Am Freitag, dem 15. Dezember 2023, 15:00 Uhr, HS1, IfPh, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Maximilian Schörner (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Redmer) zum Thema“Computational Challenges in Many-Particle Simulations of Extreme Matter“ als Hybrid-Veranstaltung statt.

Anmeldungen für eine Online-Teilnahme unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 14.12.2023

Abstract
A profound understanding of warm dense matter (WDM) properties is essential to unraveling the mysteries of planetary and stellar formation, evolution, and interior structure, as well as establishing inertial confinement fusion as a potential energy source. This thesis employs modern machine-learning approaches to leverage the capabilities of new laser and X-ray facilities. In the context of scattering experiments, the dynamic structure factor (DSF) of the ions and electrons is employed to connect the simulations with scattering experiments on different energy scales. 

Neural-network-based potentials are employed to connect the microscopic ion dynamics observed in simulations with material and transport properties in the hydrodynamic limit.

Furthermore, the DSF of the electrons is computed from sophisticated many-particle simulations and compared to analytic descriptions that are traditionally used in WDM scattering experiments to enable insights into ionization states.
Finally, it is demonstrated how these advances can aid in the analysis of modern WDM experiments.

Zusammenfassung
Ein tiefgreifendes Verständnis der Eigenschaften von warmer dichter Materie (WDM) ist unerlässlich, um die Geheimnisse der Planeten- und Sternentstehung, der Evolution und der inneren Struktur zu lüften und die Trägheitsfusion als potenzielle Energiequelle zu etablieren. In dieser Arbeit werden moderne Ansätze des maschinellen Lernens mit Ab-Initio-Simulationen kombiniert, um die Schnittstelle zwischen Simulationen und Experimenten zu verbessern. Im Zusammenhang mit Streuexperimenten wird der dynamische Strukturfaktor (DSF) der Ionen und Elektronen verwendet, um die Simulationen mit Streuexperimenten auf verschiedenen Energieskalen zu verbinden. 

Auf neuronalen Netzen basierende Potenziale werden eingesetzt, um die in Simulationen beobachtete mikroskopische Ionendynamik mit Material- und Transporteigenschaften im hydrodynamischen Grenzbereich zu verbinden.

Darüber hinaus wird der DSF der Elektronen aus Simulationen der Dichtefunktionaltheorie mit Molekulardynamik (DFT-MD) berechnet und mit analytischen Beschreibungen verglichen, dietraditionell in WDM-Streuexperimenten verwendet werden, um Einblicke in den Ionisationszustand zu ermöglichen.
Schließlich wird aufgezeigt, wie diese Fortschritte bei der Analyse von modernen WDM-Experimenten helfen können.

Interessenten sind herzlich eingeladen!

Am Freitag, dem 22. September 2023, 15:00 Uhr, HS1, IfPh, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Vladislav Kochetov (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Kühn) zum Thema“Ultraschnelle Elektronendynamik in Molekülen im Rahmen der Dichtematrix-basierten Konfigurationswechselwirkung“ als Hybrid-Veranstaltung statt.

Anmeldungen für eine Online-Teilnahme unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de bis 21.09.2023

Zusammenfassung
Das Hauptziel dieser Arbeit bestand darin, einen allgemeinen Rahmen zur numerischen Simulation zu entwickeln, der zeitabhängigen Phänomene in Molekülen von Ladungsmigration bis zur nichtlinearen Spektroskopie umfasst. Das Programmmodul RhoDyn wurde als Teil des Open-Source-Projekts Open-MOLCAS implementiert, das zur Untersuchung ultraschneller Elektronendynamiken im Rahmen der dichtematrixbasierten zeitabhängigen Konfigurationswechselwirkung im eingeschränkten aktiven Raum entwickelt wurde. Der Formalismus bietet eine umfassende Behandlung der Elektronenkorrelation und des Spin-Bahn-Kopplungseffekts. Es integriert auch auf natürliche Weise nichtadiabatische Effekte, Photoionisation, Auger-Zerfallsprozesse und andere dissipative Terme, was eine gründliche Erfor-schung der Elektronendynamik von kleinen Molekülen ermöglicht. Ein weiterer Aspekt besteht darin, die Ergebnisse der theoretischen Simulation der photoninduzierten ultraschnellen Spin-Dynamik innerhalb des implementierten Rahmenwerks ab-initio Berechnungen vorzustellen.

