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Univ., Diss--Bielefeld, 2007.

Silicon Nanowire based Reconfigurable Field Effect Transistor (SiNW RFET) presents a solution to increase the system functionality beyond the limits of classical CMOS scaling in More-than-Moore era of semiconductor technology. They are not only spatially reconfigurable, i.e., the source and the drain can be interchangeable in design, but in such devices one can also control the primary charge carrier by controlling the voltage in the control gate. The two key morphological factors controlling reconfigurability are the structure and composition of the Schottky junctions, which serve as the location for Program and Control gates and radial strain induced by the self-limiting oxidation, which influences the carrier mobility resulting in symmetric p and n characteristic curves of an RFET. Despite its potential, in-depth nanoscale studies on the structural and compositional characterization of the key features controlling the reconfigurability are limited and thereby presents as a novel area of research. In this study, the composition and morphology of the Schottky junction and the radial strain profile due to self-limiting oxidation were studied using advanced imaging and sample preparation techniques like Transmission Electron Microscope (TEM) and Scanning Electron Microscope (SEM) imaging alongside with precise sample preparation methods like Focused Ion Beam (FIB) liftout techniques. For analysis of radial strain in nanowires that underwent self-limiting oxidation, a TEM lamella was taken of a cross-section of the NW. The lamella was kept at 200 nm thickness to preserve the strain state of the nanowire cross-section. It was observed that nanowires undergoing such oxidation have an omega (Ω) shaped oxide shell where the shell was discontinued at the spot where the nanowire was touching the substrate. Fast Fourier transform of the high-resolution image of such a NW crossection was used to calculate the strain profile. The strain is also found to be not radially uniform for such Ω shaped oxide shells. The strain profile shows a local maxima near the nanowire base where it touches the substrate then a minima approximately at the geometric center followed by the maximum strain at the area adjacent to the oxide shell thereby showing a sinusoidal profile. Theoretical simulations performed by Dr. Tim Baldauf further verified the nature of the sinusoidal strain that was observed experimentally. Similar simulations were done for different omega shell shapes, which yielded strain plots of similar sinusoidal strain plots, with the local maxima depending on the level of encapsulation of the NW by the shell. In the characterization of the Schottky junction, a TEM lamella was taken along the longitudinal direction of a nanowire, which was silicidized from both ends, similar to ones used in SiNW RFET devices. High resolution TEM micrographs and EDX (Energy dispersive X-Ray Spectroscopy) in the TEM along the Schottky junction showed a Ni rich phase and pure Si on either side of the junction. This participating phase was identified as NiSi2. However, the transition between the phases shows a gradient and in-situ experiments were designed to verify the sharpness of the junction. In in-situ silicidation experiments, Si nanowires with a thin native oxide shell were distributed on an electron transparent surface and were partially covered with Ni islands by shadow sputtering. The whole setup was then heated in a heating stage of a TEM and the Ni was allowed to disperse within the Si nanowires forming NiSi2. HRTEM (High Resolution TEM), EDX and EELS (Electron Energy Loss Spectroscopy) studies were performed on the silicidized samples for further ex-situ analysis. During the in-situ experiment, it was observed that Ni-phase interface is atomistically sharp and seldom progresses perpendicularly to the nanowire’s direction but through the closed packed planes of the NW. The interface velocity at different temperatures was used to calculate the activation energy of the silicidation process. The value of the activation energy indicates the Ni undergoing volume diffusion through the Ni-rich phase. The velocity of the interface was observed to be much higher in nanowires with smaller diameters than those with higher diameters, further proving the hypothesis. During the in-situ experiments, in around 10% of nanowires that underwent complete silicidation and held isothermally, the crystalline silicide phase was observed to partially or fully diffuse out of the nanowire core, leaving only a thin shell of Silicon oxide forming ultra-thin walled SiO2 nanotubes (NT). The onset and the time required for completion of the process varies in the nanowires depending on size of the nanowire, the distance and contact to the nearest Ni islands and presence of defects such as kinks and twists within