Concrete’s great vulnerability against impact demonstrates significant risks of injury for workers and occupants in all building types, especially existing concrete structures in which protection measures were not originally integrated. Beside the social and economic costs directly associated with impact accidents, the reconstruction or replacement of buildings damaged by impact negatively affects the environment and resources. In response to the increasing public concern for safety and sustainability, the DFG Research Training Group GRK 2250 is formed with the core aim to develop significant improvements in the impact resistance of existing concrete buildings by applying thin strengthening layers made of innovative mineral-bonded composites. The introduction of textile-based high-performance reinforcement is highly instrumental in realizing the required functions of thin mineral-bonded strengthening layers. Novel impact-resistant 3D reinforcement is developed on the basis of the innovative 3D cellular weaving technology in this dissertation. Woven 3D cellular structures are characterized by outstanding and customizable mechanical characteristics, owning to the flexible incorporation of elements with different materials and geometries both in in-plane and out-of-plane directions. Based on a systematic and partly iterative development process, impact-resistant woven 3D cellular reinforcements containing impact-load-oriented elements and impact-appropriate material combination are successfully designed and optimized. On the one hand, a series of experiments are conducted to capture the working mechanism of woven 3D cellular structure in mineral-bonded composites loaded under impact, and to understand the effects of critical structure features. On the other hand, feasible weave patterns and effective technological solutions are worked out and implemented to enable a reliable and low-damage manufacturing process. Through a series of impact experiments, it can be strongly evidenced that the developed 3D cellular reinforcement pronouncedly enhances the load bearing capacity, ductility and energy dissipation of mineral-bonded composite undergoing impact, thus, remarkably enhances its impact resistance. The development of impact-resistant woven 3D cellular reinforcements in this dissertation introduces a completely new and unique class of textile-based reinforcement for concrete, as well as mineral-bonded composites, with numerous benefits over the presently available reinforcing structures. A major advantage of the novel 3D cellular reinforcement is the capability to activate and exploit multiple energy dissipation mechanisms using both material and structure properties, through which remarkable impact resistance can be obtained. Thanks to a high degree of versatility and flexibility in material combination and structure design, in combination with a high degree of automation and flexibility of the weaving technology, impact-resistant woven 3D cellular reinforcement that is highly customized to specific impact scenarios can be produced with a significant time and cost efficiency. Furthermore, impact-resistant woven 3D cellular reinforcements possess an integral 3D architecture that ensures a high structure stability, allowing for a speedy casting process with a high placement-accuracy. On that basis, a reasonable production cost and a stable performance of designed functions can be obtained. The successful development of impact-resistant woven 3D cellular reinforcement essentially facilitates the successful creation of high-performance mineral-bonded strengthening layers, through the use of which the impact resistance of existing concrete structures, thus, their sustainable use, significantly enhances.:1 INTRODUCTION AND MOTIVATION 1 2 LITERATURE REVIEW 7 2.1 Fundamentals of concrete and reinforced concrete 7 2.1.1 Normal concrete 7 2.1.2 Structural concrete family 10 2.1.3 Steel reinforced concrete 11 2.1.4 Concrete and reinforced concrete under impact loading 14 2.1.5 Fiber-based reinforcing materials for concrete 18 2.1.6 Fiber reinforced concrete 21 2.1.7 Textile reinforced concrete 22 2.2 Two-dimensional textile concrete reinforcements 24 2.2.1 Welded metal wire mesh 24 2.2.2 Expanded metal mesh 25 2.2.3 Woven 2D reinforcing structures 25 2.2.4 Warp knitted 2D reinforcing structures 27 2.2.5 Stitched 2D reinforcing structures 28 2.2.6 Adhesively-bonded 2D reinforcing structures 29 2.2.7 Discussion of 2D reinforcing structures 30 2.3 Three-dimensional textile concrete reinforcements 33 2.3.1 Assembled 3D reinforcing structures 33 2.3.2 Woven 3D reinforcing structures 34 2.3.3 Warp knitted 3D reinforcing structures 35 2.3.4 Stitched 3D reinforcing structures 36 2.3.5 Adhesively-bonded 3D reinforcing structures 36 2.3.6 Discussion of available 