Die Zeitverzögerung bei der Streuung in zwei Dimensionen ist eine Funktion von zwei unabhängigen Parametern. Wenn diese Funktion Sattelpunkte aufweist, so hat der entsprechende Funktionswert theoretisch ein unendlich großes Gewicht in der Wahrscheinlichkeitsverteilung der Zeitverzögerungen. Dieser Zusammenhang soll analytisch und numerisch nachgewiesen und detailliert beschrieben werden. Insbesondere soll die klassische und quantenmechanische Wahrscheinlichkeitsverteilung der Zeitverzögerung für ein Modellsystem aus mehreren nichtüberlappenden zentralsymmetrischen Potentialen berechnet werden. Erwartete Ergebnisse sind Aussagen über die Parameterwerte, bei denen der oben genannte Effekt zu beobachten ist sowie Näherungsformeln für die Verteilung der Zeitverzögerung in der Nähe der Singularitäten. Außerdem soll die quantenmechanisch zu erwartende Glättung der Verteilungsfunktion quantitativ beschrieben werden. / For scattering problems in two dimensions, time-delay is a function of two independent parameters. If this function features saddle points, the corresponding function value should theoretically have an infinite weight in the probability distribution of time-delays. This correlation shall be confirmed analytically and numerically and studied in-depth. In particular, the classical and quantum-mechanical probability distribution of time-delays shall be calculated for a model system consisting of multiple non-overlapping potentials with rotational symmetry. We expect to obtain information about the parameter values where the aforementioned effects can be observed, and analytical approximations for the time-delay distribution near the singularities. Furthermore, the smoothing of the distribution in the quantummechanical regime shall be quantified.

Die Charakterisierung von Dispersionen hat das Ziel, die Zusammensetzung und den Zustand von partikelhaltigen Stoffgemischen zu erfassen. Vor allem der Zustand der dispersen Phase (Partikel), der wiederum von der Größe und der Konzentration der Partikel bestimmt wird, ist in diesem Zusammenhang von besonderer Bedeutung. Neben optischen Verfahren, wie der Laserbeugung oder der Lichtstreuung, ist die Anwendung von akustischen Methoden vor allem dann sinnvoll, wenn die zu untersuchenden dispersen Stoffgemische opak und optische Methoden nur noch eingeschränkt (nach Verdünnung) anwendbar sind. Derartige Dispersionen weisen oftmals eine hohe Partikelkonzentration auf. Die Erfassung und Auswertung von Ultraschallechosignalen aus konzentrierten Dispersionen stellt einen neuartigen Ansatz innerhalb der akustischen Partikelmesstechnik dar. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen zum Ultraschallrückstreuverhalten von konzentrierten Dispersionen im unteren Megahertzbereich durchgeführt. Die messtechnische Erfassung der von der Dispersion reflektierten Schallanteile stellte eine besondere Herausforderung dar. Vor allem bei Partikeln, die klein gegenüber der Wellenlänge des Schalls sind oder einen geringen akustischen Kontrast gegenüber der kontinuierlichen Phase aufweisen, ist ein entsprechend schwaches Echosignal zu erwarten. Im Ergebnis der durchgeführten Untersuchungen zeigt sich eine hohe Sensitivität des akustischen Rückstreuverhaltens gegenüber der Zusammensatzung der Dispersion. Vor allem in konzentrierten Dispersionen kann die Messung direkt, d. h. ohne vorherige Verdünnung durchgeführt werden. Dieser Umstand prädestiniert das entwickelte Messverfahren für den Einsatz innerhalb der prozessnahen Charakterisierung von Partikelsystemen, beispielsweise bei Nasszerkleinerungs- oder Kristallisationsprozessen. Bei derartigen Prozessen ist eine Probenahme und Probenaufbereitung nicht oder nur eingeschränkt möglich.