the nanowire. In order to study the dynamics of the process, the velocity of the receding front was calculated for nanowires of two different diameters. They are found to be identical, indicating the volume flow rate of the process is directly proportional to the cross-sectional area. The voids were formed by the reduced diffusivity of Ni in Ni2Si phase in comparison to phases with lower percent of Ni. This indicates that the reason behind the phenomenon is coalition of Kirkendall voids and thus dependent on volume diffusion. From this study, it can be concluded that the extent of self-limiting oxidation and shape of the shell can influence the radial strain state. This can be used to manipulate the strain to tailor the electron and hole transfer characteristics within the RFET. A variety of factors including temperature, time, orientation and radius of the nanowires has been studied with respect to silicidation of a SiNW. The calculated activation energy can be used for precise process control over the location and morphology of Schottky junction. Although not directly related to SiNW RFET devices, the self-assembly of ultra-thin-walled SiO2 NT is a novel research area in itself, the findings of which can be applied in to design novel electronics and sensors.:TABLE OF CONTENTS Preface List of Abbreviations CHAPTER 1: Introduction and Motivation 1.1 Definition and History 1.2 Synthesis Routes 1.3 Properties and Applications 1.4 Nanoscale Electronics and Role of Si Nws 1.4.1 1.4.2 SiNW Reconfigurable Field Effect Transistor 1.5 Introduction to The Topic of The Thesis 1.6 Outline of The Thesis CHAPTER 2: Physical Basics and Previous Research: A Short Summary 2.1 Strain Measurement and Effects of Strain on on Nanoelectronics 2.1.1 Strain Analysis in Planar CMOS Structures 2.2 Silicidation and Schottky Junction 2.2.1 In-situ Silicidation 2.2.2 Silicon oxide nanotubes CHAPTER 3: Background of Instruments and Experimental Set-up 3.1 Scanning Electron Microscope 3.2 Transmission Electron Microscope 3.2.1 Imaging Techniques 3.2.2 TEM sample preparation 3.3 Focused Ion Beam CHAPTER 4: Strain in Nanowire 4.1 Goal of This Study 4.2 Strain in SiNW RFET Devices 4.3 Strain Analysis in SiNW Cross-section 4.3.1 Sample Preparation 4.3.2 Experimental Process 4.3.3 Results and Discussion 4.4 Conclusions CHAPTER 5: Schottky Junction 5.1 Crystallographic Data on Nickel Silicides 5.2 Formation of Silicides in 2-D Structures 5.2.1 Sample History 5.2.2 Sample Preparation 5.2.3 Results and Discussion 5.3 Formation of Silicides in 1-D Structures: Schottky Junction in NWs 5.3.1 Sample History 5.3.2 Sample Preparation 5.3.3 Results and Discussion 5.3.4 Shortcomings of The Lift-out Technique 5.4 In-situ Silicidation 5.4.1 Motivation 5.4.2 Sample Preparation 5.4.3 Experimental Procedure 5.4.4 Results and Discussions 5.4.5 Shortcoming of The Experiment 5.5 Self-assembling SiO2 Nanotubes 5.5.1 Sample Preparation 5.5.2 Experimental Process 5.5.3 Results and Discussion . 5.5.4 Post In-situ Experiment TEM Analysis 5.5.5 Conclusions CHAPTER 6: Conclusions and Outlook 6.1 Strain Analysis 6.2 Schottky Junction Studies Bibliography Acknowledgements

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Background Applying the Multi-Level Perspective (MLP) on socio-technical transitions, paired with the interdisciplinary framing approach, this paper investigates how incumbent actors of automobility in Germany framed the issue of a 'transition of mobility and transport' ('Verkehrs/Mobilitätswende') in their public communication in 2020. We first identified representatives of industry, science, policy, and media, since the Verkehrs/Mobilitätswende and its implementation measures are contested among these actors. Employing qualitative content analysis, we then screened 325 public documents according to the elements of the framing approach problem definition, causal interpretation, moral evaluation, and treatment recommendation. Results Findings show that most of the actors frame a transformation of transport and mobility as a necessity. Their arguments encompass environmental and climate-related issues as well as infrastructural problems for bikes and public transport caused by the hegemony of automobility. The actors propose a variety of solutions, primarily focusing on technical innovations for cars or on the expansion of different infrastructures to achieve a modal shift towards sustainable mobility. Conclusion This paper demonstrates that there is no common understanding of the problems and solutions to foster a mobility transition, as the diversity of problems and solutions proposed within the frame elements is high and complicates the prevailing implementation gap of the mobility transition. Therefore, MLP should be conceptually and methodologically bridged with the interdisciplinary framing approach, particularly with regard to the transition of mobility and transport.