Abstract
The main goal of this thesis was to develop a general framework to numerically simulate a range of time-dependent phenomena in molecules starting from charge migration to describing non-linear spec-troscopy. The program module RhoDyn, intended to study ultrafast electron dynamics within the density-matrix-based time-dependent restricted active space configuration interaction framework, has been im-plemented as a part of the open-source OpenMOLCAS project. The formalism provides a comprehen-sive treatment of electron correlation and spin-orbit coupling effects. It also naturally incorporates energy and phase relaxation effects due to nuclei, photoionization, Auger decay processes, and other dissipa-tive terms, enabling a thorough exploration of the electron dynamics in small molecules. Another point is to present the results of work concerning photon-induced ultrafast spin dynamics being theoretically modelled within the implemented framework of ab-initio calculations.

Interessenten sind herzlich eingeladen!

Am Freitag, dem 07. Juli 2023, 15:00 Uhr, HS1, IfPh, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Benjamin Liewehr (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Fennel) zum Thema“Analysis of Sub-Cycle Nanoplasma Dynamics via Low-Order Harmonic Generation“ als Hybrid-Veranstaltung statt.

Anmeldungen für eine Online-Teilnahme unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 06.07.2023

Abstract

The nonlinear optical response of dielectrics under intense laser fields gives rise to various important effects ranging from four-wave mixing and solitary wave formation to self-focussing and self-phase modulation. These well-known processes take place at intensities low enough to avoid permanent material modification and optical breakdown and can usually be described accurately by the third-order Kerr response. At higher intensities, additional contributions to the nonlinear response such as dynamical Bloch oscillations and recollision effects emerge and have recently been studied in great detail in the context of high-order harmonic generation. As yet unresolved is the significance of strong-field ionization and plasma formation for the nonlinear optical response and the resulting optical signals although ionization-induced wave mixing and harmonic emission have been proposed more than 30 years ago. This thesis describes a systematic analysis that aims at closing this gap. To this end the role and signatures of ionization-induced nonlinearities in wide bandgap dielectrics are investigated theoretically via local plasma simulations and ionization-radiation models and compared to experiments to reveal their nature and their potential for imaging and controlling strong-field ionization down to the sub-cycle time scale. The central results of this thesis are (i) the identification of the dominance of ionization induced low order harmonic emission near the damage threshold through the so far overlooked injection current, (ii) the demonstration of the resulting opportunities for monitoring ultrafast plasma formation via non-perturbative wave mixing, and (iii) the analysis of the potential of sub-cycle plasma formation with shaped laser fields for the generation of optically controlled sub-wavelength structures and gratings in laser material modification.

Zusammenfassung

Die nichtlineare Strahlungsantwort dielektrischer Festkörper auf starke Laserfelder führt zu verschiedenen wichtigen Effekten, die von Vier-Wellen-Mischung, Solitonenerzeugung bis hin zur Selbstfokussierung und Selbstphasenmodulation reichen. Diese wohlbekannten Prozesse laufen bereits bei Intensitäten ab, die niedrig genug sind, um eine dauerhafte Materialveränderung bzw. einen optischen Zusammenbruch zu vermeiden und lassen sich üblicherweise vollständig durch die Kerr-Antwort dritter Ordnung beschreiben. Bei höheren Intensitäten treten weitere Beiträge zur nicht-linearen Antwort auf, wie dynamische Blochoszillationen und Rekollisionseffekte, die bereits detailliert im Zusammenhang mit hoher Harmonischenerzeugung untersucht wurden. Bisher ungeklärt ist dabei der Einfluss der Starkfeldionisation und der Plasmaerzeugung auf die nichtlineare optische Antwort und die daraus resultierenden optischen Signale, obwohl ionisationsinduzierte Wellenmischung und Harmonischenerzeugung vor bereits 30 Jahren erstmals vorgeschlagen wurden. Diese Dissertation beschreibt eine systematische Analyse, um diese Lücke zu schließen. Hierzu werden Rolle und Signaturen von ionisationsinduzierten Nichtlinearitäten in Dielektrika mit großer Bandlücke theoretisch mittels lokaler Plasmasimulationen und Ionisationsratenmodellen untersucht und mit Experimenten verglichen, um ihr Potential für Abbildung und Kontrolle der Starkfeldionisation bis hinunter zur Subzyklenzeitskala aufzuklären. Die zentralen Ergebnisse dieser Arbeit sind (i) die Identifikation des dominanten Beitrags ionisationsinduzierter Harmonischer niedriger Ordnung nahe der Zerstörschwelle anhand des bisher unberücksichtigten Injektionsstroms, (ii) der Demonstration der sich daraus ergebenden Möglichkeiten zur Beobachtung ultraschneller Plasmaerzeugung durch nicht-perturbative Wellenmischung und (iii) die Identifizierung von Potenzialen zur Subzyklenplasmaerzeugung mittels maßgeschneiderter Laserfelder für die Erzeugung optisch kontrollierter Subwellenlängenstrukturen und Gitter für die Lasermaterialbearbeitung.

