Titandioxidschichten wurden mittels reaktiver Elektronenstrahlbedampfung und mit reaktiver plasmaaktivierter Bedampfung bei hohen Beschichtungsraten abgeschieden. Die Plasmaaktivierung erfolgte mittels einer diffusen katodischen Bogenentladung. Die gebildeten Phasen – amorph, Anatas oder Rutil – sind von Substrattemperatur und ratebezogenem Sauerstoffdruck abhängig. Für die Bildung der kristallinen Phasen wird eine Substrattemperatur von mindestens 150 bis 200 °C benötigt. Ohne Plasmaaktivierung abgeschiedene Schichten sind durch eine hohe Porosität und einen Sauerstoffüberschuss gekennzeichnet. Mit Plasmaaktivierung werden dichtere Schichten mit stöchiometrischer Zusammensetzung abgeschieden. Damit verbunden sind deutlich höhere Werte für Brechungsindex, Härte und E-Modul, die mit den Bulkwerten der jeweiligen Phasen vergleichbar sind. Die kristallinen Schichten, insbesondere die mit Plasmaaktivierung abgeschiedenen Anatas-Schichten, zeichnen sich durch photoinduzierte Hydrophilie und hohe photokatalytische Aktivität aus. Die Beschichtungsrate ist mit 30 bis 70 nm/s ein bis zwei Größenordnungen gegenüber Magnetronsputtern höher. Die plasmaaktivierte Bedampfung mittels diffuser katodischer Bogenentladung eröffnet damit die produktive Abscheidung von dichten Titandioxidschichten bei hohen Beschichtungsraten auf großen Flächen für verschiedenste Anwendungen, z. B. als optische Schicht oder für Antibeschlagsausrüstung.

Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Entwicklung eines Werkstoffes auf Basis der Legierung AlSi13,5Mg9,5 (=Al-15Mg2Si-8Si), die sich durch ein verbessertes Verschleißverhalten, geringere thermische Ausdehnung und geringere Dichtewerte auszeichnet. Eine wesentliche Aufgabe der Arbeit bestand in der Einstellung bester mechanischer Eigenschaften durch die Feinung der Primär-Phase (Mg2Si) sowie durch Mikrolegieren. Ausbleibende Resultate begründeten die Wahl einer angepassten Legierungszusammensetzung AlMg8,6Si6,4 (=Al-14Mg2Si-1Si). Versuche zur Eigenschaftsoptimierung (Mikrolegieren, Wärmebehandlung) zeigten neben der Ermittlung der gießtechnischen Eigenschaften die spezifischen Legierungscharakteristika auf. Die Verarbeitung des optimierten Werkstoffes mit verschiedenen Verfahren machte die Abhängigkeit der Ausbildung der mechanischen Eigenschaften sowie des Gefüges deutlich. Die Untersuchung der thermo-physikalischen Eigenschaften sowie die Analyse der Wechselwirkungen zwischen Risswachstum und Gefüge runden die Beschreibung des Eigenschaftsprofiles ab.

