In der Dissertation werden die Gesetze zur Reform des Arbeitsmarktes in Deutschland, besser bekannt als Hartz-Reformen, untersucht. Zunächst wird ein Überblick über die wichtigsten Änderungen aus den vier Reform-Paketen gegeben sowie die Effekte, welche man sich davon versprach. Des Weiteren werden zwei grundlegende Reformmaßnahmen, nämlich die Zusammenlegung der Arbeitslosen- und Sozialhilfe (Hartz IV) sowie die Verkürzung der Bezugsdauer der Arbeitslosenversicherungsleistung, analysiert, um deren Auswirkungen auf das individuelle Verhalten und die aggregierte Ökonomie zu evaluieren. Diese Untersuchung geschieht im Rahmen eines Matching-Modells mit optimaler verweildauerabhängiger Suchleistung. Mit Hilfe von Semi-Markov-Methoden, deren Anwendung in der Arbeitsmarkttheorie beschrieben wird, findet schließlich eine Aggregierung statt. Auf diese Weise können die Auswirkungen der Hartz-IV-Reformen auf die Verweildauer in Arbeitslosigkeit, die optimale Suchleistung und die Arbeitslosigkeit quantifiziert werden. / This thesis analyzes the 2001-2006 labor market reforms in Germany. The aim of this work is twofold. First, an overview of the most important reform measures and the intended effects is given. Second, two specific and very fundamental amendments, namely the merging of unemployment assistance and social benefits, as well as changes in the duration of unemployment insurance benefits, are analyzed in detail to evaluate their effects on individuals and the entire economy. Using a matching model with optimal search intensity and Semi-Markov methods, the effects of these two amendments on the duration of unemployment, optimal search intensity and unemployment are analyzed.

In der vorliegenden Arbeit wurden drei unabhängige Problemfelder moderner biophysikalischer und materialwissenschaftlicher Forschung untersucht: Diffusion in binären Legierungen, der Umbauprozess in trabekulärem Knochen und die Voraussage mechanischer Eigenschaften, insbesonders der Biegesteifigkeit, selbstorganisierender, amphiphiler Membrane. Für alle drei Problemfelder wurden Gittermodelle gewählt, um ausgesuchte Fragestellungen zu untersuchen. Für den Fall der Diffusion in Legierungen war dies, inwieweit sich der Diffusionprozess, der sich auf atomarer Ebene als diskrete Platztäusche zwischen Atomen und Leerstellen manifestiert, auf einer größeren, makroskopischen, Ebene mit Hilfe einer kontinuumstheoretischen Theorie beschreiben lässt. Im Fall der Beschreibung des Umbauprozesses in in trabekulärem Knochen wurde die die spongiöse Architektur des Knochens auf ein Gitter abgebildet und mittels einer vereinfachten mechanischen Beschreibung die lokale Belastung in jedem Knochenelement bestimmt. Die zeitliche Entwicklung des Systems wurde mittels eines stochastischen Umbaugesetzes gesteuert, das die Wahrscheinlichkeit für Knochenan- bzw. -abbau als Funktion der lokalen Volumenänderung vorgab. Es wurde gezeigt, dass ein nicht-lineares Umbaugesetz bessere Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen zeigt, als ein rein lineares. Weiters wurde das Krankheitsbild der Osteoporose untersucht und es konnte eine Unterscheidung zwischen einem normalen Alterungsprozess der Knochenstruktur und einer krankhaften Veränderung gezogen werden. Um die mechanischen Eigenschaften selbstorganisierender Membrane zu bestimmen, wurden linear elastische Federkräfte zwischen benachbarten Molekülen angenommen. Die volle elastische Matrix und daraus die gewünschten Eigenschaften wurden für unterschiedliche Zusammensetzungen der Membrane bestimmt. Es wurde gezeigt, dass die Biegesteifigkeit solcher Membrane in einem begrenzten Konzentrationsbereich um mehrere Größenordnungen variieren kann. / This thesis presents the results of investigations on three independent research topics of modern biophysical and materials science research: substitutional diffusion in binary alloys, the remodelling process in trabecular bone and the prediction of mechanical properties of self assembling, amphiphilic bilayers. The basic description of all three projects is based on lattice models, a highly successful class of models that are used in several fields of modern physics to describe physical processes. For the diffusional process in alloys, which on a microscopic scale manifests in a discrete site exchange between one atom and a neighbouring vacancy, it was investigated how this microscopic description can be reconciled with a macroscopic continuum model. For the investigations on remodelling of trabecular bone, the architecture of bone was mapped onto a lattice and the local mechanical state of each element was determined by a simplified mechanical model. A stochastic description was chosen to model the time evolution of the system, relating the probability of bone formation and resorption, respectively, to the local volume changes of the bone elements. It was shown that a non-linear remodelling law is a better candidate to describe the remodelling process in real bone than a linear one. Furthermore, applying the model to osteoporosis - a wide spread bone disease - it was shown that in the features attributed to osteoporosis one has to distinguish between normal ageing of bone''s architecture and additional changes that stem from pathological alterations in the regulatory system. A simple concept was introduced to model the mechanical properties of self-assembled membranes. The molecules forming the membrane are assumed to occupy a triangular lattice, nearest neighbours are connected by linear elastic springs. It was shown that the bending rigidity exhibits a pronounced concentration dependence, varying over orders of magnitude in a narrow concentration regime.

