Bis heute ist nicht bekannt, in welcher Umgebung die schwersten Elemente durch Neutroneneinfangprozesse entstehen. Es gibt zwei mögliche Szenarien, die in der Literatur diskutiert werden: Supernova-Explosionen und Neutronensternverschmelzungen. Beide tragen zur Elementproduktion bei. Welches Szenario aber die dominierende Umgebung ist, bleibt umstritten. Mehrere Fakten sprechen für Supernova-Explosionen als Entstehungsorte: Wenn ein massereicher Stern kollabiert und anschließend explodiert, sind die Temperatur und die Dichte so hoch, dass Neutronen von den bereits bestehenden Elementen eingefangen und angelagert werden können. Obwohl in Simulationen mit kugelsymmetrischen Modellen nur protonen- reiche Auswürfe entstehen, kann es in asymmetrischen Explosionen aufgrund der Rotation und der Magnetfelder vermutlich zu einem neutronenreichen Auswurf kommen. Dieser ist hoch genug, dass der schnelle Neutroneneinfang auftreten kann. In dieser Arbeit habe ich daher die Überreste solcher Explosionen untersucht, um nach Asymmetrien und ihren möglichen Auswirkungen auf die Element-Entstehung und Verteilung zu suchen. Dafür wurden die beiden Supernova-Überreste CTB 109 und RCW 103 ausgewählt. CTB 109 besitzt im Zentrum einen anomale Röntgenpulsar, also einen Neutronenstern mit hohem Magnetfeld und starker Rotation, die durch Asymmetrien hervorgerufen worden sein könnten. Auch RCW 103 hat vermutlich einen solchen Pulsar als zentrale Quelle. Beide Überreste sind noch recht jung und befinden sich in ihrer Sedov-Taylor Phase. Die Distanz zur Erde beträgt für beide Überreste ungefähr 3 kpc, womit sie in der näheren Umgebung der Erde zu finden sind. Die Elemente bis zur Eisengruppe haben ihre bekanntesten Linien im Bereich der Röntgenstrahlung. Deswegen wurden für diese Arbeit archivierte Daten des Satelliten XMM-Newton ausgewählt und die Spektren in definierten Regionen in den bei- den Supernova-Überresten mit den EPIC MOS-Kameras ausgewertet. Die heutigen Röntgensatelliten haben jedoch keine ausreichende Sensitivität, um die schwersten Elemente zu detektieren. In den Spektren der beiden Überreste wurden deshalb vorwiegend die Elemente Silizium und Magnesium gefunden, in CTB 109 auch Neon. Elemente mit höheren Massezahlen konnten leider nicht signifikant aus dem Hintergrund herausgefiltert werden. Deutlich sind die Peaks der drei Elementen sichtbar, aber auch Schwefel ist in den Regionen mit hohen Zählraten zu entdecken. Für bei- de Supernova-Überreste wurde der beste Fit mit dem Modell vpshock gefunden. In diesem Modell wird ein Plasma angenommen, das bei konstanter Temperatur plan-parallel geschockt wird. Um diesen Fit zu erzielen wurden die Parameter für die Elemente Fe, S, Si, Mg, O und Ne variiert. Die restlichen Elemente wurden auf die solare Häufigkeit festgelegt. Bei CTB 109 befinden sich die Temperaturen (kT) in den Regionen mit hohen Zählraten im Bereich zwischen 0.6 und 0.7 keV und liegen damit im selben Bereich, der bereits mit anderen Teleskopen für CTB 109 gefunden wurde. In den Regionen mit niedrigen Zählraten liegen die Temperaturen etwas tiefer mit 0.3-0.4 keV. Im Supernova-Überrest RCW 103 wurde nur eine Region mit hoher Zählrate analysiert und eine Temperatur von 0.57 keV gefunden, während in der Region mit niedriger Zählrate die Temperatur kT = 0.36 ± 0.08 keV beträgt. Beide Werte passen zu den Werten in CTB 109. Die einzelnen Elementlinien wurden zusätzlich mit einer Gauß-Verteilung angepasst und die Flüsse ermittelt. Diese wurden in Intensitätskarten aufgetragen, in denen die unterschiedlichen Verteilungen der Elemente über den Supernova-Überrest zu sehen sind. Während Silizium in einigen wenigen Regionen geklumpt auftritt, ist Magnesium über die Überreste verteilt und hat in einigen Regionen höhere Werte als Silizium. Das lässt den Schluss zu, dass die beiden Elemente auf unterschiedliche Weise aus der Explosion herausgeschleudert wurden. Die Verteilung ist hier durchaus asymmetrisch, es ist jedoch nicht möglich dies auf eine asymmetrische Explosion der Supernova zurückzuführen. Dafür müssen mehr als zwei Supernova-Überreste mit dieser Methode untersucht werden und mit einer noch nicht vorhandenen Theorie zur Verteilung der Elemente in Überresten verglichen werden. Im direkten Vergleich der beiden bisher untersuchten Supernova-Überreste CTB 109 und RCW 103 sieht man, dass die beiden Überreste sich sehr in der Temperatur und der Verteilung der Elemente ähneln. Das lässt auf eine einheitliche Ausbreitung der Elemente innerhalb der Supernova-Überreste schließen. Silizium wird aufgrund der Explosion in fingerartigen Strukturen, die Rayleigh-Taylor-Instabilitäten, nach außen transportiert. Dabei bildet es Klumpen, die mit den weiter außen liegenden Schalen reagieren. Magnesium und Neon hingegen werden hauptsächlich in den Brennphasen vor der Explosion und in den äußeren Schichten des Sterns, der Zwiebelschalenstruktur, produziert. Dadurch ist eine ausgedehnte Verteilung zu er- warten. Diese Verteilungen der drei Elemente ist in dieser Arbeit bestätigt worden. Während Magnesium und Neon über den gesamten Überrest hohe Flüsse aufweisen, ist Silizium sehr lokal im Lobe von CTB 109 und im hellen Süden von RCW 103 zu finden. Mit zukünftigen Röntgenteleskopen, die eine höhere räumliche Auflösung ermöglichen, könnten die beobachteten Zusammenhänge zwischen der asymmetrischen Elementverteilung im Supernovaüberrest und den Mechanismen der Elemententstehung in der Supernova weiter untersucht werden. / Elements heavier than iron are produced via neutron capture. Where this process happens is still unknown. There are two main sites discussed in literature: supernova explosions and neutronstar mergers. Both will produce the lighter heavy elements, but the dominant producer of these two scenarios has still not determined. There are some good arguments for supernova explosions: when a massive star undergoes core collapse that results in a massive explosion, the temperatures and densities are very high. The atoms that are already in this environment can capture free neutrons. The charge number will increase and a more massive element will be created. Simulations with spherical symmetries show that the ejecta is protonrich. Due to asymmetries that are generated by rotations and magnetic fields of the progenitor star, the Explosion can produce neutronrich ejecta in the required amount to benefit the rapid neutron capture. I looked at the remnants of these explosions to find asymmetries and investigate their impact on nucleosynthesis and the distribution of elements. For this purpose, the supernova remnants CTB 109 and RCW 103 were selected for the analysis. CTB 109 has an anomalous X-ray pulsar in its center that rotates rapidly and has high magnetic fields. Both effects are assumed to exist due to asymmetries during the explosion. RCW 103 presumably has a similar central source. The remnants are both still in their Sedov-Taylor phase and are located at a distance of about 3 kpc from Earth. The elements with mass numbers up to that of iron have their prominent Emission lines in the energy range of the X-rays. For that reason, archived data from XMM-Newton were taken and the spectra in chosen regions in the remnants were analyzed with the EPIC MOS cameras. Unfortunately, the sensitivity of the present instruments is not high enough to detect the heaviest elements. In this work, mainly the element lines of silicon and magnesium were found. Neon was also detected for CTB 109. Elements with higher charge numbers could not be significantly separated from the background. All three elements can be seen clearly in the extracted spectra. In regions with high count rates even sulfur can be found. I used a model for a plan parallel shocked plasma with constant energy. To find the best fit, the elements Fe, S, Si, Mg, O and Ne were varied, while the other elements were fixed to the solar abundances. For CTB 109, the temperatures in the regions with high count rates are in the range of 0.6 and 0.7 keV and are in the same range as observations with other telescopes for CTB 109. In the regions with low count rates the temperature is lower at 0.3 to 0.4 keV. For RCW 103, only one region with high count rate was analyzed that has a temperature of 0.57 keV. In the region with low count rate, the temperature is kT = 0.36 ± 0.08 keV. Both values are very similar to CTB 109. The element lines of silicon, magnesium and neon were modeled separately with a Gaussian distribution and the fluxes were determined. They were plotted in intensity maps where the different distributions of the elements are shown. While silicon clumps in just a few regions, magnesium is spread widely over the remnants. In some regions, magnesium has an even higher flux than silicon. This leads to the assumption that both elements are transported in different ways from the explosion center into the surroundings. The Distribution of both elements shows asymmetric behavior, but it cannot be proven that this is due to the supernova explosion itself. Therefore, more than two supernova remnants have to be analyzed with this method. In addition, a theory of the evolution of element abundances in supernova remnants would help to interpret these results. The comparison of both supernova remnants CTB 109 and RCW 103 shows that the temperatures and the distributions are very similar. This indicates that the transportation of elements from the core into the remnant occurs in the same way in both supernova remnants. Silicon comes directly from the center of the explosion and is transported outwards with finger like structures that are formed by Rayleigh-Taylor instabilities. It clumps and interacts with the surrounding materials. Magnesium and neon are products of burning stages before the explosion. They will also be produced in the onion-like structure of the progenitor star. Therefore we assume a distribution that is spread widely over the whole remnant. This distribution is shown in this work. Magnesium and neon have high fluxes in nearly all analyzed regions, while silicon is only located in the Lobe of CTB 109 and the bright south of RCW 103. To extend the investigation of the correlation between asymmetrical element distributions in supernova remnants and the mechanisms of heavy element production, new X-ray telescopes are required that have higher spectral resolution than the ones today.

