@phdthesis{Waeldchen2020,
  author    = {W{\"a}ldchen, Felix},
  title     = {3D Single Molecule Imaging In Whole Cells Enabled By Lattice Light-Sheet Illumination},
  doi       = {10.25972/OPUS-20711},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-207111},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Single molecule localization microscopy has seen a remarkable growth since its first experimental implementations about a decade ago. Despite its technical challenges, it is already widely used in medicine and biology and is valued as a unique tool to gain molecular information with high specificity. However, common illumination techniques do not allow the use of single molecule sensitive super-resolution microscopy techniques such as direct stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM) for whole cell imaging. In addition, they can potentially alter the quantitative information. In this thesis, I combine dSTORM imaging in three dimensions with lattice lightsheet illumination to gain quantitative molecular information from cells unperturbed by the illumination and cover slip effects. Lattice light-sheet illumination uses optical lattices for beam shaping to restrict the illumination to the detectable volume. I describe the theoretical background needed for both techniques and detail the experimental realization of the system as well as the software that I developed to efficiently evaluate the data. Eventually, I will present key datasets that demonstrate the capabilities of the developed microscope system with and without dSTORM. My main goal here was to use these techniques for imaging the neural cell adhesion molecule (NCAM, also known as CD56) in whole cells. NCAM is a plasma membrane receptor known to play a key role in biological processes such as memory and learning. Combining dSTORM and lattice light-sheet illumination enables the collection of quantitative data of the distribution of molecules across the whole plasma membrane, and shows an accumulation of NCAM at cell-cell interfaces. The low phototoxicity of lattice light-sheet illumination further allows for tracking individual NCAM dimers in living cells, showing a significant dependence of its mobility on the actin skeleton of the cell.},
  subject      = {Einzelmolek{\"u}lmikroskopie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kuegel2015,
  author    = {K{\"u}gel, Jens},
  title     = {3d-{\"U}bergangsmetallphthalocyanin-Molek{\"u}le auf Metalloberfl{\"a}chen: Der Einfluss der d-Orbitalbesetzung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-121059},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Dissertation wird die Untersuchung von 3d-{\"U}bergangsmetallphthalocyanin- Molek{\"u}len ({\"U}MPc) - quadratisch-planaren organischen Molek{\"u}len, welche im Zentrum ein 3d-{\"U}bergangsmetallion besitzen - auf metallischen Oberfl{\"a}chen vorgestellt. Der Fokus dieser Arbeit liegt dabei auf dem Einfluss der d-Orbitalbesetzung auf die magnetischen, elektronischen und strukturellen Eigenschaften der adsorbierten Molek{\"u}le, die mit Hilfe der Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie charakterisiert wurden. Die gewonnen Ergebnisse werden zum Teil mit theoretischen Berechnungen analysiert und interpretiert. Die erste H{\"a}lfte der experimentellen Auswertung behandelt die Untersuchung dieser Molek{\"u}le auf Ag(001) in Hinblick auf die Existenz einer magnetischen Wechselwirkung, bei der ein unkompensiertes magnetisches Moment des Molek{\"u}ls durch die Substratelektronen abgeschirmt wird. Dieser Effekt wird als Kondo-Abschirmung bezeichnet und erzeugt in der Zustandsdichte des Molek{\"u}ls eine Resonanz am Fermi-Niveau. Die Messungen zeigen, dass diese Resonanz ausschließlich am Zentralion von MnPc vorgefunden wird, wohingegen sie bei allen anderen 3d-{\"U}bergangsmetallphthalocyanin-Molek{\"u}len, die eine h{\"o}here d-Orbitalbesetzung besitzen, nicht vorhanden ist. Anhand theoretischer Berechnungen kann die Ursache f{\"u}r dieses Verhalten darauf zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden, dass von allen d-Orbitalen einzig das dz2-Orbital mit dem Substrat geeignet hybridisiert, um eine Kondo-Abschirmung zu erzeugen. Da ausschließlich MnPc einen unkompensierten Spin in diesem Orbital besitzt, kann die An- bzw. Abwesenheit des Kondo-Effekts auf die unterschiedliche Besetzung des dz2-Orbitals zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. Neben der eben erw{\"a}hnten Kondo-Resonanz ist bei MnPc ein weiteres Merkmal am Fermi- Niveau {\"u}berlagert. Durch die Analyse der r{\"a}umlichen Verteilung, den Vergleich mit anderen Molek{\"u}len und der Manipulation des MnPc-Molek{\"u}ls kann gezeigt werden, dass es sich bei diesem Merkmal um einen d-Orbitalzustand handelt. Die Manipulation des Molek{\"u}ls durch gezieltes Entfernen von Wasserstoffatomen erm{\"o}glicht dar{\"u}ber hinaus die St{\"a}rke der Kondo-Abschirmung zu beeinflussen. In der zweiten H{\"a}lfte der experimentellen Auswertung werden Molek{\"u}le auf bismutinduzierten Oberfl{\"a}chenlegierungen der Edelmetalle Cu(111) und Ag(111) untersucht. Diese Legierungen zeichnen sich durch einen ausgepr{\"a}gten Rashba-Effekt aus, der durch eine Aufspaltung der Parabeldispersion und Aufhebung der Spin-Entartung im zweidimensionalen Elektronengas der Oberfl{\"a}chenlegierung charakterisiert ist. Das Wachstumsverhalten von CuPc und MnPc auf diesen Oberfl{\"a}chen zeigt ein sehr gegens{\"a}tzliches Verhalten. W{\"a}hrend bei MnPc die Substrat-Molek{\"u}l-Wechselwirkung dominant ist, wodurch diese Molek{\"u}le immer einen festen Adsorptionsplatz auf der Oberfl{\"a}che besitzen, ist diese Wechselwirkung bei CuPc schwach ausgepr{\"a}gt. Aus diesem Grund wandern die CuPc-Molek{\"u}le zu den Stufenkanten und bilden Cluster. Das unterschiedliche Wachstumsverhalten der Molek{\"u}le l{\"a}sst sich auf die partiell-gef{\"u}llten d-Orbitale von MnPc zur{\"u}ckf{\"u}hren, die aus der Molek{\"u}lebene ragen, mit dem Substrat hybridisieren und damit das Molek{\"u}l an das Substrat binden. Bei CuPc hingegen sind diese d-Orbitale gef{\"u}llt und die Hybridisierung kann nicht stattfinden. Im letzten Abschnitt werden die elektronischen und magnetischen Eigenschaften von MnPc auf diesen Substraten behandelt, die einige Besonderheiten aufweisen. So bildet sich durch die Adsorption des Molek{\"u}ls auf den Oberfl{\"a}chen eine Grenzschichtresonanz aus, die eine partielle F{\"u}llung erkennen l{\"a}sst. Spektroskopiedaten, aufgenommen am Ort der Grenzschichtresonanz, weisen eine symmetrisch um das Fermi-Niveau aufgespaltene Resonanz auf. Die Intensit{\"a}t der unter- und oberhalb der Fermi-Energie befindlichen Resonanz zeigen dabei ein komplement{\"a}res Verhalten bzgl. der jeweiligen Lage auf der Grenzschichtresonanz: An den Orten, an denen die Resonanz unterhalb des Fermi-Niveaus ihre maximale Intensit{\"a}t besitzt, ist die Resonanz oberhalb des Fermi-Niveaus nicht vorhanden und umgekehrt. Diese experimentellen Beobachtungen werden mit einem Modellansatz erkl{\"a}rt, welcher die Wirkung eines effektiven Magnetfeldes und eine Spin-Filterung postuliert.},
  subject      = {Phthalocyanin},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Sturm2015,
  author    = {Sturm, Volker J{\"o}rg Friedrich},
  title     = {\(^{19}F\) Magnetresonanztomographie zur Bildgebung von Infektionen im Zeitverlauf},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-122851},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  pages     = {114},
  year      = {2015},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit sollten die M{\"o}glichkeiten der MR Tomographie erkundet werden bakterielle Infektionen im Zeitverlauf darzustellen. Genauer gesagt sollte das Potential der MR Tomographie anhand eines durch eine Infektion induzierten lokalisierten Abszesses unter Verwendung dreier unterschiedlicher MRT Methoden untersucht werden: Mittels nativem \(T_2\) Kontrast; der Verwendung von superparamagnetischen Eisenoxid Partieln (USPIO) als \(T_2^*\) Kontrastmittel; und dem Einsatz von Perfluorkarbonen (PFC) als \(^{19}F\) MRT Marker (siehe Kapitel 3). Wie erwartet f{\"u}hrte die durch die Infektion hervorgerufene Entz{\"u}ndung zu ver{\"a}nderten \(T_2\)-Zeiten, welche auf \(T_2\)-gewichteten MR Bildern eine Lokalisierung des Abszessbereiches erlauben. Jedoch eigneten sich diese Daten aufgrund der graduellen {\"A}nderung der \(T_2\)-Zeiten nicht, um eine klare Grenze zwischen Abszess und umliegendem Gewebe zu ziehen. Superparamagnetische Eisenoxidpartikel andererseit haben als MRT Kontrastmittel bereits in den letzten Jahren ihre F{\"a}higkeit unter Beweis gestellt Entz{\"u}ndungen [53, 58, 64] darzustellen. Die Anreicherung dieser Partikel am Rande des Abszesses [53], wie sie auch in unseren MR Daten zu beobachten war, erlaubte eine relativ scharfe Abgrenzung gegen{\"u}ber dem umgebenden Gewebe in der chronischen Phase der Infektion (Tag 9 p.i.). Hingegen gen{\"u}gte die nur sehr sp{\"a}rlichen Anreicherung von USPIO Partikeln in der akuten Phase der Infektion (Tag 3 p.i.) nicht f{\"u}r eine entsprechende Abgrenzung [58]. Aufgrund der sehr geringen biologischen H{\"a}ufigkeit und den sehr kurzen Relaxationszeiten von endogenem Fluor eignen sich Perfluorkarbone als Markersubstanz in der MR Tomographie von biologischen Systemen. Insbesondere da PFC Emulsionen durch phagozytierende Zellen aufgenommen werden und im Bereich von Entz{\"u}ndungen akkumulieren [30, 59]. In dieser Arbeit konnte anhand der erhaltenen MRT Daten eine Akkumulation von Perfluorkarbonen nicht nur in der chronischen Phase, sondern auch in der akuten Phase nachgewiesen werden. Diese Daten erlauben somit zu allen untersuchten Zeitpunkten eine Abgrenzung zwischen Infektion und umliegenden Gewebe. Aufgrund der besagten Vorteile wurden die Perfluorkarbone gew{\"a}hlt, um die M{\"o}glichkeiten der MR Tomographie zu testen, quantitative Informationen {\"u}ber die schwere der Infektion zu liefern. Als Referenz f{\"u}r die Bakterienbelastung wurden die Biolumineszenzbildgebung (BLI) [49, 50] und die Standardmethode zur Bestimmung der Bakterienbelastung cfu (koloniebildenden Einheiten) herangezogen. Eine Gegen{\"u}berstellung der zeitlichen Verl{\"a}ufe der durch die Biolumineszenzbildgebung und durch die cfu erhaltenen Daten liefert eine qualitative {\"U}bereinstimmung mit den durch die 19F MR Tomographie erhaltenen Daten. Dies trifft hierbei sowohl auf die {\"u}ber den gesamten Infektionsbereich hinweg summierten Signalamplituden, als auch auf das Volumen zu, in dem Fluor am Ort der Infektion akkumuliert wurde. Im Gegensatz zur Methode der cfu Bestimmung sind die MR Tomographie und die Biolumineszenzbildgebung nicht invasiv und erlauben die Verfolgung des Infektionsverlaufes an einem einzelnen Individuum. Hierzu ben{\"o}tigt, im Gegensatz zur MR Tomographie, die Methode der Biolumineszenzbildgebung jedoch einen speziellen Pathogenstamm. Dar{\"u}ber hinaus ist hervorzuheben, dass die MR Tomographie zudem die M{\"o}glichkeit bietet auch morphologische Informationen {\"u}ber den Infektionsbereich und seine Umgebung zu akquirieren. Gerade weil jede dieser Methoden die mit der Infektion einhergehenden Prozesse aus einer leicht anderen Blickrichtung betrachtet, erscheint es sinnvoll diese etablierte Untersuchungsplattform bestehend aus MRT, BLI und cfu {\"u}ber die in dieser Arbeit bearbeitete Fragestellung hinaus n{\"a}her zu untersuchen. Insbesondere der Aspekt inwieweit die drei Methoden sich gegenseitig erg{\"a}nzen, k{\"o}nnte einen tieferen Einblick in die Wechselwirkung zwischen Pathogen