This work relates to the remote sensing technologies to determine wind velocity and its related phenomena. Laser-based pulsed systems with heterodyne detection allow a very sensitive measurement of particles’ velocity in the atmosphere. The heterodyne detection theory and the essential principles and properties of this technology are presented. An all-fiber coherent Doppler lidar system in master-oscillator power-amplifier design with a novel multi-wavelength channel configuration was developed and introduced, characterized, and validated in this work. The fiber amplifier is a crucial component of multi-channel all-fiber systems and is therefore discussed with special emphasis on non-linear effects and pulse distortions. A novel feedback controlled pulse-shaping unit was developed to control pulse energy and the shape of the amplified pulses of each channel. Each and every wavelength-channel creates an independent speckle pattern, which is demonstrated by hard targets with diffuse character and atmospheric single-shot measurements, and compared with theoretical results. Utilizing four channels, the precision of the measured wind velocity can be improved and this feature is demonstrated with measured atmospheric return signals. A correlation technique is presented, which enables the enhancement of the SNR at higher backscattered powers by utilizing multiple channels. The multi-wavelength system was designed to work with four wavelength-channels, which also allow measurements along the same line-of-sight with different channel configurations. These channels can be different in pulse shape, pulse length, and pulse repetition frequency. In this work, the resulting benefits of using multiple channels are shown with atmospheric measurements and scientific discussion of these is presented.:1. Introduction to the subject 2. Introduction to pulsed coherent Doppler lidar 3. Methodology: Multi-channel coherent Doppler lidar system 4. Erbium-doped fiber amplifier in a multi-channel lidar 5. Correlation properties of a multi-channel lidar system 6. Benefits of a multi-channel coherent Doppler lidar 7. Conclusions A. Wind measurement examples B. Range gate weighting function for different pulse shapes / Diese Arbeit befasst sich mit der Fernerkundungstechnologie zur Erfassung der Windgeschwindigkeit und den damit verbundenen Phänomenen. Die heterodyne Detektion der laserbasierten gepulsten Systeme ermöglicht eine sehr sensitive Messung von Partikelgeschwindigkeiten in der Atmosphäre. Sowohl die Theorie der heterodynen Detektion als auch die wesentlichen Eigenschaften und Grundsätze werden in dieser Arbeit diskutiert. Ein neuartiges faserbasiertes kohärentes Doppler Mehrkanal-Lidarsystem wurde entwickelt, vorgestellt, charakterisiert und validiert. Dabei ist der faserbasierte Verstärker eine wesentliche Komponente in diesem System und wird somit in Bezug auf Nichtlinearitäten und Impulsverzerrungen besonders analysiert. Eine neuartige geregelte Impulsformung wurde entwickelt, um die Impulsenergie und die Impulsform unabhängig für jeden Kanal zu stabilisieren. Jeder einzelne Kanal erzeugt ein unabhängiges Specklebild, welches durch Messungen am festen Ziel und durch atmosphärische Messungen präsentiert und mit theoretischen Berechnungen verglichen wird. Somit wird unter der Verwendung aller vier Kanäle des Systems die Geschwindigkeitsgenauigkeit erhöht, welches durch atmosphärische Messungen dargelegt wird. Zudem wird eine Korrelationstechnik vorgestellt, die das SNR bei höherer Rückstreuintensität weiter