Am Dienstag, dem 23. Mai 2023, 15:00 Uhr, HS1, IfPh, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Julien Pinske (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Scheel) zum Thema“Quantum Holonomies in Photonic Waveguide Systems“ als Hybrid-Veranstaltung statt.

Anmeldungen für eine Online-Teilnahme unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de bis 22.05.2023

Abstract

The findings of gauge theory, both Abelian and non-Abelian, apply to areas beyond the theories of fundamental interactions. A gauge potential acting on a quantum state results in an evolution that is determined by a quantum holonomy. A striking feature of these geometric and topological proposals is that nontrivial quantum information processing can be performed even in the presence of a vanishing Hamiltonian, thus leading to desirable fault-tolerance features. The thesis at hand deals with the emergence of quantum holonomies in systems of coupled waveguides. Several proposals for their realisation in arrays of laser-written fused-silica waveguides are presented, including experimental results. I develop an operator-theoretic framework for the photon-number independent description of these optical networks. Finally, quantum holonomies will be embedded into schemes for measurement-based quantum computation, with the aim of approximating Jones polynomials.

Zusammenfassung

Die Erkenntnisse Abelscher und nicht-Abelscher Eichtheorien sind auf Problemstellungen anwendbar, welche sich über den Bereich moderner Quantenfeldtheorien hinaus erstrecken. Ein Eichpotential, welches auf einen Quantenzustand wirkt, führt zu einer Evolution, welche durch eine Quantenholonomie beschrieben wird. Eine bemerkenswerte Eigenschaft dieser geometrischen und topologischen Transformationen liegt in der Möglichkeit Quanteninformation unabhängig von dynamischen Einflüssen zu verarbeiten. Dies weist auf vielversprechende Fehlertoleranzeigenschaften dieser Transformationen hin. Die vorliegende Thesis untersucht die Konzipierung von Quantenholonomien in Systemen gekoppelter Wellenleiter. Eine Vielzahl möglicher Realisierungen mittels lasergeschriebener Wellenleiter in Quarzglas wird präsentiert und zugehörige experimentelle Ergebnisse erläutert. Die Entwicklung einer operatortheoretischen Beschreibung für die photonenzahlunabhängige Beschreibung dieser optischen Netzwerke wird vorgenommen. Abschließend werden Quantenholonomien für die messinduzierte Quantenberechnung von Jones-Polynomen verwendet.

Am Freitag, dem 14. April 2023, 15:00 Uhr, HS1, IfPh, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Norman Iwe (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Meiwes-Broer) zum Thema“Elektronische und optische Eigenschaften massen- und ladungsselektierter polyanionischer Silbercluster“als Hybrid-Veranstaltung statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 13.04.2023