3D reinforcing structures 36 2.4 Woven 3D cellular structures 37 2.5 Conclusion based on literature review 37 3 RESEARCH AIMS AND OBJECTIVES 39 4 PRELIMINARY INVESTIGATION INTO IMPACT BEHAVIOR OF MINERAL-BONDED COMPOSITE REINFORCED WITH WOVEN 3D CELLULAR STRUCTURE 41 4.1 Introduction 41 4.2 Materials under investigation 43 4.2.1 Reinforcement - Reference woven 3D cellular structure 3DWT Ref 43 4.2.2 Matrix - Fine-grained concrete Pagel TF10 44 4.2.3 Comparing reinforcement - Warp knitted 2D structure 2D BZT2 44 4.3 Specimen labeling 45 4.4 Methodology of small-scale plate impact test 46 4.4.1 Specimen preparation 46 4.4.2 Test setup 47 4.5 Preliminary small-scale plate impact test results 47 4.6 Summary and conclusion of preliminary investigation 58 4.7 Derivation of requirements and procedure for developing impact-resistant woven 3D cellular reinforcement 59 5 DEVELOPMENT OF STRUCTURE SYSTEMATICS FOR IMPACT-RESISTANT WOVEN 3D CELLULAR REINFORCEMENT 63 5.1 Fundamentals of woven 3D cellular structure 64 5.1.1 Conventional woven structure 64 5.1.2 Elements of woven 3D cellular structure 65 5.1.3 Formation principles of woven 3D cellular structure 66 5.1.4 Variation possibilities within woven 3D cellular structure 68 5.2 Design concept of mineral-bonded strengthening layers against impact 71 5.3 Requirements for impact-resistant woven 3D cellular reinforcement 73 5.4 Two-plane woven 3D cellular reinforcements 77 5.4.1 Two-plane woven 3D cellular reinforcements with biaxial grids 77 5.4.2 Two-plane woven 3D cellular reinforcements with triaxial grids 81 5.4.3 Two-plane woven 3D cellular reinforcements with quadriaxial grids 82 5.5 Three-plane 3D cellular reinforcements 83 5.6 Material variation 85 5.6.1 Double yarns 85 5.6.2 Hybrid yarns 86 5.7 Selected impact-resistant woven 3D cellular reinforcements for realization and investigation 86 6 DEVELOPMENT OF WEAVE PATTERN FOR IMPACT-RESISTANT WOVEN 3D CELLULAR REINFORCEMENT 89 6.1 Introduction 89 6.2 Two-plane reference structure 3DWT Ref 90 6.3 Two-plane double yarn structure 3DWT DbWi 92 6.4 Three-plane structure 3DWT DbLyr 93 6.5 Two-plane pyramid structure 3DWT Pyr 95 7 DEVELOPMENT OF TECHNOLOGICAL SOLUTIONS FOR THE MANUFACTURE OF IMPACT-RESISTANT WOVEN 3D CELLULAR REINFORCEMENT 101 7.1 3D cellular weaving technology 101 7.2 Manufacture of two-plane double yarn structure 3DWT-DbWi 107 7.3 Manufacture of three-plane structure 3DWT-DbLyr 108 7.4 Manufacture of two-plane pyramid structure 3DWT-Pyr 112 8 TENSILE BEHAVIOR OF SHCC CONTAINING IMPACT-RESISTANT WOVEN 3D CELLULAR REINFORCEMENT 117 8.1 Quasi-static tension tests 117 8.1.1 Specimen preparation 117 8.1.2 Test setup 118 8.1.3 Quasi-static tension test results 119 8.2 High-speed tension tests 126 8.2.1 Specimen preparation 126 8.2.2 Test setup 126 8.2.3 High-speed tension test results 127 9 ENHANCEMENT OF IMPACT-RESISTANT WOVEN 3D CELLULAR REINFORCEMENT 131 9.1 Concept of enhanced impact-resistant 3D cellular reinforcement 131 9.2 Weave pattern development of enhanced impact-resistant reinforcement 3DWT Pyr Hyb 134 9.3 Manufacture of enhanced impact-resistant reinforcement 3DWT Pyr Hyb 136 9.3.1 Material selection 136 9.3.2 Carbon rovings impregnation 142 9.3.3 Steel wires straightening and preshaping 142 9.3.4 Weaving and realized structure 143 10 PERFORMANCE OF MINERAL-BONDED STRENGTHENING LAYER WITH IMPACT-RESISTANT WOVEN 3D CELLULAR REINFORCEMENT 147 10.1 Tensile behavior of SHCC reinforced with 3DWT Pyr Hyb 147 10.1.1 Specimen preparation 147 10.1.2 Quasi-static tension test results 148 10.1.3 Dynamic tension test results 154 10.2 Impact behavior of SHCC reinforced with 3DWT Pyr Hyb 157 10.2.1 Materials under investigation 157 10.2.2 Small-scale plate impact test results 159 10.3 SHCC reinforced with 3DWT Pyr Hyb as strengthening layer on the impacted side of concrete core 169 10.4 Summary and conclusion of the performance investigation on mineral-bonded strengthening layer reinforced with 3DWT Pyr Hyb 173 11 CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS 175

NaHCOO(aq) and NaDCOO(aq) solutions were measured using Raman spectroscopy from dilute to concentrated solutions at 23 °C in water and heavy water from 50 to 4300 cm−1. A concentrated NaHCOO solution in heavy water was also measured. The Raman band parameters of HCOO−(aq) and DCOO−(aq) such as peak position, full width at half maximum (fwhm), integrated intensities, and depolarization values were determined. From the Raman spectroscopic data, it was concluded that the HCOO−(aq) and DCOO−(aq) symmetry is lower than C2v and probably as low as C1. In contrast to the solution state, (HCO2−(DCO2−) possess C2v symmetry in the gas phase and the DFT frequencies are given. DFT frequencies on a cluster of HCOO−/DCOO− with five implicit water molecules in the first sphere and