The present study suggests new insights into topographic characterisation of engineering polymer surfaces towards to physical-chemical and mechanistic understanding of wetting phenomena on rough surfaces. Non-contact chromatic confocal imaging was chosen and justified as the optimal measuring method to study and correlate surface topography and surface properties of Sheet Moulding Compounds (SMC) as well as polyester and cotton fabrics. Before topographical characterisation, an adequate selection of optimal sampling conditions (cut-off length and resolution) were done by a systematic procedure proposed for periodic and non-periodic surfaces. Topographical characterisation of the surfaces was realized by an innovative methodology, separately considering different length scales in dependence on the surface morphologies of the materials. For SMC materials, the influence of moulding conditions (pressure, moulding time, metallic mold topography, metallic mold form, prepregs placement procedure, glass fibres content and orientation) on resulting macro-, meso- and micro-topography was studied. A model to conceptualize the influence of the most important moulding conditions on topographic characteristics and, as a consequence, on the quality of the resulting surface was presented. To quantify the effect of surface modification, a new parameter (Surface Relative Smooth) was suggested, developed and validated, which can be used for the characterisation of changes due to surface modifications for every solid material. A very important and innovative part of the present study is the development of new concepts for topographic characterisation of textile materials using different length scales, that makes possible to consider and analyse separately their specific morphologies caused by weave, yarn and filament/fibres, and to investigate the influence of topography on wettability by modification processes, e.g. construction parameters, thermosetting, impregnation with Soil Release Polymers (SRP) and wash-dry cycles. The present study showed, how construction parameters of polyester textiles, such as fineness of filaments and yarn, warp and weft densities as well as the type of weave, control the surface topography - characterised as meso-porosity (spaces between yarns) and micro-porosity (spaces between filaments) - and as a consequence strongly influence their capillarity. On the basis of experimental results, revealing differences in three basic types of woven fabrics – plain, twill and Panama – in respect to water penetration, the concept of an innovative novel wicking model was developed. Additionally, the influence of thermosetting and impregnation of polyester fabrics with Soil Release Polymers on topography, wetting and cleanability of three woven plain polyester fabrics, having different wefts, were studied. To characterise the soiling behaviour, an ‘spot analysis method’ was suggested, allowing wetting dynamics studies of liquids on fabrics with anisotropic surface properties. This method is applicable also to surfaces with anisotropic roughness characteristics and to porous media. The effect of wash-dry cycles on topography, spreading, wetting and soiling of woven plain and knitted cotton fabrics was in addition investigated. In all cases studied, the topographical characterisation and interpretation of results on different length scales contributed to a better understanding of wetting phenomena. A mathematical model for a virtual construction of textile surfaces to predict effects resulting from topographic changes on the behaviour of polymer and textiles surfaces was developed. Woven plain textiles and SMC surfaces were mathematically synthesized by a combination of various harmonic waves, i.e. Fourier synthesis. Topographic and technical construction parameters were taken into account to build their virtual topographies. In the case of textile surfaces, the effect of wash-dry cycles for cotton fabrics and thermosetting of polyester fabrics on their meso- and micro-morphology was investigated on the basis of the real topography of a given textile surface. The model allows to predict changes in the porosity of resulting textile materials, their wettability and soiling behaviour. The method presented provides possibilities to simulate controlled changes in textile construction parameters and to study their effect on the resulting topography. / Die vorliegende Arbeit vermittelt neue Einblicke in die topographische Charakterisierung technisch relevanter Polymeroberflächen mit dem Ziel, die Mechanismen der Benetzungsphänomene auf rauen Oberflächen besser zu verstehen. Eine 3D-Abbildung der Oberflächentopographie wurde mit einem konfokalen Mikroskop mit chromatischer Kodierung zwecks optimaler Charakterisierung