Die Studentenkonferenz Informatik Leipzig 2011 bietet die Möglichkeit, die Identifikation für das Studienfach Informatik und die Begeisterung für IT-Themen allgemein bei Studierenden zu wecken. Bei der Studentenkonferenz reichten Studierende kurze Artikel über Studien-, Abschlussarbeiten oder in der Freizeit absolvierte informatikrelevante Projekte ein. Andere Studierende, Doktoranden und wissenschaftliche Mitarbeiter der Leipziger Hochschulen bewerteten und diskutierten die eingereichten Arbeiten. Interessante und gut ausgearbeitete Einreichungen wurden zur Präsentation auf der Konferenz angenommen. Dieses Buch beinhaltet die überarbeiteten Beiträge der studentischen Autoren. Eine Studentenkonferenz unterscheidet sich kaum von einer anderen wissenschaftlichen Konferenz. Die Themenvielfalt kann allerdings durch die Breite der vertretenen Themen größer sein und die wissenschaftliche Innovation ist bei der Bewertung der Arbeiten nicht immer das primäre Kriterium. Eine Studentenkonferenz hilft, das kreative Potential von Studierenden besser sichtbar zu machen und Studierende für die Informatik und die Forschung zu begeistern. Außerdem stärkt sie den Austausch zwischen verschiedenen Disziplinen innerhalb der Informatik und fördert insbesondere das gegenseitige Verständnis von Lehrkräften und Studierenden. In diesem Jahr wurde am Institut für Angewandte Informatik (InfAI) e.V. zum zweiten Mal die Studentenkonferenz Informatik Leipzig (SKIL 2011) organisiert. Initiiert und maßgeblich organisiert wurde die SKIL 2011 von den Forschungsgruppen Agile Knowledge Engineering and Semantic Web (AKSW) und Service Science and Technology (SeSaT) der Universität Leipzig. Die Konferenz fand am 02. Dezember 2011 in Leipzig statt.