Die Charakterisierung der Protein-Nanopartikel-Wechselwirkungen in komplexen biomolekularen Systemen wie einer lebenden Zelle ist für die Pharma-, Medizin- und Umweltforschung von entscheidender Bedeutung. In solchen biomolekularen Systemen adsorbieren Proteine leicht auf der Oberfläche von Nanopartikeln, die die Proteinkorona bilden. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Charakterisierung der Proteinkorona in lebenden Zellen, wobei verschiedene analytische Ansätze kombiniert werden. Experimente mit oberflächenverstärkter Raman-Streuung (SERS) an reinen Proteinlösungen zeigten die Konzentrationsabhängigkeit der Protein-Gold-Nanopartikel-Wechselwirkungen, die zu unterschiedlichen SERS-Spektren führten und ermöglichten die Bestimmung von Proteinsegmenten, die an Citrat-stabilisierte Gold-Nanopartikel binden. In SERS-Experimenten mit lebenden Zellen wurde die Anwesenheit von Proteinfragmenten in der innersten Schicht der Proteinkorona, die als harte Proteinkorona bezeichnet wird, festgestellt. Eine analytische Methode, die Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamid-Gelelektrophorese und Hochleistungs-Flüssigchromatographie-gekoppelte Elektrospray-Ionisations-Massenspektrometrie kombiniert, wurde entwickelt, um die Bestandteile der Hartproteinkorona zu identifizieren. Die Proteomics-, SERS- und Cryo-Soft-X-Ray-Nanotomographiedaten, wobei letztere Informationen über die dreidimensionale Ultrastruktur der Zelle liefern, zeigen den Aufnahmemechanismus, die Verarbeitung, die Akkumulationsstelle, die molekulare Umgebung und die induzierten zellulären Reaktionen internalisierter Goldnanopartikel. Diese Arbeit validiert die Verwendung von SERS bei der Analyse der Proteinkorona in der Lösung von Modellproteinen und in lebenden Zellen und präsentiert eine geeignete Methode zur Analyse der unveränderten harten Proteinkorona, die in lebenden Zellen gebildet wird. / The characterization of the protein-nanoparticle interactions in complex biomolecular systems such as a living cell is vital for pharmaceutical, medical, and environmental research fields. In such biomolecular systems, proteins readily adsorb on the surface of nanoparticles forming the protein corona. This thesis focuses on the characterization of the protein corona in living cells combining different analytical approaches. Surface-enhanced Raman scattering (SERS) experiments on pure protein solutions revealed the concentration dependence of the protein-gold nanoparticle interactions resulting in different SERS spectra, and allowed for the determination of protein segments binding to citrate-stabilized gold nanoparticles. In live cell SERS experiments, the presence of protein fragments in the innermost layer of the protein corona, called the hard protein corona, was revealed. An analytical method combining sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis and high-performance liquid chromatography-coupled electrospray ionization mass spectrometry was developed to identify the constituents of the hard protein corona. The proteomics, SERS, and cryo soft X-ray nanotomography data, the latter providing information of the three dimensional ultrastructure of the cell, reveal the uptake mechanism, processing, accumulation site, molecular environment, and the induced cellular responses of internalized gold nanoparticles. This work validates the use of SERS in the analysis of the protein corona in the solution of model proteins and in living cells, and presents a suitable method for the analysis of the unaltered hard protein corona formed in living cells.