In oxidischen Heterostrukturen rufen Neuordnung von Ladung und Spin eine Vielzahl von unerwarteten physikalischen Eigenschaften hervor. Die Möglichkeit, Leitfähigkeit, Magnetismus oder auch Hochtemperatur-Supraleitung zu kontrollieren, machen diese künstlich hergestellten Materialien vor allem in Hinblick auf eine zukünftige Anwendung in der Mikroelektronik äußerst interessant. Dies erfordert jedoch ein grundsätzliches Verständnis für die zugrunde liegenden Mechanismen. Die vorliegende Doktorarbeit befasst sich mit photonengestützter Spektroskopie, die einen direkten Zugang zur elektronischen Struktur dieser Heterostruktursysteme ermöglicht. Ein weiteres Ziel ist es, geeignete spektroskopische Methoden zur Charakterisierung der vergrabenen Schichten zu etablieren. Zwei prototypische oxidische Mehrschichtsysteme stehen im Zentrum der hier vorgestellten Untersuchungen. Das LaAlO3/SrTiO3-Heterostruktursystem weist ab einer kritischen LaAlO3-Filmdicke an der Grenzfläche ein zweidimensionales Elektronensystem mit hochmobilen Ladungsträgern auf. Als treibender Mechanismus wird die elektronische Rekonstruktion diskutiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde dieses zweidimensionale Elektronensystem mithilfe der Photoelektronenspektroskopie und der resonanten inelastischen Röntgenstreuung charakterisiert. Die daraus bestimmten Ladungsträgerdichten weisen im Vergleich mit Daten aus Transportmessungen auf eine Koexistenz von lokalisierten und mobilen Ladungsträgern an der Grenzfläche hin. Die Analyse von Rumpfniveau- und Valenzbandspektren zeigt, dass man zur Erklärung der experimentellen Resultate ein modifiziertes Bild der elektronischen Rekonstruktion benötigt, bei der Sauerstofffehlstellen an der LaAlO3-Oberfläche als Ladungsreservoir dienen könnten. Mithilfe der resonanten Photoelektronenspektroskopie war es möglich, die metallischen Zustände am chemischen Potential impulsaufgelöst zu spektroskopieren. So gelang es erstmals, die vergrabene Fermi-Fläche einer oxidischen Heterostruktur zu vermessen. Außerdem konnten Titan-artige Zustände identifiziert werden, die höchstwahrscheinlich durch Sauerstofffehlstellen im SrTiO3 lokalisiert sind. Diese werden als mögliche Quelle für den Ferromagnetismus interpretiert, der mit der supraleitenden Phase in der LaAlO3/SrTiO3-Heterostruktur koexistiert. Bei dem anderen hier untersuchten Mehrschichtsystem handelt es sich um die LaNiO3-LaAlO3-Übergitterstruktur. Der Einbau des metallischen LaNiO3 in eine Heterostruktur ist aufgrund seiner Nähe zu einer korrelationsinduzierten isolierenden Phase hinsichtlich einer kontrollierten Ausbildung von neuartigen Phasen besonders interessant. In der Tat beobachtet man unterhalb einer LaNiO3-Schichtdicke von vier Einheitszellen einen kontinuierlichen Metall-Isolator-Übergang, der sich in den Valenzbandspektren durch einen Verlust an Quasiteilchenkohärenz äußert. Auch wenn die impulsaufgelösten Daten am Fermi-Niveau durch Photoelektronenbeugung beeinflusst sind, so lässt sich dennoch eine Fermi-Fläche identifizieren. Ihre Topologie bietet die Möglichkeit eines Fermi-Flächen-Nestings mit der Ausbildung einer Spindichtewelle. Die Resultate unterstützen die Hinweise auf eine magnetische Ordnung im zweidimensionalen Grundzustand. / Oxide heterostructures exhibit a manifold of unexpected physical properties due to charge and spin rearrangement. Because of the possibility to control the conductivity, magnetism or high-temperature superconductivity, these artificial materials are prospective candidates for future application in microelectronics. However, this needs a fundamental understanding of the mechanism leading to such effects. This thesis addresses the investigations of such systems by photoassisted spectroscopy providing a direct access to the electronic structure. The further aim of this study is to establish applicable spectroscopic methods for characterizing the buried layers in heterostructures. The study presented here deals with two prototypical oxide heterostructures. In the prominent LaAlO3/SrTiO3 heterostructure the formation of a two-dimensional electron system at the interface is observed, if the LaAlO3 layer exceeds a critical thickness. The electronic reconstruction is discussed as the driving mechanism. In this study the two-dimensional electron system is characterized by photoelectron spectroscopy and resonant inelastic x-ray scattering. The comparison of the charge carrier densities determined from spectroscopy with data from transport measurements indicates the coexistence of localized and mobile charge carriers at the interface. The analysis of core-level spectra as well as valence band spectra show that a modified electronic reconstruction picture is needed to explain the experimental observations. In such a scenario oxygen vacancies in the LaAlO3 surface layer might provide the extra charge. By using resonant photoelectron spectroscopy momentum-resolved measurements were performed to observe the metallic states at the chemical potential. For the first time a mapping of the buried Fermi surface of an oxide heterostructure has been accomplished. Additionally, some Titanium-derived states were identified in the spectra which are probably localized by surrounding oxygen vacancies in the SrTiO3. They are interpreted as a possible source of the ferromagnetism, which coexists with the superconducting phase in the LaAlO3/SrTiO3 heterostructure. The other multilayer system studied here is the LaNiO3-LaAlO3 superlattice structure. Due to its closeness to the correlation-induced insulating phase the integration of the metallic LaNiO3 in a heterostructure possibly opens the way to novel phases. Actually, a continuous metal-insulator transition is observed below a LaNiO3 layer thickness of four unit cells, which is manifested in a loss of quasiparticle coherence in the valence band spectra. Even though the momentum-resolved data is affected by photoelectron diffraction, a Fermi surface can be identified. Its topology provides the possibility of Fermi surface nesting and the formation of a spin density wave. Thus, the results support the indication for a magnetic ordering in the two-dimensional ground state.

Die zahnmedizinische Behandlung von Erkrankungen der Zähne oder im Bereich der Mundhöhle erfolgt bei Weitem nicht immer aus optischen Gründen. Diese Erkrankungen werden auch mit ernsthaften Erkrankungen in Zusammenhang gebracht. Studien haben gezeigt, dass einige Erkrankungen im Mund- und Zahnbereich zu Herz- und Lungenkrankheiten oder Diabetes führen können. Oftmals erstreckt sich die Pathologie oder Symptomatik von Mund- und Zahnerkrankungen über einen weiten Bereich. In der zahnmedizinischen Klinik kommen daher viele verschiedene diagnostische Apparate zum Einsatz. Allerdings zählt die Magnetresonanztomographie, die sich in anderen Bereichen bereits zum wichtigsten bildgebenden Diagnosetool entwickelt hat, dort noch nicht zu den Standardverfahren. Dabei liegen ihre Vorteile auf der Hand: sie ist bekannt für sehr gute Bildkontraste vor allem zwischen verschiedenen Weichgewebsarten und kommt ohne gefährliche ionisierende Strahlung aus. Wahrscheinlich ist ersteres der Grund, warum die MRT in der Zahnmedizin noch nicht sonderlich vertreten ist, kommt es dort oft auf die kontrastreiche Darstellung von Hartgeweben an. Neueste Entwicklungen und Studien belegen jedoch die vielseitigen Vorteile der MRT auch in diesem Bereich. Ziel dieser Arbeit von der applikativen Seite betrachtet, war es, das enorme Potential der MRT in den vielseitigen Bereichen der Zahnmedizin weiterhin aufzuzeigen. Viele dieser Anwendungen stellen jedoch sehr hohe Anforderungen an die Systeme. Meist sind die darzustellenden Strukturen sehr klein und erfordern eine hohe Auflösung. Während man beim Röntgenverfahren beispielsweise die Energie des Strahles (Dosis) steigern kann, bedeutet dies in der MRT (ohne das Gerät zu wechseln) eine Verlängerung der Messzeit. Gerade im Bereich des Kopfes kommt es oft zu ungewollten Bewegungen, die das Ergebnis und die Reproduzierbarkeit der gewonnenen diagnostischen Informationen verschlechtern oder gänzlich unbrauchbar machen. Die grösste Herausforderung dabei ist die dreidimensionale Abformung von Zahnoberflächen in der Prothetik. Dieses Verfahren kann eine aufwändige und unangenehme manuelle Abformung der Zähne und die Herstellung eines Zwischengipsmodells ersetzen und ein direktes dreidimensionales Modell der Zahnoberflächen produzieren. Durch die moderne CAD-/CAM-Technik kann daraus vom Zahntechniker direkt eine Zahnrestauration erstellt werden. Daher war ein wichtiger Bestandteil des Projekts dentale MRT die Entwicklung einer Methode zur Erkennung und gleichzeitiger Korrektur von Bewegungen. Verschiedenste Anforderungen waren an die Methode gestellt. Zum einen muss die Methode bereits Bewegungen im Bereich von ~100 µm erkennen, um die Anforderungen an die finale Bildauflösung zu unterschreiten. Bei der dentalen Abformung wird eine 1-Kanal-Empfängerspule verwendet und je nach Messung kann der Patient dabei auf dem Bauch oder Rücken liegen. Weiterhin muss die Bewegungserkennung ohne zusätzliche externe Geräte wie Kameras, deren Sicht z.B. durch den Patienten verdeckt ist, durchführbar sein. Die vorliegende Arbeit deckt also zwei größere Themenblöcke ab. Zum einen wurden in der Arbeit neue Applikationen entwickelt oder weiterentwickelt, um verschiedenen Bereichen der Zahnmedizin den Zugang zu MRTUntersuchungen zu eröffnen. Kapitel 4 beschreibt die Möglichkeit, die Bewegung des Kiefergelenks dynamisch zu erfassen. Es stellte sich in der Arbeit heraus, dass sowohl die Bewegung von Weichgewebeanteilen darstellbar waren, als auch der intraartikuläre Abstand im Kiefergelenk unter Kaubelastung in Echtzeit vermessen werden konnte. Dabei wurde die Bildgebungssequenz und der zugehörige Rekonstruktionsalgorithmus so entwickelt, dass die Daten flexibel und ohne Vorwissen akquiriert und aufbereitet werden können. Hierbei konnten verschiedenen Pathologien anhand der dynamischen Bilder sichtbar gemacht werden und die dynamische MRT konnte Erkrankungen erkennen, die mit anderen Mitteln nicht sichtbar waren. Die vielen diagnostischen Möglichkeiten, die dadurch entstehen sind bisher noch nicht untersucht und sollten durch großangelegte Studien untersucht und belegt werden. Kapitel 5 beschreibt die Ergebnisse einer großangelegten Studie im Bereich der dentomaxillären Bildgebung . Die diagnostischen Möglichkeiten der