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit Wachstum und Aufbau von Fluorapatit-Gelatine-Nanokompositaggregaten. Diese Aggregate werden im sogenannten Doppeldiffusionsversuch biomimetisch erzeugt und ihre äußere Form bzw. Formentwicklung lässt sich anhand eines fraktalen Modells bis ins Detail nachvollziehen. Sie zeigen einen komplexen inneren Aufbau, in dem die Makromoleküle der organischen Komponente einerseits im Zentrum jeder Nanoeinheit und andererseits zu Strängen, den sogenannten Fibrillen, zusammengelagert am Aufbau der Kompositaggregate beteiligt sind. Im Fall des Kompositkeims ist die innere Architektur in hoher Detailstufe verstanden, auch wenn -- insbesondere bezüglich der späteren Wachstumsphasen -- eine Reihe ungeklärter Fragestellungen verbleibt. Ein zentrales Ergebnis der vorliegenden Arbeit bildet die Entdeckung eines weiteren Wachstumstypen, der im Vergleich zu den bekannten, fraktalen Kompositaggregaten grundsätzliche Unterschiede bezüglich des inneren und äußeren Aufbaus zeigt. Der Grund für die andersartige Formentwicklung liegt in der Versteifung der organischen Komponente durch eine vorangegangene Einlagerung von Calciumionen, wie sowohl experimentell als auch mit atomistischen Computersimulationen gezeigt werden konnte. Aufgrund der hohen Komplexität des Systems ist es bislang allerdings nicht möglich, lokale Ionen-Konzentrationen und pH-Werte vor bzw. während Nukleation und Wachstum der Kompositaggregate im Doppeldiffusionsversuch zu bestimmen. Deshalb wurde ein Ersatzversuch -- der sehr ähnlich strukturierte Aggregate erzeugt, sich aber mit rechnerischen Methoden analysieren lässt -- entworfen und untersucht. Anhand dieser Ergebnisse konnte erstmals die "Geschichte" von Fluorapatit-Gelatine-Nanokompositaggregaten detailliert nachvollzogen werden. Da über die Rolle der Gelatine beim Wachstum der Kompositaggregate nur wenig bekannt ist, wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, in denen Gelatinen mit verschiedenen Molekülmassenverteilungen eingesetzt wurden. Es stellte sich heraus, dass für selbstorganisiertes und insbesondere fraktales Wachstum der Kompositaggregate lange, möglichst wenig gestörte Makromoleküle von zentraler Wichtigkeit sind. Um die Funktion der organischen Komponente für das Kompositwachstum näher zu untersuchen, wurden Oberflächen von Kompositkeimen mit rasterkraftmikroskopischen Methoden studiert. Durch Säuberung der Oberflächen konnten Austrittsstellen der organischen Komponente durch die Oberfläche der Kompositkeime identifiziert werden. Damit konnte gezeigt werden, dass die organische Komponente aus dem Inneren des Festkörpers teilweise durch die Oberfläche dringt und somit während des Wachstums weit in das Gel hineinreichen sollte. Für die mesoskopische Strukturbildung der Kompositaggregate spielen intrinsische elektrische Felder eine essenzielle Rolle. Deshalb wurde bislang eine Wirkung externer elektrischer Felder auf das Wachstum der Kompositaggregate vermutet. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde herausgearbeitet, dass es zwar zu keiner direkten Beeinflussung kommen kann, jedoch in den elektrodennahen Bereichen des Gels eine Ordnung der organischen Moleküle durch externe elektrische Felder zu erwarten ist. Dies könnte eine Wirkung auf wachsende Kompositaggregate zeigen. Da diese Effekte auch aufgrund der elektrischen Felder um die dipolaren Kompositaggregate zu erwarten sind, könnte eine ähnliche Strukturierung der Gelatine in der Nähe der wachsenden Kompositaggregate stattfinden. Insgesamt wurden in dieser Arbeit eine Reihe grundlegender Beiträge zur Erforschung der biomimetisch erzeugten Fluorapatit-Gelatine-Nanokompositaggregate geleistet. Es konnten neue Erkenntnisse zur inneren und äußeren Architektur der Kompositaggregate, zu Mechanismen der Morphogenese und deren wichtigsten Einflussgrößen sowie zum Verständnis der chemisch-physikalischen Vorgänge auf atomarer Größenskala gewonnen werden. Als besonders fruchtbar erwies sich die Verbindung von Experimenten mit theoretischen Untersuchungen, so dass dieser Weg auch in Zukunft grundlegende Erkenntnisse bei der Erforschung der Biomineralisation verspricht und weiterhin verfolgt werden sollte.

Die Sauerstoffausscheidung in Silicium wird durch die Höhe der Bordotierung beeinflusst. Mit dem Ziel der Aufklärung der Mechanismen bei der Ausscheidung wurden verschiedene physikalische Messmethoden angepasst und ein breiter Borkonzentrationsbereich charakterisiert. Es wurden die frühen Phasen der Ausscheidungsbildung sowie Komplexbildung als auch das Wachstum der Sauerstoffausscheidungen untersucht. Mithilfe einer neuen Methodenkombination aus alkalischem Ätzen und FTIR-Spektroskopie konnten verschiedene Bor-Komplexe nachgewiesen werden. Die Erkenntnisse über deren Existenz sowie Kinetik wurden numerisch umgesetzt. Mittels Kleinwinkel-Neutronenstreuung wurden erstmals in den frühen Phasen der Sauerstoffausscheidung deren Form und Größe in Abhängigkeit der Borkonzentration bestimmt. Die physikalischen Prozesse, die zu einem beschleunigten als auch anomalen Ausscheidungsverhalten in Abhängigkeit der Borkonzentration führen, konnten teilweise aufgeklärt werden.

Mit dem zweidimensionalen numerischen Diskrete-Elemente-Programm UDEC wurde nach vorheriger Kalibrierung das Einstanzen einer keilförmigen Schneide in Gesteinsmaterial simuliert und mit Laborversuchen verglichen. Außerdem wurde ein Schneidprozess simuliert. Mittels einer selbst entwickelten Routine, welche die Gesteinselemente bei Überlastung zerteilt und ein ‚Re-meshing‘ erzeugt, konnten befriedigende Simulationsergebnisse erzielt werden. Mit der dreidimensionalen Simulationssoftware PFC3D auf Partikelbasis wurden Modelle mit Hilfe von Zug-, Druck-, Scher- und Stanzversuchen kalibriert und anschließend Schneid- und Bohrversuche simuliert. Die Schneidsimulationen erbrachten bezüglich der Kräfte bei verschiedenen Prozessparametern gute Übereinstimmung mit den Laborversuchen. Bei der Bohrsimulationen konnten Kräfte und Momente aus den Laborversuchen nur teilweise reproduziert werden.

