I den här studien har syftet varit att undersöka hur matematikläxor påverkar elevernas kunskapsutveckling. Det finns många olika perspektiv att belysa detta på, i det här fallet har fokus legat på lärarens undervisning i årskurs 1-3, där matematikläxor utgör en del av undervisningen som ska ge eleverna förutsättningar och möjligheter att nå kunskapsmålen. Studien har utgått från följande frågeställning: Vad kan vanligt förekommande matematikläxor ge elever och deras kunskapsutveckling? I arbetet med att undersöka denna frågeställning har en systematisk litteraturstudie genomförts och vetenskapliga artiklar har sökts fram via databaserna ERIC (Ebsco) och LIBRIS. Vetenskapliga artiklar har utifrån beskrivna kriterier valts ut, granskats och bidragit med kunskaper. Resultatet visar att förekomsten av matematikläxor bygger på traditioner och uppfattningar, att en hög läxfrekvens inte automatiskt utvecklar kunskaper hos eleverna, att elevernas förkunskaper och intellektuella förmågor har betydelse och att det är något som lärare måste ta hänsyn till, att olika typer av förståelse kan utvecklas via läxorna och att matematikläxor som genomförs under lektionstid med stöttning av lärare ökar chansen för fler elever att tillgodogöra sig kunskaperna.

Syftet med denna studie har varit att undersöka om studenter som går första året på en teknisk högskola upplever att närvaron eller frånvaron av bilder i undervisning av ett naturvetenskapligt ämne påverkar deras förståelse för ämnet och hur väl de minns ämnet som studeras. Genom semi-strukturerade kvalitativa intervjuer fick sju studenter berätta om sina erfarenheter från grundläggande kemi- och fysikkurser på högskolan och om erfarenheter av bilder i andra studier. Studiens resultat har analyserats enligt en fenomenografisk analysmodell där uttalanden jämfördes och grupperades genom likheter och olikheter som resulterade i de tre kategorierna; Multimedia - effekt på lärandet, Bildens inverkan för förståelse, Bildens inverkan för att minnas. Studien visar att studenterna upplever att bilder som används enligt tidigare forskning kring multimedia-effekten och kognitiv belastningsteori påverkar lärandet positivt både kortsiktigt och över längre tid. Det vill säga att den djupare förståelsen ökar när konkreta instruktiva bilder används tillsammans med text eller tal, och att mer generella bilder som övergripande visar ett naturvetenskapligt fenomen tillsammans med text eller tal ökar motivationen för lärande. Motivationen har i sin tur uppmuntrat till att studenten tänker vidare kring ämnet som lärs ut. När instruktionerna är designade för att optimera hur arbetsminnet påverkas enligt kognitiv belastningsteori upplever studenterna störst positiv inverkan på sitt lärande.

Titel: Hållbarhetsredovisningens effekter på företags resurseffektivitet. En longitudinell studie som undersöker resurseffektivitetens utveckling på 27 svenska företag efter implementeringen av hållbarhetsredovisning. Nivå: Examensarbete i företagsekonomi, Grundnivå (kandidatexamen), 15 hp Författare: Joel Magnusson och Valeria Lingran Handledare: Jan Svanberg Datum: 201406 Syfte: Syftet med studien är att belysa ett samband mellan implementering av hållbarhetsredovisning och en förändring av dessa företags resurseffektivitet i förhållande till förändringen hos de svenska företagen i genomsnitt. Metod: Studien är uppbyggd på en deduktiv forskningsansats och en longitudinell forskningsdesign med en kvantitativ forskningsstrategi. Det är en empirisk undersökning där Sustainable value metoden används för att beräkna kvantitativa mått på företagens hållbarhet. Data har hämtats från tidigare forskning, sökenheter på internet samt företagens års- och hållbarhetsredovisningar. Datan är analyserad med hjälp av statistiska metoder lämpade för longitudinell analys. Resultat och slutsats: Våra tester påvisar att det är större sannolikhet att företagens resurseffektivitet förblir oförändrad än att den förändras efter företagens implementering av hållbarhetsredovisning. Undersökningen tyder på att företagens resurseffektivitet utvecklas likartat vare sig företagen implementerat hållbarhetsredovisning eller inte. Förslag till fortsattforskning: För framtida forskning föreslår vi först och främst att detta test upprepas där urvalstekniken skall vara obundet slumpmässigt urval, när det finns en databas som gör detta möjligt. Vi ser också att detta forskningsområde behöver breddas där samma metoder som i denna undersökning skall testa andra frågeställningar, där en av dem är att undersöka förändringen i företags anseende efter implementeringen av hållbarhetsredovisning.   Uppsatsens bidrag: Vi kunde inte påvisa något samband mellan implementeringen av hållbarhetsredovisning och förändring i företags resurseffektivitet. Resultatet får oss att ifrågasätta undersökta teorier och lägger uppmärksamhet till vart forskning behövs i framtiden samt vilka teorier som behöver vidare utforskning. Nyckelord: CO2 (koldioxid), EBITDA (Ett företags rörelseresultat före räntor, skatt, nedskrivningar och avskrivningar), GRI (Global Reporting Initiative), BNP (bruttonationalprodukt), SV (Hållbart värde), Resurseffektivitet (Hur effektivt företag använder sociala och miljörelaterade resurser för att skapa ekonomiskt värde, även kallat hållbart företagande). / Title: Sustainability reporting impacts on corporate resource efficiency. A longitudinal study that examines the resource efficiency development at 27 Swedish companies after the implementation of sustainability reporting. Level: Bachelor thesis in business administration, 15 credits Author: Joel Magnusson and Valeria Lingran Supervisor: Jan Svanberg Date: 201406   Aim: The purpose of this study is to highlight a correlation between the implementation of sustainability reporting and a change in the company's resource efficiency in relation to average change in Swedish industry. Method: The study uses a deductive research approach and a longitudinal research design with a quantitative research strategy. It’s an empirical inquiry that uses the sustainable value method in order to obtain a quantitative measure of corporate sustainability. Data are gathered by means of literature, search units on the internet, corporate annual reports and corporate sustainability reports. The data is then analyzed using statistical mathematics. Result and Conclusions: Our testing shows that it is more likely that corporate resource efficiency remains unchanged after implementation of corporate sustainability reporting. The result shows that businesses resource efficiency develops the same wheter the company reports on sustanability or not. Suggestions for future research: In future research we suggest redoing this test with a simple random sample when there’s a database big enough available. We also see the need to widened this area of research and use the same methods but to different purposes, where one of them is to investigate the company’s change in reputation after the implementation of sustainability reporting.  Contribution of the thesis: We didn’t find any correlation between implementation of sustanability reporting and change in resource efficiency. This makes us question some theories and puts attention to where research needs to be conducted in the future and also which theories that needs further investigation.         Key words: CO2 (designation of carbon dioxide), EBITDA (Earnings before interest, taxes, depreciation and amortization), GRI (Global Reporting Initiative), BNP (gross domestic product), SV (Sustanable value), Resource efficiency (How effective a company uses social and environmental resources to create economical value, also called corporate sustainability).