und Wirt erlauben. Auch wenn f{\"u}r die betrachtete Fragestellung bereits der hierdurchgef{\"u}hrte semiquanitative Ansatz zur Bestimmung der relativen Fluormengen am Ort der Infektion ausreichte, so ist doch im Allgemeinen w{\"u}nschenswert probenbezogen die Sensitivit{\"a}t der Spule und damit die G{\"u}te der Spulenabstimmung zu bestimmen. Hierzu ist jedoch die Aufnahme von \(B_1\)-Karten unabdingbar und wird entsprechend im Kapitel 4 \(Bloch-Siegert B_1^+-Mapping\) n{\"a}her addressiert. Der Schwerpunkt liegt hierbei, wie der Kapitelname bereits andeutet, auf der Bloch-Siegert Methode, die insbesondere in der pr{\"a}sentierten Implementierung in einer Turbo/ Multi Spin Echo Sequenz eine effiziente Nutzung der relativ langen \(T_\)2-Zeiten der Perfluorkarbone erlaubt. Da zudem die Bloch-Siegert-Methode eine rein phasenbasierte Methode ist, kann neben der aus den Daten erzeugten \(B_1\)-Karte zugleich ein unverf{\"a}lschtes Magnitudenbild generiert werden, wodurch eine sehr effiziente Nutzung der vorhandenen Messzeit erm{\"o}glicht wird. Diese Eigenschaft ist insbesondere f{\"u}r \(^{19}F\) Bildgebung von besonderem Interesse, da hier f{\"u}r jede Messung, aufgrund der {\"u}blicherweise relativ geringen Konzentration an Fluoratomen, lange Messzeiten ben{\"o}tigt werden. Zusammenfassend konnte anhand des untersuchten Tiermodells sowohl die F{\"a}higkeit der MR Tomographie nachgewiesen werden Infektionen im Zeitverlauf darzustellen, als auch die F{\"a}higkeit der MR Tomographie quantitative Informationen {\"u}ber den Verlauf der Infektion zu liefern. Desweiteren konnte eine M{\"o}glichkeit aufgezeigt werden, welche das Potential hat in vertretbarem Zeitrahmen auch in vivo B1+-Karten auf dem Fluorkanal zu erstellen und so einen zentralen Unsicherheitsfaktor, f{\"u}r Relaxometry und absolute Quantifizierung von \(^{19}F\) Daten in vivo, zu beseitigen.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Rueth2011,
  author    = {R{\"u}th, Michael},
  title     = {A Comprehensive Study of Dilute Magnetic Semiconductor Resonant Tunneling Diodes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71472},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {We investigate transport measurements on all II-VI semiconductor resonant tunneling diodes (RTDs). Being very versatile, the dilute magnetic semiconductor (DMS) system (Zn,Be,Mn,Cd)Se is a perfect testbed for various spintronic device designs, as it allows for separate control of electrical and magnetic properties. In contrast to the ferromagnetic semiconductor (Ga,Mn)As, doping ZnSe with Mn impurities does not alter the electrical properties of the semiconductor, as the magnetic dopant is isoelectric in the ZnSe host.},
  subject      = {Semimagnetischer Halbleiter},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Mark2011,
  author    = {Mark, Stefan},
  title     = {A Magnetic Semiconductor based Non-Volatile Memory and Logic Element},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71223},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {For the realization of a programmable logic device, or indeed any nanoscale device, we need a reliable method to probe the magnetization direction of local domains. For this purpose we extend investigations on the previously discovered tunneling anisotropic magneto resistance effect (TAMR) by scaling the pillar size from 100 µm down to 260 nm. We start in chapter 4 with a theoretical description of the TAMR effect and show experimental data of miniaturized pillars in chapter 5. With such small TAMR probes we are able to locally sense the magnetization on the 100 nm scale. Sub-micron TAMR and anisotropic magneto resistance (AMR) measurements of sub-millimeter areas show that the behavior of macroscopic (Ga,Mn)As regions is not that of a true macrospin, but rather an ensemble average of the behavior of many nearly identical macrospins. This shows that the magnetic anisotropies of the local regions are consistent with the behavior extracted from macroscopic characterization. A fully electrically controllable read-write memory device out the ferromagnetic semiconductor (Ga,Mn)As is presented in chapter 6. The structure consists of four nanobars which are connected to a circular center region. The first part of the chapter describes the lithography realization of the device. We make use of the sub-micron TAMR probes to read-out the magnetization state of a 650 nm central disk. Four 200 nm wide nanobars are connected to the central disk and serve as source and drain of a spin-polarized current. With the spin-polarized current we are able to switch the magnetization of the central disk by means of current induced switching. Injecting polarized holes with a spin angular momentum into a magnetic region changes the magnetization direction of the region due to the p-d exchange interaction between localized Mn spins and itinerant holes. The magnetization of the central disk can be controlled fully electrically and it can serve as one bit memory element as part of a logic device. In chapter 7 we discuss the domain wall resistance in (Ga,Mn)As. At the transition from nanobars to central disk we are able to generate 90° and 180° domain walls and measure their resistance. The results presented from chapter 5 to 7 combined with the preexisting ultracompact (Ga,Mn)As-based memory cell of ref. [Papp 07c] are the building blocks needed to realize a fully functioning programmable logic device. The work of ref. [Papp 07c] makes use of lithographically engineered strain relaxation to produce a structure comprised of two nanobars with mutually orthogonal uniaxial easy axes, connected by a narrow constriction. Measurements showed that the resistance of the constriction depends on the relative orientation of the magnetization in the two bars. The programmable logic device consists of two central disks connected by a small constriction. The magnetization of the two central disks are used as the input bits and the constriction serves as the output during the logic operation. The concept is introduced in the end of chapter 6 and as an example for a logic operation an XOR gate is presented. The functionality of the programmable logic scheme presented here can be straightforwardly extended to produce multipurpose functional elements, where the given geometry can be used as various different computational elements depending on the number of input bits and the chosen electrical addressing. The realization of such a programmable logic device is shown in chapter 8, where we see that the constriction indeed can serve as a output of the logic operation because its resistance is dependent on the relative magnetization state of both disks. Contrary to ref. [Papp 07c], where the individual magnetic elements connected to the constriction only have two non-volatile magnetic states, each disk in our scheme connected to the constriction has four non-volatile magnetic states. Switching the magnetization of a central disk with an electrical current does not only change the TAMR read-out of the respective disk, it also changes the resistance of the constriction. The resistance polar plot of the constriction maps the relative magnetization states of the individual disks. The presented device design serves as an all-electrical, all-semiconductor logic element. It combines a memory cell and data processing in a single monolithic paradigm.},
  subject      = {Magnetischer Halbleiter},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Nguyen2015,
  author    = {Nguyen, Thanh Nam},
  title     = {A model system for carbohydrates interactions on single-crystalline Ru surfaces},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-111485},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {In this thesis, I present a model system for carbohydrate interactions with single-crystalline Ru surfaces. Geometric and electronic properties of copper phthalocyanine (CuPc) on top of graphene on hexagonal Ru(0001), rectangular Ru(10-10) and vicinal Ru(1,1,-2,10) surfaces have been studied. First, the Fermi surfaces and band structures of the three Ru surfaces were investigated by high-resolution angle-resolved photoemission spectroscopy. The experimental data and theoretical calculations allow to derive detailed information about the momentum-resolved electronic structure. The results can be used as a reference to understand the chemical and catalytic properties of Ru surfaces. Second, graphene layers were prepared on the three different Ru surfaces. Using low-energy electron diffraction and scanning tunneling microscopy, it was found that graphene can be grown in well-ordered structures on all three surfaces, hexagonal Ru(0001), rectangular Ru(10-10) and vicinal Ru(1,1,-2,10), although they have different surface symmetries. Evidence for a strong interaction between graphene and Ru surfaces is a 1.3-1.7e V increase in the graphene pi-bands binding energy with respect to free-standing graphene sheets. This energy variation is due to the hybridization between the graphene pi bands and the Ru 4d electrons, while the lattice mismatch does not play an important role in the bonding between graphene and Ru surfaces. Finally, the geometric and electronic structures of CuPc on Ru(10-10), graphene/Ru(10-10), and graphene/Ru(0001) have been studied in detail. CuPc molecules can be grown well-ordered on Ru(10-10) but not on Ru(0001). The growth of CuPc on graphene/Ru(10-10) and Ru(0001) is dominated by the Moire pattern of graphene. CuPc molecules form well-ordered structures with rectangular unit cells on graphene/Ru(10-10) and Ru(0001). The distance of adjacent CuPc molecules is 1.5 and 1.3 nm on graphene/Ru(0001) and 1.54 and 1.37 nm on graphene/Ru(10-10). This indicates that the molecule-substrate interaction dominates over the intermolecular interaction for CuPc molecules on graphene/Ru(10-10) and graphene/Ru(0001).},
  subject      = {Ruthenium},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Herget2019,
  author    = {Herget, Verena},
  title     = {A novel approach for the calibration of the hadronic recoil for the measurement of the mass of the W boson with the ATLAS Experiment},