Als Ergebnis der vorliegenden Arbeit wurde ein nützliches Hilfsmittel auf der Basis der kognitiven Herangehensweise zur Verbesserung der Effizienz der Managemententscheidungen für die Gussausschussverringerung und Qualitätsverbesserung in den Gießereien entwickelt. Das Werkzeug hilft dem Technologen, den Mechanismus des Gussfehlerentstehungsprozesses aufzudecken, die Logik der Gussfehlerentstehung zu verstehen und die präventiven Maßnahmen zu testen. Man kann das Werkzeug täglich im Betrieb benutzen, um die strategischen und operativen Entscheidungen rasch und ohne Durchführung der kostspieligen und komplizierten Versuche zu treffen. Auf diese Weise können Kosten und Zeit eingespart werden.

Recent experimental studies indicate that polymeric structures with a well-adjusted balance of amphiphilic parts may translocate through self-assembled phospholipid bilayers and enhance the passive trans-membrane transport of smaller molecules. Using a coarse grained lattice Monte Carlo model with explicit solvent we investigate self-assembled lipid bilayers interacting with a linear polymer chain under variation of the hydrophobicity of the chain. Here, we focus on the relationship between the chain's hydrophobicity and its translocation behavior through the membrane as well as induced membrane perturbations. We show, that there is an adsorption transition of the polymer at the bilayer interface, where effectively the solvent phase and the tail phase of the bilayer are equally repulsive for the polymer. Close to this adsorption threshold of the polymer both the translocation probability of the polymer as well as the permeability of the membrane with respect to solvent are enhanced significantly. The frequency of polymer translocation events can be understood quantitatively assuming a simple diffusion along a one-dimensional free energy profile, which is controlled by the effective lipophilicity of the chain and the tail-packing in the bilayer's core. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Als Beitrag zu einer verbesserten Filtration von Metallschmelzen werden stochastische Modelle für den essentiellen Mechanismus der Koagulation von Brownschen Partikeln und Partikeln in turbulenten Strömungen entwickelt und untersucht. Formeln für die zeitliche Entwicklung der Partikelkonzentration in diesen Systemen erlauben die Bestimmung von physikalischen Parametern, welche die Koagulation und somit die Filtration begünstigen. Um wichtige Resultate im Zusammenhang mit der traditionellen Herangehensweise für Brownsche Partikel zu berichtigen und zu erweitern, wird ein neuer Ansatz in Form zweier Modelle entwickelt. Für beide werden Formeln für die Partikelkonzentration, auf Basis einer neuartigen Verallgemeinerung der Matérn Hard-Core-Punktprozesse, abgeleitet. Um im Hinblick auf die Koagulationsgleichung der fraktalartigen Gestalt der Agglomerate besser Rechnung zu tragen, wird deren Morphologie anhand zweier neuer Modelle quantifiziert. Die Arbeit wird durch Anwendung der Modelle und numerische Simulationen von Koagulation und Abscheidung in turbulenten Strömungen abgerundet.

The development of materials with tailored functionalities and with continuously shrinking linear dimensions towards (and below) the nanoscale is not only going to revolutionize state of the art fabrication technologies, but also the computational methodologies used to model the materials properties. Specifically, atomistic methodologies are becoming increasingly relevant in the field of materials science as a fundamental tool in gaining understanding on as well as for pre-designing (in silico material design) the behavior of nanoscale materials in response to external stimuli. The major long-term goal of atomistic modelling is to obtain structure-function relationships at the nanoscale, i.e. to correlate a definite response of a given physical system with its specific atomic conformation and ultimately, with its chemical composition and electronic structure. This has clearly its pendant in the development of bottom-up fabrication technologies, which also require a detailed control and fine tuning of physical and chemical properties at sub-nanometer and nanometer length scales. The current work provides an overview of different applications of atomistic approaches to the study of nanoscale materials. We illustrate how the use of first-principle based electronic structure methodologies, quantum mechanical based molecular dynamics, and appropriate methods to model the electrical and thermal response of nanoscale materials, provides a solid starting point to shed light on the way such systems can be manipulated to control their electrical, mechanical, or thermal behavior. Thus, some typical topics addressed here include the interplay between mechanical and electronic degrees of freedom in carbon based nanoscale materials with potential relevance for designing nanoscale switches, thermoelectric properties at the single-molecule level and their control via specific chemical functionalization, and electrical and spin-dependent properties in biomaterials. We will further show how phenomenological models can be efficiently applied to get a first insight in the behavior of complex nanoscale systems, for which first principle electronic structure calculations become computationally expensive. This will become especially clear in the case of biomolecular systems and organic semiconductors.