Introduktion: Fall är i dag ett stort hälsoproblem för äldre personer. Att skador uppkommit till följd av ett fall är den vanligaste orsaken till att äldre personer blir vårdade på sjukhus. Det är sjuksköterskan och annan hälso- och sjukvårdspersonals ansvar att förebygga fall. Trots att fallförebyggande åtgärder sätts in faller äldre personer. Syfte: Syftet med litteraturstudien var att belysa effekter av fallförebyggande åtgärder för äldre personer i hemmet. Metod: En litteraturstudie baserad på Polit och Beck (2012) niostegsmodell. Litteratursökning utfördes i databaserna CINAHL och PubMed. Resultatet delades in i fyra kategorier och två underkategorier. Resultatet baserades på elva vetenskapliga och kvantitativa artiklar som genomgick kritisk granskning efter granskningsmallar av Polit och Beck (2012). Resultat: Resultatet delades in i fyra kategorier: Information och samordnade vårdinsatser, Hälsobedömning och näringstillskott, Anpassning av hemmet och Träning. Varje kategori belyser effekter av de fallförebyggande åtgärderna. Det framkom både förbättrade och oförändrade effekter i kategorier. Slutsats: Träning som fallförebyggande åtgärd var den enda åtgärden som minskade antal fall. Övriga fallförebyggande åtgärder; Information och samordnade vårdinsatser, Hälsobedömning och Anpassning av hemmet visade sig antingen/eller minska riskfaktorer för fall, ha en positiv hälsoeffekt för personen eller ingen förändring.

Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stand das Studium der langwelligen Magneto-Kollektivmoden quasi-zweidimensionaler Elektronengase (Q2DEG) in GaAs. Diese Anregungen, die sich in Zyklotronresonanzen und Magneto-Intersubband-Resonanzen untergliedern, wurden mittels der Ferninfrarot-Fourierspektroskopie in einem Magnetfeldregime 0 T &#8804; B &#8804; 17 T untersucht. Die Zyklotronresonanz wurde über einen sehr weiten und umfassenden Dichtebereich von 1x10^11 cm^-2 bis 1.2x10^12 cm^-2 im Temperaturintervall 0.3 K < T < 80 K vermessen. Dabei kamen grundlegend unterschiedliche Proben-Strukturen mit Elektronenbeweglichkeiten im Bereich 5x10^5 cm^2/Vs bis 7x10^6 cm^2/Vs zum Einsatz, die unter unterschiedlichen Optimierungsgesichtspunkten hergestellt wurden. Mit den verfügbaren Proben und Parametern konnten mittels der Zyklotronresonanz die Regimes des Integralen (IQHE) und des Fraktionalen Quanten-Hall-Effektes (FQHE) abgedeckt und die bei hohen Temperaturen dominierenden Polaron-Renormierungen grundlegend charakterisiert werden. Zur Analyse und Interpretation der experimentellen Daten wurden theoretische Modelle zur mehrkomponentigen Zyklotronresonanz unte r den Aspekten der Polaron-Renormierung, der Leitungsband-Nichtparabolizität, der Streuung an Störstellen, der Abschirmung, sowie der Elektron-Elektron-Wechselwirkung und den mit ihr zusammenhängenden Grundzuständen entwickelt und mit diesen numerische Modell- und Anpassungsrechnungen durchgeführt. Die Magneto-Intersubband-Resonanzen wurden im Regime des IQHE experimentell untersucht. Dabei wurde die Gitterkopplertechnik zur Ankopplung des Lichtfeldes an diese Anregungen eingesetzt. Zum Verständnis und zur Interpretation der Messergebnisse wurden die selbstkonsistenten Gleichungen zur Berechnung der Magneto-Landau-Subband-Struktur und der dazu kompatiblen Dichteantwort im Rahmen der Hartree-Fock- (HFA) bzw. der zeitabhängigen Hartree-Fock-Näherung (TDHFA) aufgestellt und der numerische Lösungsweg dargelegt. Anhand von Anpassungsrechnungen wurde daraufhin die Magnetfeldabhängigkeit der Intersubband-Resonanzen analysiert. / This thesis is dedicated to the long wavelength collective excitations of quasi two-dimensional electron systems (Q2DEG) in GaAs under the influence of high magnetic fields. These excitations, which are classified into cyclotron resonances and magneto intersubband resonances, were experimentally investigated by means of far infrared Fourier spectroscopy. Cyclotron resonances were studied in a magnetic field range 0 < B < 17 T using different sample structures with electron densities from 1x10^11 cm^-2 to 1.2x10^12 cm^-2 at temperatures 0.3 K < T < 80 K. The molecular beam epitaxially grown samples showed electron mobilities in the=2 0range from 5x10^5 cm^2/Vs bis 7x10^6 cm^2/Vs and allowed an access to the regimes of the Integral (IQHE) and also the Fractional Quantum Hall Effects (FQHE) as well as to the regime of prominent polaron coupling at high temperatures. For the analysis and the interpretation of the experimental data, various theoretical models were presented and applied to the data. The theory took into account the multi-component character of cyclotron resonance in the presence of polaron coupling, bands nonparabolicity, and disorder under the combined influence of electronic screening and electron-electron coupling. The magneto intersubband resonances were investigated in the regime of the Integral Quantum Hall Effect. The grating coupler technique was used in order to couple the electromagnetic field to these collective excitations. Self consistent calculations of the subband structure and the collective modes were performed in the framework of the Hartree-Fock approximation scheme. These calculations were used for an interpretation of the experimental observations.