Zusammenfassung

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Experiment aufgebaut, das Untersuchungen mittels
Photoelektronenspektroskopie an größen- und ladungsselektierten (poly-)anionischen
Metallclustern ermöglicht. Die Auswertung aufgenommener Elektronensignale konzentriert sich auf die Entwicklung der elektronischen und optischen Eigenschaften von Silbernanoteilchen in Abhängigkeit von Clustergröße (N=3-800 Atome) und Ladungszustand (z=1-7 Überschusselektronen). Es zeigte sich, dass auch die Ablöseenergien der mehrfach negativ geladenen Systeme gut durch den etablierten Metallkugelansatz beschrieben werden. Weiter konnten Informationen zum charakteristischen Coulombbarrierenpotential durch Anwendung eines Modells, das
Tunnelprozesse berücksichtigt, extrahiert werden. Die optischen Spektren lieferten klare Hinweise auf kollektive Anregungen der Valenzelektronen in den polyanionischen Metallclustern, wobei sich bei kleinen Clustergrößen teils erhebliche Abhängigkeiten vom Ladungszustand ergaben.

Abstract

Within the scope of this work, a setup for conducting photoelectron spectroscopy experiments on size and charge-state selected (poly-)anionic metal clusters was developed. The evaluation of the recorded electron signals focuses on the development of the electronic and optical properties of silver nanoparticles as a function of size (N=3-800 atoms) and number of excess electrons (z=1-7). A good agreement was found between the electron detachment energies and the metallic sphere model. Further, information on the characteristic Coulomb barrier potential have been
extracted by applying a model to the electron spectra which takes tunneling into account. The optical spectra show clear evidence for collective valence electron excitations in polyanionic metal clusters. The plasmon resonances show a dependence on the polyanionic charge state, especially pronounced for the smaller cluster sizes.

Am Freitag, dem 10. März 2023, 15:00 Uhr, HS1, IfCh, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Sebastian Weidemann (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Szameit) zum Thema“Non-Hermitian topological photonics in coupled optical fibre loops“ als Hybrid-Veranstaltung statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 09.03.2023

Abstract

The field of topological physics has attracted considerable attention in recent years, and an ever-growing variety of physical systems shows close relations between topological invariants and intriguing material properties. This scientific interest is further boosted by recent extensions to open systems in which the exchange of energy with the environment
(i.e., dissipation) can be source of novel topological effects. Within the scope of this work, the interplay between topology and dissipation was investigated both theoretically and experimentally. Embedded into the field of non-Hermitian physics, one-dimensional lattice models governed by a Schrödinger equation with a non-Hermitian Hamiltonian are studied. These models are experimentally implemented by means of classical light propagation in coupled optical fibre loops. To begin with, a novel non-Hermitian topological phase is realized by locally introducing optical gain and loss. The underlying topology is the origin of a novel light funnelling mechanism. In addition to being highly directional, the topologically induced flow of light is robust against disorder. Based on these results, a non-Hermitian topological phase is demonstrated in a quasiperiodic system. The interplay of its unique spatial order with optical gain and loss give rise to a topological triple phase transition that intertwines non-Hermitian topology, the localization of eigenstate as well as the energy exchange with the environment, indicating a potentially close relation between these properties, which are commonly viewed as independent.

Zusammenfassung

Das Feld der topologischen Physik hat in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit erregt, denn eine zunehmende Vielfalt an physikalischen Systemen zeigt Zusammenhänge zwischen topologischen Invarianten und faszinierenden Materialeigenschaften. Dieses wissenschaftliche Interesse wurde durch Erweiterungen auf nicht-konservative Systeme, in denen der Energieaustausch mit der Umgebung (Dissipation) die Ursache für neuartige Effekte sein kann, umso intensiver. Im Rahmen dieser Arbeit wird das Zusammenspiel zwischen Topologie und Dissipation sowohl theoretisch als auch experimentell untersucht. Eingebettet in das Feld der nicht-hermiteschen Physik werden eindimensionale Gittermodelle studiert, denen eine Schrödingergleichung mit nicht-hermiteschem Hamiltonian zugrunde liegt. Diese Modelle werden mittels der Ausbreitung von klassischen Lichtpulsen in gekoppelten Lichtleiterschleifen experimentell realisiert. Zu Beginn wird eine neue nicht-hermitesche topologische Phase mittels optischer Verstärkung und Dämpfung realisiert. Die zugrundeliegende Topologie ist die Ursache für einen Trichtermechanismus in der Lichtausbreitung. Durch ihren topologischen Ursprung ist die damit verbundene, gerichtete Lichtausbreitung robust gegen Unordnung. Auf Basis dieser Ergebnisse wird eine nicht-hermitesche topologische Phase in einer quasiperiodischen Struktur realisiert. Das Zusammenspiel dieser außergewöhnlichen räumlichen Ordnung mit optischer Verstärkung und Dämpfung ruft einen neuartigen Dreifach-Phasenübergang hervor, der topologische Eigenschaften mit der Lokalisierung von Eigenzustände sowie dem Energieaustausch mit der Umgebung verknüpft und einen potenziell engen Zusammenhang zwischen diesen normalerweise als unabhängig erachteten Eigenschaften aufzeigt.

