zwischen Art und Menge des organischen Stoffes bzw. Komposts, den Substrateigenschaften und den Pflanzen- und Pilzgenotypen. / The actual contribution of arbuscular mycorrhizal (AM) fungi to plant nutrient uptake depends on the fungal and plant genomes, and on environmental conditions. In the present study, AM fungi of different origin, for example isolated from plots with different long-term fertilizer application history, were used to quantify their contribution to plant nutrient uptake under situations of spatially heterogeneous soil nutrient distribution. Test plants for this study were sweet potato and marigold. Several model experiments were carried out. In specifically constructed growth containers, non-mycorrhizal and mycorrhizal sweet potato plants were supplied with organic matter either homogeneously or heterogeneously distributed in the substrate. Bacteria from a long-term organically fertilized soil were also added as a treatment. In other experiments using a split-root approach, the influence of AM fungi on the plant response to localized mineral phosphorus and nitrogen supply was studied. In a further experiment, the effects of localized compost supply on marigold plants inoculated with Glomus mosseae were investigated. Arbuscular mycorrhizal fungi increased nutrient uptake and growth of plants under most conditions, also when nutrients were heterogeneously distributed in soil. However, there was no indication of increased hyphal proliferation or activity in soil spots with high organic matter. Plant phosphorus status regulated the extent of AM root colonization. The extent of AM root colonization was partly decreased by application of organic matter and of compost to the substrate. Application of organic matter and/or compost can be beneficial in horticulture and can replace mineral fertilizer use. However, optimum plant growth and mycorrhizal function require a good balance between type and amount of organic matter or compost, growth substrate properties and plant and AM fungal genotype.

Die Nutzung von Biomasse als Nahrungs- und Futtermittel sowie als Rohstoff geht mit einem erheblichen Eingriff in biochemische Kreisläufe einher. Die Nutztierhaltung beansprucht dabei den Großteil der ökonomisch genutzten Phytomasse und dominiert Stoffströme in der Landwirtschaft. Während bereits der gegenwärtige ökologische Fußabdruck von tierischen Erzeugnissen Anlass zur Sorge bietet, wird die globale Nachfrage nach Fleisch, Milch und Eiern im Zuge von Bevölkerungswachstum und steigenden Einkommen voraussichtlich weiter zunehmen. Die vorliegende Arbeit untersucht die wechselseitigen Zusammenhänge zwischen Tierhaltung und Umwelt im Kontext globaler Wandlungsprozesse und adressiert Unsicherheiten auch in Bezug auf gegenwärtige Umweltauswirkungen. Im Rahmen der Dissertation wurde das räumlich explizite ökonomische Landnutzungsmodell MAgPIE (Model of Agricultural Production and its Impact on the Environment) um eine detaillierte Darstellung des Nutztiersektors erweitert. Die Modellsimulationen unterstreichen das Potenzial, sowohl durch eine Änderung der Ernährungsgewohnheiten als auch der Produktionsweise von tierischen Erzeugnissen landwirtschaftliche Stoffströme und Landnutzung deutlich zu beeinflussen sowie Stickstoffverluste und Emissionen von klimaschädlichen Gasen zu verändern. Moderate Produktivitätssteigerungen können Waldökosysteme bewahren und Kohlenstoffemissionen vermeiden, führen allerdings auch zu Zielkonflikten zwischen dem Schutz aquatischer und terrestrischer Ökosysteme sowie zwischen Stickstoff- und Kohlenstoffverlusten. Zudem ziehen ehrgeizige Produktivitätssteigerungen großflächige Umwandlungen von Weide- zu Ackerland und damit eine Verringerung von Bodenkohlenstoffbeständen auf landwirtschaftlichen Flächen nach sich. Ein reduzierter Konsum tierischer Produkte in wohlhabenden Regionen trägt maßgeblich zum Erhalt der Wälder, der Vermeidung von Treibhausgasemissionen und der Verringerung des landwirtschaftlichen Wasserverbrauchs bei. / Human appropriation of biomass as food, feed and raw material interferes with key biochemical cycles. Livestock is at the epicentre of agricultural material flows and resource use, utilising the majority of the economically used plant biomass, substantially amplifying the agricultural nitrogen cycle, contributing to greenhouse gas emissions and water use, and dominating human use of land. While already today’s environmental footprint of livestock gives cause for concern, demand for meat, milk and eggs is expected to continue growing, driven by population growth, increasing incomes, and urbanization. Between the poles of current environmental externalities and the magnitude of the expected growth of the livestock sector, this thesis explores interactions between animal agriculture and the environment in the context of broad-scale developments such as globalization, technological innovation, rising food demand, and climate change and addresses gaps in our knowledge about current environmental impacts of livestock. For this aim, the spatially explicit economic land use model MAgPIE (Model of Agricultural Production and its Impact on the Environment) was extended by a detailed representation of animal agriculture. Model simulations demonstrate the large demand- and supply-side potential inherent in livestock production to transform biomass flows in agriculture and alter environmental externalities of food production. While moderate productivity gains in the livestock sector can reduce deforestation and emissions from land use change, trade-offs emerge between aquatic and terrestrial ecosystems, and between nitrogen and carbon losses. Moreover, ambitious productivity increases trigger large-scale pasture-to-cropland conversion that involves depletion of soil carbon stocks on agricultural land. A reduced consumption of livestock products in affluent regions considerably mitigates deforestation, carbon emissions and agricultural water consumption.