  doi       = {10.25972/OPUS-17782},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-177828},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {The measurement of the mass of the \$W\$ boson is currently one of the most promising precision analyses of the Standard Model, that could ultimately reveal a hint for new physics. The mass of the \$W\$ boson is determined by comparing the \$W\$ boson, which cannot be reconstructed directly, to the \$Z\$ boson, where the full decay signature is available. With the help of Monte Carlo simulations one can extrapolate from the \$Z\$ boson to the \$W\$ boson. Technically speaking, the measurement of the \$W\$ boson mass is performed by comparing data taken by the ATLAS experiment to a set of calibrated Monte Carlo simulations, which reflect different mass hypotheses.\ A dedicated calibration of the reconstructed objects in the simulations is crucial for a high precision of the measured value. The comparison of simulated \$Z\$ boson events to reconstructed \$Z\$ boson candidates in data allows to derive event weights and scale factors for the calibration. This thesis presents a new approach to reweight the hadronic recoil in the simulations. The focus of the calibration is on the average hadronic activity visible in the mean of the scalar sum of the hadronic recoil \$\Sigma E_T\$ as a function of pileup. In contrast to the standard method, which directly reweights the scalar sum, the dependency to the transverse boson momentum is less strongly affected here. The \$\Sigma E_T\$ distribution is modeled first by means of its pileup dependency. Then, the remaining differences in the resolution of the vector sum of the hadronic recoil are scaled. This is done separately for the parallel and the pterpendicular component of the hadronic recoil with respect to the reconstructed boson. This calibration was developed for the dataset taken by the ATLAS experiment at a center of mass energy of \$8\,\textrm{TeV}\$ in 2012. In addition, the same reweighting procedure is applied to the recent dataset with a low pileup contribution, the \textit{lowMu} runs at \$5\,\textrm{TeV}\$ and at \$13\,\textrm{TeV}\$, taken by ATLAS in November 2017. The dedicated aspects of the reweighting procedure are presented in this thesis. It can be shown that this reweighting approach improves the agreement between data and the simulations effectively for all datasets. The uncertainties of this reweighting approach as well as the statistical errors are evaluated for a \$W\$ mass measurement by a template fit to pseudodata for the \textit{lowMu} dataset. A first estimate of these uncertainties is given here. For the pfoEM algorithm a statistical uncertainty of \$17\,\text{MeV}\$ for the \$5\,\textrm{TeV}\$ dataset and of \$18\,\text{MeV}\$ for the \$13\,\textrm{TeV}\$ are found for the \$W \rightarrow \mu \nu\$ analysis. The systematic uncertainty introduced by the resolution scaling has the largest effect, a value of \$15\,\text{MeV}\$ is estimated for the \$13\,\textrm{TeV}\$ dataset in the muon channel.},
  subject      = {Standardmodell <Elementarteilchenphysik>},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Tuchscherer2012,
  author    = {Tuchscherer, Philip},
  title     = {A Route to Optical Spectroscopy on the Nanoscale},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-72228},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Time-resolved optical spectroscopy has become an important tool to investigate the dynamics of quantum mechanical processes in matter. In typical applications, a first "pump" pulse excites the system under investigation from the thermal equilibrium to an excited state, and a second variable time-delayed "probe" pulse then maps the dynamics of the excited system. Although advanced nonlinear techniques have been developed to investigate, e.g., coherent quantum effects, all of these techniques are limited in their spatial resolution. The laser focus diameter has a lower bound given by Abbe's diffraction limit, which is roughly half the optical excitation wavelength—corresponding to about 400nm in the presented experiments. In the time-resolved experiments that have been suggested so far, averaging over the sample volume within this focus cannot be avoided. In this thesis, two approaches were developed to overcome the diffraction limit in optical spectroscopy and to enable the investigation of coherent processes on the nanoscale. In the first approach, analytic solutions were found to calculate optimal polarizationshaped laser pulses that provide optical near-field pump-probe pulse sequences in the vicinity of a nanostructure. These near-field pulse sequences were designed to allow excitation of a quantum system at one specific position at a certain time and probing at a different position at a later time. In the second approach, the concept of coherent two-dimensional (2D) spectroscopy, which has had great impact on the investigation of coherent quantum effects in recent years, was combined with photoemission electron microscopy, which yields a spatial resolution well below the optical diffraction limit. Using the analytic solutions, optical near fields were investigated in terms of spectroscopic applications. Near fields that are excited with polarization-shaped femtosecond laser pulses in the vicinity of appropriate nanostructures feature two properties that are especially interesting in the view of spectroscopic applications: On the one hand, control of the spatial distribution of the optical fields is achieved on the order of nanometers. On the other hand, the temporal evolution of these fields can be adjusted on the order of femtoseconds. In this thesis, solutions were found to calculate the optimal polarizationshaped laser pulses that control the near field in a general manner. The main idea to achieve this deterministic control was to disentangle the spatial and temporal near-field control. First, the spatial distribution of the optical near field was controlled by assigning the correct state of polarization for each frequency within the polarization-shaped laser pulse independently. The remaining total phase—not employed for spatial control—was then used for temporal near-field compression, which, in experimental applications, would lead to an enhancement of the nonlinear signal at the respective location. In contrast to the use of optical near fields, where pump-probe sequences themselves are localized below the diffraction limit and the detection does not have to provide the spatial resolution, a different approach was suggested in this thesis to gain spectroscopic information on the nanoscale. The new method was termed "Coherent two-dimensional (2D) nanoscopy" and transfers the concept of "conventional" coherent 2D spectroscopy to photoemission electron microscopy. The pulse sequences used for the investigation of quantum systems in this method are still limited by diffraction. However, the new key concept is to detect locally generated photoelectrons instead of optical signals. This yields a spatial resolution that is well below the optical diffraction limit. In "conventional" 2D spectroscopy a triple-pulse sequence initiates a four wave mixing process that creates a coherence. In a quantum mechanical process, this coherence is converted into a population by emission of an electric field, which is measured in the experiment. Contrarily, in the developed 2D nanoscopy, four-wave mixing is initiated by a quadruple-pulse sequence, which leaves the quantum system in an electronic population. This electronic population carries coherent information about the investigated quantum system and can be mapped with a spatial resolution down to a few nanometers given by the spatial resolution of the photoemission electron microscope. Hence, 2D nanoscopy can be considered a generalization of time-resolved photoemission experiments. In the future, it may be of similar beneficial value for the field of photoemission research as "conventional" 2D spectroscopy has proven to be for optical spectroscopy and nuclear magnetic resonance experiments. In a first experimental implementation of coherent 2D nanoscopy coherent processes on a corrugated silver surface were measured and unexpected long coherence lifetimes could be determined.},
  subject      = {Ultrakurzzeitspektroskopie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Mueller2003,
  author    = {M{\"u}ller, Martin},
  title     = {Abstimmbare Halbleiterlaser und schmalbandige Laserarrays mit verteilter lateraler R{\"u}ckkopplung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-16922},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei verschiedene Typen von Halbleiterlasern mit verteilter R{\"u}ckkopplung (DFB-Laser) entwickelt. Die Laser basieren auf Rippenwellenleitern und verf{\"u}gen zus{\"a}tzlich {\"u}ber ein dazu senkrecht orientiertes Metallgitter. Der evaneszente Teil der im Rippenwellenleiter gef{\"u}hrten Lichtwelle {\"u}berlappt mit dem Gitter. Durch diese periodische Variation des effektiven Brechungsindex wird die verteilte R{\"u}ckkopplung gew{\"a}hrleistet, was eine longitudinal monomodige Laseremission zur Folge hat. Beiden Lasertypen ist gemeinsam, dass der Herstellungsprozess auf einem vom Materialsystem unabh{\"a}ngigen Konzept basiert. Diese Tatsache ist von besonderem Interesse, da so entsprechende Laser f{\"u}r unterschiedlichste Wellenl{\"a}ngenbereiche gefertigt werden k{\"o}nnen, ohne hierf{\"u}r neue Herstellungsverfahren zu entwickeln. Den ersten Schwerpunkt der Arbeit bilden Untersuchungen zu sog. abstimmbaren Lasern, deren Emissionswellenl{\"a}nge innerhalb eines relativ großen Bereichs quasikontinuierlich einstellbar ist. Der Abstimmmechanismus kann mit dem Vernier-Prinzip erkl{\"a}rt werden. Der Laser besteht hierbei aus zwei gekoppelten Segmenten, die jeweils {\"u}ber eine Reihe von Moden (Modenkamm) verf{\"u}gen. Der Abstand der Moden innerhalb eines Segments ist konstant, wohingegen die Modenabst{\"a}nde der beiden Segmente leicht unterschiedlich sind. Die Emissionswellenl{\"a}nge des Lasers ist bestimmt durch den {\"U}berlapp zweier Moden aus den beiden Segmenten, wobei die Modenk{\"a}mme so ausgelegt sind, dass gleichzeitig maximal ein Modenpaar {\"u}berlappt. Eine kleine relative Verschiebung der beiden Modenk{\"a}mme f{\"u}hrt zu einer vergleichsweise großen Verschiebung der Emissionswellenl{\"a}nge auf Grund des ver{\"a}nderten {\"U}berlapps. Die Modenk{\"a}mme wurden durch spezielle DFB-Gitter, sog. binary superimposed gratings (BSG), realisiert, die, anders als bei konventionellen DFB-Lasern, f{\"u}r mehrere Bragg-Wellenl{\"a}ngen konstruktive Interferenz zulassen und erstmalig bei DFB-Lasern eingesetzt wurden. BSGs zeichnen sich durch sehr gute optische Eigenschaften bei gleichzeitig einfacher Herstellung aus. Zum Abstimmen der Wellenl{\"a}nge wurde der Brechungsindex des Lasers gezielt durch den Injektionsstrom bzw. die Bauteiltemperatur ver{\"a}ndert. Im Rahmen dieser Arbeit konnten abstimmbare Laser auf unterschiedlichen Materialsystemen (InGaAs/GaAs, GaInNAs/GaAs, InGaAsP/InP) hergestellt werden. Der maximale diskrete Abstimmbereich betr{\"a}gt 38 nm bzw. 8,9 THz und ist durch die Breite des Verst{\"a}rkungsspektrums limitiert. Quasikontinuierlich konnte ein Abstimmbereich von 15 nm bzw. 3,9 THz erreicht werden. Die typische minimale Seitenmodenunterdr{\"u}ckung (SMSR) betr{\"a}gt 30 bis 35 dB. Durch Hinzuf{\"u}gen eines dritten Segments ohne Gitter konnte die Ausgangsleistung unabh{\"a}ngig von der Wellenl{\"a}nge konstant gehalten werden. Den zweiten Schwerpunkt der Arbeit bildet die Entwicklung von DFB-Laser-Arrays mit dem Ziel, longitudinal monomodige Laser mit hoher Ausgangsleistung zu erhalten. Die DFB-Laser-Arrays basieren auf dem oben beschriebenen Prinzip von DFB-Lasern mit lateralem Metallgitter und verf{\"u}gen {\"u}ber mehrere Rippenwellenleiter, die im lateralen Abstand von wenigen Mikrometern angeordnet sind. F{\"u}r große Abst{\"a}nde zwischen den einzelnen Lasern des Arrays (Elemente) emittieren diese, weitgehend unabh{\"a}ngig von einander, jeweils longitudinal monomodiges Licht (quasimonochromatische Emission). Die spektrale Breite betr{\"a}gt hierbei typischerweise 50 bis 70 GHz. F{\"u}r kleine Elementabst{\"a}nde koppeln die einzelnen Lichtwellen miteinander, was zu einer mit einem konventionellen DFB-Laser vergleichbaren Linienbreite f{\"u}hrt. W{\"a}hrend die ungekoppelten Arrays {\"u}ber ein gaußf{\"o}rmiges Fernfeld verf{\"u}gen, ergibt sich f{\"u}r die gekoppelten Arrays ein Interferenzmuster, das stark von verschiedenen Laserparametern (wie z. B. dem Elementabstand) abh{\"a}ngt. Bei InGaAs/GaAs basierenden Arrays (Wellenl{\"a}nge ca. 980 nm) ergibt sich f{\"u}r DFB-Laser-Arrays mit vier Elementen eine Ausgangsleistung von ca. 200 mW pro Facette, die durch die W{\"a}rmeabfuhr begrenzt wird. Trotz der starken thermischen Limitierung (die Laser waren nicht aufgebaut) konnte die 3,5-fache Ausgangsleistung eines Referenzlasers erzielt werden. Bei InGaSb/GaSb basierenden Arrays mit vier Elementen (Wellenl{\"a}nge ca. 2,0 µm) konnte eine Ausgangsleistung von ca. 30 mW pro Facette erreicht werden, was dem 3,3-fachen eines Referenzlasers entspricht. Die Verwendung von DFB-Laser-Arrays f{\"u}hrt folglich zu einer signifikanten Leistungssteigerung, die sich durch geeignete Maßnahmen (Facettenverg{\"u}tung, Montage, Skalierung) noch weiter erh{\"o}hen ließe.},