MRT für die kieferorthopädische Anwendung liegen klar auf der Hand. Die typischen Patienten in der Kieferorthopädie sind Kinder und Jugendliche. Die Abwesenheit von gewebsschädigender Strahlung ist hier ein besonderer Vorteil der MRT. Eine Messung dauert zudem nach diversen Weiterentwicklungen der Methode nur noch 2 (bzw. 4) Minuten. Die Auflösung in den gerenderten Bildern beträgt 0.25x0.25x0.5 mm. Mit der Methode konnte unter anderem die Geminisierung einer Zahnwurzel und der Abstand des Zahnmarks zur Zahnoberfläche (Zahnschmelz) dargestellt und vermessen werden. Kapitel 6 stellt Neuentwicklungen im Bereich der dentalen Abformung von Zahnoberflächen dar. Hier wurde eine neue Methode entwickelt um den Patientenkomfort bei der Messung zu steigern und so Bewegungen im Vorhinein zu unterbinden. Bei der alten Methode liegt der Patient auf dem Bauch und ein großer Teil der Mundhöhle ist mit Kontrastmittel befüllt. Durch die Verwendung einer präparierten Tiefziehschiene kann das Kontrastmittel nun lokal appliziert werden und eine Messung in Rückenlage das Patienten ist somit problemlos möglich. Die damit verbundene Reproduzierbarkeit der Abformungsergebnisse wäre durch eine großangelegte Studie zu zeigen. Die Hauptaufgabe der vorliegenden Dissertation war es, eine Methode zur Bewegungskorrektur zu entwickeln, die es ohne eine große Anzahl an Zusatzgeräten ermöglicht, die Bewegung eines Subjekts während der Messung zu erfassen und dementsprechend zu korrigieren. Diese neue Methode, gestützt auf einer Messung eines MRT-aktiven Markers der am Subjekt angebracht wird, beruht außer der Verwendung des Markers nur auf MRT-Hardware. Die Methode wird in Kapitel 8 vorgestellt. Da es sich bei der Methode um eine Neuentwicklung handelt, war es in erster Linie wichtig, die Einflüsse der verschiedenen Parameter, die sich auf die Positionierungsgenauigkeit auswirken, abzuschätzen und letzten Endes festzulegen. Dies wurde in mehreren Vorstudien, Experimenten und Computersimulationen abgehandelt. In der Arbeit konnte durch Validierungsexperimente gezeigt werden dass sich mit dem bildbasierten Navigator Bewegungen im Genauigkeitsbereich von ~50 µm (Translation) und ~0.13◦(Rotation) detektieren lassen. Mit den Positionsinformationen lassen sich MRT-Daten retrospektiv korrigieren oder idealerweise das Bildgebungsvolumen in Echtzeit anpassen um Inkonsistenzen in den Daten im Vorhinein vorzubeugen. Durch Bewegung beeinträchtigte in-vivo Daten konnten so mit der Methode korrigiert werden und anhand eines geeigneten Phantoms konnte die Verbesserung der Erkennung von Kanten, wie sie beispielsweise bei der dentalen Abformung angewandt wird, gezeigt werden. Die kontinuierlichen Entwicklungen in den Bereichen Hard-, Software und Algorithmik ermöglichen weitere hochauflösende Anwendungen. In Kapitel 9 sind die Ergebnisse einer Studie gezeigt, die sich mit der Analyse der Handbewegungen während einer Messung beschäftigt. Für eine hochauflösenden Darstellung der Handanatomie bei 7 T ist eine Unterbindung der Handbewegung sehr wichtig. Um ein geeignetes Design für eine Empfängerspule zu entwerfen, die Bewegungen der Hand unterbindet, wurde eine qualitative Bewegungsanalyse der Hand in mehreren verschiedenen Positionen durchgeführt. Durch Vergleich der Ergebnisse konnte so auf geeignete Designs zurückgeschlossen werden. / The treatment of the teeth or diseased of the oral cavity is by far not only administered for aesthetic reasons. These diseases are sometimes also associated with other serious diseases. Studies have shown that some diseases of the mouth, the gingiva or the surrounding area can lead to heart and lung disease or diabetes. Oftentimes the pathology or symptomatology of dental or oral diseases extends to a wide area. In the dental clinic many different diagnostic devices are used. However, magnetic resonance imaging, which has developed in other areas as the most important diagnostic imaging tool, is not frequently used in dentistry to the present day, although their advantages are obvious: it is known for excellent image contrast, mainly between different soft tissues and comes without hazardous ionizing radiation. The former is probably the reason why the MRI is not yet a standard method in dentistry: here in most cases the contrast of hard tissues is of relevance. However, recent developments and studies demonstrated the versatile advantages of MRI in this area. The aim of this work as seen from the perspective of application, was to continuously show the enormous potential of MRI in the diverse areas of dentistry. However, many of these applications put very high requirements on the systems. Usually structures to display are very small and require very high resolution. To improve the resolution while using the X-ray method, e.g., one can increase the beam energy (dose). In MRI (without changing the MRT scanner) this results in an extension of measurement time. Especially in the area of the head this oftentimes leads to unwanted movements during the measurement time that worsen the outcome and reproducibility of the obtained diagnostic information or making it completely useless. The biggest challenge is the measurement of a three-dimensional impression of the tooth surfaces in prosthetics. This process can replace a complex and unpleasant manual impression of the teeth and avoid the production of an intermediate plaster model. Using MRT techniques, a direct three- dimensional model of the tooth surfaces can be produced. By modern CAD/CAM technology, a dental restoration can be directly manufactured by the dental technician using the digital 3D model. Therefore, an important task of the project was the development of a dental MRT method for the detection and correction of movements. Various requirements were imposed on the method. Firstly, the method must be able to detect movements in the range of ~100 µm to fall below the requirements of the final image resolution. For the acquisition of the contrast agent’s signal, a 1-channel receiver coil is used and depending on the measurement, the patient can lie prone or supine. Furthermore, the motion detection system must work without extensive external devices such as cameras, whose direct vision may be obscured by the patient, e.g. This thesis covers two major subject areas. Firstly, new applications and methods have been developed and further developed in order to provide the various fields of dentistry access to MRT techniques. Chapter 4 describes the possibility to image the motion of the temporomandibular joint dynamically in real-time. In this work it turned out that both, the movement of the soft tissue components were represented, as well as the intra-articular distance in the TMJ could be measured during mastication (under load) in real-time. Here, the imaging sequence and the corresponding reconstruction algorithm were designed such that the data can be acquired without a prioiri knowledge and processed flexibly. MRT showed different pathologies in the images and dynamic MRT could detect some diseases that could not be diagnosed by other means. The emerging diagnostic possibilities should be investigated and the results verified by large-scale studies. Chapter 5 describes the results of dento-maxillary MRT imaging, supported by a large-scale study. The diagnostic capabilities of MRI for orthodontic applications are obvious. The typical patient in orthodontics are children and adolescents. The absence of tissue-damaging radiation is a particular advantage of MRI here. After various developments, the acquisition time of a measurement lasted depending on the method only 2 (4) minutes. The resolution in the rendered images was 0.25x0.25x0.50 mm3. Using the proposed method, among other things a geminisation of a tooth root could be shown and the distance of the dental pulp to the tooth surface (enamel) measured. Chapter 6 presents new developments in the field of digital impressions of tooth surfaces. Here, a new method was developed in order to increase patient comfort during the measurement. This approach helps to prevent movements of the subject in advance. With the old method, the patient lies prone and a large part of the oral cavity is filled with contrast agent. By using a prepared dental cast, the contrast agent can be applied locally and hence the patient may lay supine during the measurement. The associated reproducibility of dental impressions should be shown through a large-scale study. The main task of this thesis was to develop a method for motion correction that allows to detect the movement of a subject during the measurement without a large number of additional devices and correct the acquired data accordingly. This new navigator method, based on the measurement of a MRT-active marker attached to the subject, makes use of MRT hardware only, except for the additional marker. The method is described in chapter 8. Since this is a new development, it was important to primarily estimate the effects of the various parameters and their impact on the positioning accuracy. This has been evaluated in several preliminary studies, experiments and computer simulations. By validation experiments it was shown in the studies that the image-based navigator detects movements with an accuracy of ~50 µm(translation) and ~0.13◦ (rotation). With the position information obtained from the navigator, the MRT data can be corrected retrospectively or the volume of interest can be adjusted in real-time during the imaging process to prevent inconsistencies in the data in advance. In-vivo MRT data impaired by motion of a subject during the measurement could be corrected using the MoCoLoCo method. By using an appropriate phantom and simulation a movement, it could be shown that using the proposed method, the quality of edge detection (as used in dental impressions, e.g.) could be restored. Various new high-resolution applications emerged due to the continuous development in hardware, software and algorithms. In chapter 9, the results of a study are presented, which deals with the analysis of shivering movements of the hand during a measurement. For a high-resolution depiction of hand anatomy at 7 T, a suppression of the hand movement is very important. In order to develop an optimal design for a hand receiver coil, a qualitative analysis of the hand movement in several different positions was performed. By comparison of the results, a suitable coil design could be developed.