duromerer Verbundwerkstoffsystemen (SMS: Sheet Moulding Compounds) sowie Polyester- und Baumwolltextilien berührungsfrei durchgeführt. Zur topographischen Oberflächencharakterisierung wurde eine systematische Prozedur vorgeschlagen, welche es erlaubt, eine entsprechende Auswahl von optimalen Messbedingungen, wie die Bewertungslänge (cut-off length) und Auflösung, für Oberflächen mit periodischer und nicht-periodischer Rauheit zu treffen. Die topographische Charakterisierung von Oberflächen wurde methodologisch weiter entwickelt, indem die Oberflächen auf verschiedenen Längenskalen je nach Morphologie untersucht werden können. Für duromere Verbundwerkstoffsysteme wurde der Einfluss von den Bedingungen des Formpressens (Druck, Zeit, Topographie und Form des metallischen Werkzeugs, Einbringen des Prepregs, Glasfasergehalt und -orientierung) auf die resultierende makro-, meso- und mikroskopische Topographie studiert. Eine modellmäßige Beschreibung des Einflusses der wichtigsten Charakteristiken des Herstellungsprozesses duromerer Verbundwerkstoffsysteme auf ihre topographische Charakteristiken und demzufolge auf die Qualität des Endproduktes wurde konzipiert. Zur Quantifizierung des Effekts der Oberflächenmodifizierung wurde einen neuen Parameter – Surface Relative Smooth – vorgeschlagen und dessen Nutzung für jedes beliebige Feststoffkörpers verifiziert. Das Hauptaugenmerk bei der Durchführung der Arbeit wurde auf die Entwicklung neuer Konzepte zur topographischen Charakterisierung textiler Materialien gelegt, welche die Nutzung mehrerer Längenskalen in Betracht ziehen. Dies ermöglicht die spezifische Morphologien textiler Strukturen zu berücksichtigen und jede Struktur, welche durch die Gewebeart, die Art der Fasern und des Garns entstanden ist, gesondert bezüglich ihr Einflusses auf die Benetzbarkeit infolge der Modifizierung (Konstruktionsparameter, Thermofixierung, Imprägnierung mit Soil-Release- Polymeren, Waschen/Trocknen-Zyklen) zu analysieren. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, wie die Konstruktionsparameter von Polyestertextilien, wie z.B. die Filament- und Garnfeinheit, Kett- und Schussdichte sowie die Gewebebindung Einfluss auf die Oberflächentopographie und als Folge auf ihre Kapillarität nehmen, und zwar als Mesoporosität (Abstände zwischen Garnwindungen) und als Mikroporosität (Abstände zwischen einzelnen Filamenten). Auf der Basis von umfangreichen experimentellen Daten, welche die Unterschiede zwischen verschiedenen Bindungsarten (Leinwand, Köper, Panama) offenbaren, wurde ein neues Modell zur Beschreibung der Penetration von Flüssigkeiten in die textile Strukturen entwickelt. Außerdem wurde der Einfluss der Thermofixierung und Imprägnierung von Polyester Materialen mit Soil-Release-Polymeren auf die Topographie, Benetzbarkeit und Auswaschbarkeit für die drei wichtigsten Gewebearten untersucht, welche die gleiche Anzahl von Schussfäden haben. Für die Charakterisierung des Anschmutzungsverhaltens von Textilen wurde eine so genannte Fleck-Analysierungsmethode (spot analysis method) vorgeschlagen, welche es erlaubt, benetzungsdynamische Eigenschaften von Flüssigkeiten an Oberflächen mit anisotroper Topographie zu studieren. Diese Methode ist geeignet auch für Oberflächen mit anisotropen Rauheitsstrukturen und für poröse Materialien. Der Effekt von Waschen/Trocken-Zyklen auf die Topographie, Spreitung, Benetzung und Anschmutzung von Leinwandgewebe und Gestricke aus Baumwolle wurde zusätzlich untersucht. In allen Spezialfällen diente die topographische Charakterisierung und die Interpretation der Ergebnisse auf verschiedenen Längenskalen zur besseren Verständnis von Benetzungsphänomenen. Ein mathematisches Modell für die virtuelle Konstruktion von textilen Oberflächen wurde entwickelt, die das Studium der Effekte infolge topographischer Änderungen auf das Verhalten von Polymer- und Textiloberflächen ermöglicht. Oberflächen von Leingeweben und duromeren Verbundwerkstoffsystemen wurden mit der Fourier-Synthese unter Zuhilfenahme verschiedener harmonischer Wellen mathematisch abgebildet. Die Topographie- und Konstruktionsparameter wurden bei der Fourier-Synthese zur Konstruktion virtueller Topographien genutzt. Im Falle der textilen Materialein wurde der Effekt von Waschen/Trocknen-Zyklen für die Baumwolltextilien sowie der Thermofixierung von Polyestertextilien auf ihre Meso- und Mikromorphologie auf der Basis gemessener Parameter für jede Topographie modelliert. Dieses Modell erlaubt auch die Vorhersage der Änderungen in der Porosität von resultierenden textilen Strukturen, ihres Benetzungs- und Anschmutzungsverhaltens. Mit dieser Methode ist es möglich, gewünschte Änderungen von textilen Konstruktionsparametern einzustellen und ihre Effekte auf die Topographie zu untersuchen.