In the current work, several well-known pharmaceuticals (1,4-dihydrazinophthalazine sulfate, caffeine, and papaverine hydrochloride) and new organometallic compounds (nickel(II) cupferronato complexes NiL2An, L = PhN2O2-, n = 1, A = o-phenanthroline (1), o,o’-bipyridine (2) and n = 2, A = H2O (3), o-NH2Py (4), o-C6H4(NH2)2 (5); silylene-bridged dinuclear iron complexes [Cp(OC)2Fe]2SiX2 (X = H (6), F (7), Cl (8), Br (9), I (10)); 3-silaoxetane 3,3-dimethyl-2,2,4,4-tetraphenyl-1-oxa-3-silacyclobutane (11) and 3-silathietane 3,3-dimethyl-2,2,4,4-tetraphenyl-1-sila-3-thiacyclobutane (12) compounds), which have successfully been characterized by using vibrational spectroscopy in conjunction with accurate density functional theory (DFT) calculations, are presented. The DFT computed molecular geometries of the species of interest reproduced the crystal structure data very well and in conjunction with IR and Raman measurements helped us to clarify the structures of the compounds, for which no experimental data were available; and this, especially for the new organometallic compounds, where the X-Ray analysis was limited by the non-availability of single crystals (3, 5, 10). Furthermore, a natural population analysis (NPA) and natural bond orbital (NBO) calculations together with a detailed analysis of the IR and Raman experimental as well as calculated spectra of the new organometallic compounds, allowed us to study some special bonding situations (1-12) or to monitor the structural changes observed with the change in temperature during the Raman experiments (11, 12). By combining these two methods (DFT and vibrational spectroscopy), the auspicious results obtained on the organometallic compounds 6-12 and overall in literature, made us confident of the power of theoretical calculations in aiding the interpretation of rich SERS spectra by solving some interesting issues. Consequently, the Raman and SERS spectra of well-known pharmaceuticals (1,4-dihydrazinophthalazine sulfate, caffeine, and papaverine hydrochloride) or new potentially biological active organometallic complexes (1-5), that were synthetized by our coworkers, were discussed with the assistance of the accurate results obtained from DFT calculations (structural parameters, harmonic vibrational wavenumbers, Raman scattering activities), and many previous incomplete assignments have been analyzed and improved. This allowed us to establish the vibrational behavior of these biological compounds near a biological artificial model at different pH values or concentrations (Ag substrate), taking into account that information about the species present under particular conditions could be of great importance for the interpretation of biochemical processes. The total electron density of molecules and the partial charges situated on selected atoms, which were determined theoretically by NPA, allowed us to establish the probability of different atoms acting as an adsorptive site for the metal surface. Moreover, a closer examination of the calculated orbitals of molecules brought further arguments on the presence or absence of the photoproducts at the Ag surface during the irradiation (1,4-dihydrazinophthalazine sulfate). Overall, the results provide a benchmark illustration of the virtues of DFT in aiding the interpretation of rich vibrational spectra attainable for larger polyatomic adsorbates by using SERS, as well as in furnishing detailed insight into the relation between the vibrational properties and the nature of the Ag substrate-adsorbate bonding. Therefore, we strongly believe that theoretical calculations will become a matter of rapidly growing scientific and practical interest in SERS. / In der vorliegenden Arbeit werden allgemein bekannte Pharmazeutika (1,4-Dihydrazin-phtalazinsulfat, Koffein und Papaverinhydrochlorid) und mehrere neue metallorganische Verbindungen (Nickel(II)-Kupferron-Komplexe NiL2An, L = PhN2O2-, n = 1, A = o-phenanthrolin (1), o,o’-bipyridine (2) and n = 2, A = H2O (3), o-NH2Py (4), o-C6H4(NH2)2 (5); Silicium-verbrückte dinucleare Eisen-Komplexe [Cp(OC)2Fe]2SiX2 (X = H (6), F (7), Cl (8), Br (9), I (10)); 3-Silaoxetan 3,3-Dimethyl-2,2,4,4-tetraphenyl-1-oxa-3-silacyclobutan (11) und 3-Silathietan 3,3-Dimethyl-2,2,4,4-tetraphenyl-1-sila-thiacyclobutan (12) Verbindungen) vorgestellt, die erfolgreich unter Verwendung schwingungsspektroskopischer Methoden in Verbindung mit genauen DFT Rechnungen charakterisiert worden sind. Die mittels DFT berechneten Molekülgeometrien der uns interessierenden Substanzen gaben die Daten, die aus Kristallstrukturanalyse erhalten worden sind, sehr gut wieder und halfen uns zusammen mit IR- und Raman-Messungen die Strukturen der Verbindungen aufzuklären, für die bisher keine experimentellen Daten erhältlich waren. Besondere Aufmerksamkeit wurde denjenigen neuen Metallorganika geschenkt, deren Röntgenstrukturanalyse (3, 5, 10) auf Grund der Fehlens von Einkristallen eingeschränkt war. Desweiteren erlaubten uns “natural population analysis” (NPA)- und ” natural bond orbital“ (NBO)-Analysen, ebenso wie detallierte Auswertungen der experimentellen und berechneten Spektren (IR, Raman) der metallorganischen Verbindungen, die Untersuchung spezieller Bindungssituationen (1-12) und die strukturellen Änderungen (11, 12) zu verfolgen, die mit der Variation der Temperatur während der Raman-Messungen einhergehen. Die vielversprechenden Ergebnisse der Untersuchungen an metallorganischen Verbindungen 6-12 sowie entsprechende bisher publizierte Ergebnisse, die durch Kombination dieser zwei Methoden (DFT und Schwingungsspektroskopie) erhalten worden sind, machten uns zuversichtlich, dass theoretische Berechnungen bei der Auswertung auch komplexer SERS-Spektren durch Lösung einiger interessanter Probleme sehr behilflich sein könnten. Folglich konnten die Raman- und SERS-Spektren von bekannten Pharmazeutika (1,4-Dihydrazin-phtalazinsulfat, Koffein und Papaverinhydrochlorid) oder von neuen, potentiell biologisch aktiven Organometall-Komplexen (1-5), die von Mitarbeitern anderer Institute synthetisiert worden sind, unter Zuhilfenahme genauer Ergebnisse aus DFT-Rechnungen (strukturelle Parameter, harmonische Schwingungswellenzahlen, Raman-Streuaktivitäten) interpretiert werden. So war es möglich, viele bisher unvollständig zugeordnete Schwingungen zuzuordnen und zu erklären. Dies erlaubte uns, das Schwingungsverhalten dieser biologischen Substanzen innerhalb eines künstlichen biologischen Modells (Ag-Substrat) bei verschiedenen pH-Werten und Konzentrationen zu ermitteln. Informationen über das Verhalten solcher Verbindungen unter besonderen Bedingungen könnten bei der Interpretation biologischer Prozesse eine wichtige Rolle spielen. Die totale Elektronendichte dieser Moleküle und die Partialladung an unterschiedlichen Atomen, die durch NPA bestimmt wurden, ermöglichten uns, die Adsorptionswahrscheinlichkeit verschiedener Atome an bestimmten Stellen der Metalloberfläche zu ermitteln. Ferner lieferte eine genauere Betrachtung der berechneten Molekülorbitale weitere Hinweise auf das Auftreten oder Fehlen von Photoprodukten auf der Silberoberfläche während der Bestrahlung (1,4-Dihydrazin-phtalazinsulfat). Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse die Vorteile von DFT-Rechnungen bei der Interpretation komplexer Schwingungsspektren größerer polyatomarer Adsorbate auf, die nur unter Ausnützung des SERS-Effekts aufgenommen werden können. Auch tragen sie dazu bei, einen detaillierten Einblick in den Zusammenhang zwischen den Schwingungseigenschaften und der Natur der Silbersubstratadsorbat-Bindung zu liefern. Demzufolge sind wir davon überzeugt, dass theoretische Methoden einen größeren Stellenwert bei einem schnell wachsenden wissenschaftlichen und praktischen Interesse an SERS gewinnen werden.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden monolithische Halbleiternanostrukturen hinsichtlich neuartiger nanoelektronischer Transporteffekte untersucht. Hierbei wurden gezielt der ballistische Charakter des Ladungstransportes in mesoskopischen Strukturen sowie die kapazitive Kopplung einzelner Strukturbereiche ausgenutzt, um ballistische Verstärkerelemente und logische Gatter zu realisieren. Die untersuchten Nanostrukturen basieren auf dem zweidimensionalen Elektronengas modulationsdotierter GaAs/AlGaAs-Heterostrukturen und wurden über Elektronenstrahl-Lithographie sowie nasschemische Ätztechniken realisiert. Somit entstanden niederdimensionale Leiter mit Kanalbreiten von wenigen 10 nm, deren Leitwert über planare seitliche Gates elektrisch kontrolliert werden kann. Bei den Transportuntersuchungen, die zum Teil im stark nichtlinearen Transportbereich und bei Temperaturen bis hin zu 300 K durchgeführt wurden, stellte sich das Konzept verzweigter Kanalstrukturen als vielversprechend hinsichtlich der Anwendung für eine neuartige Nanoelektronik heraus. So kann eine im Folgenden als Y-Transistor bezeichnete, verzweigte Kanalstruktur in Abhängigkeit der äußeren Beschaltung als Differenzverstärker, invertierender Verstärker, bistabiles Schaltelement oder aber auch als logisches Gatter eingesetzt werden. Zudem eröffnet der Y-Transistor einen experimentellen Zugang zu den nichtklassischen Eigenschaften nanometrischer Kapazitäten, die sich von denen rein geometrisch definierter Kapazitäten aufgrund der endlichen Zustandsdichte erheblich unterscheiden können. Für ballistische Y-Verzweigungen tritt zudem ein neuartiger Gleichrichtungseffekt auf, der in Kombination mit den verstärkenden Eigenschaften von Y-Transistoren dazu genutzt wurde, kompakte logische Gatter sowie einen ballistischen Halb-Addierer zu realisieren. / This thesis reports investigations of monolithic semiconductor nanostructures with novel nanoelectronic transport effects. In particular, it is shown that the ballistic motion of electrons in nanoelectronic devices in combination with capacitive coupling of nearby device sections can be used to realize ballistic amplifiers and logic gates. The nanostructures under investigation are based on the two dimensional electron gas of modulation doped GaAs/AlGaAs-heterostructures and were patterned by electron-beam-lithography and wet chemical etching. In this way, low dimensional conductors with widths on the order of a few 10 nm to about 100 nm controlled by in-plane gates were realized. Investigations at temperatures up to 300 K in the nonlinear transport regime show that branched nanojunctions are promising candidates for future nanoelectronic building blocks. Depending on the external circuit, gated Y-branched nanojunctions, here referred to as "Y-transistors", can be used as differential amplifiers, inverting amplifiers, bistable switches and logic gates. In addition, Y-transistors allow the experimental investigation of nonclassical properties of nanoscaled capacitors, which differ significantly from those of macroscopic capacitors due to the different densities of states. Moreover, a novel ballistic rectification effect observed for Y-branched nanojunctions is exploited to realize a ballistic in-plane half-adder with output signals amplified by feedback coupled Y-transistors.

