No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

The main focus of the work is the construction of a quantum spacetime emerging from theory.

Es wird die 1912 erfolgte Entdeckung der Kosmischen Strahlung durch Viktor Franz Hess, deren Vorgeschichte und die nachfolgende Entdeckung einiger Elementarteilchen als deren atmosphärische Umwandlungsprodukte beschrieben, die den Untergrund von mit dicken Metallschichten gegen die natürliche Radioaktivität abgeschirmten Strahlungsdetektoren bestimmen. Es wird dargestellt, wie durch Antikoinzidenz- und Koinzidenzverfahren sowie Messungen untertage der durch die Kosmische Strahlung verursachte Untergrund vermindert wurde. / The discovery of the cosmic rays by Victor Franz Hess in 1912, the previous achievements and the following discovering of elementary particles are described, which are created in the atmosphere. These particles determine the background of detectors, shielded with heavy metals against natural radioactivity of the vicinity. It is shown, how the cosmic ray caused background is reduced by coincidence, anti - coincidence as well as underground measurements.

Die vorliegende Dissertation ist eine Zusammenstellung einer Auswahl von drei Veröffentlichungen, welche vom Autor verfasst oder mit verfasst wurden. Sie beschäftigt sich mit der Ausheilung von Ionenstrahl-induzierten Gitterschäden sowie der Bildung von Farbzentren in Diamant.Das Stickstofffehlstellenzentrum als Farbzentrum im Diamant steht dabei im Fokus der Untersuchungen. Sein Elektronenspin lässt sich optisch bei Raumtemperatur initialisieren und auslesen. Dabei besitzt es eine lange Kohärenzzeit und die Kopplung zu umliegenden Spins machen es zu einem idealen Kandidaten als Qubit in der Quanteninformationsverarbeitung. Auch in der Einzelspinmagnetometrie hat es bereits seine Anwendung gefunden. Die effiziente Bildung von Farbzentren durch gezielte Implantation ist daher von großer Bedeutung. Im Ergebnis wurde eine Verzehnfachung der Bildungsrate sowie eine Verbesserung der Kohärenz und eine Stabilisierung des negativen Ladungszustands erreicht. Dadurch konnte ein mehr als zwanzig Jahre altes Problem gelöst werden. Mit Hilfe dieser wesentlichen Verbesserungen wird die skalierbare Festkörperquantencomputerarchitektur bei Raumtemperatur als zukünftige Alternative zu den Tieftemperaturansätzen mit Phosphor-Qubits in Silizium möglich. Untersucht wird in dieser Arbeit ein weites Spektrum von Ionenimplantationen in Diamant. Dies reicht von der vollständigen Zerstörung und Umwandlung des Diamanten zu graphitartigen Domäne durch Hochdosis-Implantationen bis hin zur Dotierung durch das gezielte Implantieren von Dotanten. Darüber hinaus wird die Bildung bekannten sowie auch neuer Farbzentren diskutiert.:Inhalt Bibliographische Beschreibung iii Referat iii Abstract iv 1. Einleitung. . .1 2. Thematischer Hintergrund. . .3 2.1. Ionenimplantation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.2. Ionenstrahlinduzierte Gitterschäden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.3. Defekt-Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.4. Physikalische Klassifizierung und Typisierung von Diamanten . . . . . . . 10 2.5. Ladungszustand von Defekten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.6. Farbzentren und Defekte in Diamant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.6.1. Die Leerstelle oder Vakanz GR1- und ND1-Zentrum . . . . . . . . 19 2.6.2. Das Kohlenstoff-”Zwischengitteratom” R2-Zentrum . . . . . . . . 22 2.6.3. Frenkel-Paar (I-V) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.6.4. Vakanzaggregate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.6.5. Substitutioneller, vereinzelter Stickstoff im Diamanten . . . . . . . 28 2.6.6. Stickstofffehlstellenzentrum NV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.7. Thermische Behandlung von Diamanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.7.1. Vakanz-Erzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.7.2. Kohlenstoff-Zwischengitteratom-Bildungsrate . . . . . . . . . . . . 40 2.7.3. Thermische Behandlung bis 600 °C nach der Bestrahlung . . . . . . 41 2.7.4. Thermische Behandlung oberhalb von 600 °C nach der Bestrahlung. . .47 3. Kumulativer Teil der Dissertation . . .55 3.1. Veröffentlichung Nr. 1 Investigation of the graphitization process of ionbeam irradiated diamond using ellipsometry, Raman spectroscopy and electrical transport measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.1.1. Zusammenfassung und Diskussion Veröffentlichung Nr. 1 . . . . . 62 3.2. Veröffentlichung Nr. 2 Screening and engineering of colour centres in diamond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.2.1. Zusammenfassung und Diskussion Veröffentlichung Nr. 2 . . . . . 88 3.3. Veröffentlichung Nr. 3 Coulomb-driven single defect engineering for scalable qubits and spin sensors in diamond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 3.3.1. Zusammenfassung und Diskussion Veröffentlichung Nr. 3 . . . . . 109 4. Zusammenfassung und Ausblick . . .111 Literaturverzeichnis. . . 114 A. Eigenanteil der beigefügten Veröffentlichungen vii A.1. Veröffentlichung Nr. 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii A.2. Veröffentlichung Nr. 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii A.3. Veröffentlichung Nr. 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . viii B. Danksagung ix C. Lebenslauf xi D. Publikationen xiii E. Selbstständigkeitserklärung xvi