In this thesis valence changes at interfaces and surfaces of 3d and 4f systems are investigated by X-ray spectroscopy, in particular X-ray photoemission (XPS), X-ray absorption (XAS) and resonant photoemission spectroscopy (ResPES). The first part addresses the electronic properties of the oxides LaAlO3, LaGaO3 and NdGaO3 grown by pulsed laser deposition on TiO2-terminated SrTiO3 single crystals along (001)-direction. These polar/non-polar oxide interfaces share an insulator to metal phase transition as a function of overlayer thickness including the formation of an interfacial two dimensional electron gas. The nature of the charge carriers, their concentration and spatial distribution, and the band alignment near the interface are studied in a comparative manner and evaluated quantitatively. Irrespective of the different overlayer lattice constants and bandgaps, all the heterostructures behave similarly. Rising Ti3+ concentration is monitored by Ti 2p XPS, Ti L-edge XAS and by resonantly enhanced Ti 3d excitations in the vicinity of EF (ResPES) when the layer number n increases. This indicates that the active material is in all cases a near interface SrTiO3 layer of 4nm thickness. Band bending in SrTiO3 occurs but no electric field is detected inside the polar overlayers. Essential aspects of the findings are captured by scenarios where the polar forces are alleviated by surface defect creation or the separation of photon generated electron-hole pairs in addition to the electronic reconstruction at n = 4 unit cells layer thickness. Furthermore, deviations from an abrupt interface are found by soft X-ray photoemission spectroscopy which may affect the interface properties. The surface sensitivity of the measurements has been tuned by varying photon energy and emission angle. In contrast to the core levels of the other elements, the Sr 3d line shows an unexpected splitting for higher surface sensitivity, signaling the presence of a second strontium component. From a quantitative analysis it is concluded that during the growth process a small amount of Sr atoms diffuse away from the substrate and segregate at the surface of the heterostructure, possibly forming strontium oxide. In the second part of this thesis the heavy fermion superconductors CeMIn5 (M = Co, Rh, Ir) are investigated by temperature- and angle-dependent XPS. In this material class the subtle interplay between localized Ce 4f and itinerant valence electrons dominate the electronic properties. The Ce 3d core level has a very similar shape for all three materials and is indicative of weak f-hybridization. The spectra are analyzed using a simplified version of the Anderson impurity model, which yields a Ce 4f occupancy that is larger than 0.9. The temperature dependence shows a continuous, irreversible and exclusive broadening of the Ce 3d peaks, due to oxidation of Ce at the surface. / In der vorliegenden Dissertation werden Valenzänderungen an Grenzflächen und Oberflächen mittels Verfahren der Röntgenspektroskopie untersucht, zu denen die Röntgenphotoelektronen- (XPS), die Röntgenabsorptions- (XAS) und die resonante Photoelektronenspektroskopie (ResPES) gehören. Kapitel 3 behandelt die elektronischen Eigenschaften der Oxide LaAlO3, LaGaO3 und NdGaO3, welche mittels Laserdeposition (PLD) auf TiO2-terminierte SrTiO3 Einkristalle entlang (001)-Richtung gewachsen wurden. Diese polaren/nicht-polaren Oxidgrenzflächen weisen einen Isolator-Metall Phasenübergang als Funktion der Schichtdicke auf, bei dem sich ein zwei dimensionales Elektronengas an der Grenzfläche bildet. Die Eigenschaften dieser Ladungsträger, deren Konzentration und räumliche Ausdehnung, sowie der Verlauf der Energiebänder an der Grenzfläche werden vergleichend untersucht und quantitativ bestimmt. Es wird gezeigt, dass sich die drei untersuchten Grenzflächen, trotz unterschiedlicher Gitterkonstanten und Energiebandlücken, ähnlich verhalten. Das mit der Schichtdicke ansteigende Ti3+ Signal wird im Ti 2p XPS, Ti L-Kante XAS und durch die resonant verstärkten Ti 3d Anregungen nahe EF (ResPES) nachgewiesen. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass in allen Fällen eine SrTiO3 Schicht mit einer Dicke von 4nm der eigentlich aktive Bereich ist. Im SrTiO3 tritt eine Bandverbiegung auf, ein elektrisches Feld in der polaren Deckschicht kann jedoch nicht nachgewiesen werden. Grundlegende Aspekte dieser Ergebnisse sind in einem Szenario vereinbar, bei dem die polaren Kräfte durch die Entstehung von Oberflächendefekten, durch die Trennung von photoneninduzierten Elektronen-Lochpaaren und durch eine elektronische Umordnung bei 4 uc Schichtdicke eliminiert werden. Des Weiteren werden Abweichungen von einer abrupten Grenzfläche mittels weich-Röntgenphotoelektronenspektroskopie festgestellt, die die Grenzflächeneigenschaften beeinflussen können. Für oberflächenempfindlichere Messbedingungen zeigt die Sr 3d Anregung, im Gegensatz zu Rumpfniveaus anderer Elemente, eine unerwartete Aufspaltung, was nur durch das Vorhandensein einer zweiten chemischen Strontiumkomponente zu erklären ist. Aus quantitativen Betrachtungen lässt sich schließen, dass einige Strontiumatome während des Wachstums an die Oberfläche diffundieren und möglicherweise Strontiumoxid gebildet wird. Der zweite Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung von Schwer-Fermionen Supraleitern CeMIn5 (M = Co, Rh, Ir) mittels temperatur- und winkelabhängiger XPS. Bei dieser Materialklasse dominiert das feine Zusammenspiel zwischen lokalisierten Ce 4f und frei beweglichen Leitungselektronen die elektronischen Eigenschaften. Das Ce 3d Rumpfniveauspektrum besitzt für die drei Materialien eine sehr ähnliche Form, die auf eine schwache f-Hybridisierung schließen lässt. Die Spektren werden mittels einer vereinfachten Version des Anderson-Impurity Modells analysiert, wobei sich eine Ce 4f Besetzung von mehr als 0,9 ergibt. Die Temperaturabhängigkeit zeigt eine kontinuierliche und irreversible Verbreiterung ausschließlich für die Ce 3d Anregung, dieser Umstand kann einer Oxidation der reaktiven Ceratome an der Oberfläche zugeordnet werden.

Block copolymer/inorganic nanoparticle hybrids draw great attention of scientists from various areas for their potential applications in diverse fields such as microelectronics, sensors, and solar cells. Inorganic nanoparticles (NPs) can be expected to be incorporated into block copolymers with order and selectivity by self-assembly of NPs and/or by synergistic self-assembly between NPs and block copolymers. The morphology and nanostructure order of block copolymers can be also adjusted and directed by incorporation of NPs. In this study, the effect of the size and modification of AuNPs on the morphology and nanostructure orientation of block copolymer PPMA-b-PMMA thin films were systematically investigated. The lateral BCP structure in thin films was improved by adding AuNPs. The controlled location of AuNPs in the BCP thin films depended on the particle size and stabilizing species. The re-orientation of cylindrical domains depended on the modification of AuNPs. PPMA-coated AuNPs, corresponding to the lower surface energy component of BCP, were powerful in directing the cylinders from parallel to perpendicular to the substrate. These results provide a general guide for other BCP/inorganic NP hybrid systems for desired morphology and nanostructure orientation.