placed in a polarizable continuum deviate not more than 1–2% from the measured ones. In the Raman spectrum in NaHCOO(aq), a band doublet at 2730 cm−1 and 2820 cm−1 occurs instead of a single band. The band doublet is due to Fermi resonance and results from the interaction of the overtone of the bending C–H mode, 2ν6 at 1382 cm−1 and ν1. The undisturbed C–H stretching mode, ν1 amounts to 2785 cm−1. In DCOO−(aq), a Fermi doublet was also observed at 2030.5 and 2116.5 cm−1, and the undisturbed wavenumber position amounts to 2101 cm−1. Furthermore, a solution of HCOO− in D2O showed slightly changed frequencies compared with the ones in water caused by the solvent isotope effect. Ion pairing between Na+ and HCOO− characterizes the Raman spectrum at high solute concentrations which are melt-like enabling direct contact between the ions. A NaHCOO solution with high amounts of LiCl added showed large perturbations of the HCOO− bands especially νsCOO− and δ COO− of HCOO−and revealed a stronger affinity of Li+ toward HCOO−. The ion pairs formed are most likely contact ion pairs between Li+ and HCOO− which have different stoichiometry of Li+: HCOO− such as 1:1 and 2:1.

Multifunktionale Strukturen sind heute in verschiedenen Fachbereichen von Wissenschaft und Technik von großer Bedeutung. Die Integration von Zusatzfunktionen in existierende Strukturen und Maschinenelemente ermöglicht die Entwicklung neuer innovativer Produkte, die nicht nur kostengünstig, sondern auch platzsparend hergestellt werden können oder vollkommen neue Funktion erfüllen. Das Kunststoffgleitlager mit inte-grierter Verschleißsensorik, das derzeit an der Professur Intelligente Maschinensysteme der Hochschule Mittweida erforscht wird, ist ein beispielhaftes Forschungsprojekt im Bereich multifunktionaler Strukturen. Das Kunststoffgleitlager bietet dem Anwender die Möglichkeit, dank der integrierten Verschleißsensorik aus elektrisch leitfähigem thermoplastischem Kunststoff, Betriebsdaten in Echtzeit zu ermitteln. Diese Innovation ermöglicht die Erfassung des Verschleißgrades des Lagers während des Betriebs, was wiederum eine effektivere Planung von Wartungsintervallen erlaubt. Durch die Vermeidung des vorbeugenden Austauschs noch funktionsfähiger Lager können erhebliche Ressourcen und Kosten eingespart werden. Zur Analyse des Betriebsverhaltens der Sensorelemente wurden umfangreiche numerische Untersuchungen zum mechanischen, thermischen und elektrischen Verhalten des Kunststoffgleitlagers durchgeführt. Ein gekoppeltes Modell wurde in Ansys entwickelt, und mittels einer Parameterstudie verschiedene Szenarien simuliert. Die erzielten Ergebnisse bieten einen detaillierten Einblick in das Betriebsverhalten und die Funktion des Lagers inkl. Sensorik. Mit diesen Erkenntnissen konnte ein Verschleißmodell erstellt werden, welches auf Basis der Sensorwerte kraft- richtungsunabhängig den Verschleißzustand des Lagers ermittelt. Weiterhin kann mit den ermittelten Daten ein passgenauer Messverstärker effizient entwickelt werden. / Multifunctional structures are of great importance in various fields of science and technology today. The integration of additional functions into existing structures and machine elements enables the development of new innovative products that can be manufactured not only cost-effectively but also in a space-saving manner or fulfill entirely new functions. The plastic plain bearing with integrated wear sensing, currently being researched at the Chair of Intelligent Machine Systems at Mittweida University of Applied Sciences, is an exemplary research project in the field of multifunctional structures. The plastic plain bearing provides the user with the ability to determine operating data in real-time thanks to the integrated wear sensing made of electrically conductive thermoplastic material. This innovation enables the monitoring of the degree of wear of the bearing during operation, which in turn allows for more effective planning of maintenance intervals. By avoiding the preventive replacement of still functional bearings, significant resources and costs can be saved. Extensive numerical investigations into the mechanical, thermal, and electrical behavior of the plastic plain bearing were conducted to analyze the operational behavior of the sensor elements. A coupled model was developed in Ansys, and various scenarios were simulated through a parameter study. The results obtained provide a detailed insight into the operational behavior and functionality of the bearing including the sensor system. With this knowledge, a wear model was created, which determines the wear condition of the bearing independently of the direction of force based on the sensor values. Furthermore, with the determined data, a precisely fitting signal amplifier can be efficiently developed.