Electrochemical double layer capacitors (EDLC), most commonly referred to as “supercapacitors”, have gained increasing scientific and commercial interest in recent years. Purely electrostatic charge storage processes allow charge- and discharge cycles in the second-time scale, exhibiting a theoretical capacitance in the order of 100 F per gram of electrode material, thereby providing efficient recuperation devices for electromechanical processes, for example. Introducing electrochemically active materials such as manganese oxides into the supercapacitor electrode, allows to combine the double-layer storage with a battery-like storage process, leading to capacitance that can be up to two orders of magnitude larger than those in EDLC. In the present work, an electroless deposition approach of manganese oxide on a carbon scaffold is adapted and further investigated. The carbon material is derived from an organic xerogel, which in turn is prepared via a sol-gel process, allowing tailoring of the structural properties of the carbon, making it an ideal model system to study the relation between morphology and electrochemical performance in the carbon-manganese oxide hybrid electrode. In the first part of this thesis, a variation of manganese oxide deposition time at a low concentration of precursor solution is analyzed. Mass uptakes reach up to 58 wt.%, leading to an increase of volumetric capacitance by a factor 5, however reducing the dynamic performance of the electrode. The structural characterization gives hints on the deposition location of the active material either in the intra-particular pores of the carbon backbone or on the enveloping surface area of the particles forming the backbone. In order to comprehensively answer the question of the location of the active material within the hybrid electrode, the particle size of the carbon backbone and therefore the enveloping surface area of the carbon particles was varied. For samples with high mass uptakes, scanning electron microscopy (SEM) images show a layer thickness of 27 nm of active material around the carbon particles. In order to quantitatively investigate this layer morphology, even for low mass uptakes where no layer is visible in SEM images, a model interpreting data from anomalous small angle X-ray scattering (ASAXS) measurements was developed. The results confirm the presence of a layer around the carbon particles, exhibiting a layer thickness ranging from 3 to 26 nm. From an electrochemical point of view, carbon backbones with a large enveloping surface area will lead to high mass uptakes in the electroless deposition process and therefore lead to high capacitance of the electrode. However, for future application, electrodeposition approaches should be investigated in detail, since no deposits will form on the interface between carbon backbone and current collector, leading to a better dynamic performance of the hybrid electrode. Furthermore, the ASAXS-method should be promoted and applied on other material systems, since this technique allows to draw important conclusions and allows to deduce integral and quantitative information towards a rational design of high performance electrodes. / In den letzten Jahren haben elektrochemische Doppelschichtkondensatoren, meist als “Supercaps” bezeichnet, wachsendes wissenschaftliches und kommerzielles Interesse erfahren. Rein elektrostatische Ladungsspeicherungsprozesse erlauben Lade- und Entladezyklen im Sekundenregime, bei einer theoretischen Kapazität in der Größenordnung von 100 Farad pro Gramm Elektrodenmaterial. Damit steht beispielsweise ein ideales Bauteil zur Energierekuperation in elektromechanischen Prozessen zur Verfügung. Die Verbindung der Doppelschichtelektrode mit elektrochemisch aktiven Materialien, wie zum Beispiel Manganoxiden, erlaubt eine Kombination der elektrostatischen Ladungsspeicherung mit batterieähnlichen Ladungsspeicherungsprozessen. Dies führt zu Kapazitätswerten, die bis zu zwei Größenordnungen über den Kapazitätswerten im Doppelschichtkondensator liegen können. In der vorliegenden Arbeit wurde ein nasschemischer Abscheidungsprozess für die Deposition von Manganoxid auf einem Kohlenstoffgerüst angewendet und weitergehend untersucht. Das Kohlenstoffmaterial wurde aus einem organischem Xerogel hergestellt, welches wiederum durch einen Sol-Gel Prozess dargestellt wurde. Diese Vorgehensweise erlaubt eine gezielte Beeinflussung der strukturellen Eigenschaften des Kohlenstoffes. Dadurch wird das Material zum idealen Modellsystem, um den Einfluss der Morphologie auf die elektrochemischen Eigenschaften der Kohlenstoff-Manganoxid Hybridelektrode zu untersuchen. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Abscheidungsdauer des Manganoxids bei einer niedrigen Ausgangskonzentration in der Vorstufe systematisch variiert und die resultierenden Elektroden analysiert. Die MnO2 Massenaufnahme erreichte bis zu 58 wt.%, was zu einer Steigerung der volumetrischen Kapazität um einen Faktor 5 führte. Der Preis für diese Steigerung liegt jedoch in einer Reduktion der Lade- bzw. Entladegeschwindigkeit. Die strukturelle Charakterisierung der Hybridelektroden deutet auf eine Abscheidung des MnO2 in den intrapartikulären Poren der Kohlenstoffpartikel oder auf deren einhüllenden Oberfläche hin. Um den Abscheidungsort des aktiven Materials innerhalb der Hybridelektrode eindeutig zu bestimmen, wurde die Größe der Kohlenstoffpartikel und damit die externe Oberfläche des Kohlenstoffgerüstes systematisch variiert. Aufnahmen mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) zeigen eine Schicht von MnO2 um die Kohlenstoffpartikel mit einer Dicke von bis zu 27 nm für Proben mit Massenzuwächsen von bis zu 130 %. Um die Schichtdicke auch für geringe Massenaufnahmen, bei denen im REM keine Schicht erkennbar ist, quantitativ untersuchen zu können, wurde ein Modell zur Analyse von anomaler Röntgenkleinwinkelstreuung (ASAXS) entwickelt. Die Ergebnisse bestätigen die Existenz einer Schicht um die Kohlenstoffpartikel, deren Dicke zwischen 3 und 26 nm liegt. Aus elektrochemischer Sicht wird ein Kohlenstoffgerüst mit großer einhüllender Oberfläche zu einer großen Massenaufnahme im nasschemischen Abscheidungsprozess und damit zu hohen Kapazitätswerten führen. Für eine zukünftige Anwendung sollten jedoch auch elektrochemische Abscheidungsprozesse genau untersucht werden, da bei dieser Methode kein Material auf der Kontaktfläche zwischen Stromabnehmer und Elektrode abgeschieden wird. Dadurch ist eine Verbesserung der elektrochemischen Performance der Hybridelektrode zu erwarten. Weiterhin sollte die ASAXS-Methode weiterentwickelt und auf andere Materialsysteme angewendet werden, da diese Technik wichtige Schlüsse erlaubt, sowie die Bestimmung integraler und quantitativer Information, die zu gezieltem Design von hocheffizienten Elektroden führen wird.

Topological insulators are electronic phases that insulate in the bulk and accommodate a peculiar, metallic edge liquid with a spin-dependent dispersion. They are regarded to be of considerable future use in spintronics and for quantum computation. Besides determining the intrinsic properties of this rather novel electronic phase, considering its combination with well-known physical systems can generate genuinely new physics. In this thesis, we report on such combinations including topological insulators. Specifically, we analyze an attached Rashba impurity, a Kondo dot in the two channel setup, magnetic impurities on the surface of a strong three-dimensional topological insulator, the proximity coupling of the latter system to a superconductor, and hybrid systems consisting of a topological insulator and a semimetal. Let us summarize our primary results. Firstly, we determine an analytical formula for the Kondo cloud and describe its possible detection in current correlations far away from the Kondo region. We thereby rely on and extend the method of refermionizable points. Furthermore, we find a class of gapless topological superconductors and semimetals, which accommodate edge states that behave similarly to the ones of globally gapped topological phases. Unexpectedly, we also find edge states that change their chirality when affected by sufficiently strong disorder. We regard the presented research helpful in future classifications and applications of systems containing topological insulators, of which we propose some examples. / Topologische Isolatoren sind elektronische Phasen, welche im Inneren isolieren, jedoch auf ihren Oberflächen über besondere, metallische Randkanäle mit einer spinabhängigen Dispersion verfügen. Diesen Phasen wird eine große Bedeutung hinsichtlich zukünftiger Realisationen von Spintronik und topologischem Quantenrechnen zugeordnet. Neben der Bestimmung intrinsischer Eigenschaften dieser neuartigen Systeme kann die Betrachtung von Kombinationen mit wohlbekannten physikalischen Systemen originelle, neue Physik generieren. Diese Dissertation befasst sich mit eben solchen Kombinationen. Insbesondere werden die folgenden Systeme analysiert: Ein lokaler Rashba-Rückstreuer, ein Kondo-Quantenpunkt im Zweikanalregime, im Gitter geordnete, magnetische Adatome auf einem starken, dreidimensionalen topologischen Isolator, die näheinduzierte Supraleitung in letzteren Systemen und Hybridverbindungen bestehend aus einem topologischen Isolator und einem Halbmetall. Die primären Resultate sind die analytische Beschreibung der Kondowolke und die Beschreibung ihrer möglichen Detektion in Stromkorrelationen weit entfernt von der Kondo-Region. Dabei wird die Methode der refermionisierbaren Parameterkonfigurationen verwendet und erweitert. Des Weiteren wird die Entdeckung einer Klasse von bandlückenfreien topologischen Phasen beschrieben, deren Randkanäle sich fast wie die von konventionellen topologischen Isolatoren verhalten. Die dargestellte Forschung wird voraussichtlich in der zukünftigen Klassifizierung und Anwendung von Systemen, die als Komponente mindestens einen topologischen Isolator enthalten, hilfreich sein. Dafür werden einige Beispiele gegeben.