In this thesis, the electronic transport properties of mesoscopic condensed matter systems based on graphene are investigated by means of numerical as well as analytical methods. In particular, it is analyzed how the concepts of quantum interference and disorder, which are essential to mesoscopic devices in general, are affected by the unique electronic and transport properties of the graphene material system. We consider the famous Aharonov–Bohm effect in ring-shaped transport geometries, and, besides providing an overview over the recent developments on the subject, we study the signatures of fundamental phenomena such as Klein tunneling and specular Andreev reflection, which are specific to graphene, in the magnetoconductance oscillations. To this end, we introduce and utilize a variant of the well-known recursive Green’s function technique, which is an efficient numerical method for the calculation of transport observables in effectively non-interacting open quantum systems in the framework of a tight binding model. This technique is also applied to study the effects of a specific kind of disorder, namely short-range resonant scatterers, such as strongly bound adatoms or molecules, that can be modeled as vacancies in the graphene lattice. This numerical analysis of the conductance in the presence of resonant scatterers in graphene leads to a non-trivial classification of impurity sites in the graphene lattice and is further substantiated by an independent analytical treatment in the framework of the Dirac equation. The present thesis further contains a formal introduction to the topic of non-equilibrium quantum transport as appropriate for the development of the numerical technique mentioned above, a general introduction to the physics of graphene with a focus on the particular phenomena investigated in this work, and a conclusion where the obtained results are summarized and open questions as well as potential future developments are highlighted. / In dieser Arbeit werden die elektronischen Transporteigenschaften von Graphen-basierten mesoskopischen Festkörpersystemen mittels numerischer und analytischer Methoden untersucht. Im Besonderen wird analysiert, wie Konzepte von Quanteninterferenz und Unordnung, die eine wesentliche Rolle für mesoskopische Systeme spielen, durch die einzigartigen elektronischen und Transporteigenschaften von Graphen beeinflusst werden. Wir betrachten den berühmten Aharonov-Bohm-Effekt in ringförmigen Transportgeometrien, geben einen Überblick über die Entwicklung dieses Themas in den letzten Jahren und befassen uns mit den charakteristischen Merkmalen, die fundamentale Phänomene wie Klein-Tunneln und gerichtete Andreev-Reflexion, welche spezifisch für Graphen sind, in den Magnetooszillationen der elektrischen Leitfähigkeit aufweisen. Dazu führen wir eine Variante der Methode der rekursiven Greenschen Funktionen ein, die ein effizientes numerisches Verfahren zur Berechnung von Transportobservablen in effektiv nicht-wechselwirkenden, offenen Quantensystemen im Rahmen eines „tight binding“-Modells darstellt. Diese Methode wird desweiteren zur Erforschung eines speziellen Typs von Unordnung herangezogen, nämlich kurzreichweitiger, resonanter Streuzentren wie stark gebundene Adatome oder Moleküle, die als Fehlstellen in der Graphen-Gitterstruktur modelliert werden können. Diese numerische Analyse der elektrischen Leitfähigkeit bei Anwesenheit resonanter Streuzentren in Graphen führt zu einer nicht-trivialen Klassifizierung von Fremdatom-Gitterplätzen innerhalb des Graphen-Gitters und wird durch eine unabhängige analytische Behandlung im Rahmen der Dirac-Gleichung bekräftigt. Die vorliegende Arbeit enthält weiterhin eine formale Einführung in das Thema des Nichtgleichgewichts-Quantentransports, wie es für die Entwicklung der genannten numerischen Methode dienlich ist, eine allgemeine Einführung in die Physik von Graphen mit Fokus auf die speziellen Aspekte, die in dieser Arbeit untersucht werden, sowie eine abschließende Darstellung, in der die erhaltenen Ergebnisse zusammengefasst und offene Fragen sowie mögliche zukünftige Entwicklungen hervorgehoben werden.

Eine der zentralen Aufgaben des menschlichen auditiven Systems besteht darin, aus einer Vielzahl von Umgebungsgeräuschen Ort und Informationsgehalt einer Schallquelle herauszufiltern. Diese Fähigkeit ist von entscheidender Bedeutung für die Kommunikation in geräuschvoller Umgebung. Einschränkungen des Hörvermögens führen in unterschiedlichem Ausmaß zu einer Beeinträchtigung dieser Hörleistung. Im klinischen Alltag berichten jedoch auch ältere Menschen ohne offensichtliche Hörstörung über Schwierigkeiten, Sprache in Gegenwart von mehreren Sprechern oder Nebengeräuschen zu verstehen. Die vorliegende Arbeit untersucht altersabhängige Veränderungen von Sprachverständnis und Lokalisationsfähigkeit an normalhörenden Erwachsenen. Zur Bestimmung der Sprachverständnisschwelle wurde der Oldenburger Satztest (OLSA) in Ruhe und in Gegenwart je eines energetischen (CCITT-Rauschen) sowie eines informationellen Maskers (Sprachgemisch aus zwei männlichen Störsprechern) verwendet. Dabei wurde die Sprache jeweils von vorn angeboten, während der Einfallswinkel der Störschallquelle in vier Schritten zwischen 0° und 90° variiert wurde. Die Lokalisationsfähigkeit in der vorderen Horizontalebene (-90° bis +90° ) wurde für drei verschiedene Signale (CCITT-Rauschen, Sprache und Clicktrain) untersucht, wobei der Pegel zwischen 55 dB und 65 dB zufallsvariiert wurde. Der D2-Konzentrationsleistungstest wurde zur Erfassung möglicher Ermüdungseffekte vor und nach dem