In dieser Dissertation wird die gute Einstellbarkeit von synthetischen Antiferromagneten mit dem kollektiven Surface Spin-Flop-Verhalten kombiniert. Es wird der Einfluss der Gesamtschichtdicke untersucht, welche mit dem Abstand der magnetische Oberflächen korreliert. Zudem werden die Dicken der ferromagnetischen Untereinheiten an den Außenseiten verändert, womit die Beiträge der Oberflächen unterdrückt oder verstärkt werden können. Darauffolgend wird die Kontrolle der Oberflächenbeiträge angewendet, um Exchange Bias-Strukturen auf Basis synthetischer Antiferromagnete zu erzeugen. Da diese nicht aus Heterostrukturen intrinsischer Antiferromagnete und Ferromagnete bestehen, wird nicht nur eine gute Abstimmbarkeit erreicht, sondern auch die Materialwahl wird potentiell vereinfacht. Zudem kann der Exchange Bias in synthetischen Antiferromagneten vollständig bei Raumtemperatur beobachtet und gesteuert werden. Im Weiteren wird ein zuvor untersuchtes Konzept zur Stabilisierung der vom Surface Spin-Flop erzeugten vertikalen antiferromagnetischen Domänenwände erweitert. Es wird demonstriert, wie ein Paar koexistierender antiferromagnetischer Domänenwände in Abwesenheit äußerer Magnetfelder und bei tiefen Temperaturen stabil gehalten werden kann. Damit können in Erweiterung der ursprünglichen Konzeptes nun acht anstatt sechs remanenter Zustände durch geeignete Magnetfeldroutinen eingestellt werden.:1. Introduction 2. Theoretical background 2.1. Micromagnetic energy terms 2.1.1. Zeeman energy 2.1.2. Demagnetization energy 2.1.3. Anisotropy energy 2.1.4. Exchange energy 2.2. Magnetic multilayers 2.2.1. Magnetic anisotropy in magnetic multilayers 2.2.2. Synthetic antiferromagnets 2.3. Exchange Bias 2.4. The bulk and surface spin-flop 3. Methods 3.1. Sputter deposition 3.2. X-ray diffraction and reflectometry 3.3. Magnetometry 3.4. Magnetic force microscopy 3.5. Micromagnetic simulations 4. Results 4.1. From collective reversal to exchange bias 4.1.1. Total thickness dependency of the surface spin flop 4.1.2. Influence of the surface block thickness 4.1.3. Exchange bias in synthetic antiferromagnets 4.2. Tailoring the surface spin flop 4.2.1. Coexistence of two vertical domain walls 4.2.2. Alternative anisotropy profile 5. Conclusions and Outlook A. Supplemental material A.1. Supplemental material for Section 2.4 A.2. Supplemental material for Section 4.1.1 A.3. Supplemental material for Section 4.1.2 A.4. Supplemental material for Section 4.1.3 A.5. Supplemental material for Section 4.2.1 A.6. Supplemental material for Section 4.2.2 A.7. Supplemental material for the outlook in Chapter 5 A.7.1. Synthetic ferrimagnets ans ferromagnetic resonance A.7.2. Synthetic antiferromagnets based on Co/Ni A.7.3. Initial magneto-resistance measurements A.8. Micromagnetic simulations MuMax3 code B. Bibliography C. List of Samples D. Selbstständigkeitserklärung E. Danksagung F. Lebenslauf G. Publikationsliste / In this thesis, the high degree of tunability in the SAFs is combined with the collective surface spin-flop reversal. The influence of the total thickness and thus the distance of the magnetic surfaces is explored. Furthermore, the thickness of the ferromagnetic surface subunits is altered to selectively suppress or enhance the surface contribution. The control of the surface contribution is subsequently employed to create magnetic exchange bias structures based on the synthetic antiferromagnets. If compared to conventional exchange bias systems in heterostructures of intrinsic antiferromagnetic and ferromagnetic materials, an exchange bias with full room temperature operation, high tunability and a potential potential much more flexible choice of materials becomes available. Additionally, a previously established concept to stabilize the vertical antiferromagnetic domain walls that originate from the surface spin-flop at remanence is extended to a coexisting pair of antiferromagnetic domain walls. At low temperatures, the coexisting vertical antiferromagnetic domain walls can be stabilized at remanence, too. Furthermore, the total number of different remanent states, which are accessible through different field routines, can be increased from six in the original concept to eight in the more sophisticated concept presented here.:1. Introduction 2. Theoretical background 2.1. Micromagnetic energy terms 2.1.1. Zeeman energy 2.1.2. Demagnetization energy 2.1.3. Anisotropy energy 2.1.4. Exchange energy 2.2. Magnetic multilayers 2.2.1. Magnetic anisotropy in magnetic multilayers 2.2.2. Synthetic antiferromagnets 2.3. Exchange Bias 2.4. The bulk and surface spin-flop 3. Methods 3.1. Sputter deposition 3.2. X-ray diffraction and reflectometry 