Das Thema dieser Arbeit ist eine mögliche Steuerung eines optischen Solitons in nichtlinearen optischen Fasern. Es gelang, die interessierenden Solitonparameter wie Intensität, Dauer und Zeitverschiebung durch die Wechselwirkung mit einer dispersiven Welle geringer Intensität kontrollierbar zu modifizieren. Es wird eine neue analytische Theorie vorgestellt für die Wechselwirkung zwischen Solitonen und dispersiven Wellen, die auf der Kreuzphasenmodulation in nichtlinearen Fasern beruht. Das vorgestellte Modell kombiniert quantenmechnische Streutheorie und eine Erweiterung der Störungstheorie für Solitonen aus der nichtlinearen Optik. Damit wurden folgende neue Ergebnisse erzielt: (1) Die Entwicklung aller Solitonparameter wird korrekt vorhergesagt. Insbesondere wird die mögliche Verstärkung der Solitonamplitude erfolgreich bestimmt. (2) Passende Intervalle der Kontrollparameter, die eine effektive Solitonmanipulation garantieren, können quantitativ bestimmt werden. (3) Der Raman-Effekt wurde in die Modellbeschreibung eingebunden. Die klassische Abschätzung der Eigenfrequenzverschiebung des Solitons durch den Raman-Effekt wurde verbessert und erweitert durch eine neue Relation für den einhergehenden Amplitudenverlust. Weiterhin wurden solche Kontrollpulse bestimmt, die dieser Schwächung des Solitons entgegenwirken. Im Unterschied zu früheren Versuchen liefert die hier entwickelte Modellbeschreibung die passenden Parameterbereiche für eine stabile Auslöschung des Raman-Effektes. (4) Obwohl die Wechselwirkung selbst auf der Kreuzphasenmodulation basiert, spielt der ”self-steepening“- Effekt, der die Bildung von optischen Schocks beschreibt, eine entscheidende Rolle für eine effiziente Veränderung der Solitonparameter. / This work discusses the problem how to control an optical soliton propagating along a non- linear fiber. The approach chosen here is to change soliton delay, duration and intensity in a simple, predictable manner by applying low-intensity velocity-matched dispersive light waves. A new analytic theory of cross-phase modulation interactions of solitons with dispersive control waves is presented which combines quantum mechanical scattering theory, a modified soliton perturbation theory and a multi-scale approach. This led to the following new results: (1) The evolution of all soliton parameters is correctly predicted. In particular the possible amplitude enhancement of solitons is successfully quantified, which could not be obtained by the standard formulation of the soliton perturbation theory. (2) General ranges for control parameters are quantitatively determined, which ensure an effective interaction. (3) The Raman effect is incorporated into the theory. The classical estimation of the Raman self-frequency shift is refined and expanded by a new relation for the amplitude loss arising with the Raman self-frequency shift. Furthermore, control pulses are identified which cancel soliton degradation due to Raman effect. In contrast to previously reported attempts with the interaction scheme under consideration, even parameter ranges are found which lead to a stable cancellation of the Raman effect. (4) New qualitative insights into the underlying process emerged. The prominent role of the self-steepening effect could be isolated. Though the pulse interaction is mediated by cross-phase modulation, the self-steepening effect causes an essential enhancement leading to much stronger changes in soliton parameters.

The three dimensional Monte Carlo radiation transport model McArtim is extended to account for the simulation of the propagation of polarized radiation and the inelastic rotational Raman scattering which is the cause of the so called Ring effect. From the achieved and now sufficient precision of the calculated Ring effect new opportunities in optical absorption spectroscopy arise. In the calculation the method of importance sampling (IS) is applied. Thereby one obtains from an ensemble of Monte Carlo photon trajectories an intensity accounting for the elastic aerosol particle-, Cabannes- and the inelastic rotational Raman scattering (RRS) and simultaneously an intensity, for which Rayleigh scattering is treated as an elastic scattering process. By combining both intensities one obtains the so called filling-in (FI, which quantifies the filling-in of Fraunhofer lines) as a measure for the strength of the Ring effect with the same relative precision as the