erhöht. Das Mehr-Wellenlängensystem wurde für vier Kanäle ausgelegt, welches eine Beobachtung der Atmosphäre entlang der Sichtlinie unter sonst gleichen Bedingungen ermöglicht. Diese Kanäle können sich sowohl in der Impulsform, in der Impulslänge als auch in der Pulsfolgefrequenz unterscheiden. Diese Arbeit zeigt die wesentlichen Vorteile eines solchen Mehrkanal-Lidarsystems mit atmosphärischen Messungen und wissenschaftlichen Ausarbeitungen.:1. Introduction to the subject 2. Introduction to pulsed coherent Doppler lidar 3. Methodology: Multi-channel coherent Doppler lidar system 4. Erbium-doped fiber amplifier in a multi-channel lidar 5. Correlation properties of a multi-channel lidar system 6. Benefits of a multi-channel coherent Doppler lidar 7. Conclusions A. Wind measurement examples B. Range gate weighting function for different pulse shapes

Eine Herausforderung der Parallelverarbeitung ist das Erreichen von Skalierbarkeit großer paralleler Anwendungen für verschiedene parallele Systeme. Das zentrale Problem ist, dass die Ausführung einer Anwendung auf einem parallelen System sehr gut sein kann, die Portierung auf ein anderes System in der Regel jedoch zu schlechten Ergebnissen führt. Durch die Verwendung des Programmiermodells der parallelen Tasks mit Abhängigkeiten kann die Skalierbarkeit für viele parallele Algorithmen deutlich verbessert werden. Die Programmierung mit parallelen Tasks führt zu Task-Graphen mit Abhängigkeiten zur Darstellung einer parallelen Anwendung, die auch als gemischt-parallele Anwendung bezeichnet wird. Die Grundlage für eine effiziente Abarbeitung einer gemischt-parallelen Anwendung bildet ein geeigneter Schedule, der eine effiziente Abbildung der parallelen Tasks auf die Prozessoren des parallelen Systems vorgibt. Für die Berechnung eines Schedules werden Schedulingalgorithmen eingesetzt. Ein zentrales Problem bei der Bestimmung eines Schedules für gemischt-parallele Anwendungen besteht darin, dass das Scheduling bereits für Single-Prozessor-Tasks mit Abhängigkeiten und ein paralleles System mit zwei Prozessoren NP-hart ist. Daher existieren lediglich Approximationsalgorithmen und Heuristiken um einen Schedule zu berechnen. Eine Möglichkeit zur Berechnung eines Schedules sind layerbasierte Schedulingalgorithmen. Diese Schedulingalgorithmen bilden zuerst Layer unabhängiger paralleler Tasks und berechnen den Schedule für jeden Layer separat. Eine Schwachstelle dieser Schedulingalgorithmen ist das Zusammenfügen der einzelnen Schedules zum globalen Schedule. Der vorgestellte Algorithmus Move-blocks bietet eine elegante Möglichkeit das Zusammenfügen zu verbessern. Dies geschieht durch eine Verschmelzung der Schedules aufeinander folgender Layer. Obwohl eine Vielzahl an Schedulingalgorithmen für gemischt-parallele Anwendungen existiert, gibt es bislang keine umfassende Unterstützung des Schedulings durch Programmierwerkzeuge. Im Besonderen gibt es keine Schedulingumgebung, die eine Vielzahl an Schedulingalgorithmen in sich vereint. Die Vorstellung der flexiblen, komponentenbasierten und erweiterbaren Schedulingumgebung SEParAT ist der zweite Fokus dieser Dissertation. SEParAT unterstützt verschiedene Nutzungsszenarien, die weit über das reine Scheduling hinausgehen, z.B. den Vergleich von Schedulingalgorithmen und die Erweiterung und Realisierung neuer Schedulingalgorithmen. Neben der Vorstellung der Nutzungsszenarien werden sowohl die interne Verarbeitung eines Schedulingdurchgangs als auch die komponentenbasierte Softwarearchitektur detailliert vorgestellt.