Die Dissertation beinhaltet Untersuchungen mittels optischer Rasternahfeldmikroskopie (SNOM)an epitaktisch gewachsenen Halbleiter-Nanostrukturen des Materialsystems GaAs/(Al,Ga)As, sowie Untersuchungen mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM/MFM) an ferromagnetischen MnAs-Schichten auf GaAs. Der erste Teil der Arbeit widmet sich dem Aufbau und der Wirkungsweise eines neuen SNOM fürden Einsatz bei tiefen Temperaturen. Das Auflösungsvermögen des Mikroskopswird einmal in Hinblick auf die topographische Empfindlichkeit des Scanners in Richtung der Oberflächennormale, andererseits optisch-lateral charakterisiert. Es wird gezeigt, welche Möglichkeiten der Einsatz geätzter, unbedampfter Nahfeldsonden bietet. Im zweiten Teil werden nahfeld-optische Untersuchungen an GaAs-Quantenfilmen und GaAs-Quantendrähten vorgestellt. Die Grenzflächeneigenschaften der Quantenfilmstrukturen wurden per Wachstumsunterbrechung dahingehend beeinflusst, dass inselartige Gebiete konstanter Quantenfilmdicke entstehen, deren lateraler Durchmesser einige hundert Nanometer beträgt. Durch Photolumineszenzspektroskopie im SNOM kann die räumliche Verteilung der Inseln detektiert werden. Die optischen Nahfeldbilder geben einen interessanten Einblick in die Grenzflächenmorphologie des Quantenfilms und ermöglichen so Rückschlüsse auf die Wachstumsprozesse. Quantendrähte aus GaAs wurden in die intrinsische Zone einer p-i-n-Struktur eingebaut. Durch räumlich aufgelöste sowie energie-selektive Anregung von Photoströmen mittels SNOMkann das Verhalten von zusätzlich in der Struktur erzeugten Ladungsträgern auf den Gesamtstromfluss untersucht werden. Die Ergebnisse liefern ein verbessertes Verständnis über denProzess der selektiven Elektrolumineszenz, durch den diese Strukturen gekennzeichnet sind. Im letzten Teil werden strukturelle Untersuchungen an MnAs-Schichten vorgestellt, die auf GaAs(001) gewachsen wurden. Epitaktisch gewachsene MnAs-Schichten auf GaAs(001) zeigen eine Phasenkoexistenzvon ferromagnetischem und paramagnetischem MnAs unterhalb der Curie-Temperatur. Auf Grund dieser Besonderheit kommt es zur Ausbildung von periodischen elastischen Domänen in der Schicht. Die Entwicklung solcher Domänen wird mittels temperaturabhängiger Rasterkraftmikroskopiedirekt beobachtet. / In this thesis, investigations on both epitactically grown GaAs/(Al,Ga)As semiconductor nanostructures using near-field scanning optical microscopy (SNOM) as well as ferromagnetic MnAs films on GaAs using scanning force microscopy are presented.Setup, operation modes, and properties of a new SNOM designed for low-temperature experiments are discussed. In terms of resolution, both topographical sensitivity of the scanner and optical limitsare distinguished. Surprisingly, the use of uncoated optical fibre tips enables sufficient optical resolution, while the transmission increases dramtically compared to conventional SNOM probes. Using the SNOM setup, near-field optical experiments on GaAs quantum wells and GaAs quantum wiresare made. The interface properties of the quantum well structures had been influenced during growth by interrupting the growth process. Thus, island-like areas with constant well thickness are prepared, whose lateraldiameter is in the order of a few hundred nanometers.Near-field optical photoluminescence spectroscopy can detect the spatial distribution of the islands.The near-field optical images provide interesting insight into the interface morphology and henceabout the growth process itself. GaAs sidewall quantum wires had been grown such that they are built in the center of the intrinsic layer of a p-i-n LED structure.Applying the SNOM, spatially refined photocurrents are induced in the structure. The initial localisation of photogeneratedcharge carriers can also be chosen by varying the excitation energy.This enables a detailed study of how additionally generated carriers contribute to the photocurrent signal,the outcome of which provides deeper understanding in the process of a selective electroluminescenceof the structure. In the last part, structural investigations on MnAs film are discussed, which had been grown on GaAS(001) substrates.These films exhibit a phase coexistense of ferromagnetic and paramagnetic MnAs below the Curie temperature. As a result, periodic elastic domains of the coexisting phases are formed. The development of such domains is studied using temperature-dependent (magnetic) scanning force microscopy.The structural effects are discussed in connection with a theoretical model.