In der vorliegenden Dissertation werden Dünnschichten aus dem nicht-supraleitenden BaFe2As2 (Ba122) auf eisengepufferten Spinell-Einkristallsubstraten mittels der gepulsten Laserdeposition abgeschieden, strukturell charakterisiert und auf ihre physikalischen Eigenschaften hin untersucht. Durch das kohärente Aufwachsen der Ba122-Schicht bis zu einer kritischen Dicke, d_c, kommt es zu einer tetragonalen Verzerrung der Ba122-Einheitszelle (nachgewiesen durch Röntgendiffraktometrie), die zu einer supraleitenden Phase führt. In Dünnschichten mit einer Dicke der Ba122-Schicht d_c < 30 nm sind zwei Bereiche der Supraleitung existent. Ab einer Temperatur von 35 K werden erste Zeichen einer supraleitenden Phase gemessen. Es wird gezeigt, dass im Bereich zwischen 35 K und 15 K fadenförmige Supraleitung in Bereichen mit leicht geringerem Spannungszustand vorliegt. Gefunden wird dies mithilfe von Messungen in einem Suszeptometer mit supraleitendem Quanteninterferenzdetektor (SQUID-MS), durch Elektronen-Rückstreu-Beugung sowie mittels des Vergleichs mit isovalent dotiertem Ba122. Die Übereinstimmung in den strukturellen Daten der Dünnschichten und von isovalent dotierten Einkristallen zeigt, dass die auf Eisen basierenden Supraleiter eine starke Abhängigkeit von den strukturellen Parametern besitzen und strukturelle Veränderungen großen Einfluss auf die supraleitenden Eigenschaften haben. Unterhalb von 15 K wird anhand von Transportmessungen und Messungen in einem SQUID-MS nachgewiesen, dass Massivsupraleitung vorliegt. Messbare kritische Stromdichten bestätigen das Vorliegen einer solchen Phase in der gesamten Probe. Die Untersuchung der Flusslinienverankerungseigenschaften der Phase unterhalb von 15 K belegt, dass in sehr dünnen Schichten von d <= 10 nm die magnetische Flusslinienverankerung existiert. Eine Vergrößerung der Schichtdicke führt zur Bildung von Defekten durch die Gitterfehlpassung zwischen Eisen- und Ba122-Schicht. Die Bildung dieser Defekte wird durch In-situ-Untersuchungen mittels Beugung hochenergetischer Elektronen bei Reflexion und Ex-situ-Untersuchungen mittels Transmissionselektronenmikroskopie, Atomkraftmikroskopie und Röntgendiffraktometrie nachgewiesen. Ab einer Dicke von ca. 30 nm fängt die Schicht an zu relaxieren. Eine Massivsupraleitungsphase kann in diesem Fall nicht mehr beobachtet werden. Eine weitere Vergrößerung der Dicke bis ca. 80 nm führt erneut zu nicht-supraleitenden Massivmaterialeigenschaften. Ein magnetischer Übergang wird bei ca. 140 K gemessen, wobei die Gitterparameter Massivmaterialeigenschaften aufweisen.

Organic thin film transistors (OTFT) are a key active devices of future organic electronic circuits. The biggest advantages of organic electronics are the potential for cheep production and the enabling of new applications for light, bendable or transparent devices. These benefits are offered by a wide spectrum of various molecules and polymers that are optimized for different purpose. In this work, several interesting organic semiconductors are compared as well as transistor geometries and processing steps. In a cooperation with an industrial partner, test series of transistors are produced that are intensively characterized and used as a basis for later device simulation. Therefore, among others 4-point-probe measurements are used for a potential mapping of the transistor channel and via transfer line method the contact resistance is measured in a temperature range between 173 and 353 K. From later comparison with the simulation models, it appears that the geometrical resistance is actually more important for the transistor performance than the resistance of charge-carrier injection at the electrodes. The charge-carrier mobility is detailed evaluated and discussed. Within the observed temperature range a Arrhenius-like thermal activation of the charge- carrier transport is determined with an activation energy of 170 meV. Furthermore, a dependence of the electric field-strength of a Poole-Frenkel type is found with a Poole-Frenkel factor of about 4.9 × 10E−4 (V/m) −0.5 that is especially important for transistors with small channel length. With these two considerations, already a good agreement between device simulation and measurement data is reached. In a detailed discussion of the dependence on the charge-carrier density and from comparison with established the charge-carrier mobility models, an exponential density of states could be estimated for the organic semiconductor. However, reliability