In Kooperation mit der Joachim Herz Stiftung haben wir Unterrichtsmaterial entwickelt, das Lehrkräfte dabei unterstützt, Teilchen- und Astroteilchenphysik ins Klassenzimmer zu bringen. Die Reihe umfasst vier Bände: (1) Wechselwirkungen, Ladungen und Teilchen, (2) Forschungsmethoden, (3) Kosmische Strahlung sowie (4) Mikrokurse. Alle Hefte enthalten Texte für Schüler und Lehrkräfte, Aufgabenblätter sowie didaktische Hinweise. Das Material wurde federführend vom Netzwerk Teilchenwelt unter Leitung von Prof. Dr. Michael Kobel erarbeitet.

The field of single-molecule magnetism studies nanoscopic objects which exhibit superparamagnetic behavior below a certain temperature. The molecular magnet consists of one or several magnetic metal ions and the surrounding ligands that form the desired environment. Manganese was the first from 3d metals to show a delayed relaxation of magnetization and magnetic hysteresis in Mn12AC molecule in 1993. Later 4f elements were found to be even better candidates for single-molecule magnets. Endohedral fullerenes show a wide potential in encapsulating 4f elements. Not only fullerenes with one or several 4f-block metal ions can be obtained but also various clusterfullerenes comprising several positively charged metal ions and up to several negatively charged ions like N-3, S-2, etc. Importantly not only 4f elements can form clusters inside the fullerene cage but also non-magnetic metals like Y and Sc. This allows to vary the number of magnetic ion in the cluster retaining almost similar structure. This thesis reports magnetic studies of various Dy endohedral fullerenes: DySc2N@C80 and Dy2ScN@C80, which are the pioneer endohedral fullerene single-molecule magnets. For DySc2N@C80, the intriguing process of quantum tunneling of magnetization was studied in detail for powder and single-crystal samples with different dilution methods. For Dy2ScN@C80, the coupling between two Dy ion is of the main interest. Magnetic studies of this compound revealed: that the quantum tunneling process is effectively suppressed due to exchange interactions in the cluster; and a large anisotropy barrier of 1735±21 K. Dy2S@C82-Cs, -C3v, Dy2S@C72-Cs, Dy2C2@C82-Cs fullerenes were studied in order to obtain a deeper understanding of the coupling of magnetic elements inside the cage. The investigation of a fullerene family with a similar cluster in cages of different symmetry and different clusters in the same fullerene cage allowed to separate the influence of the cluster composition and the cage structure on magnetic properties of endohedral metallofullerene single-molecule magnets. The cage structure was found to have a dominant influence. Dy2@C80(CH2Ph) is a special endohedral metallofullerene with a single-electron Dy Dy bond. It represents the ultimate case of magnetic coupling and exhibits a record-high blocking temperature (21.9 K) among di-metal single-molecule magnets. The comparison of obtained results allowed to understand how the quantum tunneling is influenced by of both intramolecular interactions and magnetic coupling inside the fullerene cage. Also, Dy2@C80(CH2Ph) endohedral metallofullerene with a single-electron lanthanide-lanthanide bond opens the new class of tunable single-molecule magnets, with outstanding magnetic properties.