AlGaAs/GaAs- und AlGaAs/GaAs/InGaAs-Quantengraben-Strukturen mit dotiertem Kanal sowie modulationsdotierte AlGaAs/InGaAs/GaAs- Heterostrukturen auf Halbleitermaterialien mit hoher Elektronendriftgeschwindigkeit werden erfolgreich zur Herstellung von Mikro-Hall-Bauelementen eingesetzt. Mit Blick auf ihre Eignung als Magnetfeldsensoren werden die Signal-Linearität, die Sensitivität und das Rauschen bei schwachen und starken elektrischen Feldern untersucht. Auch bei höheren elektrischen Feldern von mehr als 1.8 kV/cm zeigen die Bauelemente mit dotiertem Kanal eine ausgezeichnete Linearität des Signals. Magnetische Empfindlichkeiten von bis zu 600 V/A/T werden im Konstantstrombetrieb gemessen. Unter Verwendung eines Si-δ-dotierten pseudomorphen InGaAs-Quantengrabens wird sowohl eine bessere Sensitivität als auch ein besseres Rauschverhalten erzielt als bei homogen dotiertem GaAs-Kanal. Als beste Signal-Rausch-Empfindlichkeit wird ein Wert von 138 dB/T erreicht für ein Bauelement von 10·10 µm Fläche (bei 300 K, 100 kHz Messfrequenz und 1 Hz Bandbreite). Da das elektrische Verhalten dieser Strukturen besonders durch die hohen Elektronendriftgeschwindigkeiten bestimmt wird, tritt auch bei hohen elektrischen Feldern bis zu 2.4 kV/cm keine Degradation des Bauelementes auf. Als niedrigste Nachweisgrenze für Magnetfelder wird ein Wert von 127 nT/√Hz bestimmt. Verglichen damit, zeigen die modulationsdotierten Bauelemente von 20·20 µm Größe zwar eine höhere Signal-Rausch-Empfindlichkeit von 141 dB/T bei geringen elektrischen Feldern, die sich aber bei höheren Feldstärken stark verschlechtert. Daher haben die Bauelemente mit dotiertem Kanal und pseudomorph verspanntem InGaAs-Quantengraben unter Ausnutzung hoher Elektronendriftgeschwindigkeit bei hohen elektrischen Feldern einige Vorteile gegenüber den modulationsdotierten Strukturen mit hoher Elektronenbeweglichkeit. Untersuchungen der thermischen Stabilität von Bauelementen mit modulationsdotiertem Quantengraben zeigen, dass eine dicke InGaAs-Schicht (innerhalb fixierter Gesamtdicke des GaAs/InGaAs-Kanals) erforderlich ist, um die parasitäre Parallel-Leitfähigkeit des GaAs-Kanals zu vermeiden. Unter Berücksichtigung dieser Erkenntnis und bei Verwendung eines hohen Dotierungsgrades werden ausgezeichnete Temperaturstabilitäten von 90 ppm/K im Konstantstrombetrieb und 192 ppm/K im Konstantspannungsbetrieb erzielt. Unabhängig davon zeigen optische Untersuchungen mit Photolumineszenz-Spektroskopie und Raman-Streuung einen hohen Fehlordnungsgrad in dünnen InGaAs-Quantengräben, der dagegen für dicke pseudomorphe InGaAs-Schichten vernachlässigbar ist. Daher resultiert eine dickere InGaAs-Schicht nicht nur in einer höheren absoluten magnetischen Sensitivität und besseren thermischen Stabilität, sondern auch in geringerem 1/f-Rauschen als Ergebnis von Leitfähigkeitsfluktuationen. Besondere Anstrengungen werden unternommen zum Einsatz der Rauschspektroskopie tiefer Zentren zur Untersuchung der Qualität von Halbleitervolumina bzw. -schichten. In Kombination mit den Untersuchungen der betriebsstromabhängigen Sensitivität erweist sich diese Methode als am Besten geeignet für die Optimierung von Mikro-Hall-Bauelementen. Der Einfluss der Skalierung des Bauelementes auf seine Charakteristika wie Rauschen und magnetische Empfindlichkeit wird untersucht. Sowohl die Signal-Rausch-Empfindlichkeit als auch die Grenzempfindlichkeit sind größenabhängig. Der Einfluss der Geometrie auf die Verteilung des elektrischen Feldes wird für die Form eines Griechischen Kreuzes durch numerische Rechnungen simuliert und diskutiert. Abgerundete Ecken erweisen sich als am Besten geeignet für die Herstellung hochsensitiver und rauscharmer Mikro-Hall-Bauelemente. / Doped-channel quantum well (QW) AlGaAs/GaAs and AlGaAs/GaAs/InGaAs as well as modulation-doped AlGaAs/InGaAs/GaAs heterostructures based on high electron drift velocity semiconductors are successfully applied to the fabrication of micro-Hall devices. Considering these devices as magnetic sensors, their properties were characterized in terms of signal linearity, sensitivity and noise at low and high electric fields. Even at electric fields higher than 1.8 kV/cm, the doped-channel devices exhibit an excellent signal linearity. Magnetic sensitivities up to 600 V/T/A in current drive mode are measured. The usage of a Si-δ-doped pseudomorphic InGaAs QW results in better sensitivity and noise performance than does uniformly doped GaAs. A maximal signal-to-noise sensitivity (SNS) of 138 dB/T is achieved in 10 μm square size device at 300 K, 100 kHz frequency and 1 Hz bandwidth. Because the performance in these structures is driven in part by the high electron drift velocity, it does not degrade even at high electric fields up to 2.4 kV/cm and corresponds to a lowest detection limit of 127 nT/√Hz. Comparatively, the modulation-doped devices of 20 μm square size exhibit a higher SNS of 141 dB/T at low electric fields, but degrade at higher fields. Thus, the doped-channel pseudomorphically strained InGaAs QW high-velocity devices have several advantages over modulation-doped high-mobility structures at high electric fields. Thermal stability