Sprachverständnistest eingesetzt. Zur Untersuchung von Alterseffekten wurden je vier männliche und weibliche Probanden in sechs Dekaden (3. bis 8.) mit altersentsprechender Normalhörigkeit eingeschlossen. Zusätzlich wurde der zulässige Hochtonhörverlust begrenzt, um reine Alterseffekte von einer Presbyakusis trennen zu können. In der statistischen Auswertung des Sprachverständnisses in Ruhe hatten die beiden Einflussfaktoren Probandenalter und Hörschwelle den größten Einfluss und erklärten zusammen 84% der Gesamtvarianz. Bei der winkelabhängigen Untersuchung der beiden Maskertypen Störsprache (informationell) und CCITTRauschen (energetisch) zeigte sich, dass für alle Altersgruppen die Sprachverständnisschwelle für nicht räumlich getrennte Schallquellen am höchsten war. In dieser Kondition war der informationelle Maskierungseffekt ausgeprägter als der energetische. Die räumliche Trennung von Nutz- und Störsignal führte für beide Maskertypen zu einer Verbesserung der Sprachverständnisschwelle, wobei hier der energetische Maskierungseffekt überwog. Der größte Gewinn trat schon beim kleinsten Trennungswinkel (22,5° ) auf. Während die Absolutlage der Sprachverständnisschwelle altersabhängig signifikant variierte, profitierten alle Probanden in gleichem Maße von der räumlichen Trennung. Im Lokalisationsexperiment war der mittlere absolute Fehler unabhängig vom Stimulustyp relativ gering. Relevanter Einflussfaktor war nur die Lautsprecherposition, mit einer Varianzaufklärung von 12 %. Für alle Altersgruppen waren Stimuli aus den äußeren beiden Lautsprechern am schwierigsten zu lokalisieren. Während Probanden bis 59 Jahre Stimuli aus den zentralen Lautsprechern nahezu perfekt zuordnen konnten, stieg die Fehlerhäufigkeit in den beiden ältesten Probandengruppen an. Es konnte nur eine zwar signifikante, aber praktisch nicht bedeutsame (r < 0,5) Korrelation zwischen Lokalisationsfähigkeit von Sprache und Sprachverständnis in Gegenwart von Störsprache festgestellt werden. Für das Störsignal CCITT-Rauschen war die Korrelation noch geringer. Die exakte räumliche Wahrnehmung einer Schallquelle spielt demnach für das Sprachverständnis im Störgeräusch eine Rolle, kann die von älteren Patienten beschriebenen Defizite jedoch nicht vollständig erklären. / One of the primary challenges of the human auditory system is the filtering of location and informational content of a sound source out of ambient noise. This ability is of vital importance for communicating in loud surroundings. Hearing impairments result in limitations of this hearing performance to different degrees. Nevertheless, during clinical routine elderly people without peripheral hearing impairment report difficulties understanding speech in the prescence of multiple talker or ambient noises. In this study the age-related changes of speech reception and localization ability were investigated in normal-hearing adults. To determine the speech reception threshold, the Oldenburg sentence test (OLSA) was used in the presence of an energetic masker (CCITT noise) and an informational masker (male two-talker-babble). The speech signal was presented from the central speaker while the angle of the competing noise varied in four steps between 0° to 90°. Frontal horizontal plane sound localization (-90° to +90°) was assessed for three different stimuli (CCITT noise, speech and clicktrain). The level was randomised between 55dB and 65dB. To gather possible symptoms of fatigue, the D2 test of attention was employed before and after the speech reception test. To investigate effects of aging, the test groups consisted of four men and four women, in six decades (3d to 8th) with age-appropriate normal hearing. In addition, the tolerated high frequency hearing loss was limited to allow for separation of pure aging effects from presbycusis. In the statistical evaluation of speech reception in quiet, the factors subject age and hearing threshold had the greatest influence and together explained 84% of the variance. Angle-dependent analysis of both masker types showed that for all age groups the speech-reception threshold was highest for non-separated sound sources. In this condition the effect of the informational speech masker was stronger than that of the energetic CCITT noise masker. Spatial release from masking however, led for both masker types to an increase in speech perception. In spatially separated sound sources, the effect of the energetic masker was stronger. The greatest benefit resulted at the smallest separation angle (22,5°). While the difference in speech reception threshold was statistically significant between the age groups, the benefit from spatially separating the sound sources was identical for all age groups. The mean absolute error in the localization experiment was comparatively low, independent of the stimulus type. The only relevant influencing factor was speaker position with a 12% variance explanation. Every age group had the most difficulties in localizing stimuli from the two outermost speakers. While candidates up to 59 years could localize stimuli from the central speakers nearly perfectly, the fault rate increased in both of the oldest age groups. A statistically significant but practically irrelevant (r < 0.5) correlation between localization of speech and speech reception in the presence of competing speech could be detected. For the competing CCITT noise the correlation was even smaller. While the exact spatial perception of a sound source has an influence on speech perception in noise, it doesn't completely explain the shortfalls described by older patients.