Das Kausalitaetskonzept von Granger und die Impuls-Antwort-Analyse sind zwei Konzepte, die haeufig verwendet werden, um kausale Beziehungen zwischen zwei Variablen in vektorautoregressiven (VAR) Modellen zu untersuchen. Wenn das VAR Modell mehr als zwei Variablen umfasst, besteht eine Erweiterung des Standard Granger Kausalitaetskonzepts darin, Kausalitaet an hoeheren Prognosehorizonten zu messen. Die Kausalitaetsbeziehungen unter diesem erweiterten Granger Kausalitaetskonzept werden mit denen bei Standard Granger Kausalitaet (Ein-Schritt-Prognose) und mit Kausalitaet im Sinne der Impuls-Antwort-Analyse verglichen. Es wird insbesondere dargestellt, inwiefern das erweiterte Granger Kausalitaetskonzept als Verallgemeinerung der letztgenannten Konzepte aufgefasst werden kann. Wenn Kausalitaet an Prognosehorizonten groesser als eins gemessen wird und das VAR Modell mehr als zwei Variablen umfasst, impliziert die Nullhypothese, dass eine Variable nicht kausal fuer eine andere Variable sei, nichtlineare Restriktionen auf die VAR Koeffizienten. (In nichtstationaeren VAR Modellen treten nichtlineare Restriktionen sogar schon unter dem Standard Granger Kausalitaetskonzept auf.) Aufgrund der speziellen Form der Restriktionen kann es vorkommen, dass die Standard Wald Statistik nicht mehr die uebliche, asymptotische Chiquadrat-Verteilung hat. Dieses Problem wird im allgemeinen in der Praxis ignoriert. Beispiel 4.1, Proposition 4.1 und Korollar 4.1 zeigen jedoch, dass dieses Problem nicht irrelevant ist. Zwei Loesungen werden in Proposition 5.1 und Proposition 5.2 in Form eines randomisierten Wald Tests sowie eines Wald Tests mit verallgemeinerter Inverse angeboten. In einer anschliessenden kleinen Simulationsstudie werden Groesse und Macht dieser modifizierten Wald Tests relativ zu der des Standard Wald Tests untersucht fuer verschiedene stationaere trivariate VAR(1)-Modelle. In einem kurzen Ueberblick werden zudem Vor- und Nachteile alternativer Testverfahren (Bootstrap, sequentielle Tests) zusammengefasst. / The concepts of standard Granger causality and impulse response analysis are often used to investigate causal relationships between variables in vector autoregressive (VAR) models. In VAR models with more than two variables, the concept of standard Granger causality can be extended by studying prediction improvement at forecast horizons greater than one. The causal relationships which arise under this extended Granger causality concept are compared to those arising under the standard Granger causality concept (one-step forecasts) and those arising with impulse-response-analysis. In particular, it is illustrated inhowfar the extended Granger causality concept can be understood as a generalization of the standard Granger causality concept and even of impulse-response-analysis. If causality is measured at forecast horizons greater than one, and if there are more than two variables in the VAR system, the null hypothesis that one variable is not causal for another variable implies restrictions which are a nonlinear function of the VAR coefficients. (In nonstationary VAR models, nonlinear restrictions already arise under the standard Granger causality concept.) Due to the special form of the restrictions, the standard Wald test may no longer have the usual asymptotic chisquare-distribution under the null hypothesis. This problem is commonly neglected in practice. However, Example 4.1, Corollary 4.1 and Proposition 4.1 of this thesis illustrate that this problem is not irrelevant. Furthermore, Propositions 5.1 and 5.2 show that this problem may be overcome, at least in stationary VAR models, by using either a randomized Wald test or a Wald test with generalized inverse. Size and Power of these modified Wald tests relative to the standard Wald test are investigated in a small simulation study for different stationary, trivariate VAR(1) models. Moreover, the pros and cons of alternative testing strategies (bootstrap, sequential tests) are summarized in a brief overview.