  subject      = {DFB-Laser},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Sauer2014,
  author    = {Sauer, Christoph},
  title     = {Accessing molecule-metal and hetero-molecular interfaces with direct and resonant photoelectron spectroscopy},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-107928},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {This thesis consists of two parts of original experimental work, its evaluation, and in- terpretation. Its final goal is to investigate dynamical charge transfer (CT) at a hetero- molecular interface with resonant photoelectron spectroscopy (RPES). In order to achieve this goal preliminary studies have been necessary. First two hetero-molecular inter- faces that exhibit adequate structural properties as well as an appropriate photoelec- tron spectroscopy (PES) spectrum of the valence regime have been identified. The de- sired CT analysis with RPES of these hetero-molecular systems is then conducted on the basis of the knowledge gained by previous RPES studies of homo-molecular sys- tems. The characterization of hetero-molecular films on single crystal Ag surfaces in the first part of this thesis is performed with high resolution core level PES and valence PES. The reproduction of the core level PES data with reference spectra of homo-molecular films allows me to determine which molecule is in direct contact to the Ag surface and which one is situated in higher layers (not the first one). Due to the direct correspon- dence of core level and valence PES the assignment of features in the spectra of the latter technique can be achieved with the identification of the contributions extracted from the evaluation of the data of the former technique. It is found that the systems PTCDA on one monolayer (ML) of SnPc on Ag(111) and CuPc/1 ML PTCDA/Ag(111) are stable at 300 K which means that no significant layer exchange occurs for these systems. In contrast a vertical exchange of CuPc and PTCDA molecules is observed for PTCDA de- posited on top of 1 ML CuPc/Ag(111). Up to a coverage of approximately 0.5 ML of PTCDA molecules these diffuse into the first layer, replace CuPc molecules, and con- sequently force them into higher layers. Above a coverage of approximately 0.5 ML of PTCDA molecules these are also found in higher layers. The search for a promising system for the intended RPES study then leads to an investigation of hetero-molecular films with a combination of F4TCNQ and PTCDA molecules on Ag(110) within the same approach. Depositing F4TCNQ molecules onto a 1 ML PTCDA/Ag(110) film in the herringbone phase at 300 K results in an instable hetero-organic system which un- dergoes a layer exchange. Hereby PTCDA molecules in the first layer are replaced by F4TCNQ molecules similar to the behavior of the system PTCDA/1 ML CuPc/Ag(111). Switching the order of the preparation steps leads to a stable film of PTCDA/1.0 ML F4TCNQ/Ag(110) at 300 K. Among the stable hetero-molecular films only the system CuPc/1 ML PTCDA/Ag(111) exhibits the required wetting growth of the first two layers at 300 K and a valence PES spectrum with energetically separable molecular orbital signals in the same intensity range. Thus this system is identified to be appropriate for a detailed analysis with RPES. The unexpected findings of vertical exchanges in the hetero-molecular films at 300 K motivate a study of the behavior at elevated temperatures for all systems investigated before. Therein it is revealed that annealing 1.5 ML SnPc/1 ML PTCDA/Ag(111) and 1.0 ML PTCDA/1 ML SnPc/Ag(111) to a temperature above the desorption temperature of molecules not in direct contact to the Ag(111) surface results in a 1 ML SnPc/Ag(111) film in both cases. Hence at elevated temperatures (approximately above 420 K) SnPc molecules replace PTCDA molecules in the first layer on Ag(111). At higher temper- atures (approximately above 470 K) PTCDA molecules and SnPc molecules situated above the first layer then desorb from the 1 ML SnPc/Ag(111) sample. Annealing all hetero-molecular films with CuPc and PTCDA molecules on Ag(111) to 570 K leads to a sample with CuPc and PTCDA molecules in the first and only layer. Depending on the initial CuPc coverage different ratios of both molecules are obtained. With a CuPc coverage of exactly 1 ML, or above, films with PTCDA coverages of approxi- mately 0.1-0.2 ML are produced. So at elevated temperatures CuPc molecules replace PTCDA molecules in the first layer of the system CuPc/1 ML PTCDA/Ag(111). Anal- ogously the layer exchange at 300 K for the system PTCDA/1 ML CuPc/Ag(111) is reversed at elevated temperatures. In the case of SnPc and CuPc coverages below 1 ML annealing vertical hetero-molecular systems with PTCDA on Ag(111) up to 570 K re- sults in a single layer of mixed hetero-molecular films with lateral long range order. In this way the system CuPc + PTCDA/Ag(111) is prepared and then characterized as a proper system for a detailed analysis with RPES. Additional annealing experiments of hetero-organic films consisting of F4TCNQ and PTCDA molecules on Ag(110) with an F4TCNQ coverage of 1.0 ML (and above) end in a submonolayer (sub-ML) film of F4TCNQ/Ag(110) that exhibits a contribution of amorphous carbon. Consequently, it can be concluded that at elevated temperatures part of the F4TCNQ molecules decom- pose. In the second part of this thesis homo-molecular multilayer samples and (sub-)ML films on single crystalline metal surfaces are investigated with RPES in order to enable the final RPES study of vertical and lateral hetero-molecular interface systems. First a pho- ton energy (hν) dependent intensity variation of (groups of) molecular orbital signals of exemplary multilayer films (NTCDA and coronene) is studied and explained on the basis of the local character of the electronic transitions in near edge x-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy in combination with the real space probability den- sity of the contributing molecular orbitals. This simple approach is found to be able to correctly describe relative intensity variations by orders of magnitude while it fails for hν dependent relative intensity changes in the same order of magnitude. After that the hν dependent line-shape evolution of an energetically separated molecular orbital signal of a CuPc multilayer is discussed in relation to small molecules in the gas phase and explained with an effect of electron vibration coupling. Through a comparison of the hν dependent line-shape evolution of the highest occupied molecular orbital (HOMO) of a CuPc with a SnPc multilayer the molecule specific character of this effect is identified. Then the same effect with either two (or more) electronic transitions or multiple coupling vibrational modes is observed for a coronene multilayer. Thereafter the influence of the adsorption on metal surfaces on this effect is studied and discussed with special emphasis on a possible contribution by features which are related to dynamical interface CT. For a sub-ML of SnPc/Au(111) no variation with respect to a SnPc multilayer film is detected while for a sub-ML of CuPc/Au(111) less intensity is distributed into the high binding energy (EB) part of the HOMO signal with respect to the corresponding multilayer film. In the RPES data of a sub-ML of coronene/Ag(111) a resonance specific variation of the hν dependent line-shape evolution of the HOMO signal is found by the revelation of a change of this effect with respect to the coronene multilayer data in only one of the two NEXAFS resonances. All these findings are consistently explained within one effect and a common set of parameters, namely all quantities that characterize the potential energy surfaces involved in the RPES process. Through that an alternative explanation that re- lies on dynamical CT can be excluded which influences the following CT analysis with RPES. Three criteria for such an analysis of dynamical interface CT with RPES are identified. In the system coronene on Ag(111) a low EB feature is related to metal-molecule inter- face CT through the assignment of a particular final state and hence named CT state. In the EB region of the frontier molecular orbital signals of the molecule-metal inter- face systems with a signal from the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) in direct valence PES a broad line-shape is measured in RPES. This finding is related to interface CT by a possible explanation that emerges through the comparison to the line- shape of the CT state. The constant kinetic energy (EK ) features detected for several molecule-metal interfaces constitute the third criterion for a CT analysis with RPES. For the molecule-metal interface systems without a LUMO signal in direct valence PES the energy of these features can be calculated with the assignment of the responsible decay channel in combination with explicitly given simplifying assumptions. Through that the involvement of metal-molecule interface CT in the generation of these constant EK fea- tures is demonstrated. The RPES data of the lateral and the vertical hetero-molecular interface, identified in the first part, is then scanned for these three CT criteria. Thereby neither for the lateral hetero-molecular system CuPc + PTCDA/Ag(111) nor for the verti- cal hetero-molecular system CuPc/1 ML PTCDA/Ag(111) dynamical hetero-molecular interface CT can be confirmed. In the former system the molecule-metal interface in- teraction is found to dominate the physics of the system in RPES while in the latter system no hints for a significant hybridization at the CuPc-PTCDA interface can be revealed},
  subject      = {Organisches Molek{\"u}l},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Weber2019,
  author    = {Weber, Manuel},
  title     = {Action-based quantum Monte Carlo approach to fermion-boson models},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-157643},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {This work deals with the development and application of novel quantum Monte Carlo methods to simulate fermion-boson models. Our developments are based on the path-integral formalism, where the bosonic degrees of freedom are integrated out exactly to obtain a retarded fermionic interaction. We give an overview of three methods that can be used to simulate retarded interactions. In particular, we develop a novel quantum Monte Carlo method with global directed-loop updates that solves the autocorrelation problem of previous approaches and scales linearly with system size. We demonstrate its efficiency for the Peierls transition in the Holstein model and discuss extensions to other fermion-boson models as well as spin-boson models. Furthermore, we show how with the help of generating functionals bosonic observables can be recovered directly from the Monte Carlo configurations. This includes estimators for the boson propagator, the fidelity susceptibility, and the specific heat of the Holstein model. The algorithmic developments of this work allow us to study the specific heat of the spinless Holstein model covering its entire parameter range. Its key features are explained from the single-particle spectral functions of electrons and phonons. In the adiabatic limit, the spectral properties are calculated exactly as a function of temperature using a classical Monte Carlo method and compared to results for the Su-Schrieffer-Heeger model.},