Im Fokus dieser Arbeit stand die Methode Zwillingspolymerisation zur Synthese organisch-anorganischer Hybridmaterialien. Die simultane Zwillingspolymerisation wird als neues Konzept zur gezielten Herstellung homogener, nanostrukturierter Hybridmaterialien unterschiedlicher Zusammensetzung vorgestellt. Hierfür wurden die Zwillingsmonomere 2,2’-Spirobi[4H-1,3,2-benzodioxasilin] und 2,2 Dimethyl-4H-1,3,2-benzodioxasilin in einem Arbeitsschritt gemeinsam polymerisiert. Die erhaltenen Phenolharz-Siliciumdioxid/Dimethylsiloxan-Hybridmaterialien weisen aufgrund einstellbarer Syntheseparameter unterschiedliche Eigenschaftsprofile auf, die systematisch analysiert wurden. Die Charakterisierung der Produkte erfolgte mit Hilfe der Festkörper-NMR-Spektroskopie, Elektronenmikroskopie, DSC, TGA-MS, sowie durch Extraktionsversuche und die Erzeugung und Analyse poröser Materialien. Neben der simultanen Zwillingspolymerisation wird die Synthese, Charakterisierung und thermisch induzierte Polymerisation literaturunbekannter Silicium-Spiroverbindungen mit einfach- oder zweifach substituierter Salicylalkohol-Einheit beschrieben. Hierbei wurden nanostrukturierte Hybridmaterialien mit teils hohem löslichen Anteil erhalten. Die Produktbildung wird in Abhängigkeit von der Entstehung und Weiterreaktion gefundener Chinonmethid-Strukturen diskutiert.

Im Hinblick auf das immense Potential von Diamant als Material für die Mikroelektronik wurden im Rahmen dieser Arbeit undotierte und dotierte Diamantfilme mittels chemischer Gasphasenabscheidung auf Silizium präpariert und anschließend auf ihre elektronischen Eigenschaften hin untersucht. Für Letzteres wurde hauptsächlich die Elektronen-Energieverlustspektroskopie in Transmission verwendet. In situ Gasphasendotierung oder Ionenimplantation wurde zur Dotierung der Filme mit Bor, Lithium oder Phosphor eingesetzt. Bei der Ionenimplantation wurde aufgrund der Erzeugung von Strahlenschäden generell eine Erhöhung des sp2-Anteils beobachtet: Letzterer konnte jedoch im Falle der Bordotierung durch eine, den Implantationsprozeß folgende, Hochtemperaturtemperung wieder deutlich vermindert werden. Für die in situ Dotierung mit Bor wurde eine Verringerung des sp2-Gehaltes mit steigender Dotierkonzentration gefunden. Für den Film mit der höchsten Borkonzentration konnte auch die B1s Absorptionskante untersucht werden. Sie gibt Hinweise auf den überwiegenden Einbau der Boratome in einer tetragonalen Orientierung. Das hiermit verbundene Vorhandensein von Akzeptoren führt zu elektronischen Anregungen im Energiebereich der Bandlücke, welche mittels Infrarotspektroskopie und EELS nachgewiesen werden konnten. Aus den EELS Messungen lassen sich Akzeptorkonzentrationen berechnen, welche wiederum den hohen Anteil an tetraedrisch eingebauten Boratomen bestätigen. Desweiteren untersucht wurden, als interessante Materialklasse mit weitreichendem technologischem Potential, undotierte und stickstoffdotierte, diamantartige amorphe Kohlenstoffilme und hierbei insbesondere die Abhängigkeit der elektronischen und optischen Eigenschaften von der Ionenenergie und dem Stickstoffpartialdruck während der Filmpräparation. Die Plasmonenergien, Massendichten, sp3-Anteile und die optischen Bandlücken der Filme wurden quantitativ bestimmt, wobei das jeweilige Maximum bei einer Ionenenergie von 100 eV gefunden wurde. Alle eben genannten Größen verringern sich kontinuierlich mit zunehmendem Stickstoffanteil. Eine Kramers-Kronig Analyse der Verlustspektren gibt Zugriff auf den Real- und Imaginärteil der dielektrischen Funktion und damit auf das Spektrum der Einteilchenanregungen. Die Hybridisierung der Kohlenstoff- und der Stickstoffatome wurde detailliert aus den jeweiligen 1s Absorptionskanten bestimmt. Weiterhin wurde Diamant als Modellsystem eines Festkörpers mit rein kovalenten Bindungen untersucht, insbesondere die Verlustfunktion von Diamant entlang mehrerer Hochsymmetriekristallrichtungen über einen großen Energie- und Impulsbereich. Aus den EELS Messungen erschließt sich unmittelbar die stark anisotrope Plasmonendispersion von Diamant. Aus dem Vergleich der experimentellen Spektren mit ab initio LDA Rechnungen, die sowohl Kristallokalfeldeffekte als auch Austausch- und Korrelationseffekte beinhalten, lassen sich direkt Rückschlüsse auf den Einfluß der verschiedenen Effekte ziehen. Schon im optischen Limit, aber umso mehr mit steigendem Impulsübertrag q, wird eine Überlagerung der kollektiven Plasmonanregung mit Einteilchenanregungen im