intensities. The validation of the polarized radiometric quantities and the Ring effect is made by comparison with partially published results of other radiation transport models. Furthermore the concept of discretisation of the optical domain into grid cells is extended by making grid cells arbitrarily joining into so called clusters, i.e. grid cell aggregates. Therewith the program is able to calculate derivatives of radiometrically or spectroscopically accessible quantities, namely the intensities at certain locations in the atmospheric radiation field and the light path integrals of trace gas concentrations associated thereto, i.e. the product of the DOAS (differential optical absorption spectroscopy) method, with respect to optical properties of aerosols and gases in connected spatial regions. The first and second order derivatives are validated through so called self-consistency tests. These derivatives allow the inversion of three dimensional tracegas and aerosol concentration profiles and pave the way down to 3D optical scattered light tomography. If such tomographic inversion scheme is based solely on spectral intensitites the available second order derivatives allows the consideration of the curvature in the cost function and therefore allows implementation of efficient optimisation algorithms. The influence of the instrument function on the spectra is analysed in order to mathematically assess the potential of DOAS to a sufficient degree. It turns out that the detailed knowledge of the instrument function is required for an advanced spectral analysis. Concludingly the mathematical separability of narrow band signatures of absorption and the Ring effect from the relatively broad band influence of the elastic scattering processes on the spectra is demonstrated which corresponds exactly to the DOAS principle. In that procedure the differential signal is obtained by approximately 4 orders of magnitude faster then by the separate modelling with and without narrow band structures. Thereby the fusion of the separated steps DOAS spectral analysis and subsequent radiation transport modeling becomes computationally feasible.:1.1. Radiation Transport Modeling and Atmospheric State Inversion 1.2. Vector RTE Solution Methods 1.3. Scope of the Thesis 1.4. Outline of the Thesis 2.1. General Structure 2.1.1. Chemical Composition of the Gas Phase 2.1.2. The Troposphere, Temperature and Pressure Vertical Structure 2.1.3. The Stratosphere 2.2. Aerosols and Clouds 2.2.1. Classification and Morphology 2.2.2. Water Related Particle Growth and Shrinking Processes 2.2.3. Size Spectra and Modes 3.1. Electromagnetic Waves 3.1.1. Maxwell\''s Equations 3.1.2. Measurement of Electromagnetic Waves 3.1.3. Polarization State of EM Waves 3.1.4. Stokes Vectors 3.2. Scattering and Absorption of EM Waves by Molecules and Particles 3.2.1. General Description of Scattering and Coordinate Systems 3.2.2. Molecular Scattering 3.2.3. Molecular Absorption Processes and Electronic Molecular States 3.2.4. Scattering On Spherical Particles - Mie Theory 3.3. Mathematical Description of Radiation Transport 3.3.1. Radiance and Irradiance 3.3.2. Absorption, Scattering and Extinction Coefficients 3.3.3. Optical Thickness and Transmission 3.3.4. Scattering 3.3.5. Incident (Ir)Radiance 3.3.6. The Black Surface Single Scattering Approximation 3.3.7. Radiative Transfer Equations 4.1. General Monte Carlo Methods 4.1.1. Numerical Integration 4.1.2. Importance Sampling and Zero Variance Estimates 4.1.3. Optimal Sampling 4.1.4. Sampling from Arbitrary Distributions 4.2. Path Generation or Collision Density Estimation 4.2.1. Discretization of the Optical Domain into Cells and Clusters 4.2.2. RTE Integral Form 4.2.3. Formal Solution of the IRTE 4.2.4. Overview on Monte Carlo RTE Solution Algorithms 4.2.5. Crude Monte Carlo 4.2.6. Sequential Importance Sampling (SIS) or Path Generation 4.3. Importance Sampling in Monte Carlo SIS Radiative Transfer 4.3.1. Weights for Alternate Kernels 4.3.2. Weights in the Calculation of RTE Functional Estimates 4.3.3. Application of IS to Mie Phase Functions Scatter Angle Sampling 5.1. Radiances, Intensities and the Reciprocity Theorem 5.1.1. Scalar Radiance Estimates 5.1.2. Backward Monte Carlo Scalar Radiance 5.1.3. Vector Radiances 5.2. Radiance Derivatives 5.2.1. Variables for Radiance Derivatives 5.3. Validation of Functionals 5.3.1. Validation of Vector Radiances 5.3.2. Validation of