Nach wie vor fehlen grundlegende, in der Praxis validierte Konzepte, Modelle und Ansätze, die eine Transformation und sichere Anwendung des Cloud-Computing bei Bund, Land und Kommune erlauben. Referenzmodelle, eine ebenenübergreifende einheitliche Infrastrukturlösung und zentral verwaltete Datenbestände sind notwendig, um IT-Dienstleistungszentren der öffentlichen Verwaltung zu befähigen, die qualitativen und quantitativen Ansprüche an die IT-Diensterbringung nachhaltig zu erfüllen (vgl. von Lucke 2015: 232). Vor diesem Hintergrund und im Kontext der Wirtschaftsinformatik zielt der hier vorliegende Beitrag auf die Entwicklung eines Ansatzes zur wissenschaftlichen Herleitung einer, aus strategischer, technologischer und organisatorischer Sicht, geeigneten Cloud Computing Referenzarchitektur (CCRA) für die digitale Vernetzung der föderalen Verwaltungsebenen ab. Ausgewählte Enterprise Architecture Frameworks (EAF), vergleichbare CCRA und einschlägige Studien sollen einem neu zu beschreibenden Ansatz zu Grunde gelegt werden, der zeigt, wie eine zu entwickelnde CCRA mit Hilfe von Enterprise Architecture Management (EAM) in die meist heterogen aufgestellte Mehr-Ebenen-Architektur öffentlicher IT-Dienstleister von Bund, Land und Kommune ganzheitlich integriert werden kann.:Inhaltsverzeichnis Bibliographische Beschreibung II Vorwort III Inhaltsverzeichnis IV Abbildungsverzeichnis VII Tabellenverzeichnis X Abkürzungsverzeichnis XI Zusammenfassung XV 1 Einführung 1 1.1 Ausgangslage und Motivation der Arbeit 2 1.2 Zielsetzung und Forschungsfragen 6 1.3 Aufbau der Arbeit 8 2 Wissenschaftstheoretische Einordnung 10 2.1 Forschungsmethodisches Vorgehen 10 2.2 Systematische Literaturanalyse 13 2.2.1 Vorgehen und Aufbau der Literaturanalyse 13 2.2.2 Durchführung der Literaturanalyse 13 2.2.3 Ergebnisdarstellung und Auswertung der Literaturanalyse 20 2.3 Einordnung in den Kontext der Wirtschaftsinformatik 30 2.4 Begriff und Klassifikation einer Referenzarchitektur 34 2.5 Zusammenfassung 42 3 IT-Dienstleistungszentren der Öffentlichen Verwaltung im Mehrebenensystem 43 3.1 Grundlagen der Öffentlichen Verwaltung im Mehrebenensystem 43 3.2 Rechtlicher Rahmen für IT-Kooperationen 47 3.3 Informations- und Kommunikationstechnik der Öffentlichen Verwaltung 55 3.3.1 Soziotechnische Entwicklung 55 3.3.2 Wirtschaftliche Entwicklung und Disruption 59 3.4 Stand der digitalen Transformation im Mehrebenensystem 63 3.5 IT-Dienstleistungszentren der Öffentlichen Verwaltung (Domäne) 71 3.5.1 Begriffsbestimmung der Domäne 71 3.5.2 Rechts- und Organisationsformen 73 3.5.3 IT-Steuerung und IT-Strategie 77 3.5.4 Architekturmanagement 90 3.5.5 Cloud Computing 97 3.6 Zusammenfassung 118 4 Methodische Herleitung und Analyse der Anforderungen 119 4.1 Methodenentwicklung 119 4.1.1 Methodenauswahl- und beschreibung 119 4.1.2 Methodendesign 121 4.2 Vorgehensmodell und Entwicklung der CCRA 124 4.2.1 Phase I – Analyse und Entwicklung der Domäne 126 4.2.1.1 Umfeld- und Stakeholderanalyse 128 4.2.1.2 Domänenabgrenzung 137 4.2.2 Phase II - Anforderungsanalyse 137 4.2.3 Phase III - Architekturanalyse 142 4.2.4 Phase IV - Referenzmodellierung 149 4.2.5 Phase V - Wiederverwendung und Patterns 153 4.3 Zusammenfassung 155 5 Cloud Computing Referenzarchitektur (CCRA) für IT-Dienstleister der Öffentlichen Verwaltung 156 5.1 Beschreibung der CCRA 156 5.1.1 Ebenen der CCRA 157 5.1.1.1 Strategische Ebene 158 5.1.1.2 Geschäftsarchitektur und übergreifende Geschäftsprozesse 158 5.1.1.3 Anwendungsarchitektur 158 5.1.1.4 Informationsarchitektur 158 5.1.1.5 Technologische Infrastruktur 159 5.1.2 Rollenkonzept 159 5.1.3 Schnittstellen der CCRA 161 5.2 Anwendungsmethodik für die Referenzarchitektur 162 5.2.1 Annahmen für eine exemplarische Anwendung 162 5.2.2 Anwendungsmodell für die CCRA 165 5.3 Zusammenfassung 166 6 Evaluation der Cloud Computing Referenzarchitektur 167 6.1 Anforderungsklassifikation 169 6.2 Forschungsbegleitende Evaluation 177 6.3 Analytische, merkmalsbasierte Evaluation 179 6.4 Expertenbefragung und qualitative Inhaltsanalyse 184 6.4.1 Methodik und Vorgehen 185 6.4.2 Leitfadengestützte Expertenbefragung 185 6.4.2.1 Interviewleitfaden 186 6.4.2.2 Expertenauswahl 187 6.4.2.3 Experteninterviews 189 6.4.3 Qualitative Inhaltsanalyse 191 6.4.4 Quantitative Bewertung 213 6.5 Fallstudie 217 6.5.1 Beschreibung der Fallstudie 218 6.5.2 Auswertung der Fallstudie 222 6.6 Zusammenfassung 224 7 Zusammenfassung und Ausblick 225 7.1 Zusammenfassung der Arbeit 225 7.2 Ausblick 229 Literaturverzeichnis CCXXX Anhang CCLXV Anhang A Dokumentation der Literatursuche CCLXV Anhang B Feedbackbogen – Expertenbefragung CCLXXXIV Anhang C Codierte Themenmatrix CCXC Curriculum Vitae 1 Selbständigkeitserklärung 3