3.3. Magnetometry 3.4. Magnetic force microscopy 3.5. Micromagnetic simulations 4. Results 4.1. From collective reversal to exchange bias 4.1.1. Total thickness dependency of the surface spin flop 4.1.2. Influence of the surface block thickness 4.1.3. Exchange bias in synthetic antiferromagnets 4.2. Tailoring the surface spin flop 4.2.1. Coexistence of two vertical domain walls 4.2.2. Alternative anisotropy profile 5. Conclusions and Outlook A. Supplemental material A.1. Supplemental material for Section 2.4 A.2. Supplemental material for Section 4.1.1 A.3. Supplemental material for Section 4.1.2 A.4. Supplemental material for Section 4.1.3 A.5. Supplemental material for Section 4.2.1 A.6. Supplemental material for Section 4.2.2 A.7. Supplemental material for the outlook in Chapter 5 A.7.1. Synthetic ferrimagnets ans ferromagnetic resonance A.7.2. Synthetic antiferromagnets based on Co/Ni A.7.3. Initial magneto-resistance measurements A.8. Micromagnetic simulations MuMax3 code B. Bibliography C. List of Samples D. Selbstständigkeitserklärung E. Danksagung F. Lebenslauf G. Publikationsliste

Die invasiven und metastatischen Eigenschaften vieler Tumore werden mit einer Veränderung im physiologischen Gleichgewicht der Matrix Metalloproteinasen (MMP) und ihrer spezifischen und unspezifischen Inhibitoren in Zusammenhang gebracht. Das Ziel dieser Dissertation war es, die Wirkung von Batimastat, einem synthetischen Inhibitor der MMP, auf hormonabhängige und hormonunabhängige Prostatakarzinomzellinien sowie auf das Tumorwachstum im orthotopen Tumormodell des Dunning Tumor (R3327) zu untersuchen. Methoden: Im Zellkulturversuch wurde die Wirkung verschiedener Konzentrationen von Batimastat untersucht und die Proliferation mit dem MTT Test gemessen. Die Induktion des orthotopen Tumors erfolgte durch Inokulation von MATLyLu Zellen in die Rattenprostata (Dunning Tumor der Copenhagen Ratte). 10 Tiere wurden nach Tumorinduktion täglich mit 30 mg/kg Batimastat durch intraperitoneale Gabe behandelt, 10 weitere Ratten erhielten nur das Vehikel. Zehn Kontrolltiere blieben unbehandelt. Der Effekt auf des lokale Tumorwachstum wurden durch Bestimmung des Tumorgewichtes nach 20 Tagen definiert. Results:Batimastat zeigte eine dosisabhänige Hemmung des Wachstums der Prostatakarzinomzellinien in vitro. Bei 4000 ng/ml kam es zu einer eindeutigen Hemmung des Zellwachstums. Im Tierversuch fand sich nach 20 Tagen in der Kontrollgruppe ein mittleres Tumorgewicht von 18.9 ± 5,4 g, in der Vehikelgruppe von 22.3 ± 4,3 g und in der mit Batimastat behandelten Gruppe von 11.1 ± 2,6 g. Im Vergleich zur Kontroll- und Vehikelgruppe, zeigte sich in der Batimastatgruppe ein signifikant geringeres Tumorgewicht. Zusammenfassung: Batimastat kann das Tumorwachstum in einem Standardtiermodell des Prostatakarzinoms vermindern. Der Dunning Tumor der Copenhagen Ratte ist ein zuverlässiges Tiermodell zur weiteren Untersuchung von synthetischen Inhibitoren der MMP. / Background: Increased concentrations of metalloproteinases are associated with the invasive and metastatic behavior of several human malignant tumors. Normally, enzymatic activity is tightly regulated by nonspecific mechanisms and specific inhibitors. The aim of this dissertation was to determine the potential of a synthetic metallproteinase inhibitor, batimastat, to show its in vitro effect on hormonedependent and hormoneindependent prostate cancer cell lines and its in vivo effect on tumor growth in orthotopic cancer (R3327 Dunning tumor) in rats. Methods: In vitro, a dose response curve of batimastat was generated over 5 days using the MTT assay. Prostate cancer was injected in vivo in male Copenhagen rats by inoculating R3327 Dunning tumor cells (MATLyLu) into the ventral prostatic lobe of 30 rats. Each of 10 rats received batimastat (30 mg / kg / body weight) or vehicle once a day by i.p. application beginning the day of cell inoculation. Ten rats remained untreated. The effect on local tumor growth was evaluated by measuring tumor weights 20 days after tumor cell inoculation. Results: Significant inhibiton of tumor cell proliferation in vitro occurred at 4000 ng / ml batimastat. After orthotopic cell inoculation, tumors grew to mean weights of 18.9 ± 5,4 g in the control group without treatment, to 22.3 ± 4,3 g in the vehicle group, an to 11.1 ± 2,6 g in the treated group. In comparison to the control group and to the vehicle group, tumor weights increased significantly less under treatment with batimastat. Conclusions: Batimastat is able to reduce tumor growth in the standard prostate cancer model. Using this model, activity against cancer progression of future inhibitory agents can be reliably assessed.