studies of doped-channel QW devices reveal a thick InGaAs layer (within a fixed total thickness of the GaAs/InGaAs channel) necessary to avoid the parasitic parallel conductivity in GaAs channel. Using this result and a high doping level, superior temperature stabilities of 90 ppm/K in the current drive mode and 192 ppm/K in the voltage drive mode are attained. Independently, optical studies like photoluminescence and Raman scattering reveal a high degree of disorder in thin InGaAs QWs, being negligible for thick pseudomorphic InGaAs layers. Hence, a thick InGaAs layer causes not only a higher absolute magnetic sensitivity and a better thermal stability, but also lower 1/f noise being a result of conductivity fluctuations. Special effort is devoted to the application of deep level noise spectroscopy as a very sensitive probe for semiconductor bulk and layer quality. Combined with supply-current-related sensitivity studies, this method is most suitable for micro-Hall device optimization. The effect of device scaling on device characteristics like noise and absolute magnetic sensitivity is studied. Both the SNS and detection limit are shown as size-dependent. Additionally, geometry effects on the electric field distribution for Greek cross shapes are simulated by numerical calculations and discussed. Rounded corners appear as most appropriate for the fabrication of highly sensitive low-noise micro-Hall devices.

Systeme mit Zeitverzögerung sind von großem Interesse in Nichtlinearer Dynamik und allgegenwärtig in den Naturwissenschaften. Gegenstand dieser Doktorarbeit ist die raumzeitliche Dynamik räumlich-ausgedehnter, nichtlinearer Systeme mit Zeitverzögerung, mit besonderem Augenmerk auf deren lokalisierte Lösungen. Die betrachteten Systeme werden beschrieben durch partielle Differentialgleichungen und gekoppelte Systeme von gewöhnlichen Differentialgleichungen mit verzögerter Rückkopplung. Hinsichtlich der partiellen Differentialgleichungen untersucht diese Arbeit die Existenz und Stabilität der ebenen Wellenlösungen ebenso, wie die Existenz und Stabilität der lokalisierten Lösungen der eindimensionalen, komplexen, kubischen und kubisch-quintischen Ginzburg-Landau Gleichung mit verzögerter, optischer Rückkopplung. Das erste Ergebnis dieser Arbeit ist die vollständige Beschreibung der Menge der ebenen Wellenlösungen und ihre Stabilität für lange Verzögerungszeiten. Aufgrund der Symmetrie der Ginzburg-Landau Gleichung bildet diese Menge eine eindimensionale Familie, die zum Auftreten einer „Tube“ in Parameter-Koordinaten führt. Das zweite, neuartige Ergebnis ist die Beschreibung der Modulationsinstabilität dieser lokalisierten Strukturen. Diese Instabilität kann zu einer periodischen und chaotischen Zickzackbewegung der Lösung führen. Das dritte Resultat ist die Charakterisierung gebundener Impulsfolgen in einem System von gekoppelten gewöhnlichen Differentialgleichungen mit Zeitverzögerung, das zur Beschreibung einer Anordnung von modengekoppelten Lasers herangezogen wird. In diesem Regime interagieren die modengekoppelten Impulse in verschiedenen Lasern lokal über die Balance von Abstoßung und Anziehung. Resultierend daraus entstehen Cluster von Impulsen, die in einzelnen modengekoppelten Lasern nicht möglich sind. Sämtliche genannte Phänomene wurden analytisch und numerisch behandelt. / Systems with time-delay are ubiquitous in nature and attract significant interest in the field of nonlinear dynamics. The scope of this Thesis is the spatiotemporal dynamics in spatially extended nonlinear systems with time-delay, with a focus on the dynamics of localized structures. The systems under consideration are described by partial differential equations with delayed feedback and coupled systems of delay differential equations. For the partial differential equations, the existence and stability of plane wave solutions as well as localized structures are investigated in one-dimensional complex cubic and cubic-quintic Ginzburg-Landau equation with delayed feedback. The first result of this Thesis is the complete description of the set of plane wave solutions and their stability in the limit of large delay time. Due to the symmetry of Ginzburg-Landau equation, this set forms a one-dimensional family which leads to the appearance of the “tube” in parameter coordinates which is filled densely with plane wave solutions with the increase of the delay time. The second novel result is the description of modulational instability of localized structures in spatially extended systems with time-delay which can lead to periodic and chaotic zigzagging movement of the solution. The third result is the description of bound pulse trains in coupled delay systems depicting an array of mode-locked lasers. In this regime mode-locked pulses in different lasers interact locally via the balance of their repulsion and attraction. As a result, clusters of pulses emerge which can not exist in a solitary mode-locked laser. All of the aforementioned phenomena were described analytically and the results are supported by path continuation methods as well as direct numerical simulations with a specially designed software tool.