Energiebereich des Plasmons beobachtet, woraus eine Kopplung zwischen beiden Arten von Anregungen resultiert. Abgesehen vom deutlichen Einfluß der Bandstruktur auf die Plasmonendispersion läßt die überaus inhomogene Elektronenverteilung von Diamant auf nicht zuvernachlässigende Kristallokalfeldeffekte schließen. Der Vergleich zwischen experimentellen und berechneten Spektren zeigt deutlich, wie die Kristallokalfeldeffekte in der Tat mit steigendem Impulsübertrag an Gewicht zunehmen und die Struktur der Verlustfunktion mitbestimmen. / In the context of the immense potential of diamond as a material for use in the microelectronics industry, in this thesis pristine and doped diamond films have been deposited on silicon using chemical vapour deposition. Subsequently their electronic properties have been investigated using mainly electron energy-loss spectroscopy. Doping of the films with boron, lithium or phosphorous was carried out either via in-situ gas phase doping during film growth or using ion implantation. Upon ion implantation an increase of the carbon content with sp2 hybridisation has generally been found due to ion beam induced damage. In the case of boron doping it was possible to significantly reduce this sp2-contribution using a high temperature anneal. For the in-situ doping with boron, upon increasing doping concentration a decrease of the sp2-contribution was found. For the sample with the highest boron content the boron 1s absorption edge could also be investigated, providing evidence for the preferential incorporation of the boron atoms into tetrahedrally co-ordinated sites. This boron incorporation leads to the existence of electronic excitations in the energy range of the band gap, which could be observed using both infrared and electron energy-loss spectroscopy. From the electron energy-loss measurements it was possible to calculate acceptor concentrations which were consistent with the large amount of tetrahedrally co-ordinated boron atoms. A second theme in this thesis involved the study of pristine and nitrogen doped diamond-like amorphous carbon films, which are an interesting material class with far-reaching technological potential. Here the focus of the research concerned the dependency of the electronic and optical properties of the films upon the ion energy and the nitrogen partial pressure applied during the film preparation. The plasmon energies, mass densities, sp3 contribution and the optical band gaps of the samples were determined quantitatively, whereby the maximum in all these quantities was found to occur for ion energies of 100 eV. Furthermore, all of these characteristics were found to decrease continually with increasing nitrogen content. A Kramers-Kronig analysis of the loss spectra enabled the derivation of the real and imaginary parts of the dielectric function and with this of the complete spectrum of single particle excitations. The hybridization between the carbon and nitrogen atoms was also studied in detail from the analysis of the respective 1s absorption edges. Furthermore this thesis deals with the investigation of diamond as a model system for solids with pure covalent bonds. In particular, the loss function of diamond was measured along different high symmetry directions over a wide range of energy and momentum. Firstly, the EELS measurements showed directly the strongly anisotropic nature of the plasmon dispersion in diamond. Secondly, by the comparison of the experimental spectra with ab initio LDA-based calculations that include crystal local field effects as well as exchange and correlation contributions, conclusions can be drawn as to the influence of these quantities. In the optical limit, but even more so with increasing momentum transfer q, a superposition of the collective plasmon excitation and the single particle excitations in the energy range of the plasmon is observed. This energetic proximity results in a coupling between both types of excitations. Apart from the distinct influence of the bandstructure on the plasmon dispersion, the considerably inhomogeneous electron distribution of diamond would lead one to expect significant crystal local field effects in this system. The comparison between the experimental and the calculated spectra shows explicitly that the crystal local field effects increase with increasing momentum transfer and play an important role in defining the structure of the loss function.

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