  subject      = {Monte-Carlo-Simulation},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Pfeifer2004,
  author    = {Pfeifer, Thomas},
  title     = {Adaptive control of coherent soft X-rays},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-9854},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {The availability of coherent soft x-rays through the nonlinear optical process of high-harmonic generation allows for the monitoring of the fastest events ever observed in the laboratory. The attosecond pulses produced are the fundamental tool for the time-resolved study of electron motion in atoms, molecules, clusters, liquids and solids in the future. However, in order to exploit the full potential of this new tool it is necessary to control the coherent soft x-ray spectra and to enhance the efficiency of conversion from laser light to the soft x-ray region in the harmonic-generation process. This work developed a comprehensive approach towards the optimization of the harmonic generation process. As this process represents a fundamental example of \emph{light}--\emph{matter} interaction there are two ways of controlling it: Shaping the generating laser \emph{light} and designing ideal states of \emph{matter} for the conversion medium. Either of these approaches was closely examined. In addition, going far beyond simply enhancing the conversion process it could be shown that the qualitative spectral response of the process can be modified by shaping the driving laser pulse. This opens the door to a completely new field of research: Optimal quantum control in the attosecond soft x-ray region---the realm of electron dynamics. In the same way as it is possible to control molecular or lattice vibrational dynamics with adaptively shaped femtosecond laser pulses these days, it will now be feasible to perform real-time manipulation of tightly bound electron motion with adaptively shaped attosecond light fields. The last part of this work demonstrated the capability of the herein developed technique of coherent soft-x-ray spectral shaping, where a measured experimental feedback was used to perform a closed-loop optimization of the interaction of shaped soft x-ray light with a sulfur hexafluoride molecule to arrive at different control objectives. For the optimization of the high-harmonic-generation process by engineering the conversion medium, both the gas phase and the liquid phase were explored both in experiment and theory. Molecular media were demonstrated to behave more efficiently than commonly used atomic targets when elliptically polarized driving laser pulses are applied. Theory predicted enhancement of harmonic generation for linearly polarized driving fields when the internuclear distance is increased. Reasons for this are identified as the increased overlap of the returning electron wavefunction due to molecular geometry and the control over the delocalization of the initial electronic state leading to less quantum-mechanical spreading of the electron wavepacket during continuum propagation. A new experimental scheme has been worked out, using the method of molecular wavepacket generation as a tool to enhance the harmonic conversion efficiency in `pump--drive' schemes. The latter was then experimentally implemented in the study of high-harmonic generation from water microdroplets. A transition between the dominant laser--soft-x-ray conversion mechanisms could be observed, identifying plasma-breakdown as the fundamental limit of high-density high-harmonic generation. Harmonics up to the 27th order were observed for optimally laser-prepared water droplets. To control the high-harmonic generation process by the application of shaped laser light fields a laser-pulse shaper based on a deformable membrane mirror was built. Pulse-shape optimization resulted in increased high-harmonic generation efficiency --- but more importantly the qualitative shape of the spectral response could be significantly modified for high-harmonic generation in waveguides. By adaptive optimization employing closed-loop strategies it was possible to selectively generate narrow (single harmonics) and broad bands of harmonic emission. Tunability could be demonstrated both for single harmonic orders and larger regions of several harmonics. Whereas any previous experiment reported to date always produced a plateau of equally intense harmonics, it has been possible to demonstrate ``untypical'' harmonic soft x-ray spectra exhibiting ``switched-off'' harmonic orders. The high degree of controllability paves the way for quantum control experiments in the soft x-ray spectral region. It was also demonstrated that the degree of control over the soft x-ray shape depends on the high-harmonic generation geometry. Experiments performed in the gas jet could not change the relative emission strengths of neighboring harmonic orders. In the waveguide geometry, the relative harmonic yield of neighboring orders could be modified at high contrast ratios. A simulation based solely on the single atom response could not reproduce the experimentally observed contrast ratios, pointing to the importance of propagation (phase matching) effects as a reason for the high degree of controllability observed in capillaries, answering long-standing debates in the field. A prototype experiment was presented demonstrating the versatility of the developed soft x-ray shaping technique for quantum control in this hitherto unexplored wavelength region. Shaped high-harmonic spectra were again used in an adaptive feedback loop experiment to control the gas-phase photodissociation reaction of SF\$_6\$ molecules. A time-of-flight mass spectrometer was used for the detection of the ionic fragments. The branching ratios of particular fragmentation channels could be varied by optimally shaped soft x-ray light fields. Although in one case only slight changes of the branching ratio were possible, an optimal solution was found, proving the sufficient technical stability of this unique coherent soft-x-ray shaping method for future applications in optimal control. Active shaping of the spectral amplitude in coherent spectral regions of \$\sim\$10~eV bandwidth was shown to directly correspond to shaping the temporal features of the emerging soft x-ray pulses on sub-femtosecond time scales. This can be understood by the dualism of frequency and time with the Fourier transformation acting as translator. A quantum-mechanical simulation was used to clarify the magnitude of temporal control over the shape of the attosecond pulses produced in the high-harmonic-generation process. In conjunction with the experimental results, the first attosecond time-scale pulse shaper could thus be demonstrated in this work. The availability of femtosecond pulse shapers opened the field of adaptive femtosecond quantum control. The milestone idea of closed-loop feedback control to be implemented experimentally was expressed by Judson and Rabitz in their seminal work titled ``Teaching lasers to control molecules''. This present work extends and turns around this statement. Two fundamentally new achievements can now be added, which are ``Teaching molecules to control laser light conversion'' and ``Teaching lasers to control coherent soft x-ray light''. The original idea thus enabled the leap from femtosecond control of molecular dynamics into the new field of attosecond control of electron motion to be explored in the future. The \emph{closed}-loop approach could really \emph{open} the door towards fascinating new perspectives in science. Coming back to the introduction in order to close the loop, let us reconsider the analogy to the general chemical reaction. Photonic reaction control was presented by designing and engineering effective media (catalysts) and controlling the preparation of educt photons within the shaped laser pulses to selectively produce desired photonic target states in the soft x-ray spectral region. These newly synthesized target states in turn could be shown to be effective in the control of chemical reactions. The next step to be accomplished will be the control of sub-femtosecond time-scale electronic reactions with adaptively controlled coherent soft x-ray photon bunches. To that end a time-of-flight high-energy photoelectron spectrometer has recently been built, which will now allow to directly monitor electronic dynamics in atomic, molecular or solid state systems. Fundamentally new insights and applications of the nonlinear interaction of shaped attosecond soft x-ray pulses with matter can be expected from these experiments.},
  subject      = {Ultrakurzer Lichtimpuls},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Papastathopoulos2005,
  author    = {Papastathopoulos, Evangelos},
  title     = {Adaptive control of electronic excitation utilizing ultrafast laser pulses},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-12533},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {The subject of this work has been the investigation of dynamical processes that occur during and after the interaction of matter with pulses of femtosecond laser radiation. The experiments presented here were performed in the gas phase and involve one atomic and several model molecular systems. Absorption of femtosecond laser radiation by these systems induces an electronic excitation, and subsequently their ionization, photofragmentation or isomerization. The specific adjustment of the excitation laser field properties offers the possibility to manipulate the induced electronic excitation and to influence the formation of the associated photoproducts. From the perspective of the employed spectroscopic methods, the development of photoelectron spectroscopy and its implementation in laser control experiments has been of particular interest in this thesis. This technique allows for a most direct and intuitive observation of electronic excitation dynamics in atomic as well as in complex polyatomic molecular systems. The propagation of an intermediate electronic transient state, associated to the formation of a particular photoproduct, can be interrogated by means of its correlation to a specific state of the atomic or molecular continuum. Such correlations involve the autoionization of the transient state, or by means of a second probe laser field, a structural correlation, as summarized by the Koopman's theorem (section 2.4.1). The technique of adaptive femtosecond quantum control has been the subject of development in our group for many years. The basic method, by which the temporal profile of near-infrared laser pulses at a central wavelength of 800 nm, can be adjusted, is a programmable femtosecond pulse-shaper that comprises of a zero dispersion compressor and a commercial liquid crystal modulator (LCD). This experimental arrangement was realized prior to this thesis and served as a starting point to extend the pulse-shaping technique to the ultraviolet spectral region. This technological development was realized for the purposes of the experiments presented in Chapter 5. It involves a combination of the LCD-pulse-shaper with frequency up-conversion techniques on the basis of producing specifically modulated laser pulses of central wavelength 266 