The perception of pain can be modulated by a variety of factors such as biological/pharmacological treatments as well as potent cognitive and emotional manipulations. Placebo and nocebo effects are among the most prominent examples for such manipulations. Placebo and nocebo manipulations cause reliable psychological and physiological changes, although the administered agent or treatment is inert. The present dissertation aimed at investigating the role of cognitive and emotional influences in the generation of placebo and nocebo effects on pain perception. In addition, the feasibility of solely psychological placebo manipulations to alter the perception of pain was tested. Two commonly discussed preconditions for the generation of placebo and nocebo effects are prior experiences (i.e., past encounter of drug effects) and expectations (i.e., positive or negative attitudes towards an intervention). So far, research on placebo and nocebo effects relied on the administration of sham interventions, which resembled medical treatments like inert pills, creams or injections. However, such experimental procedures deal with confounds due to earlier experiences and expectations resulting from the individual’s history with medical interventions. Accordingly, the implementation of a placebo manipulation that is completely new to an individual, seems necessary to disentangle the contribution of experience and expectation for the induction of placebo and nocebo effects. To this end, in Experiment 1 the level of experience and expectation regarding a placebo-nocebo treatment was stepwise manipulated across three different experimental groups. To avoid any resemblances to earlier experiences and individual expectations, a mere psychological placebo-nocebo treatment was chosen that was new to all participants. They were instructed that visual black and white stripe patterns had been found to reliably alter the perception of pain. One group of participants received only the placebo-nocebo instruction (expectation), a second group experienced a placebo-nocebo treatment within a conditioning phase (experience) but no instruction, and a third group received the combination of both that is a placebo-nocebo instruction and a placebo-nocebo conditioning (experience + expectation). It was shown that only the experience + expectation group revealed significantly higher pain ratings and physiological responses during nocebo, compared to placebo trials of the succeeding test phase. These findings demonstrate that the induction of a mere psychological placebo-nocebo effect on pain is in principle possible. Most important, results indicate that such effects most likely rely on both, a positive treatment experience, due to the encounter of an effective intervention (placebo conditioning), and a positive expectation about the intervention (placebo instruction).Besides experience and expectation, the current mood state has been shown to modulate pain and to impact the induction of placebo and nocebo effects. In this vein it has been demonstrated that placebo effects come along with positive affect, while nocebo effects often occur together with elevated feelings of anxiety. To clarify the interaction of emotions and placebo-nocebo manipulations on pain perception, in Experiment 2 the paradigm of Experiment 1 was modified. Instead of black and white stripe patterns, positive and negative emotional pictures were presented, which either cued pain increase (nocebo) or pain decrease (placebo). Two experimental groups were compared, which differed with regard to the instructed contingency of positive pictures serving as placebo and negative pictures serving as nocebo cues or vice versa (congruent vs. incongruent). Results indicate that the differentiation of placebo and nocebo trials (behaviorally and physiologically) was more pronounced for the congruent compared to the incongruent group. However, in the incongruent group, affective pain ratings were also significantly higher for nocebo (positive pictures) than placebo (negative pictures) trials, similar to the congruent group. These findings demonstrate that a placebo-nocebo manipulation is capable to dampen and even reverse the originally pain augmenting effect of negative emotions. The results of Experiment 2 were further corroborated in Experiment 3, when the design was adapted to the fMRI scanner, and again a congruent and an incongruent experimental group were compared. Behavioral, physiological and neurophysiological markers of pain processing revealed a differentiation between nocebo and placebo conditions that was present irrespective of the experimental group. In addition, the fMRI analysis revealed an increased engagement of prefrontal areas for the incongruent group only, supposedly reflecting the reinterpretation or appraisal process when positive pictures were cueing negative outcomes. Taken together, the results of the present studies showed (a) that it is possible to induce a placebo-nocebo effect on pain solely by a psychological manipulation, (b) that both, prior experiences and positive expectation, are necessary preconditions for this placebo-nocebo effect, (c) that the impact of negative emotion on pain can be dampened and even reversed by placebo-nocebo manipulations, and (d) that most likely a cognitive top-down process is crucial for the induction of (psychological) placebo-nocebo effects. These results significantly enhance our understanding of psychological mechanisms involved in the induction of placebo-nocebo effects. Further, a fruitful foundation for future studies is provided, which will need to determine the contributions of primarily nocebo or placebo responses mediating the effects as demonstrated in the present studies. In a long-term perspective, the present findings may also help to exploit placebo effects and prevent from nocebo effect in clinical contexts by further elucidating crucial psychological factors that contribute to the placebo and nocebo response. / Die Wahrnehmung von Schmerz kann durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst werden, darunter biologische und pharmakologische Interventionen sowie potente kognitive und emotionale Manipulationen. Placebo- und Nocebo-effekte gehören mit zu den eindrucksvollsten Beispielen für die Wirksamkeit derartiger Manipulationen. Placebo- und Nocebo-Behandlungen können zu manifesten psychologischen und physiologischen Veränderungen führen, obwohl die verabreichten Substanzen frei von Wirkstoffen bzw. den angewandten Scheinbehandlungen keine Wirkung zugeschrieben wird. In der vorliegenden Dissertation wurden kognitive und