This thesis treats the thermopower and other thermal effects in single quantum dots (QD) and quantum dot systems. It contributes new experimental results to the broad and active field of research on thermoelectrics in low dimensional systems. The thermopower experiments discussed in this work focus on QDs which exhibit a net spin and on tunnel-coupled double QDs (DQD). Furthermore, experiments are presented which address the realization of a QD device which extracts thermal energy from a heat reservoir and converts it into a directed charge current in a novel way. The samples used for these investigations have been fabricated from GaAs/AlGaAs heterostructures which contain a two dimensional electron gas. Using optical and electron beam lithography, the devices have been realized by means of the top-gate technology. All experiments have been performed at low temperature. In order to create a controllable temperature difference in the samples the current heating technique has been used. These experimental basics as well as fundamentals of electric and thermoelectric transport are introduced in Part I of this thesis. The experiments on the thermopower of a single QD are described in Part II. Essentially, they deal with the problem of how a single spin situated on a QD influences the thermoelectric properties of the system. In this context, the Kondo-effect plays a crucial role. Generally, the Kondo effect is the result of a many-body state which arises from an antiferromagnetic coupling of a magnetic impurity with the surrounding conduction electrons. Here, the magnetic impurity is represented by a QD which is occupied with an odd number of electrons so that it exhibits a net spin. For the first time the thermopower of a Kondo-QD has been studied systematically as a function of two parameters, namely the QD coupling energy and the sample temperature. Both parameters are crucial quantities for Kondo-physics to be observed. Based on these data, it is shown that the thermopower line shape as a function of QD energy is mainly determined by two competing contributions: On the one hand by the enhanced density of states around the Fermi level due to Kondo-correlations and on the other hand by thermopower contributions from the Coulomb resonances. Furthermore, the experiments confirm theoretical predictions which claim that the spectral DOS arising from Kondo-correlations shifts away from the Fermi level for those QD level configurations which are not electron-hole symmetric. Comparison with model calculations by T. Costi and V. Zlatic [Phys. Rev. B 81, 235127 (2010)] shows qualitative and partly even quantitative agreement. A finite thermovoltage at the center of the Kondo-region, which occurred in previous investigations, is also observed in the experiments presented here. It is not covered by the current theory of the Kondo effect. The dependence of this signal on temperature, coupling energy and magnetic field, which differ from non-Kondo regions, is analyzed. In order to clarify the physics behind this phenomenon further studies are desirable. Furthermore, it is shown by variation of the QD coupling energy over a wide range that Kondo-correlations can be detected in the thermopower even in the regime of very weak coupling. In contrast, no Kondo signatures are visible in the conductance in this energy range. It is found that in the limit of weak coupling the Kondo effect causes the thermopower to exhibit a diminished amplitude in close vicinity of a conductance resonance. Subsequent filling of spin-degenerate states then leads to a thermopower amplitude modulation (odd-even-effect). Although this effect had been observed in previous studies, no connection to Kondo physics had been established in order to explain the observations. Hence, the experiments on a single QD presented in this thesis provide unique insight into the complex interplay of different transport mechanisms in a spin-correlated QD. Moreover, the results confirm the potential of thermopower measurements as a highly sensitive tool to probe Kondo-correlations. In Part III thermal effects are investigated in systems which contain two coupled QDs. Such QD-systems are particularly interesting with respect to thermoelectric applications: Many proposals utilize the extremely sharp energy filtering properties of such coupled QDs and also different kinds of inter dot coupling to construct novel and highly efficient thermoelectric devices. In the present work, thermopower characterizations are performed on a tunnel-coupled DQD for the first time. The key result of these investigations is the thermopower stability diagram. Here it is found, that in such a system maximal thermopower is generated in the vicinity of the so-called triple points (TP) at which three charge states of the DQD are degenerate. Along the axis of total energy, which connects two adjacent TP, a typical thermopower line shape is observed. It is explained and modeled within an intuitive picture that assumes two transport channels across the DQD, representing the TP. For those regions which are far away from the TP, the thermopower turns out to be very sensitive to the relative configuration of the QD energies. The conductance and thermopower data are well reproduced within a model that assumes transport via molecular states. Integration of both models into one then allows model calculations for a complete stability cell in conductance and thermopower to be done. Furthermore, experiments on two capacitively coupled QDs are presented. In these studies the focus lies on testing the feasibility of such systems for the manipulation and generation of charge currents from thermal energy. In a series of experiments it is shown that such a system of QDs can be utilized to increase or decrease a current flowing between two electron reservoirs by varying the temperature in a third reservoir. This effect is based on the cross-correlation of occupation fluctuations of the individual QDs. These are positive for certain QD energy level configurations and negative for others, which increases or decreases the charge current in the experiments, respectively. In the stability diagram this is manifested in a characteristic clover leaf shaped structure of positive and negative current changes in vicinity of the TP. All main experimental results are reproduced qualitatively in simple model calculations. Due to the close analogy between electrical and thermal conductance of a QD, this effect of thermal switching can, in principle, also be used to built a thermal transistor. Finally, it is shown that a system consisting of two Coulomb-coupled QDs, which couple a hot electron reservoir electrostatically to two cold electron reservoirs, can be utilized as a novel device which extracts heat from its environment and converts it into a directed charge current. The idea of this heat-to-current converter (HCC) was first proposed by R. Sánchez and M. Büttiker [Phys. Rev. B 83, 085428 (2011)]. It is not only characterized by the novelty of its working principle but also by the fact, that it decouples the directions of charge current and energy flow. In the experiments presented here, such HCC-currents are identified unambiguously: For certain QD-level configurations an electric current between the two cold reservoirs is observed if the temperature in the third reservoir is increased. The direction of this current is shown to be independent of an external voltage. In contrast, the direction of the current exhibits a characteristic dependence on the tunneling coefficients of the QDs, as predicted by theory: By adjusting the thickness and the shape of the respective tunnel junctions, a charge current can be generated between two cold reservoirs, and it can even be inverted. The experimental observations are quantitatively reproduced by model calculations by R. Sánchez and B. Sothmann. Thus, the results represent direct evidence for the existence of HCC-currents. Due to the novelty of the working principle of the HCC and its relevance from a fundamental scientific point of view, the results presented here are an important step towards energy harvesting devices at the nano scale. / Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Thermokraft und anderen thermischen Effekten in einzelnen Quantenpunkten (QP) und Quantenpunktsystemen. Sie liefert durch neue experimentelle Ergebnisse einen Beitrag zu dem breiten und besonders in jüngster Zeit stark beachteten Themenkomplex der Thermoelektrik in niedrigdimensionalen Systemen. Im Fokus stehen hier die Thermokraft von spin-besetzten QP und tunnelgekoppelten Doppelquantenpunkten (DQP) sowie die Realisierung von neuartigen W\ärmemaschinen mit Hilfe von QP-Systemen. Die für diese Untersuchungen verwendeten Proben wurden mit Hilfe der sogenannten split-gate Technologie lithographisch in einem zweidimensionalen Elektronengas innerhalb des Halbleiterschichtsystems GaAs/AlGaAs realisiert. Sämtliche Experimente wurden bei tiefen Systemtemperaturen durchgeführt. Zur kontrollierten Erzeugung einer Temperaturdifferenz wurde die sogenannte Stromheiztechnik verwendet. Diese experimentellen Grundlagen sowie allgemeine Hintergründe zur Physik von elektrischem und thermoelektrischem Transport werden im Gundlagenteil, Teil I, behandelt. Die Thermokraftexperimente an einzelnen QP sind in Teil II dieser Arbeit beschrieben. Sie befassen sich im Kern mit der Frage, auf welche Art einzelne Spins in einem QP die Thermokraft des Systems beeinflussen. In diesem Zusammenhang ist der Kondoeffekt von zentraler Bedeutung. Der Kondoeffekt resultiert allgemein aus einem Vielteilchenzustand, der durch die antiferromagnetische Kopplung einer magnetischen Verunreinigung mit Leitungselektronen der angrenzenden Reservoire hervorgerufen wird. Die magnetische Verunreinigung wird hier durch einen QP dargestellt, der Aufgrund einer ungeraden Besetzungszahl von Elektronenspins ein magnetisches Moment besitzt. In den präsentierten Experimenten wird erstmals systematisch der Verlauf der Thermokraft eines Kondo-QP in Abhängigkeit von den beiden Parametern Kopplungsenergie und Systemtemperatur untersucht. Diese beiden Parameter legen im Wesentlichen die Ausprägung des Kondozustandes fest. Auf der Basis dieser Daten wird gezeigt, dass der Verlauf der Thermokraft maßgeblich von dem konkurrierenden Einfluss zweier Beiträge bestimmt wird: Einerseits der Thermokraft resultierend aus einer erhöhten Zustandsdichte nahe der Fermienergie aufgrund von Kondokorrelationen und andererseits dem Beitrag der Coulombresonanzen. Des Weiteren belegen die Experimente die theoretisch vorhergesagte Verschiebung der spektralen Zustandsdichte auf dem QP weg von der Fermienergie, und zwar für solche Energieniveaukonfigurationen, welche nicht elektron-loch-symmetrisch sind. Vergleiche mit numerischen Berechnungen von T. Costi und V. Zlatic [Phys. Rev. B 81, 235127 (2010)] zeigen qualitative und teilweise sogar quantitative Übereinstimmung. Eine im Zentrum des Kondobereiches entstehende, elektronenartige Thermospannung, wie sie bereits in früheren Untersuchungen zum Kondoeffekt beobachtet wurde, kann auch in den Experimenten hier festgestellt werden. Sie wird durch die gegenwärtige Theorie zum Kondoeffekt nicht erklärt. Die experimentell gefundenen Abhängigkeiten dieses Signals von Temperatur, Kopplungsenergie und Magnetfeld unterscheiden sich von denen in Nicht-Kondobereichen