Constraint Satisfaction Probleme tauchen in vielen Gebieten der theoretischen Informatik auf. Häufig lassen sie sich auf natürliche Weise als Homomorphieprobleme für eine festgelassene Struktur Gamma formulieren: Die Berechnungsaufgabe besteht dann darin, für eine gegebene Struktur S mit der gleichen relationalen Signatur wie Gamma festzustellen, ob es einen Homomorphismus von S nach Gamma gibt. Dieses Problem wurde für enliche Strukturen Gamma intensiv untersucht. Viele der Constraint Satisfaction Probleme, die in der Literatur betrachtet werden, lassen sich jedoch nicht mit endlichen Schablonen Gamma formulieren. Diese Arbeit verallgemeinert Techniken zur Untersuchung der Berechnungskomplexität von Constraint Satisfaction Problemen mit endlichen Schablonen auf unendliche Schablonen. Insbesondere betrachten wir abzählbar kategorische Schablonen, die von zentraler Bedeutung in Modelltheorie sind. / Constraint satisfaction problems occur in many areas of computer science. Often they have a natural formulation as a homomorphism problem for a fixed relational structure Gamma: Given a structure S with the same relational signature as Gamma, is there a homomorphism from S to Gamma? This problem is known as the constraint satisfaction problem CSP(Gamma) for the template Gamma and is intensively studied for relational structures Gamma with a finite domain. However, many constraint satisfaction problems in the literature can not be formulated with a finite template. This thesis generalizes techniques to determine the complexity of constraint satisfaction with finite templates to constraint satisfaction with templates over an infinite domain. In particular, we study templates that are countably categorical. Such structures are a central and well-studied concept in model-theory.

Zentrales Thema dieser Dissertation ist die Untersuchung anorganisch/organischer Hybridsysteme (HIOS) mit besonderem Fokus auf den speziellen Prozessen an der Grenzfläche beider Materialklassen. Organische Moleküle, in Verbindung mit anorganischen Halbleitern haben ein großes Potenzial für Anwendungen in zukünftigen optoelektronischen Hybridbauteilen, indem sie Vorteile zweier unterschiedlicher Welten kombinieren. Entscheidend für die Herstellung von hybriden Strukturen ist das Verständnis der Wechselwirkungen an der Grenzfläche zwischen organischem und anorganischem Material. In dieser Arbeit werden diese Wechselwirkungen analysiert, um eine Wachstumskontrolle an der Grenzfläche zwischen konjugierten organischen Molekül und anorganischem Halbleiter zu ermöglichen. Hierfür werden unterschiedliche Ansätze verfolgt: Im ersten Teil der Arbeit wird die Wechselwirkung des Modellsystems Sexiphenyl (6P) an der Grenzfläche zu ZnO untersucht, sowie das Wachstum des Moleküls mittels verschiedener Methoden kontrolliert. Das daraus gewonnene Wissen kann im zweiten Teil dazu verwendet werden einen hybriden ZnO/6P/ZnO-Stapel zu realisieren, bei dem die organische Schicht ohne Beeinträchtigung der Kristallstruktur, mit definierten Grenzflächen bis hin zur atomaren/molekularen Ebene, überwachsen werden kann. Der letzte Teil der Arbeit befasst sich mit der optischen Echtzeit-Beobachtung während des organischen Wachstums verschiedener Moleküle. Dadurch ist es möglich Veränderungen von Struktureigenschaften und Wechselwirkungen zwischen Molekülen und dem Substrat zerstörungsfrei zu bestimmen, während diese aufgewachsen werden. Hierdurch können schlussendlich mögliche Mechanismen aufgezeigt werden, um elektronische und optische Wechselwirkung an der Grenzfläche zwischen organischem Molekül und anorganischen Halbleitern zu analysieren, sowie Wachstumsprozesse weiter zu verstehen und kontrollieren. / The central subject of this thesis are hybrid inorganic/organic systems (HIOS) with a focus on the specific processes at the interface between the two material classes. Organic molecules used together with inorganic semiconductors, have a great potential for future optoelectronic applications in hybrid components, by combining the advantages of two dissimilar worlds. Decisive for the production of hybrid structures is the understanding of the interactions at the interface between organic and inorganic material. In this thesis, the interactions are analyzed to enable growth control at the interface between conjugated organic molecules and inorganic semiconductors. In the first part of the thesis, the interaction of the model system sexiphenyl (6P) at the interface with ZnO, as well as approaches to control the growth of the molecule are being investigated. The knowledge gained here is used in the second part to realize a hybrid ZnO/6P/ ZnO stack, in which the organic layer can be overgrown without affecting the crystal structure, exhibiting defined interfaces down to the atomic/molecular level. The last part of the thesis deals with real time optical observation during organic growth of different molecules. By this changes in structural properties and interactions between molecules and the substrate can be non-destructively determined as they are growing. Ultimately, a comprehensive insight into the optical and electronic interactions at the interface between organic molecules and inorganic semiconductors can be gained and possible control mechanisms are shown.