of OTFTs remains one of the most challenging hurdles to be understood and resolved for broad commercial applications. In particular, bias-stress is identified as the key instability under operation for numerous OTFT devices and interfaces. In this work, a novel approach is presented that allows controlling and significantly alleviating the bias-stress effect by using molecular doping at low concentrations. For pentacene as semiconductor and SiO2 as gate oxide, we are able to reduce the time constant of degradation by three orders of magnitude. The effect of molecular doping on the bias-stress is explained in terms of the shift of Fermi level and, thus, exponentially reduced proton generation at the pentacene/oxide interface. For transistors prepared in cooperation with the industrial partner, a second effect is observed that can be explained by a model considering a ferroelectric process in the dielectric and counteracts the bias-stress behavior.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden für die Herstellung neuartiger funktioneller Oberflächenbeschichtungen Polymerbürstensysteme basierend auf linearen, thermoresponsiven Poly-2-oxazolinen (POX) entwickelt und ausführlich charakterisiert. Als Grundbaustein für die Herstellung von POX-Bürsten wurden drei endfunktionalisierte thermoresponsive POX mittels kationisch ringöffnender Polymerisation synthetisiert, wobei jeweils 2-Cyclopropyl-2-oxazolin (cPrOX) als thermoresponsive Wiederholungseinheit und 2-Methyl-2-oxazolin (MeOX) als hydrophiles Comonomer zu verschiedenen Anteilen verwendet wurden. Mittels VIS-spektroskopischen Trübungsmessungen wurde für alle POX in Wasser ein LCST-Entmischungsverhalten mit einem reversiblen und scharfen Phasenübergang nachgewiesen, wobei die Trübungstemperaturen stark von der Polymerhydrophilie sowie der Molmasse und der Polymerkonzentration in Lösung abhingen. Die Herstellung der POX-Polymerbürsten auf der Basis der synthetisierten POX erfolgte über einen „grafting to“-Ansatz, bei welchem die Polymere in einem thermisch initiierten Prozess über ein funktionalisiertes Kettenende kovalent an ein Substrat angebunden wurden. Als Hauptmethode zur Charakterisierung der physikochemischen Eigenschaften der hergestellten Schichten, insbesondere deren temperaturabhängiges Schaltverhalten in Wasser, wurde spektroskopische Ellipsometrie verwendet. Zusätzlich kamen Rasterkraftmikroskopie, Kontaktwinkel und Quarzkristallmikrowaage mit Dissipationsaufzeichnung zum Einsatz. Im Gegensatz zum sehr scharfen, diskontinuierlichen Phasenübergang der POX in Lösung konnte für alle POX-Bürsten ein kontinuierlicher Übergang von einem gestreckten Bürstenzustand bei niedrigen Temperaturen in einen kollabierten Zustand bei hohen Temperaturen bestimmt werden, wobei das Quellvermögen und die temperaturabhängigen Quellkurvenverläufe durch die Polymereigenschaften und die Bürstenparameter beeinflussbar waren. Durch die Kombination eines POX mit Polyacrylsäure (PAA) als zweite Komponente konnten zudem neuartige binäre Polymerbürstensysteme hergestellt werden, welche ein komplexes pH- und temperaturabhängiges Schaltverhalten sowie ein steuerbares Proteinadsorptionsvermögen in Abhängigkeit von der Bürstenpräparationsmethodik, der POX-PAA-Zusammensetzung sowie der Temperatur und dem pH-Wert der umgebenden Pufferlösung aufwiesen. Zur ausführlichen Charakterisierung der Schichteigenschaften wurde neben den bereits benannten Methoden der spektroskopischen Ellipsometrie, Rasterkraftmikroskopie und der Kontaktwinkelmessung auch Röntgenphotoelektronenspektroskopie genutzt. Abschließende Zelladhäsionsexperimente mit humanen mesenchymalen Stammzellen auf den bürstenmodifizierte Oberflächen unter physiologischen Bedingungen offenbarten deutliche Unterschiede in der Affinität der Zellen zur Adhäsion auf POX-Homopolymerbürsten in Abhängigkeit der Bürstenhydrophilie. Darüber hinaus konnte die Zelladhäsion auch auf POX-PAA-Mischbürstensystemen gesteuert werden.