In der Z-Boson-Resonanzphysik sind mehrere Präzisionsobservablen in einem perfekten Zustand, bei dem die theoretische Unsicherheit niedriger ist als die gegenwärtige experimentelle Unsicherheit. Das Konzept für den zukünftigen Teilchenbeschleuniger Future Circular Collider (FCC), will eine Verbesserung der Messungen für die Präzisionsobservablen um ein bis zwei signifikante Stellen erreichen. Damit werden die Vorhersagen des elektroschwachen Standardmodells in eine Situation versetzt, in der vollständige Zweischleifenkorrekturen zusammen mit den führenden Dreischleifenkorrekturen obligatorisch werden. 2016 wurden die vollständigen Zweischleifenkorrekturen für den effektiven schwachen Mischungswinkel für die bottom Quarks sin^2/theta/^b_eff berechnet, indem die fehlenden bosonischen Zweischleifenkorrekturen bereitgestellt wurden. Dabei liegt die Schwierigkeit in der Berechnung der entsprechenden Zwei-Schleifen Vertex-Feynman-Integrale, die mehrere massive Teilchen einschließen. Gegenwärtig ist die analytische Rechnung der meisten dieser Integrale schwierig und deswegen werden rein numerische Techniken, mittels Sektorzerlegungsansatz und der Integralansatz nach Mellin-Barnes, angewandt. Es war bis vor kurzem nicht bekannt, wie Mellin-Barnes-Integraldarstellungen in den minkowskischen Integrationsgebieten numerisch behandelt werden können. Um dieses Problem anzugehen, stellen wir eine Vielzahl von ein- und mehrdimensionaler Techniken vor, die ein Teil des neuen Programms MBnumerics.m sind, welches in dieser Dissertation entwickelt wurde. Der Sektorzerlegungsansatz und der Integralansatz nach Mellin-Barnes sind zusammen ausreichend, um elektroschwache Zweischleifenkorrekturen für die Präzisionsobservablen der Annihilation von e^+e^- in zwei Fermionen in der Z-Bosonresonanz auszurechnen. Aktuell führt dies zu der genauesten Vorhersage für den effektiven elektroschwachen Mischungswinkel für bottom Quarks sin^2/theta/^b_eff = 0.232312. / In the Z-boson resonance physics several precision observables are in a perfect state, where the theory uncertainty is lower than the present experimental uncertainty. The ambitious concepts for the future collider, Future Circular Collider (FCC), aim for an improvement of measurements for the precision observables by one to two significant digits. This will put the Electroweak Standard Model predictions in a situation where complete two-loop corrections together with the leading three-loop corrections will become mandatory. The complete two-loop corrections for effective weak mixing angle for bottom quarks sin^2/theta/^b_eff were reported recently, by providing the missing bosonic two-loop corrections. The difficult task in this computation is the calculation of the corresponding two-loop vertex Feynman integrals which include several massive particles. At present the analytic evaluation for most of these integrals is out of reach and purely numerical techniques were applied. Only two methods, sector decomposition approach and the Mellin-Barnes integral approach, are known to extract infrared and ultraviolet singularities in a systematic way for a general Feynman integral with fully automatized algorithms. It was not known until recently how to treat Mellin-Barnes integral representations in Minkowskian regions numerically. To address this problem we introduce and discuss in detail a variety of one- and multi-dimensional techniques, which are part of a new program MBnumerics.m developed in this thesis work. Two techniques, sector decomposition and Mellin-Barnes integral approach, are together sufficient to treat electroweak two-loop corrections to the precision observables for the e^+e^- annihilation into two fermions at the Z-boson resonance. This leads to the most precise prediction at present for the effective weak mixing angle for bottom quarks: sin^2/theta/^b_eff=0.232312.