Zellulare metallische Strukturen zeichnen sich durch ihre hohe Porosität und ihre komplexe geometrische Struktur aus. Dadurch ist die Bestimmung ihrer Wärmeleitfähigkeit eine komplizierte und aufwändige Messaufgabe. Für die vorliegende Arbeit wurden Materialien ausgewählt, die sich im Grundmaterial, in der Herstellungsmethode und im strukturellen Aufbau unterscheiden. Dabei wurden Materialien mit unterschiedlicher Porosität und Porengröße untersucht. Die effektive Wärmeleitfähigkeit wurde mit drei unterschiedlichen Messverfahren bestimmt. Die Messungen wurden bei normalem Druck bei Raumtemperatur und für ausgewählte Materialien bis maximal 800 °C durchgeführt. Dabei wurden die Bedingungen für die optimale Durchführung der Messungen und die Probleme jedes Verfahrens herausgearbeitet. Daraus wurden Empfehlungen für die optimale Messungsdurchführung abgeleitet. Die gewonnenen Messergebnisse wurden miteinander, mit Werten aus der Literatur und mit vorhandenen mathematischen Modellen verglichen.

This thesis extends a localisation theory for finite algebras to certain classes of infinite structures. Based on ideas and constructions originally stemming from Tame Congruence Theory, algebras are studied via local restrictions of their relational counterpart (Relational Structure Theory). In this respect, first those subsets are identified that are suitable for such a localisation process, i. e. that are compatible with the relational clone structure of the counterpart of an algebra. It is then studied which properties of the global algebra can be transferred to its localisations, called neighbourhoods. Thereafter, it is discussed how this process can be reversed, leading to the concept of covers. These are collections of neighbourhoods that allow information retrieval about the global structure from knowledge about the local restrictions. Subsequently, covers are characterised in terms of a decomposition equation, and connections to categorical equivalences of algebras are explored. In the second half of the thesis, a refinement concept for covers is introduced in order to find optimal, non-refinable covers, eventually leading to practical algorithms for their determination. Finally, the text establishes further theoretical foundations, e. g. several irreducibility notions, in order to ensure existence of non-refinable covers via an intrinsic characterisation, and to prove under some conditions that they are uniquely determined in a canonical sense. At last, the applicability of the developed techniques is demonstrated using two clear expository examples. / Diese Dissertation erweitert eine Lokalisierungstheorie für endliche Algebren auf gewisse Klassen unendlicher Strukturen. Basierend auf Ideen und Konstruktionen, die ursprünglich der Tame Congruence Theory entstammen, werden Algebren über lokale Einschränkungen ihres relationalen Gegenstücks untersucht (Relationale Strukturtheorie). In diesem Zusammenhang werden zunächst diejenigen Teilmengen identifiziert, welche für einen solchen Lokalisierungsprozeß geeignet sind, d. h., die mit der Relationenklonstruktur auf dem Gegenstück einer Algebra kompatibel sind. Es wird dann untersucht, welche Eigenschaften der globalen Algebra auf ihre Lokalisierungen, genannt Umgebungen, übertragen werden können. Nachfolgend wird diskutiert, wie dieser Vorgang umgekehrt werden kann, was zum Begriff der Überdeckungen führt. Dies sind Systeme von Umgebungen, welche die Rückgewinnung von Informationen über die globale Struktur aus Kenntnis ihrer lokalen Einschränkungen erlauben. Sodann werden Überdeckungen durch eine Zerlegungsgleichung charakterisiert und Bezüge zu kategoriellen Äquivalenzen von Algebren hergestellt. In der zweiten Hälfte der Arbeit wird ein Verfeinerungsbegriff für Überdeckungen eingeführt, um optimale, nichtverfeinerbare Überdeckungen zu finden, was letztlich zu praktischen Algorithmen zu ihrer Bestimmung führt. Schließlich erarbeitet der Text weitere theoretische Grundlagen, beispielsweise mehrere Irreduzibilitätsbegriffe, um die Existenz nichtverfeinerbarer Überdeckungen vermöge einer intrinsischen Charakterisierung sicherzustellen und, unter gewissen Bedingungen, zu beweisen, daß sie in kanonischer Weise eindeutig bestimmt sind. Schlußendlich wird die Anwendbarkeit der entwickelten Methoden an zwei übersichtlichen Beispielen demonstriert.