nm. Furthermore, the optical method X-FROG had to be developed in order to characterize the often complex structure of generated ultraviolet pulses. In the adaptive control experiments presented in this work, the generated femtosecond laser pulses could be automatically adjusted by means of specifically addressing the 128 independent voltage parameters of the programmable liquid-crystal modulator. Additionally a machine learning algorithm was employed for the cause of defining laser pulse-shapes that delivered the desired (optimal) outcome in the investigated laser interaction processes. In Chapter 4, the technique of feedback-controlled femtosecond pulse shaping was combined with time-of-flight mass spectroscopy as well as photoelectron spectroscopy in order to investigate the multiphoton double ionization of atomic calcium. A pronounced absolute enhancement of the double ionization yield was obtained with optimized femtosecond laser pulses. On the basis of the measured photoelectron spectra and of the electron optimization experiments, a non-sequential process was found, which plays an important role in the formation of doubly charged Calcium ions. Then in Chapter 5, the dynamics following the pp* excitation of ethylene-like molecules were investigated. In this context, the model molecule stilbene was studied by means of femtosecond photoelectron spectroscopy. Due to the simplicity of its chemical structure, stilebene is one of the most famous models used in experimental as well as theoretical studies of isomerization dynamics. From the time-resolved experiments described in that chapter, new spectroscopic data involving the second excited electronic state S2 of the molecule were acquired. The second ethylenic product was the molecule tetrakis (dimethylamino) ethylene (TDMAE). Due to the presence of numerous lone pair electrons on the four dimethylamino groups, TDMAE exhibits a much more complex structure than stilbene. Nevertheless, previously reported studies on the dynamics of TDMAE provided vital information for planning and conducting a successful optimisation control experiment of the wavepacket propagation upon the (pp*) S1 excited potential surface of the molecule. Finally, in Chapter 6 the possibility of employing femtosecond laser pulses as an alternative method for activating a metallocene molecular catalyst was addressed. By means of an adaptive laser control scheme, an optimization experiment was realized. There, the target was the selective cleavage of one methyl-ligand of the model catalyst (Cp)^2Zr(CH3)^2, which induces a catalytic coordination position on the molecule. The spectroscopic studies presented in that chapter were performed in collaboration to the company BASF A.G. and constitute a proof-of principle attempt for a commercial application of the adaptive femtosecond quantum control technique.},
  subject      = {Ultrakurzer Lichtimpuls},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Walter2006,
  author    = {Walter, Dominik},
  title     = {Adaptive Control of Ultrashort Laser Pulses for High-Harmonic Generation},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-21975},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {The generation of high harmonics is an ideal method to convert frequencies of the infrared- or visible range into the soft x-ray range. This process demands high laser intensities that are nowadays supplied by femtosecond laser systems. As the temporal and spatial coherence properties of the laser are transferred during the conversion process, the generated high harmonics will propagate as a beam with high peak-brightness. Under ideal conditions the generation of soft-x-ray pulses shorter than one femtosecond is possible. These properties are exploited in many applications like time-resolved x-ray spectroscopy. The topic of this thesis is the generation and optimization of high harmonics. A variety of conversion setups is investigated (jet of noble gas atoms, gas-filled hollow-fiber, water microdroplets) and theoretical models present ideas to further enhance the conversion efficiency (using excited atoms or aligned molecules). In different setups the peak intensity of the fundamental laser pulses is increased by spectral broadening and subsequent temporal compression. This is achieved with the help of pulse shaping devices that can modify the spectral phase and therefore also the temporal intensity distribution of laser pulses. These pulse shaping devices are controlled by an evolutionary algorithm. With this setup not only adaptive compression of laser pulses is possible, but also the engineering of specific laser pulse shapes to optimize an experimental output. This setup was used to influence the process of high harmonic generation. It is demonstrated that the spectral distribution of the generated soft-x-ray radiation can be controlled by temporal pulse shaping. This method to tailor high harmonics is complemented by spatial shaping techniques. These findings demonstrate the realization of a tunable source of soft-x-ray radiation.},
  subject      = {Frequenzvervielfachung},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Niklaus2004,
  author    = {Niklaus, Patrick},
  title     = {Adaptive Femtosekunden Quantenkontrolle chemischer Reaktionen in der fl{\"u}ssigen Phase},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-12855},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Methode der adaptiven Pulsformung von Femtosekunden Laserpulsen in der fl{\"u}ssigen Phase experimentell zu realisieren. Eine Erweiterung dieser Technik auf die kondensierte Phase stellt einen wichtigen Schritt in Richtung einer breiten Anwendbarkeit zur Steuerung von chemischen Reaktionen dar. Die gr{\"o}ßere Teilchendichte im Vergleich zur Gasphase erm{\"o}glicht zum einen eine Erh{\"o}hung der erzielbaren absoluten Produktausbeuten. Andererseits ergibt sich erst dadurch die M{\"o}glichkeit, reale chemische Reaktionen, wie bimolekulare Reaktionen, gezielt zu steuern, da St{\"o}ße zwischen verschiedenen Molek{\"u}len wahrscheinlicher werden. Die Methode der adaptiven Quantenkontrolle ist f{\"u}r die Anwendung in der fl{\"u}ssigen Phase bestens geeignet, da sie eine koh{\"a}rente Kontrolle von photoinduzierten molekularen Prozessen selbst in komplexen Quantensystemen erlaubt. In dieser experimentellen Umsetzung einer ,,geschlossenen Kontrollschleife'' wird die spektrale Phasenstruktur von fs-Laserpulsen in einem computergesteuerten Pulsformer moduliert. Der resultierende geformte Laserpuls wechselwirkt anschließend mit dem zu untersuchenden molekularen System und steuert aktiv die Entwicklung des erzeugten Wellenpakets auf der Potentialenergiefl{\"a}che. Eine quantitative Messung der erzeugten Photoprodukte dieser Licht-Materie Wechselwirkung dient als R{\"u}ckkopplungssignal eines selbstlernenden Computeralgorithmus. Der auf dem Prinzip der Evolutionstheorie arbeitende Algorithmus verbessert nun iterativ die Pulsform bis ein Optimum des gew{\"u}nschten Reaktionskanals erreicht wird. Das modulierte elektrische Feld des Laserpulses passt sich somit entsprechend der gestellten Kontrollaufgabe automatisch den molekularen Eigenschaften an. Um jedoch die Anwendung dieser Technik auch in der kondensierten Phase zu demonstrieren, mussten Methoden zur Gewinnung eines R{\"u}ckkopplungssignals gefunden werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher M{\"o}glichkeiten eines quantitativen R{\"u}ckkopplungssignals f{\"u}r die adaptive Kontrolle in der fl{\"u}ssigen Phase untersucht, wie die Emissionsspektroskopie und die transiente Absorption im UV/VIS oder infraroten Spektralbereich. In einem ersten Experiment wurde die Emissionsspektroskopie verwendet, um einen Ladungstransferprozess (MLCT) in einem Ru(II)-Komplex ([Ru(dpb)3]2+) mit geformten fs-Laserpulsen zu steuern. Um die dominierende Intensit{\"a}tsabh{\"a}ngigkeit der Anregung zu eliminieren, wurde die Emissionsausbeute mit dem SHG-Signal eines nichtlinearen Kristalls „normiert". Diese Ausl{\"o}schung des intensit{\"a}tsabh{\"a}ngigen Faktors in beiden Prozessen erm{\"o}glichte es, Pulsformen zu finden, die dieses Verh{\"a}ltnis sowohl maximieren als auch minimieren. Ein Ansatz zur Erkl{\"a}rung der experimentellen Ergebnisse konnte mit Hilfe eines st{\"o}rungstheoretischen Modells beschrieben werden. In einem zweiten Experiment wurde erstmals eine photochemische Selektivit{\"a}t zwischen zwei verschiedenen Substanzen in der kondensierten Phase demonstriert. Dabei sollte die jeweilige Zwei-Photonen Anregung des Komplexes [Ru(dpb)3]2+ gegen{\"u}ber dem Molek{\"u}l DCM selektiv kontrolliert werden. Wiederum diente die spontane Emission beider Substanzen als R{\"u}ckkopplungssignal f{\"u}r die Effektivit{\"a}t des Anregungsschritts. Verschiedene Ein-Parameter Kontrollmethoden, wie der Variation der Anregungswellenl{\"a}nge, der Intensit{\"a}t sowie des linearen Chirps, konnten diese Kontrollaufgabe nicht erf{\"u}llen. Jedoch konnte eine Optimierung des Verh{\"a}ltnisses der beiden Emissionsausbeuten mit Hilfe der adaptiven Pulsformung erzielt werden. Das Ergebnis dieses Experiments zeigt, dass photoinduzierte Prozesse in zwei unterschiedlichen molekularen Substanzen trotz der Wechselwirkungen der gel{\"o}sten Molek{\"u}le mit ihrer L{\"o}sungsmittelumgebung selektiv und simultan kontrolliert werden k{\"o}nnen. Das Ziel des dritten Experiments war eine gezielte Steuerung einer komplexeren chemischen Reaktion. Mit Hilfe der adaptiven Pulsformung konnte eine optimale Kontrolle der Photoisomerisierungsreaktion des Molek{\"u}ls NK88 demonstriert werden. Das dazu ben{\"o}tigte R{\"u}ckkopplungssignal f{\"u}r den evolution{\"a}ren Algorithmus wird durch transiente Absorptionsspektroskopie im UV/VIS Spektralbereich bereitgestellt. Eine Untersuchung der Dynamik der Isomerisierungsreaktion mit Hilfe der Pump-Probe Technik erlaubte eine Zuordnung zweier verschiedener Absorptionsbereiche zu den jeweiligen Isomeren. Die Ergebnisse der Optimierung des Verh{\"a}ltnisses der Quantenausbeuten der beiden Isomere zeigten, dass die geformten Laserpulse eine Kontrolle der Effizienz der Photoisomerisierung in der fl{\"u}ssigen Phase erm{\"o}glichen. Zusammenfassend kann man sagen, dass im Rahmen dieser Arbeit mit Hilfe der fs-Lasertechnologie und der Technik der adaptiven fs-Quantenkontrolle Experimente durchgef{\"u}hrt wurden, die einen wichtigen Beitrag zu dem neuen Forschungsbereich der Femtochemie darstellen. Die Erweiterung dieser Technik auf die fl{\"u}ssige Phase beschreibt einen ersten Erfolg in Richtung einer neuartigen Chemie.},
  subject      = {Ultrakurzer Lichtimpuls},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Vogt2006,
  author    = {Vogt, Gerhard Sebastian},