und werden analysiert. Zur Klärung des physikalischen Hintergrundes dieses Phänomens sind weiterführende Experimente wünschenswert. Durch Variation der Kopplungsenergie über einen sehr weiten Bereich wird zudem gezeigt dass sich Kondokorrelationen noch bis hin zu sehr schwacher Kopplung in der Thermokraft nachweisen lassen. In diesen Energiebereichen weist der entsprechende Leitwert keinerlei Kondosignaturen mehr auf. Für die Thermospannung bewirkt der Kondoeffekt im Grenzfall schwacher Kopplung eine Reduktion der Amplitude nahe der Coulombresonanzen. Bei regelmäßiger Auffüllung von spin-entartetn QP-Orbitalen führt dies zu einer Amplitudenmodulation (Ungerade-Gerade-Effekt), wie sie bereits in früheren Arbeiten beobachtet, dort jedoch nicht mit Kondokorrelationen in Verbindung gebracht wurde. In ihrer Summe geben die Experimente auf einzigartige Weise neue Einblicke in das komplexe Zusammenwirken verschiedener Transportmechanismen in einem spinkorrelierten QP. Sie belegen das Potenzial von Thermokraftmessungen als hochsensitives Instrument zur Erforschung von Kondokorrelationen. In Teil III werden thermische Effekte in Systemen untersucht, welche zwei gekoppelte QP enthalten. Solche QP-Systeme sind insbesondere für thermoelektrische Anwendungen interessant: Zahlreiche Vorschläge nutzen die besonders präzisen Energiefiltereigenschaften von gekoppelten QP, aber auch unterschiedliche Arten der Kopplung zwischen den QP, zur Konzeption von neuen, hocheffizienten thermoelektrischen Bauteilen und neuartigen Wärme-Strom-Wandlern. In der vorliegenden Arbeit werden erstmalig Thermokraftmessungen an einem tunnelgekoppelten DQP in serieller Anordnung untersucht. Das zentrale Ergebnis dieser Experimente ist das Thermokraftstabilitätsdiagramm. Hier lässt sich beobachten, dass das System in der Region um die Tripelpunkte (TP), an denen drei Ladungszustände des DQP entartet sind, maximale Thermospannungen erzeugt. Entlang der Achse der Gesamtenergie wird ein charakteristischer Verlauf der Thermospannung beobachtet, der unter Annahme zweier Transportkanäle über den DQP, die TP, erklärt und modelliert werden kann. Abseits der TP zeigt sich, dass die Thermospannung höchst sensitiv auf die relative Anordnung der einzelnen QP-Energien reagiert. Eine Beschreibung des Ladungstransports durch molekülartige Zustände gibt hier die experimentellen Beobachtungen sehr gut wieder. Zusammenführung der Modelle für den Bereich nahe und fernab der TP erlaubt schliesslich die vollständige Modellierung des Stabilitätsdiagramms in Leitwert und Thermokraft. Des Weiteren werden Experimente an QP-Systemen mit zwei kapazitiv gekoppelten QP gezeigt. Hier steht die Nutzung solcher Systeme zur Manipulation oder Generation von elektrischen Strömen durch thermische Energie im Mittelpunkt. Es wird gezeigt, dass sich ein System kapazitiv gekoppelter QP eignet, den elektrischen Strom zwischen zwei Elektronenreservoiren durch Änderung der Temperatur in einem dritten Reservoir kontrolliert zu vergrössern oder zu vermindern. Der Effekt basiert dabei auf der Kreuzkorrelation der Elektronenbesetzungsfluktuation der beiden QP, welche in einigen QP-Energiekonstellationen positiv und in anderen Einstellungen negativ ist. So führt ersteres in den Experimenten bei Erhöhung der Temperatur zu einer Vergrösserung, letzters zu einer Verminderung des Stromflusses. Im Stabilitätsdiagramm erzeugt dieser Mechansimus ein charakteristisches Kleeblattmuster aus positiven und negativen Stromänderungen im Bereich der TP. Durch einfache Modellrechnungen können sämtliche experimentellen Beobachtungen qualitativ reproduziert werden. Aufgrund der Analogie zwischen Ladungstransport und Wärmetransport in einem QP ist auch eine Funktionsweise als rein thermischer Transistor denkbar. Schliesslich wird nachgewiesen, dass ein solches System aus zwei elektrostatisch wechselwirkenden QP und drei Elektronenreservoiren dazu genutzt werden kann, um auf neuartige Weise thermische Energie in einen gerichteten Ladungsstrom umzuwandeln. Das Konzept dieses Wärme-Strom-Wandlers (engl: Heat-to-Current Converter, HCC) folgt dabei einem Vorschlag von R. Sánchez und M. Büttiker [Phys. Rev. B 83, 085428 (2011)]: Es zeichnet sich nicht nur dadurch aus, dass der zugrundeliegende Mechanismus der Wärmewandlung neu ist, sondern auch dadurch, dass in diesem System die Richtungen von elektrischem Strom und Wärmestrom voneinander entkoppelt sind. In den hier präsentierten Experimenten können solche HCC-Ströme eindeutig nachgewiesen werden: Für bestimmte QP-Energiekonfigurationen wird ein elektrischer Strom zwischen den beiden kalten Reservoiren beobachtet, wenn die Temperatur in dem dritten Reservoir erhöht wird. Es wird gezeigt, dass die Richtung dieses Stroms unabhängig von einer extern angelegten Spannung ist. Die Stromrichtung läßt sich jedoch, wie durch die Theorie gefordert, durch Änderung der Tunnelkoeffizienten der QP beeinflussen. Sie kann durch Variation der Dicke und der Form der entsprechenden Tunnelbarrieren invertiert werden. Die experimentellen Beobachtungen werden durch Modellrechnungen von B. Sothmann und R. Sánchez quantitativ reproduziert. Sie sind somit ein direkter Beleg für die Existenz von HCC-Strömen. Aufgrund der Neuartigkeit des Konzepts und seiner Bedeutung für weitere thermoelektrische Anwendungen sind die hier präsentierten Ergebnisse ein wichtiger Schritt auf dem Weg hin zur Realisierung von Wärmemaschinen auf der Nanoskala.

Aktive Galaxienkerne (AGN) gehören zu den hellsten Objekten in unserem Universum. Diese Galaxien werden als aktiv bezeichnet, da ihre Zentralregion heller ist als alle Sterne in einer Galaxie zusammen beitragen könnten. Das Zentrum besteht aus einem supermassiven schwarzen Loch, das von einer Akkretionsscheibe und weiter außerhalb von einem Torus aus Staub umgeben ist. Diese AGN können über das ganze elektromagnetische Spektrum verteilt gefunden werden, von Radiowellen über Wellenlängen im optischen und Röntgenbereich bis hin zur $\gamma$-Strahlung. Allerdings sind nicht alle Objekte bei jeder Wellenlänge detektierbar. In dieser Arbeit werden überwiegend Blazare bei niedrigen Radiofrequenzen untersucht. Blazare gehören zu den radio-lauten AGN, welche üblicherweise stark kollimierte Jets senkrecht zur Akkretionsscheibe aussenden. Bei Blazaren sind diese Jets in die Richtung des Beobachters gerichtet und ihre Emissionen sind stark variabel. \\ AGN werden anhand ihres Erscheinungsbildes verschiedenen Untergruppen zugeordnet. Diese Untergruppen werden in einem vereinheitlichen AGN Modell zusammengeführt, welches besagt, dass diese Objekte sich nur in ihrer Luminosität und ihrem Winkel zur Sichtlinie unterscheiden. Blazare sind diejenigen Objekte, deren Jets in unsere Sichtrichtung zeigen, während die Objekte deren Jets eher senkrecht zur Sichtlinie orientiert sind als Radiogalaxien bezeichnet werden. Daraus folgt, dass Blazare die Gegenstücke zu Radiogalaxien mit einem anderen Winkel zur Sichtlinie sind. Diese Beziehung soll unter anderem in dieser Arbeit untersucht werden. \\ Nach ihrer Entdeckung in den 1940er Jahren wurden die aktiven Galaxien bei allen zugänglichen Wellenlängen untersucht. Durch die Entwicklung von Interferometern aus Radioteleskopen, welche eine erhöhte Auflösung bieten, konnten die Beobachtungen stark verbessert werden. In den letzten 20 Jahren wurden viele AGN regelmäßig beobachtet. Dies erfolgte unter anderem durch Programme wie dem MOJAVE Programm, welches 274 AGNs regelmäßig mithilfe der Technik der ``Very Long Baseline Interferometry" (VLBI) beobachtet. Durch diese Beobachtungen konnten Informationen zur Struktur und Entwicklung der AGN und Jets gesammelt werden. Allerdings sind die Prozesse zur Bildung von Jets und deren Kollimation noch nicht vollständig bekannt. Durch relativistische Effekte ist es schwierig die eigentlichen Größen der Jets anstelle der scheinbaren zu messen. Um die intrinsische Energie von Jets zu messen, sollen die ausgedehnten Emissionsregionen untersucht werden, in denen die Jets enden und mit dem Intergalaktischen Medium interagieren. Beobachtungen bei niedrigen Radiofrequenzen sind empfindlicher um solche ausgedehnte, diffuse Emissionsregionen zu detektieren. \\ Seit Dezember 2012 ist ein neues Radioteleskop für niedrige Frequenzen in Betrieb, dessen Stationen aus Dipolantennen besteht. Die meisten dieser Stationen sind in den Niederlanden verteilt (38 Stationen) und werden durch 12 internationale Stationen in Deutschland, Frankreich, Schweden, Polen und England ergänzt. Dieses Instrument trägt den Namen ``Low Frequency Array'' (LOFAR). LOFAR bietet die Möglichkeit bei Frequenzen von 30--250 MHz bei einer höheren Auflösung als bisherige Radioteleskope zu beobachten (Winkelauflösungen unter 1 arcsec für das gesamte Netzwerk aus Teleskopen). \\ Diese Arbeit behandelt die Ergebnisse von Blazaruntersuchungen mithilfe von LOFAR-Beobachtungen. Dafür wurden AGNs aus dem MOJAVE Programm verwendet um von den bisherigen Multiwellenlängen-Beobachtungen und Untersuchungen der Kinematik zu profitieren. Das ``Multifrequency Snapshot Sky Survey'' (MSSS) Projekt hat den gesamten Nordhimmel mit kurzen Beobachtungen abgerastert. Aus dem daraus resultierenden vorläufigen Katalog wurden die Flussdichten und Spektralindizes für MOJAVE-Blazare untersucht. In den kurzen Beobachtungen von MSSS sind nur die Stationen in den Niederlanden verwendet worden, wodurch Auflösung und Sensitivität begrenzt sind. Für die Erstellung des vorläufigen Kataloges wurde die Auflösung auf $\sim$120 arcsec beschränkt. Ein weiterer Vorteil der MOJAVE Objekte ist die regelmäßige Beobachtung der AGN mit dem ``Owens Vally Radio Observatory'' zur Erstellung von Lichtkurven bei 15 GHz. Dadurch ist es möglich nahezu zeitgleiche Flussdichtemessungen bei 15 GHz zu den entsprechenden MSSS-Beobachtungen zu bekommen. Da diese Beobachtungen zu ähnlichen Zeitpunkten durchgeführt wurden sind diese Flussdichten weniger von der Variabilität der Blazare beeinflusst. Die Spektralindizes berechnet aus den Flussdichten von MSSS und OVRO können verwendet werden um den Anteil an ausgedehnter Emission der AGNs abzuschätzen. \\ Im Vergleich der Flussdichten aus dem MSSS Katalog mit den Beobachtungen von OVRO fällt auf, dass die Flussdichten bei niedrigen Frequenzen tendenziell höher sind, was durch den höheren Anteil an ausgedehnter Struktur zu erwarten ist. Die Spektralindexverteilung zwischen MSSS und OVRO zeigt ihren höchsten Wert bei $\sim-0.2$. In der Verteilung existieren Objekte mit steilerem Spektralindex durch den höheren Anteil von ausgedehnter Emission in der Gesamtflussdichte, doch über die Hälfte der untersuchten Objekte besitzt flache Spektralindizes. Die flachen Spektralindizes bedeuten, dass die Emissionen dieser Objekte größtenteils von relativistischen Effekten beeinflusst sind, die schon aus Beobachtungen bei GHz-Frequenzen bekannt sind. \\ Durch neue Auswertung der MSSS Beobachtungsdaten konnten Bilder bei einer verbesserten Auflösung von $\sim$20--30 arcsec erstellt werden, wodurch bei einigen Blazaren ausgedehnte Struktur detektiert werden konnte. Diese höher aufgelösten Bilder sind allerdings nicht komplett kalibriert und können somit nur für strukturelle Informationen verwendet werden. Die Überarbeitung der Beobachtungsdaten konnte für 93 Objekte für ein Frequenzband durchgeführt werden. Für 45 der 93 Objekte konnten sogar alle vorhandenen Frequenzbänder überarbeitet werden und dadurch gemittelte Bilder erstellt werden. Diese Bilder werden in dieser Arbeit vorgestellt. Die resultierenden Bilder mit verbesserter Auflösung wurden verwendet um Objekte auszuwählen, die mit allen LOFAR-Stationen beobachtet und auf ausgedehnte Struktur untersucht werden können. \\ Im zweiten Teil der Arbeit werden die Ergebnisse von internationalen LOFAR Beobachtungen von vier Blazaren präsentiert. Da sich die Auswertung und Kalibration von internationalen LOFAR Beobachtungen noch in der Entwicklung befindet, wurde ein Schwerpunkt auf die Kalibration und deren Beschreibung gelegt. Die Kalibration kann zwar noch verbessert werden, aber die Bilder aus der angewandten Kalibration erreichen eine Auflösung von unter 1 arcsec. Die Struktur der untersuchten vier Blazare entspricht den Erwartungen für Radiogalaxien unter einem anderen Sichtwinkel. Durch die gemessenen Flussdichten der ausgedehnten Struktur aus den Helligkeitsverteilungen konnte die Luminosität der ausgedehnten Emissionen berechnet werden. Im Vergleich mit den Luminositäten, die von Radiogalaxien bekannt sind, entsprechen auch diese Werte den Erwartungen des vereinheitlichten AGN Modells. \\ Durch die in dieser Arbeit vorgestellte Kalibration können noch mehr Blazare mit LOFAR inklusive den internationalen Stationen beobachtet werden und somit Bilder der Struktur bei ähnlicher Auflösung erstellt werden. Durch eine erhöhte Anzahl von untersuchten Blazaren könnten anschließend auch statistisch signifikante Ergebnisse erzielt werden.