Die Dissertation leistet drei Beiträge zur Forschung: (1) Sie entwickelt ein neuartiges vierstufiges Modell wissenschaftlicher Theorien. Dieses Modell kombiniert logisch-empiristische Ansätze (Carnap, Popper, Frege) mit Konzepten von Metaphern & Narrativen (Wittgenstein, Burke, Morgan), erlaubt so deutlich präzisiere Beschreibungen wissenschaftlicher Theorien bereit und löst/mildert Widersprüche in logisch-empiristischen Modellen. (Realismus vs. Empirismus, analytische vs. synthetische Aussagen, Unterdeterminiertheit/ Holismus, wissenschaftliche Erklärungen, Demarkation) (2) Mit diesem Modell gelingt ein Reihenvergleich sechs biologischer Theorien von Lamarck (1809), über Cuvier (1811), Geoffroy St. Hilaire (1835), Chambers (1844-60), Owen (1848-68), Wallace (1855/8) zu Darwin (1859-1872). Dieser Vergleich offenbart eine interessante Asymmetrie: Vergleicht man Darwin mit je einem Vorgänger, so bestehen zahlreiche wichtige Unterschiede. Vergleicht man ihn mit fünf Vorgängern, verschwinden diese fast völlig: Darwins originärer Beitrag zur Revolution in der Biologie des 19.Jh ist klein und seine Antwort nur eine aus einer kontinuierlichen Serie auf die empirischen Herausforderungen durch Paläontologie & Biogeographie seit Ende des 18. Jh. (3) Eine gestufte Rezeptionsanalyse zeigt, warum wir dennoch von einer Darwinschen Revolution sprechen. Zuerst zeigt eine quantitative Analyse der fast 2.000 biologischen Artikel in Britannien zwischen 1858 und 1876, dass Darwinsche Konzepte zwar wichtige Neuerungen brachten, jedoch nicht singulär herausragen. Verlässt man die Biologie und schaut sich die Rezeption bei anderen Wissenschaftlern und gebildeten Laien an, wechselt das Bild: Je weiter man aus der Biologie heraustritt, desto weniger Ebenen biologischen Wissens kennen die Rezipienten und desto sichtbarer wird Darwins Beitrag. Schließlich findet sich sein Beitrag in den abstraktesten Ebenen des biologischen Wissens: in Narrativ und Weltbild – den Ebenen die Laien rezipieren. / The dissertation makes three contributions to research: (1) It develops a novel 4-level-model of scientific theories which combines logical-empirical ideas (Carnap, Popper, Frege) with concepts of metaphors & narratives (Wittgenstein, Burke, Morgan), providing a new powerful toolbox for the analysis & comparison of scientific theories and overcoming/softening contradictions in logical-empirical models. (realism vs. empiricism, analytic vs. synthetic statements, holism, theory-laden observations, scientific explanations, demarcation) (2) Based on this model, the dissertation compares six biological theories from Lamarck (1809), via Cuvier (1811), Geoffroy St. Hilaire (1835), Chambers (1844-60), Owen (1848-68), Wallace (1855/8) to Darwin (1859-1872) and reveals an interesting asymmetry: Compared to any one of his predecessors, Darwins theory appears very original, however, compared to all five predecessor theories, many of these differences disappear and it remains but a small original contribution by Darwin. Thus, Darwin’s is but one in a continuous series of responses to the challenges posed to biology by paleontology and biogeography since the end of the 18th century. (3) A 3-level reception analysis, finally, demonstrates why we speak of a Darwinian revolution nevertheless. (i) A quantitative analysis of nearly 2.000 biological articles reveals that Darwinian concepts where indeed an important theoretical innovation – but definitely not the most important of the time. (ii) When leaving the circle of biology and moving to scientists from other disciplines or educated laymen, the landscape changes. The further outside the biological community, the shallower the audience’s knowledge – and the more visible Darwin’s original contribution. After all, most of Darwin’s contribution can be found in the narrative and worldview of 19th century biology: the only level of knowledge which laymen receive.