  title     = {Adaptive Femtosekunden-Quantenkontrolle komplexer Molek{\"u}le in kondensierter Phase},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-20222},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Die Bildung verschiedener Isomere durch {\"A}nderung der molekularen Struktur spielt eine wichtige Rolle in vielen Gebieten der Physik, Chemie und Biologie. Die Kontrolle dieser Reaktionen ist daher eine sehr interessante Herausforderung und von großer Bedeutung f{\"u}r viele verschiedene Bereiche. Die Entwicklung der letzten Jahre hat gezeigt, dass adaptive Femtosekunden Quantenkontrolle eine ausgesprochen geeignete Methode ist, um chemische Reaktionen zu kontrollieren. Die vorliegende Arbeit behandelt die Beobachtung und Kontrolle von solchen Isomerisierungsreaktionen in biologisch und chemisch relevanten Systemen. Dazu wurde die Reaktionsdynamik eines in Methanol gel{\"o}sten Modellmolek{\"u}ls mittlerer Gr{\"o}ße mittels transienter Absorption, Fluorescence Upconversion und Anisotropie Spektroskopie untersucht. In Kooperation mit F. Santoro und R. Improta konnte eine detaillierte Beschreibung der ablaufenden Prozesse gefunden werden. In {\"U}bereinstimmung mit den von ihnen durchgef{\"u}hrten quantenmechanischen Simulationen hat sich herausgestellt, dass sich die Dynamik auf der ersten angeregten Potentialfl{\"a}che nach der Anregung auf zwei Zeitskalen abspielt. Nach dem Passieren einer konische Durchschneidung isomerisiert das Molek{\"u}l entweder zum thermodynamisch stabileren trans Isomer oder zu den instabileren Produktisomeren. An diesem System wurden nun adaptive Femtosekunden Quantenkontrollexperimente durchgef{\"u}hrt, mit dem Ziel den Isomerisierungsprozess zu beeinflussen. Es konnte erfolgreich gezeigt werden, dass die Isomerisierungseffizienz (die relative Menge von Edukt- zu Produktisomeren) sowohl erh{\"o}ht als auch verringert werden kann. Einzel-Parameter Kontrollmechanismen wie zum Beispiel das Verwenden verschieden gechirpter Anregeimpulse oder unterschiedlicher Anregeimpulsenergien ergaben einen nur geringen Einfluss auf die Isomerisierungseffizienz. Diese Kontrollstudien {\"u}ber den Isomerisierungsprozess haben weiterf{\"u}hrende Experimente an dem sehr komplexen biologischen System Retinal innerhalb des Proteins Bakteriorhodopsin motiviert. Die traditionelle Anrege-Abrege-Abfrage Technik wurde zu einem neuen Anrege-geformten-Abrege-Abfrage Konzept erweitert. Dadurch k{\"o}nnen molekulare Systeme in den Regionen der Potentialenergie-Landschaft kontrolliert werden, in denen der entscheidende Reaktionsschritt stattfinded. Verschiedene theoretische Berechnungen zum Problem der Erh{\"o}hung der Isomerisierungseffizienz stellen in Aussicht, dass Anrege-Abrege-Wiederanrege-Abfrage Mechanismen eine M{\"o}glichkeit der effektiven Beeinflussung der Reaktionsdynamik er{\"o}ffnen. Mit der weiterentwickelten Methode k{\"o}nnen solche Vier-Puls-Techniken realisiert und ihr Einfluss auf den Reaktionsprozess systematisch untersucht werden. Zus{\"a}tzlich wurde mittels Variation von parametrisierten spektralen Phasenfunktionen, wie verschiedene Ordnungen Chirp, die Dynamik des Abregungsprozesses beleuchtet. Durch Formen des Abregungsimpulses mittels adaptiver Femtosekunden Quantenkontrolle wurden die Informationen aus den systematische Untersuchung vervollst{\"a}ndigt. H{\"a}ufig sind die aus einem adaptiven Femtosekunden Quantenkontrollexperiment erhaltenen optimalen Laserimpulsformen sehr kompliziert. Besonders Anrege-Abrege Szenarien spielen oft eine wichtige Rolle in den ermittelten optimalen L{\"o}sungen und sollten daher gesondert untersucht werden. Dazu k{\"o}nnen verschiedenfarbige Doppelimpulse verwendet werden, bei denen man sowohl den Pulsabstand als auch die relative Amplitude oder die Phasendifferenz der beiden Einzellpulse systematisch {\"a}ndert. Diese weiterentwickelte Methode wurde mittels einfacher Experimente charakterisiert. In einem weiteren Schritt wurde ein Aufbau entworfen, der Doppelimpulse erfordert, um ein maximale Ausbeute von Licht bei einer Wellenl{\"a}nge von 266~nm zu erhalten. Mit dem Kontrollziel der maximalen dritten Harmonischen Ausbeute wurden adaptive Femtosekunden Quantenkontrollexperimente durchgef{\"u}hrt. Durch zus{\"a}tzliche Messungen von verschiedenfarbigen Doppelimpuls-Kontrolllandschaften konnte die optimale Pulsform ermittelt und best{\"a}tigt werden. In einem abschließenden Experiment wurde die Abh{\"a}ngigkeit der Anregeeffizienz eines komplexen, in Methanol gel{\"o}sten Farbstoffmolek{\"u}ls auf verschiedene Impulsformen untersucht. Aus den Ergebnissen wird ersichtlich, dass sehr unterschiedliche Impulsformen ein Kontrollziel {\"a}hnlich gut erf{\"u}llen k{\"o}nnen. Verschiedenfarbige Doppelimpuls-Kontrolllandschaften k{\"o}nnen einen Einblick in Kontrollmechanismen von adaptiv gefundenen Impulsformen erm{\"o}glichen und Informationen {\"u}ber die Reaktionsdynamik liefern. Mittels der angewandten und weiterentwickelten Methoden mehr {\"u}ber verschiedene Prozesse unterschiedlicher Molek{\"u}lklassen zu lernen ist ein viel versprechendes und realistisches Ziel f{\"u}r die Zukunft. Die pr{\"a}sentierten Experimente zeigen, dass es m{\"o}glich ist, geometrische {\"A}nderungsreaktionen in chemisch und biologisch relevanten Systemen durch adaptive Femtosekunden Quantenkontrolle zu steuern.},
  subject      = {Molek{\"u}l},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Selle2007,
  author    = {Selle, Reimer Andreas},
  title     = {Adaptive Polarization Pulse Shaping and Modeling of Light-Matter Interactions with Neural Networks},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-25596},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {The technique of ultrafast polarization shaping is applied to a model quantum system, the potassium dimer. The polarization dependence of the multiphoton ionization dynamics in this molecule is first investigated in pump-probe experiments, and it is then more generally addressed and exploited in an adaptive quantum control experiment utilizing near-IR polarization-shaped laser pulses. The extension of these polarization shaping techniques to the UV spectral range is presented, and methods for the generation and characterization of polarization-shaped laser pulses in the UV are introduced. Systematic scans of double-pulse sequences are introduced for the investigation and interpretation of control mechanisms. This concept is first introduced and illustrated for an optical demonstration experiment, and it is then applied for the analysis of the intrapulse dumping mechanism that is observed in the excitation of a large dye molecule in solution with ultrashort laser pulses. Shaped laser pulses are employed as a means for obtaining copious amounts of data on light-matter interactions. Neural networks are introduced as a novel tool for generating computer-based models for these interactions from the accumulated data. The viability of this approach is first tested for second harmonic generation (SHG) and molecular fluorescence processes. Neural networks are then utilized for modeling the far more complex coherent strong-field dynamics of potassium atoms.},
  subject      = {Lasertechnologie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Zinner2020,
  author    = {Zinner, Martin Gerhard},
  title     = {Adsorbat-induzierte Oberfl{\"a}chensysteme und ultra-d{\"u}nne intermetallische Legierungsfilme im Fokus der niederenergetischen Elektronenbeugung und spektroskopischer Analysemethoden},
  doi       = {10.25972/OPUS-19274},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-192749},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Im Rahmen der vorliegenden Dissertation werden mit unterschiedlichen Analysemethoden die Korrelationen zwischen den strukturellen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften von Selten Erd-basierten intermetallischen Oberfl{\"a}chenlegierungen anhand der beiden Probensysteme LaPt\$_5\$/Pt(111) und CePt\$_5\$/Pt(111) untersucht. Dar{\"u}ber hinaus werden die strukturellen Eigenschaften von Adsorbat-induzierten Oberfl{\"a}chenrekonstruktionen im sub-ML Bereich in reduzierten Dimensionen auf der Halbleiteroberfl{\"a}che Si(111) anhand der beiden Materialsysteme Si(111)-(5\$\times\$2)-Au und Si(111)-(\$\sqrt{3}\times\sqrt{3}\$)R30\${\degree}\$-Sn mit der Methode LEED-IV analysiert. Das erste experimentelle Kapitel dieser Arbeit behandelt die intermetallische Oberfl{\"a}chenlegierung LaPt\$_5\$/Pt(111), die sich ausbildet wenn La-Atome auf einem sauberen Pt(111)-Substrat abgeschieden werden und anschließend thermische Energie hinzugef{\"u}gt wird. Die Dicke der gebildeten Legierung l{\"a}sst sich {\"u}ber die zuvor angebotene Menge an La-Atomen variieren und resultiert aufgrund der Gitterfehlanpassung von Pt(111) und den obenauf liegenden LaPt\$_5\$-Filmen in sechs unterschiedliche Beugungsmuster im LEED, deren {\"U}berstrukturvektoren durch zwei unterschiedliche Rotationsausrichtungen in Bezug auf das Gitter des Substrats und unterschiedlichen lateralen Gitterkonstanten der Filme gekennzeichnet sind. Die atomare Struktur kann auf eine gemeinsame Kristallstruktur zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden, deren St{\"o}chiometrie aus dickenabh{\"a}ngigen AES-Messungen zu LaPt\$_5\$ mit einer Pt-reichen Oberfl{\"a}chenabschlusslage bestimmt werden konnte. Die Ergebnisse einer durchgef{\"u}hrten LEED-IV Studie best{\"a}tigen das Wachstum der Filme in der CaCu\$_5\$-Struktur, wobei die Oberfl{\"a}chenterminierungslage im Vergleich zum Volumengitter ein zus{\"a}tzliches Pt-Atom pro Einheitszelle aufweist, das zus{\"a}tzlich um einen Wert von \unit{0.26}{\angstrom} aus der Oberfl{\"a}che hervorsteht. Die La-Atome, die direkt unterhalb der Terminierungslage liegen, erfahren eine Verschiebung in entgegengesetzter Richtung, so dass im Vergleich zum Volumen der Filme eine lokal ver{\"a}nderte Symmetrie im oberfl{\"a}chennahen Bereich vorherrscht und sich auf die elektronischen Eigenschaften der LaPt\$_5\$-Filme auswirkt. Dar{\"u}ber hinaus wurden die Schwingungseigenschaften der LaPt\$_5\$-Filme mittels der polarisierten in situ Raman-Spektroskopie bestimmt, bei der die auftretenden Schwingungspeaks durch die Kenntnis der atomaren Struktur und mit {\"U}berlegungen aus der Gruppentheorie unterschiedlichen Tiefenbereichen der LaPt\$_5\$-Filme (Volumen und Oberfl{\"a}che) zugewiesen werden konnten. Im zweiten experimentellen Kapitel liegt der Fokus auf der atomaren Struktur sowie auf den elektronischen und magnetischen Eigenschaften des Kondo- und Schwerfermionensystems CePt\$_5\$/Pt(111). In Abh{\"a}ngigkeit von der vor dem Legierungsprozess angebotenen Menge an Ce-Atomen auf dem Pt(111)-Substrat konnten insgesamt sieben verschiedene LEED-Phasen der CePt\$_5\$-Filme identifiziert werden, deren jeweilige Oberfl{\"a}chenrekonstruktionen durch eine unterschiedliche Rotationsausrichtung in Bezug auf das Pt(111)-Substrat gekennzeichnet sind. Zus{\"a}tzlich ist die laterale Gitterkonstante einem Prozess aus Verspannung und Dehnung aufgrund der Gitterfehlanpassung von Film und Substrat ausgesetzt. Eine durchgef{\"u}hrte LEED-IV Analyse best{\"a}tigt das Wachstum der Filme in der CaCu\$_5\$-Struktur mit einer Pt-reichen Oberfl{\"a}chenabschlusslage, deren Pt\$_3\$-Kagom\'{e}-Lage im Vergleich zum Volumengitter mit einem zus{\"a}tzlichen Pt-Atom pro Einheitszelle gef{\"u}llt ist. Die strukturellen Ergebnisse stimmen mit erzielten Resultaten aus fr{\"u}heren Arbeiten {\"u}berein und verdeutlichen zudem die isostrukturellen Eigenschaften zur intermetallischen Oberfl{\"a}chenlegierung LaPt\$_5\$/Pt(111). Dies erm{\"o}glicht durch geeignete Vergleichsexperimente an LaPt\$_5\$/Pt(111) die induzierten Ph{\"a}nomene der \$4f\$-Elektronen bez{\"u}glich des Kondo- und Schwerfermionenverhaltens bei CePt\$_5\$/Pt(111) zu bestimmen, da La-Atome in ihrem atomaren Aufbau keine \$4f\$-Elektronen beherbergen. Mit der polarisierten in situ Raman-Spektroskopie aufgenommene Spektren anhand von unterschiedlich dicken CePt\$_5\$-Filmen beinhalten sowohl charakteristische Schwingungspeaks als auch elektronische {\"U}berg{\"a}nge. Das spektroskopische Verhalten der Schwingungspeaks zeigt dabei nicht nur Gemeinsamkeiten zu LaPt\$_5\$/Pt(111) bei der Zuweisung der Schwingungsmoden zu den jeweiligen Tiefenbereichen in den CePt\$_5\$-Filmen, sondern es treten auch Unterschiede auf, da eine CePt\$_5\$-Schwingungsmode