Radiance Derivatives 6.1. A Simply Structured Instrument Forward Model 6.2. Pure Atmospheric Spectra and Absorption 6.2.1. Direct Light Spectra 6.2.2. Scattered Sun Light Spectra 6.3. (D)OAS from the Perspective of Radiative Transfer Modeling 6.3.1. (Rest) Signatures of Weakly Absorbing Gases 6.3.2. Spectroscopic Measurements and Standard DOAS 6.4. DOAS Analysis Summary 6.4.1. DSCD Retrieval 6.4.2. Inversion 7.1. RRS-Modified RTE 7.1.1. RRS Cross Sections for Scattering out and into a Wavelength 7.1.2. Modification of the RTE Loss and Source Terms 7.2. Intensity Estimates Considering Rotational Raman Scattering 7.2.1. RRS in the Path Sampling Procedure 7.2.2. Adjoint RRS Correction Weights 7.2.3. Local Estimates of Intensities with RRS 7.2.4. Intensity Estimates 7.3. Ring Spectra 7.3.1. Elastic Biasing of the Local Estimates 7.3.2. Cumulative Weights and Local Estimates 7.3.3. Test of the Elastic Biasing 7.4. Validation 7.4.1. Comparison to an Analytic Single Scattering Code 7.4.2. Single Scattering Model Including Rotational Raman Scattering 7.4.3. Multiple Scattering Model Comparison 7.4.4. Comparison with A Measurement 7.4.5. Validation of Approximate Methods For Ring Effect Modeling 7.5. Summary and Discussion 8.1. Status and Summary 8.1.1. Ring-Effect and Absorption Corrected Radiances 8.1.2. Derivatives of Radiometric Quantities Accessible Through Spectroscopy 8.1.3. Polarization 8.1.4. Time Integrated Sensitivities for 3D UV/vis/NIR Remote Sensing 8.2. Outlook A.1. Zero Variance Estimates A.2. Free Path Length Sampling in a Homogeneous Medium A.3. Cumulative Differential Scatter Cross Sections A.3.1. Cardanic formulas A.3.2. Rayleigh and Raman Phase Functions A.3.3. Henyey-Greenstein Model A.3.4. Legendre Polynomial Phase Function Model A.3.5. Table Methods A.4. Greens Function in the Derivation of the IRTE A.5. Source Code For Stokes Vector Transformation Plot B.1. 1st Order Derivatives B.2. 2nd Order Derivatives B.3. Hessian of Integrals Depending on Many Variables C.1. Slit Function f Derivatives C.2. Signal Sn Derivatives C.3. Chi Square Spline Fitting C.3.1. Constrained Non-Linear Least Square Problem C.3.2. Spline Fitting C.3.3. Jacobians and Hessian

Die Bildung von CoSi$_2$-Schichten mittels TIME-Verfahren (TIME: Ti-Interlayer Mediated Epitaxy) wurde untersucht. Dabei wurde die Ti-Zwischenschicht durch eine Hf-Zwischenschicht ersetzt. Der Einfluss der Prozessparameter (Tempertemperatur, Temperzeit, Aufheizrate und Ausgangsschichtdicken) und des Metalls (Hf, Ti, Zr) der Zwischenschicht auf die Reaktion der metallischen Doppelschichten mit Si(100) wurde ermittelt. Zur Charakterisierung der Proben wurden RBS-, TEM-, XRD- und AES-Untersuchungen durchgefuehrt. Die Ausbildung eines Mehrschichtsystems nach der Temperung der Doppelschichten in Abhaengigkeit der Prozessparameter wird dargestellt. Es wird gezeigt, dass die Prozessparameter die Temperatur bestimmen, bei der die CoSi$_2$-Keimbildung stattfindet. Anhand dieser Untersuchungen wird nachgewiesen, dass sich mit Erhoehung der CoSi$_2$-Keimbildungstemperatur die epitaktische Qualitaet der gebildeten CoSi$_2$-Schicht verbessert. Die Erklaerung des Reaktionsablaufs der metallischen Doppelschichten mit Si(100) erfolgt anhand eines aufgestellten Reaktionsschemas. Zur Entfernung der Deckschicht wurden verschiedene Aetzverfahren angewandt und deren Wirkung verglichen. / The formation of a CoSi$_2$ layer by solid phase reaction of metallic bilayer with Si (TIME: Ti-Interlayer Mediated Epitaxy) was investigated. In this work the Ti was replaced by Hf. The influence of the annealing temperature, the annealing time, the heating rate and the thicknesses of the metallic layers on the reaction of the bilayer with Si was determined. The samples were characterised by Rutherford-backscattering (RBS), Transmission-Electron-Microscopy (TEM), X-ray-Diffraction and Auger-Electron-Spectroscopy (AES) studies. During the annealing of the samples a system of layers is formed. It was shown, that the annealing parameters and the thicknesses of the layer determine the temperature, on which the nucleation of CoSi$_2$ occurs. A decrease of this nucleation temperature leads to an improvement of the quality of the epitaxial CoSi$_2$ layer. A model of reaction is presented, which explains the reaction of the metallic bilayer with Si. The removal of the top layer by several etching procedures was investigated and the results were compared.