emotionale Einflussfaktoren auf die Induktion von Placebo- und Nocebo-Effekten bei der Wahrnehmung von Schmerz untersucht. Darüber hinaus sollte die Möglichkeit zur Verwendung rein psychologischer Placebo-Nocebo Manipulationen für die Modulation von Schmerz getestet werden. Zwei zentrale Voraussetzungen für die Erzeugung von Placebo und Nocebo-Effekten sind vorherige Erfahrung (z.B. auf Grund früherer Erfahrungen mit einem Medikament) und Erwartung (z.B. eine positive oder negative persönliche Einstellung gegenüber einer Therapie). Bisher basierte die Forschung zu Placebo- und Nocebo-Effekten vornehmlich auf Ergebnissen von Untersuchungen die Schein-Behandlungen oder Leerpräparate einsetzten wie z.B. Tabletten, Cremes oder Injektionen, die herkömmlichen medizinischen Interventionen sehr ähnlich sind. Jedoch ergibt sich bei einem derartigen experimentellen Vorgehen stets das Problem einer Konfundierung der Ergebnisse durch den Einfluss früherer Erfahrungen oder der individuellen Erwartungshaltung an die Behandlung, die aus einer Vorgeschichte medizinischer Therapieerlebnissen herrührt. Daraus leitet sich die Notwendigkeit von anderweitigen, dem Probanden völlig unbekannten Placebo-Interventionen ab, um die jeweilige Beteiligung von Erwartungs- und Erfahrungsprozessen für die Induktion von Placebo- und Nocebo-Effekten bestimmen zu können. Zu diesem Zweck wurden in Experiment 1 Erwartung und Erfahrung in drei Experimentalgruppen stufenweise und unabhängig voneinander manipuliert. Um einer Ähnlichkeit zu früheren Behandlungs-Erfahrungen und dadurch abgeleiteten Erwartungen vorzubeugen, wurde ein rein psychologisches Placebo-Nocebo Verfahren herangezogen, das mit Sicherheit allen Teilnehmern unbekannt war. Sie wurden darüber informiert, dass die Betrachtung von schwarz-weißen Streifenmustern eine wissenschaftlich bestätigte Wirkung auf die Schmerzwahrnehmung hätte. Eine Gruppe der Teilnehmer erhielt lediglich eine Placebo-Nocebo Instruktion (Erwartung), eine zweite Gruppe erlebte tatsächlich die Kopplung von zwei verschiedenen Streifenmustern mit unterschiedlich starken Schmerzreizen während einer Konditionierungs-Phase (Erfahrung) bekam aber keine Instruktion und eine dritte Gruppe erhielt sowohl die Placebo-Nocebo Instruktion als auch die Placebo-Nocebo Konditionierung (Erfahrung + Erwartung). Es konnte gezeigt werden, dass während der anschließenden Testphase lediglich die kombinierte Erfahrung + Erwartung Gruppe signifikant unterschiedliche Schmerzratings und physiologische Reaktionen auf die Schmerzreize während der Placebo- im Vergleich zu den Nocebo-Durchgängen aufwies. Diese Ergebnisse belegen, dass die Induktion eines rein psychologischen Placebo-Nocebo Effektes auf die Schmerzwahrnehmung prinzipiell möglich ist. Besonders hervorzuheben ist dabei die Notwendigkeit beider Prozesse, nämlich einer tatsächlichen Erfahrung der Wirksamkeit der Therapie (Placebo-Nocebo Konditionierung) und einer positiven Erwartung hinsichtlich der Intervention (Placebo-Nocebo Instruktion). Neben Erfahrung und Erwartung, hat die momentane Stimmung entscheidenden Einfluss auf die die Induktion von Placebo- und Nocebo-Effekten einerseits, sowie generell auf die Wahrnehmung von Schmerz andererseits. In diesem Zusammenhang konnte gezeigt werden, dass Placebo-Effekte mit einer Verbesserung der Stimmung einhergehen, Nocebo-Effekte hingegen häufig von gesteigerter Angst begleitet sind. Um die Interaktion von Emotionen und Placebo-Nocebo Manipulationen zu eruieren, wurde das in Experiment 1 etablierte Paradigma angewendet und modifiziert. Anstelle von Streifenmustern, wurden positive und negative emotionale Bilder präsentiert, die entweder eine Schmerz-Verstärkung (Nocebo) oder eine Schmerz-Linderung (Placebo) anzeigten. Zwei Experimentalgruppen wurden miteinander verglichen, die sich hinsichtlich der Kontingenz von positiven Bildern als Placebo- und negativen Bildern als Nocebo-Indikator, bzw. umgekehrt, positiven Bildern als Nocebo- und negativen Bildern als Placebo-Indikator, unterschieden (kongruent vs. inkongruent). Es zeigte, dass die Unterscheidung (Schmerzratings und physiologische Reaktionen auf den Schmerzreiz) zwischen Placebo- und Nocebo-Durchgängen in der kongruenten Gruppe stärker ausgeprägt war als in der inkongruenten Gruppe. Allerdings waren die affektiven Schmerzratings der inkongruenten Gruppe ebenfalls in Nocebo-Durchgängen (positive Bilder) signifikant höher als in Placebo-Durchgängen (negative Bilder), ähnlich zur kongruenten Gruppe. Die Daten zeigen damit, dass eine Placebo-Nocebo Manipulation in der Lage ist, die genuin Schmerz verstärkende Wirkung negativer Emotionen abzuschwächen und sogar umzukehren. Die Befunde aus Experiment 2 konnten zusätzlich in Experiment 3 gestützt werden, welches das zuvor getestete Design ins fMRT überführte und gleichermaßen eine kongruente und eine inkongruente Experimentalgruppe miteinander verglich. Verhaltensmaße sowie physiologische und neurophysiologische Korrelate der Schmerzwahrnehmung ergaben eine eindeutige Differenzierung zwischen Placebo- und Nocebo-Durchgängen, unabhängig von der Experimentalgruppe. Darüber hinaus zeigte sich in der inkongruenten Bedingung eine verstärkte präfrontale Aktivierung für den Vergleich von Nocebo- und Placebo-Durchgängen, was potenziell auf einen zusätzlichen Re- Interpretations- oder Appraisal-Prozess zurückzuführen ist, der sich einstellt, wenn ein positives Bild eine negative Konsequenz vorhersagt. Zusammengefasst zeigen die vorliegenden Studien, dass es (a) möglich ist einen Placebo-Nocebo Effekt mit einer rein psychologischen Manipulation hervorzurufen, dass (b) im Fall rein psychologischer Placebo-Nocebo Manipulationen sowohl Erfahrung als auch positive Erwartung notwendig sind, dass (c) der Einfluss negativer Emotionen auf Schmerz mittels einer Placebo-Nocebo Manipulation reduziert und sogar umgekehrt werden kann und (d) höchstwahrscheinlich ein kognitiver (Neu-) Bewertungsprozess für die Induktion (psychologischer) Placebo-Nocebo Effekte essentiell ist. Die Ergebnisse tragen zum Verständnis der beteiligten psychologischen Prozesse bei der Induktion von Placebo-Nocebo Effekten erheblich bei. Darüber hinaus stellen die verwendeten Paradigmen eine vielseitige Ausgangsposition für zukünftige Studien dar, die klären müssen, ob für die gefunden Ergebnisse vornehmlich Placebo- oder Nocebo-Effekte verantwortlich sind. Perspektivisch könnten die vorliegenden Befunden helfen, die psychologischen Grundlagen der Placebo-Nocebo Antwort näher zu beleuchten und damit sogar im klinischen Kontext zum Ausschöpfen von Placebo- sowie zur Vorbeugung von Nocebo-Effekten beizutragen.