einem anormalen Temperaturverhalten unterliegt, das auf die Wechselwirkung mit den \$4f\$-Elektronen zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Weitere spezifische Raman-Signaturen, die elektronischen {\"U}berg{\"a}ngen in Form von Kristallfeldniveauaufspaltungen der \$4f\$-Elektronen von Ce zugewiesen werden konnten, resultieren ebenfalls aus unterschiedlichen Regionen der CePt\$_5\$-Filme (Oberfl{\"a}che, inneres Volumen, Interface). Die magnetischen Eigenschaften der CePt\$_5\$-Filme wurden mit XAS und XMCD an den Ce M\$_{4,5}\$-Kanten in Abh{\"a}ngigkeit von der Temperatur, dem Einfallswinkel, der Filmdicke und der St{\"a}rke des Magnetfelds analysiert. Die markanten {\"U}berg{\"a}nge zwischen unterschiedlichen Curie-Weiss-Regimen in der inversen Suszeptibilit{\"a}t erlauben R{\"u}ckschl{\"u}sse {\"u}ber das Kristallfeldaufspaltungsschema, die Kondo- und die RKKY-Wechselwirkung und korrelieren mit der Ce-Valenz. Zudem konnte bei tiefen Temperaturen ein {\"U}bergang in den koh{\"a}renten Schwerfermionen-Zustand f{\"u}r alle untersuchten CePt\$_5\$-Filmdicken in dieser Arbeit nachgewiesen werden. Durch die Vorhersage eines metamagnetischen Lifshitz-{\"U}bergangs f{\"u}r diese Filme, der sich in der Magnetfeldabh{\"a}ngigkeit des magnetischen Moments {\"a}ußert, konnte durch die Aufnahme von Magnetisierungskurven bei tiefen Temperaturen und hohen Magnetfeldern auf zwei weitere charakteristische Energieskalen der renormalisierten Bandstruktur zugegriffen werden. Das dritte experimentelle Kapitel widmet sich der mit LEED und LEED-IV durchgef{\"u}hrten Aufkl{\"a}rung der atomaren Struktur eines quasi-eindimensionalen Elektronensystems, bei dem sich die gebildeten Au-Nanodr{\"a}hte auf der Si(111)-Oberfl{\"a}che durch eine Si(111)-(5\$\times\$2)-Au Rekonstruktion beschreiben lassen. Die aufgenommenen LEED-Bilder mit ihren markanten Beugungsreflexen und sogenannten Streifen deuten auf drei gleichwertige Rotationsdom{\"a}nen, die jeweils um einen Winkel von \unit{120}{\degree} gegeneinander gedreht sind, auf der Oberfl{\"a}che hin. Zudem konnte aus einer Simulation der Beugungsbilder das Auftreten von Streifen durch drei zus{\"a}tzliche Spiegeldom{\"a}nen, die eine Phasenverschiebung von einem halben {\"U}berstrukturvektor einf{\"u}hren und bei einer sorgf{\"a}ltigen LEED-IV Analyse ebenfalls ber{\"u}cksichtigt werden sollten, erkl{\"a}rt werden. Aus den in der Literatur nach einer zweiten Rekalibrierung der n{\"o}tigen Menge an Au-Atomen zur Ausbildung der Si(111)-(5\$\times\$2)-Au Rekonstruktion in den letzten Jahren heftig diskutierten Strukturmodellen gibt das von Kwon und Kang aufgestellte Geometriemodell (KK-Modell) die beobachteten energieabh{\"a}ngigen Intensit{\"a}tsmodulationen in den experimentellen Daten beim Vergleich mit theoretisch berechneten IV-Kurven am besten wieder. F{\"u}r dieses Modell nimmt der R-Faktor nach Pendry bei den unabh{\"a}ngig voneinander betrachteten drei Energieserien unter verschiedenen Einfallswinkeln der Elektronen auf die Probenoberfl{\"a}che stets den kleinsten Wert an. Unter der expliziten Ber{\"u}cksichtigung von Si-Adatomen, die sich zus{\"a}tzlich auf der Oberfl{\"a}che befinden und in einer (5\$\times\$4)-Einheitszelle beschrieben werden k{\"o}nnen, bleibt das KK-Modell das zu pr{\"a}ferierende Strukturmodell zur Beschreibung der ausgebildeten Au-Ketten und der Si-Honigwabenstruktur bei der Si(111)-(5\$\times\$2)-Au Oberfl{\"a}chenrekonstruktion. Im letzten experimentellen Kapitel wird ein zweidimensionales Elektronensystem -- die \$\alpha\$-Si(111)-(\$\sqrt{3}\times\sqrt{3}\$)R30\${\degree}\$-Sn Oberfl{\"a}chenrekonstruktion, die sich bei 1/3 ML an Sn-Adsorbaten auf dem Si(111)-Substrat ausbildet -- im Hinblick auf die atomare Struktur bei Raumtemperatur mit LEED und LEED-IV untersucht. Aus den insgesamt sechs in die Analyse aufgenommenen Strukturmodellen, bei denen die Sn-Atome innerhalb der rekonstruierten (\$\sqrt{3}\times\sqrt{3}\$)R30\${\degree}\$-Einheitszelle unterschiedliche Adsorptionspl{\"a}tze auf einer ideal terminierten Si(111)-Oberfl{\"a}che einnehmen, konnte ein Legierungsverhalten, wie es bei der \$\gamma\$-Si(111)-(\$\sqrt{3}\times\sqrt{3}\$)R30\${\degree}\$-Sn Phase auftritt, ausgeschlossen werden. Die Sn-Atome ordnen sich ausschließlich auf der Oberfl{\"a}che neu an und f{\"u}hren zu einer Relaxation des darunterliegenden Substrats, deren atomare Verschiebungen sich bis in die sechste Si-Lage nachverfolgen lassen. Im Vergleich zu fr{\"u}heren Strukturaufkl{\"a}rungen an diesem Materialsystem best{\"a}tigt diese Analyse, dass sich die abgeschiedenen Sn-Atome auf T\$_4\$-Adsorptionspl{\"a}tzen energetisch g{\"u}nstig anlagern, wobei die bei drei unterschiedlichen Einfallswinkeln aufgenommenen experimentellen Daten an unterschiedlichen Probenpositionen auf ein vorhandenes bzw. fehlendes Si-Atom auf einem S\$_5\$-Gitterplatz im darunterliegenden Si(111)-Substrat hindeuten. Außerdem konnte das theoretisch vorhergesagte dynamische Fluktuations-Modell aufgrund der sehr stark erh{\"o}hten thermischen Auslenkungen der Sn-Atome aus ihrer Gleichgewichtslage in den Modellrechnungen zur dynamischen Streutheorie nachgewiesen werden. Dies k{\"o}nnte neben den unregelm{\"a}ßig angeordneten Si-Fehlstellen eine Ursache f{\"u}r das Ausbleiben des strukturell reversiblen Phasen{\"u}bergangs von einer (\$\sqrt{3}\times\sqrt{3}\$)R30\${\degree}\$-Phase zu einer (3\$\times\$3)-Phase bei tiefen Temperaturen, wie er beispielsweise beim elektronisch vergleichbaren Adsorbatsystem Ge(111)-(\$\sqrt{3}\times\sqrt{3}\$)R30\${\degree}\$-Sn auftritt, sein.},
  subject      = {Schwere-Fermionen-System},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schmitt2007,
  author    = {Schmitt, Stefan},
  title     = {Adsorbatinduzierte richtungsabh{\"a}ngige Facettierung und selbstorganisierte Dom{\"a}nen-Musterbildung auf vizinalen Ag(111)-Oberfl{\"a}chen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-25088},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit den strukturellen Aspekten einer adsorbat-induzierten Facettierung von vizinalen Ag(111)-Oberfl{\"a}chen. Bei dem Adsorbat handelte es sich um das organische Molek{\"u}l Perylen-3,4,9,10-Tetracarbons{\"a}ure-Dianhydrid (PTCDA). Die Experimente wurden unter Ultrahochvakuum-Bedingungen durchgef{\"u}hrt, die Charakterisierung erfolgte haupts{\"a}chlich mit den Messmethoden Rastertunnelmikroskopie (STM) und niederenergetische Elektronenbeugung (LEED). Das planare Farbstoffmolek{\"u}l PTCDA adsorbiert pr{\"a}ferentiell an den Stufenkanten der verwendeten 8.5° Ag(111)-Vizinaloberfl{\"a}chen und induziert bei geeigneten Pr{\"a}parationsbedingungen eine Rekonstruktion in stark gestufte Facettenfl{\"a}chen und in stufenfreie (111)-Terrassen. Die beobachteten Facetten sind f{\"u}r das System PTCDA/Ag charakteristisch und stellen durch eine molekulare {\"U}berstruktur richtungsselektiv stabilisierte Ag-Kristallebenen dar. Durch die Variation der Stufenrichtung der Startoberfl{\"a}che wurde eine Vielzahl von Facettentypen erhalten und nach Miller indiziert. In ihrer Gesamtheit erlauben sie einen R{\"u}ckschluss auf das Aussehen der Gleichgewichtskristallform eines mit PTCDA bedeckten Ag-Kristalles und damit auf das richtungsabh{\"a}ngige Benetzungsverhalten von Ag. Aus der Sicht des Substrates bewirkt das Adsorbat eine massive Erh{\"o}hung der Steifheit der Stufen. Die durch eine molekulare {\"U}berstruktur stabilisierten Facettenfl{\"a}chen {\"u}bernehmen die in der Kristallstruktur des Substrates angelegten Stufenrichtungen. Die gefundene Ausbildung von zwei typischen Facettensteigungen ist jedoch nicht durch die Ag-Kristallstruktur motivierbar. Die Facettierung wurde im Rahmen einer speziellen Adaption des Konzepts der Thermodynamik auf ebene gestufte Oberfl{\"a}chen als Orientierungsphasenseparation beschrieben. Dieses Konzept erlaubt eine korrekte Beschreibung der beobachteten lokalen Ph{\"a}nomene und zeigt zudem auf, dass das molekulare Gas, welches in den Messungen nicht erfasst wurde, eine wichtige Rolle bei der Rekonstruktion spielt. Es ergaben sich wichtige Indizien f{\"u}r die Existenz einer kritischen Inselgr{\"o}ße f{\"u}r PTCDA auf Ag(111). Es wurde eine vollst{\"a}ndige strukturelle Analyse aller stabilen molekularen {\"U}berstrukturen auf vizinalen Ag(111)-Oberfl{\"a}chen durchgef{\"u}hrt. Es wurden insgesamt 16 solcher {\"U}berstrukturen gefunden, von denen bisher nur 3 Strukturen bekannt und ver{\"o}ffentlicht waren. Dichte und Kommensurabilit{\"a}t der Facetten{\"u}berstrukturen sind systematisch vom Stufentyp der Oberfl{\"a}che abh{\"a}ngig. Die Frage nach dem Ursprung der beiden charakteristischen Facettensteigungen ist mit der Existenz von zwei Typen von {\"U}berstrukturgrenzen verkn{\"u}pft. Die Grenze bestimmt die Lage der fischgr{\"a}tartigen {\"U}berstruktur zu den Stufenkanten und die L{\"a}nge und die Breite des Molek{\"u}ls die beiden charakteristischen Stufenabst{\"a}nde. Letzteres geschieht verm{\"o}ge einer lokalen Wechselwirkung der PTCDA-Molek{\"u}le mit den Stufen. Die {\"U}berstrukturgrenzen erweisen sich als wichtiges Element der Rekonstruktion. Es wurden außerdem die Abh{\"a}ngigkeiten der verschiedenen, aneinander angrenzenden {\"U}berstrukturen aufgezeigt. Auf den (111)-Terrassen fanden sich 3 metastabile Ausnahme-Strukturen, welche einen vertieften Einblick in die komplexe Bildungskinetik der bisher bekannten stabilen (111)-Struktur erlauben. Die Facetten bilden zusammen mit den benachbarten (111)-Terrassen regelm{\"a}ßige, einem Reflexionsgitter {\"a}hnliche Muster mit einer Strukturweite von 5 bis 75nm. Die beobachteten Strukturweiten erreichen bei ausgedehntem Tempern typische Maximalwerte. STM-Messungen zeigen den Einfluss einer langreichweitigen Wechselwirkung zwischen den Facetten, vermittelt {\"u}ber elastische Eigenschaften des Substrates. Die Muster k{\"o}nnen als selbstorganisierte Zweiphasensysteme im thermodynamischen Gleichgewicht erkl{\"a}rt werden. Die Facetten wirken wie repulsiv wechselwirkende Defekte in einem elastischen Medium. Die Eignung dieser Muster als Templat wurde in Kooperation mit einer anderen Arbeitsgruppe am Beispiel der selektiven Deposition von Eisen belegt.},
  subject      = {Adsorbat},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kroeger2010,
  author    = {Kr{\"o}ger, Ingo},
  title     = {Adsorption von Phthalocyaninen auf Edelmetalloberfl{\"a}chen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-57225},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {In dieser Arbeit wurden methoden{\"u}bergreifend die Adsorbatsysteme CuPc/Ag(111), CuPc/Au(111), CuPc/Cu(111), H2Pc/Ag(111) und TiOPc/Ag(111) untersucht und detailliert charakterisiert. Der Schwerpunkt der Experimente lag in der Bestimmung der lateralen geometrischen Strukturen mit hochaufl{\"o}sender Elektronenbeugung (SPA-LEED) und Rastertunnelmikroskopie (STM), sowie der Adsorptionsh{\"o}hen mit der Methode der stehenden R{\"o}ntgenwellenfeldern (NIXSW). Hochaufl{\"o}sende Elektronenenergieverlustspektroskopie (HREELS) wurde verwendet, um die vibronische Struktur und den dynamischen Ladungstransfer an der Grenzfl{\"a}che zu charakterisieren. Die elektronische Struktur und der Ladungstransfer in die Molek{\"u}le wurde mit ultraviolett Photoelektronenspektroskopie (UPS) gemessen. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Arbeit betreffen den Zusammenhang zwischen Adsorbat-Substrat Wechselwirkung und der Adsorbat-Adsorbat Wechselwirkung von Phthalocyaninen im Submonolagenbereich.},
  subject      = {Oberfl{\"a}che},
  language  = {de}
}