Die Charakterisierung von Dispersionen hat das Ziel, die Zusammensetzung und den Zustand von partikelhaltigen Stoffgemischen zu erfassen. Vor allem der Zustand der dispersen Phase (Partikel), der wiederum von der Größe und der Konzentration der Partikel bestimmt wird, ist in diesem Zusammenhang von besonderer Bedeutung. Neben optischen Verfahren, wie der Laserbeugung oder der Lichtstreuung, ist die Anwendung von akustischen Methoden vor allem dann sinnvoll, wenn die zu untersuchenden dispersen Stoffgemische opak und optische Methoden nur noch eingeschränkt (nach Verdünnung) anwendbar sind. Derartige Dispersionen weisen oftmals eine hohe Partikelkonzentration auf. Die Erfassung und Auswertung von Ultraschallechosignalen aus konzentrierten Dispersionen stellt einen neuartigen Ansatz innerhalb der akustischen Partikelmesstechnik dar. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen zum Ultraschallrückstreuverhalten von konzentrierten Dispersionen im unteren Megahertzbereich durchgeführt. Die messtechnische Erfassung der von der Dispersion reflektierten Schallanteile stellte eine besondere Herausforderung dar. Vor allem bei Partikeln, die klein gegenüber der Wellenlänge des Schalls sind oder einen geringen akustischen Kontrast gegenüber der kontinuierlichen Phase aufweisen, ist ein entsprechend schwaches Echosignal zu erwarten. Im Ergebnis der durchgeführten Untersuchungen zeigt sich eine hohe Sensitivität des akustischen Rückstreuverhaltens gegenüber der Zusammensatzung der Dispersion. Vor allem in konzentrierten Dispersionen kann die Messung direkt, d. h. ohne vorherige Verdünnung durchgeführt werden. Dieser Umstand prädestiniert das entwickelte Messverfahren für den Einsatz innerhalb der prozessnahen Charakterisierung von Partikelsystemen, beispielsweise bei Nasszerkleinerungs- oder Kristallisationsprozessen. Bei derartigen Prozessen ist eine Probenahme und Probenaufbereitung nicht oder nur eingeschränkt möglich.

Particle physics deals with the elementary constituents of our universe and their interactions. The electroweak symmetry breaking mechanism in the Standard Model of Particle Physics is of paramount importance and it plays a central role in the physics programmes of current high-energy physics experiments at the Large Hadron Collider. The study of scattering processes of massive electroweak gauge bosons provides an approach complementary to the precise measurement of the properties of the recently discovered Higgs boson. Owing to the unprecedented energies achieved in proton-proton collisions at the Large Hadron Collider and the large amount of data collected, experimental studies of these processes become feasible for the first time. Especially the scattering of two W± bosons of identical electric charge is considered a promising process for an initial study due to its distinct experimental signature. In the course of this work, 20.3 fb−1 of proton-proton collision data recorded by the ATLAS detector at a centre-of-mass energy of √s = 8 TeV are analysed. An analysis of the production of two W± bosons of identical electric charge in association with two jets, pp → W ± W ± jj, is conducted in the leptonic decay channel of the W± bosons. Thereby, emphasis is put on the development of methods for the estimation of experimental backgrounds as well as on the optimisation of the event selection. As a result of this work, first experimental evidence for the existence of the aforementioned process is established with an observed significance of 4.9. Based on the number of observed events in the selected phase space the extracted fiducial cross section is σ(fid) = (2.3 ± 0.5(stat.) +0.4/−0.3 (sys.)) fb which is in agreement with the prediction of the Standard Model of σ(fid,SM) = (1.6 ± 0.2) fb. Of particular theoretical interest are electroweak contributions to the pp → W ± W ± jj process due to their sensitivity to the nature of the electroweak symmetry breaking mechanism. Criteria for a dedicated event selection are investigated and implemented in the analysis with the goal of enhancing the sensitivity to these contributions. First experimental evidence for the presence of electroweak contributions to the pp → W ± W ± jj process can be claimed with an observed significance of 4.1. The cross section extracted in the selected phase space region is found to be σ(fid) = (1.7 +0.5/−0.4 (stat.) ± 0.3(sys.)) fb which is 1.3 standard deviations above the theoretical prediction of the Standard Model of σ(fid,SM) = (1.0 ± 0.1) fb. A variety of extensions to the Standard Model predict modifications to the electroweak gauge sector. In the context of the electroweak chiral Lagrangian, which serves as an effective approximation of these theories in the energy regime E = 1 − 3 TeV, anomalous contributions to the quartic WWWW gauge coupling can be described by the parameters α4 and α5 . The selection of events is optimised again to enhance the sensitivity to these two parameters. On the basis of the number of events observed in this phase space region, the following one-dimensional confidence intervals at the 95% confidence level are derived: −0.09 ≤ α4 ≤ 0.10 and −0.15 ≤ α5 ≤ 0.15. At present, these limits represent the most stringent constraints on contributions from new physics processes to the quartic WWWW gauge coupling.