\\ / Active galactic nuclei (AGNs) are among the brightest sources in our universe. These galaxies are considered active because their central region is brighter than the luminosities of all stars in a galxies can provide. In their center is a supermassive black hole (SMBH) surrounded by an accretion disk and further out a dusty torus. AGN can be found with emission over the whole electromagnetic spectrum, starting at radio frequencies over optical and X-ray emission up to the $\gamma$-rays. Not all of these sources are detected in each frequency regime. In this work mainly blazars are examined at low radio frequencies. Blazars are a subclass of radio-loud AGN. These radio-loud sources usually exhibit highly collimated jets perpendicular to the accretion disk. For blazars these jets are pointed in the direction of the observer and their emission is highly variable. \\ AGN are classified in different subclasses based on their morphology. These different subclasses are combined in the AGN unification model, which explains the different morphologies by having sources only varying in their luminosities and their angle to the line of sight to the observer. Blazars are these targets, where the jet is pointing towards the observer, while the AGN observed edge on are called radio galaxies. This means that blazars should be the counterparts to radio galaxies seen from a different angle. Testing this is one of the goals in this work. \\ After the discovery of AGN in the 1940s these objects have been studied at all wavelengths. With the development of interferometry with radio telescopes the angular resolution for radio observations could be improved. In the last 20 years many AGN are regularly monitored. One of these monitoring programs is the MOJAVE program, monitoring 274 AGNs with using the Very Long Baseline Interferometry (VLBI) technique. The monitoring provides information on the evolution and structure of AGN and their jets. However, the mechanisms of the jet formation and their collimation are not fully understood. Due to relativistic effects it is difficult to obtain intrinsic instead of apparent parameters of these jets. One approach to get closer to the intrinsic jet power is by observing the regions, in which the jets end and interact with the intergalactic medium. Observations at lower radio frequencies are more sensitive for extended diffuse emission. \\ Since December 2012 a new radio telescope for low frequencies is observing. It is a telescope with stations consisting of dipole antennas. The major part of the array located in the Netherlands (38 stations) with 12 additional international stations in Germany, France, Sweden, Poland and the United Kingdom. This instrument is called the Low Frequency Array (LOFAR). LOFAR offers the possibility to observe at frequencies between 30--250 MHz in combination with angular resolution (below 1 arcsec for the full array), which was not available with previous telescopes. \\ In this work results of blazar studies with LOFAR observations are presented. To take advantage of a large database with multi-wavelength observations and kinematic studies the MOJAVE 1.5 Jy flux limited sample was chosen. Based on the preliminary results of the LOFAR Multifrequency Snapshot Sky Survey (MSSS) the flux densities and spectral indices of blazars of the MOJAVE sample are examined. 125 counterparts of MOJAVE blazars were found in the MSSS catalog. Since the MSSS observations only contain the stations in the Netherlands and observes in snapshots, the angular resolution and the sensitivity is limited. The first MSSS catalog was produced with an angular resolution of $\sim$120 arcsec and a sensitivity of $\sim$50--100 mJy. Another advantage of the MOJAVE sample is the monitoring of these sources with the Owens Valley Radio Observatory (OVRO) at 15 GHz to produce radio lightcurves. With these observations it is possible to get quasi-simultaneous flux densities at 15 GHz for the corresponding MSSS observations. By having quasi-simultaneous observations the variability of the blazars affects the flux densities less than with the use of archival data. The spectral indices obtained by the combination of MSSS and OVRO flux densities can be used to estimate the contribution of the diffuse extended emission for these AGNs. \\ Comparing the MSSS catalog with the OVRO data points, the flux densities have a tendency to be higher at low frequencies. This is expected due to the higher contribution of extended emission. The broadband spectral index distribution shows a peak at $\sim-0.2$. While some sources seem to have steeper spectral indices meaning that extended emission contributes a large fraction of the total flux density, more than the half of the sample shows flat spectral indices. The flat spectral indices show that the total flux densities of these sources are dominated by their relativistic beamed emission regions, which is the same for the observations at GHz frequencies. \\ To obtain more detailed images of these sources the MSSS measurement sets including sources of the sample were reprocessed to improve the angular resolution to $\sim$30 arcsec. The higher angular resolution reveals extended diffuse emission of several blazars. Since the reimaging results were not fully calibrated only the morphology at this resolution could be examined. However, with the short snapshot observations the images obtained with this strategy are affected from artifacts. The reimaging could be successfully performed for 93 sources in one frequency band. For 45 of these sources all availabe frequency bands could be reprocessed and used to created averaged images. These images are presented in this work. As a results of the reimaging process a pilot sample was defined to observe targets with diffuse extended emission using the whole LOFAR array including the international stations. \\ The second part of this work presents the results of a pilot sample consisting of four blazars observed with the LOFAR international array. Since the calibration of this kind of LOFAR observation is still in development, the main focus was the description of the used calibration strategy. The calibration strategies still has some limitation but resulted in images with angular resolutions of less than 1 arcsec. The morphology of all four blazars show features confirming the expectations of their counterpart radio galaxies. With the flux densities of the extended emission found in these brightness distributions the extended radio luminosities are calculated. Comparing these to the radio galaxy classifications also confirm the expectations from the unification model. \\ By extending the sample of observed blazars with LOFAR international in future the calibration strategy can be used to create similar high resolution images. A larger sample can be used to test the unification model with statistical significant results. \\

The focus of the work concerned the development of a series of MRI techniques that were specifically designed and optimized to obtain quantitative and spatially resolved information about characteristic parameters of the lung. Three image acquisition techniques were developed. Each of them allows to quantify a different parameter of relevant diagnostic interest for the lung, as further described below: 1) The blood volume fraction, which represents the amount of lung water in the intravascular compartment expressed as a fraction of the total lung water. This parameter is related to lung perfusion. 2) The magnetization relaxation time T\(_2\) und T� *\(_2\) , which represents the component of T\(_2\) associated with the diffusion of water molecules through the internal magnetic field gradients of the lung. Because the amplitude of these internal gradients is related to the alveolar size, T\(_2\) und T� *\(_2\) can be used to obtain information about the microstructure of the lung. 3) The broadening of the NMR spectral line of the lung. This parameter depends on lung inflation and on the concentration of oxygen in the alveoli. For this reason, the spectral line broadening can be regarded as a fingerprint for lung inflation; furthermore, in combination with oxygen enhancement, it provides a measure for lung ventilation. / Die Magnetresonanztomographie (MRT) stellt ein einzigartiges Verfahren im Bereich der diagnostischen Bildgebung dar, da sie es ermöglicht, eine Vielzahl an diagnostischen Informationen ohne die Verwendung von ionisierenden Strahlen zu erhalten. Die Anwendung von MRT in der Lunge erlaubt es, räumlich aufgelöste Bildinformationen über Morphologie, Funktionalität sowie über die Mikrostruktur des Lungengewebes zu erhalten und diese miteinander zu kombinieren. Für die Diagnose und Charakterisierung von Lungenkrankheiten sind diese Informationen von höchstem Interesse. Die Lungenbildgebung stellt jedoch einen herausfordernden Bereich der MRT dar. Dies liegt in der niedrigen Protondichte des Lungenparenchyms begründet sowie in den relativ kurzen Transversal- Relaxationszeiten T\(_2\) und T� *\(_2\) , die sowohl die Bildau� ösung als auch das Signal-zu-Rausch Verhältnis beeinträchtigen. Des Weiteren benötigen die vielfältigen Ursachen von physiologischer Bewegung, welche die Atmung, den Herzschlag und den Blut� uss in den Lungengefasen umfassen, die Anwendung von schnellen sowie relativ bewegungsunemp� ndlichen Aufnahmeverfahren, um Risiken von Bildartefakten zu verringern. Aus diesen Gründen werden Computertomographie (CT) und Nuklearmedizin nach wie vor als Goldstandardverfahren gehandhabt, um räumlich aufgelöste Bildinformationen sowohl über die Morphologie als auch die Funktionalität der Lunge zu erhalten. Dennoch stellt die Lungen- MRT aufgrund ihrer Flexibilität sowohl eine vielversprechende Alternative zu den anderen Bildgebungsverfahren als auch eine mögliche Quelle zusätzlicher diagnostischer Informationen dar. ...