In dieser Doktorarbeit wird die Magnetisierungsdynamik von strukturierten, weichmagnetischen Einzelschichten aus Permalloy (Ni81Fe19) mittels stroboskopischer Kerrmikroskopie untersucht. Die Dicke der in unterschiedliche Formen (Kreise, Quadrate und Rechtecke) strukturierten magnetischen Schicht beträgt 50 nm bzw. 160 nm. Durch die Verwendung eines gepulsten Lasers als Beleuchtungsquelle wird eine Zeitauflösung erreicht, die unter 25 ps liegt. Parallel zu den Laserpulsen wird die Probe mit gepulsten Magnetfeldern angeregt und die Reaktion der Magnetisierung auf diese schnellen Magnetfeldänderungen wird untersucht. Diese Reaktion der Magnetisierung unterscheidet sich deutlich von einer Anregung mit quasistatischen Magnetfeldern. Durch die stroboskopische Beobachtungsweise sind nur reversible Prozesse sichtbar, irreversible Prozesse werden durch die Mittelung über mehrere Millionen Anregungs- und Beobachtungspulse nicht abgebildet. Dies wird bei der Anregung eines Vortex in einer Kreisscheibe deutlich, bei dem die Magnetisierungsrichtung im Vortexkern durch das gepulste Magnetfeld teilweise geschaltet wird. Dadurch ändert sich der Drehsinn der spiralförmigen Relaxationsbewegung des Vortex, was zu einer Überlagerung der beiden Bewegungen während der Beobachtung führt. Desweiteren wird eine Vervielfältigung von Vortex-Antivortex Paaren in Stachelwänden durch hochfrequente Felder gezeigt. Diese Vervielfältigung führt zur Erzeugung eines neuen, metastabilen Zustandes mit geringerem Stachelabstand. Mit steigender Frequenz des Feldes fällt der Stachelabstand bis auf 30 % des Ausgangswertes. Ab einer Grenzfrequenz, die durch die ferromagnetische Resonanz gegeben ist, kann die Magnetisierung dem Feld nicht mehr folgen und die Wandstruktur ist vergleichbar mit der im quasistatischen Grenzfall. Auch in dickeren Elementen wird diese Erzeugung beobachtet, wo sie zu einer irreversiblen Wandtransformation von der asymmetrischen Blochwand zur Stachelwand führt. Bei der Pulsanregung eines Landau-Domänenzustandes in einem Quadrat kommt es zur Bildung von sichelartigen Domänen an den Ecken des Quadrates. Die Entstehung dieser Domänen geschieht relativ schnell innerhalb einer Nanosekunde. Während der Relaxation der Magnetisierung lösen sich diese neu entstandenen Domänen durch Wandverschiebung wieder auf. Die Auflösung der Domänen geschieht deutlich langsamer als die Entstehung, was durch die unterschiedlichen Mechanismen, die bei der Entstehung (Magnetisierungsdrehung) und Auflösung (Wandverschiebung) der Domänen involviert sind, begründet werden kann. Außerdem kommt es zu einer inkohärenten Drehung der Magnetisierung in der Domäne mit antiparalleler Ausrichtung der Magnetisierung bezüglich des Pulsfeldes. Diese Drehung der Magnetisierung, lateral abwechselnd nach links und rechts, wird durch eine leichte Abweichung der Magnetisierung von einer perfekt homogenen Ausrichtung begünstigt.

In der vorliegenden Arbeit wird das Wachstum von Ta- und TaN-Schichten auf Si- und SiO_2-Substraten untersucht Die Schichten werden dabei unter technologienahen Bedingungen mittels Magnetron-Sputtern abgeschieden. Die Untersuchungen erfolgen hauptsächlich mit winkelaufgelöster röntgenstrahlungsangeregter Photoelektronenspektroskopie (ARXPS). Die Analysen erfolgen in situ, ohne Unterbrechung des Ultrahochvakuums, um die Deposite vor Oxidation und Kontamination zu schützen. Zur zerstörungsfreien Tiefenprofilanalyse wird ein Quantifizierungsalgoritmus beschrieben und angewandt. Für die Kombination Ta/Si wird die Bildung einer zunächst unvollständigen TaSi_2-Schicht, danach das Aufwachsen von Ta auf diese Zwischenschicht beobachtet. Für die Kombination Ta/SiO_2 wird eine Reduktion des SiO_2-Substrates bei gleichzeitigem Aufwachsen von Ta-Oxiden beobachtet. Auf dem durchmischten Schichtstapel wächst danach Ta auf. Für die Kombination TaN/Si wird die Bildung einer Si-N-Zwischenschicht bei gleichzeitigem Wachsen einer TaN-Schicht beobachtet. Für die Kombination TaN/SiO_2 wird das Aufwachsen einer TaN-Schicht ohne Ausbilung von Zwischenschichten beobachtet. Das Wachstumsverhalten des Ta/Si-Systems wird zusätzlich mit in situ Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie untersucht. Es wurden Untersuchungen zur thermischen Stabilität von abgeschiedenen Schichten an den Systemen Ta/Si und TaN/SiO_2 durchgeführt. Als mögliche Alternative zur winkelaufgelösten XPS wurden Untersuchungen mittels synchrotronstrahlungsangeregter Photoelektronenspektroskopie bei variierter Anregungsenergie durchgeführt.