Die vorliegende Doktorarbeit beschäftigt sich mit der experimentellen Studie zweier miteinander verbundener Phänomene: Dem intrinsischen Timing-Jitter in einem supraleitendenden Nanodraht-Einzelphotonen-Detektor (SNSPD) und der Relaxation der Elektronenenergie in supraleitenden Filmen. Supraleitende Nanodrähte auf einem dielektrischen Substrat als mikroskopische Grundbausteine jeglicher SNSPDs stellen sowohl für theoretische als auch für experimentelle Studien komplexe Objekte dar. Die Komplexität ergibt sich aus der Tatsache, dass SNSPDs in der Praxis stark ungeordnete und ultradünne supraleitende Filme verwenden, die eine akustische Fehlanpassung zu dem zugrundeliegenden Substrat aufweisen und einen Nichtgleichgewichts-Zustand implizieren. Die Arbeit untersucht die Komplexität des am weitesten in der SNSPD Technologie verbreiteten Materials, Niobnitrid (NbN), indem verschiedene experimentelle Methoden angewandt werden. Als eine mögliche Anwendung der SNSPD-Technologie wird ein Prototyp eines dispersiven Raman-Spektrometers mit Einzelphotonen-Sensitivität demonstriert. / This Ph.D. thesis is based on the experimental study of two mutually interconnected phenomena: intrinsic timing jitter in superconducting nanowire single-photon detectors (SNSPDs) and relaxation of the electron energy in superconducting films. Microscopically, a building element of any SNSPD device, a superconducting nanowire on top of a dielectric substrate, represents a complex object for both experimental and theoretical studies. The complexity arises because, in practice, the SNSPD utilizes strongly disordered and ultrathin superconducting films, which acoustically mismatch with the underlying substrate, and implies a non-equilibrium state. This thesis addresses the complexity of the most conventional superconducting material used in SNSPD technology, niobium nitride (NbN), by applying several distinct experimental techniques. As an emerging application of the SNSPD technology, we demonstrate a prototype of the dispersive Raman spectrometer with single-photon sensitivity.

The transformation of the vibrational spectrum of Cu2Zn(Sn1−xGex)S4 single crystals over the entire composition range (0 ≤ x ≤ 1) is studied experimentally by low-temperature Raman scattering and photoluminescence spectroscopies, as well as theoretically in the framework of density functional theory (DFT). It is shown that unlike “classic” mixed binary II–VI and III–V compounds, which are characterized by either one- or two-mode behavior of spectra transformation upon composition variation, the vibrational modes of the quaternary semiconductor Cu2Zn(Sn1−xGex)S4 exhibit both types of behavior within the same alloy system. DFT calculations reveal that the two-mode transformation is in fact observed for the vibrational modes, which possess a very small dispersion across the Brillouin zone, that is typical for a molecular crystal. These modes are due to the “breathing” motion of sulfur within GeS4 and SnS4 tetrahedra. The effects of structural (positional) disorder of mixed crystals are analyzed based on Raman scattering as well as photoluminescence results. / Dieser Beitrag ist aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.