The capabilities of a new approach towards the foundations of Statistical Mechanics are explored. The approach is genuine quantum in the sense that statistical behavior is a consequence of objective quantum uncertainties due to entanglement and uncertainty relations. No additional randomness is added by hand and no assumptions about a priori probabilities are made, instead measure concentration results are used to justify the methods of Statistical Physics. The approach explains the applicability of the microcanonical and canonical ensemble and the tendency to equilibrate in a natural way. This work contains a pedagogical review of the existing literature and some new results. The most important of which are: i) A measure theoretic justification for the microcanonical ensemble. ii) Bounds on the subsystem equilibration time. iii) A proof that a generic weak interaction causes decoherence in the energy eigenbasis. iv) A proof of a quantum H-Theorem. v) New estimates of the average effective dimension for initial product states and states from the mean energy ensemble. vi) A proof that time and ensemble averages of observables are typically close to each other. vii) A bound on the fluctuations of the purity of a system coupled to a bath. / Es wird ein neuer Ansatz die Methoden der Statistischen Physik aus der Quan- tenmechanik heraus zu rechtfertigen untersucht. Der gewählte Zugang ist echt quantenmechanisch. Statistisches Verhalten wird allein durch objektive quanten- mechanische Zufälligkeit auf Grund von Verschränkung und Unbestimmtheitsre- lationen erklärt. Es werden keine Annahmen über subjective Unwissenheit oder a priori Wahrscheinlichkeiten gemacht. Der Ansatz ist in der Lage eine maß- theoretische Rechtfertigung für die Anwendbarkeit des mikrokanonischen und des kanonischen Ensembles zu geben und erklärt auf natürliche Weise das Streben ins Gleichgewicht. Diese Arbeit enthält einen Überblick über die vorhandene Literatur und eine Reihe von neuen Resultaten. Die wichtigsten neuen Ergebnisse sind: i) Eine maßtheoretische Begründung für die Anwendbarkeit des mikrokanonischen En- sembles. ii) Schranken für die Zeit bis ins Gleichgewicht. iii) Aufzeigen eines generischen Dekohärenz-Mechanismus in der lokalen Energie-Eigenbasis bei schwa- cher Kopplung. iv) Beweis eines quantenmechanischen H-Theorems. v) Neue Abschätzungen der mittleren effektiven Dimension für Produktzustände und im “mittlere Energie”-Ensemble. vi) Ein Beweis, dass Zeit und Ensemblemittel typ- ischerweise nahezu zusammenfallen. vii) Eine Schranke für die Fluktuationen der Reinheit eines an ein Bad gekoppelten Systems.

At a hadron collider as the LHC or the Tevatron the production of a photon in association with a leptonically decaying vector boson represents an important class of processes. These processes stand out due to a very clean signal of a photon and two leptons. Furthermore they provide direct access to the photon–vector-boson couplings and thus an easy opportunity to test the gauge sector of the Standard Model. Within the scope of this work we present a full calculation of the next-to-leading-order corrections which include the O (αs) corrections of the strong interaction as well as the electroweak corrections of O (α) including all photon-induced contributions. For the creation of matrix elements we use methods based on Feynman diagrams. The IR singularities are treated with the dipole subtraction technique. In order to separate photons from jets, a quark-to-photon fragmentation function ´a la Glover / Morgan or Frixione’s cone isolation is employed. Moreover, two different scenarios for charged leptons in the fi state were considered. The fi scenario for dressed leptons assumes that a charged lepton and a photon will be recombined if they are collinear. In the second scenario for bare muons it is assumed that leptons and photon can be separated in a detector also if they are collinear. For our calculation we implemented all corrections into a fl Monte Carlo program. Be- sides the computation of the total cross section this program is also able to generate diff tial distributions of several experimentally motivated observables. Apart from the expected large electroweak corrections in the high transverse-momentum regions and sizeable corrections in the resonance regions of the transverse or the invariant masses we found photon-induced corrections up to several 10% for high transverse momenta. Within run I at the LHC for 7/8 TeV the experimental accuracy for Vγ production was roughly 10%. Due to the higher luminosity at run II this accuracy will be reduced to the level of a few percent so that corrections of the same order within the theoretical predictions might become relevant. In this work we present results for the total cross section at the LHC for 7, 8 and 14 TeV and the corresponding distributions for 14 TeV. / An einem Hadron Beschleuniger wie dem LHC oder dem Tevatron spielt die Prozessklasse der Produktion eines Photons in Kombination mit einem leptonisch zerfallenden massiven Eichbosons eine wichtige Rolle. Die Gründe für die große Bedeutung sind zum einen die klare Signatur aus einem Photon und zwei Leptonen als auch der direkte Zugang zu den Kopplungen des Photons an die massiven Eichbosonen und damit die Möglichkeit den Eichsektor des Standard-Modells der Elementarteilchenphysik zu testen. Um die Präzision der theoretischen Vorhersagen weiter zu erhöhen wurde im Rahmen dieser Arbeit eine vollständige Berechnung der Korrekturen in nächstführender Ordnung durchgeführt. Diese umfassen alle Korrekturen der starken Wechselwirkung von O (αs) sowie die elektroschwachen Korrekturen von O (α) inklusive aller photon-induzierten Beiträge. Zur Erzeugung von Matrixelementen wurde dabei auf Feynman-Diagramm basierte Methoden zurückgegriffen. Für die Behandlung der IR-Divergenzen wurde die Dipolesubtraktion verwendet wobei die Separation von kollinearen Photon–Jet-Konfigurationen mithilfe der Quark-Photon-Fragmentationsfunktion a´ la Glover / Morgan oder des Frixione-Kriteriums erfolgte. Außerdem wurden zwei experimentell motivierte Szenarien für die Behandlung von geladenen Leptonen im Endzustand berücksichtigt. In einem Fall werden kollineare Photon–Lepton-Paare zu einem Quasiteilchen zusammengefasst. Dieses Szenario entspricht der experimentellen Behandlung von Elektronen, die im Falle eines kollinearen Photons im elektromagnetischen Kalorimeter nicht von diesem getrennt werden können. Im zweiten Szenario werden Myonen und Photonen als experimentell separierbar angenommen, sodass Myon und Photon getrennt von einander im Detektor rekonstruiert werden können. Für die Berechnung der Korrekturen wurden alle Beiträge in einem fl Monte Carlo Programm implementiert, das neben der Berechnung des totalen Wirkungsquerschnittes auch die Erzeugung von Histogrammen für verschiedenste experimentell motivierte Observablen ermöglicht. Neben den typischen großen elektroschwachen Korrekturen bei hohen Transversalimpulsen sowie in Bereichen der Resonanzregion von transversaler beziehungsweise invarianter Masse zeigt sich, dass auch die photon-induzierten Korrekturen in der Größenordnung von einigen 10% bei hohen Transversalimpulsen beitragen. Die experimentelle Genauigkeit für Vγ Produktion in Run I mit 7/8 TeV am LHC lag bei etwa 10%. Aufgrund der gesteigerten Luminosität in Run II wird diese Genauigkeit noch weiter verbessert werden, sodass Korrekturen von ∼ 5% innerhalb der theoretischen Vorhersagen nicht mehr vernachlässigt werden können. In dieser Arbeit zeigen wir Ergebnisse für den totalen Wirkungsquerschnitt am LHC für 7, 8 und 14 TeV sowie die dazugehörigen Verteilungen für 14 TeV.