Am Freitag, dem 03. März 2023, 15:00 Uhr, HS1, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Serhat Can (Atmosphärenphysik, AG Prof. Dr. Becker, IAP) zum Thema“Macro-Turbulent Energy Cascades In Upper Tropospheric-Lower Stratospheric Mesoscale“ als Hybrid-Veranstaltung statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 02.02.2023

Wichtige Hinweise:
Bitte beachten Sie die allgemein geltenden Regeln und Hygienemaßnahmen.

Abstract

The focus of this thesis is on the investigation of the mesoscale (horizontal wavelengths that are smaller than about a thousand km) energy cascades in upper tropospheric and lower stratospheric (UTLS) altitudes. For this purpose, we performed simulations for 16 days of January conditions using a mechanistic general circulation model (GCM) with a high horizontal and vertical resolution extending up to the lower mesosphere (~55km height). Main results are twofold. Firstly, we fulfilled for the first time in a GCM the scale invariance criterion (SIC, a further physical constraint in addition to elementary hydrodynamical conservation laws) for both the horizontal subgrid-scale (SGS) diffusion of sensible heat and horizontal momentum. Secondly, the analyses of spectral kinetic energy (KE) and available potential energy (APE) budgets show that simulated KE and APE spectra in UTLS mesoscales can be explained by stratified macro-turbulence (SMT) theory. We also extended the SMT theory to include gravity wave (GW) energetics, which lead us to the conclusion that on average SMT is realized by the superposition of saturated mid-frequency GWs, such that half the energy deposited by these GWs as KE is converted to APE. Our results also show that the energy deposition of these resolved GWs is not captured properly unless SIC is fulfilled for both SGS horizontal diffusion of horizontal momentum and sensible heat.

Zusammenfassung

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung der mesoskaligen (horizontale Wellenlängen, die kleiner als etwa tausend km sind) Energiekaskaden in Höhen der oberen Troposphäre und der unteren Stratosphäre (UTLS). Zu diesem Zweck haben wir Simulationen für 16 Tage Januarbedingungen unter Verwendung eines mechanistischen globalen Zirkulationsmodells mit hoher horizontaler und vertikaler Auflösung, das sich bis in die untere Mesosphäre (~55km Höhe) erstreckt. Erstens haben wir zum ersten Mal in einem GCM das Skaleninvarianzkriterium (SIC, eine weitere physikalische Nebenbedingung zusätzlich zu elementaren hydrodynamischen Erhaltungsgesetzen) sowohl für die horizontale Untergitterskala (SGS) Diffusion der fühlbaren Wärme als auch für den horizontalen Impuls erfüllt. Zweitens zeigen die Analysen der Budgets für spektrale kinetische Energie (KE) und verfügbare potentielle Energie (APE), dass simulierte KE- und APE-Spektren in UTLS-Mesoskalen durch die Theorie der stratifizierten Makroturbulenz (SMT) erklärt werden können. Wir haben auch die SMT-Theorie um die Schwerewellen (GW)-Energetik erweitert, was uns zu dem Schluss führte, dass SMT im Durchschnitt der Überlagerung von gesättigten Mittelfrequenz-GWs entspricht, wobei die Hälfte der von diesen GWs als KE deponierten Energie in APE umgewandelt wird. Unsere Ergebnisse zeigen auch, dass die Energieabgabe dieser aufgelösten GWs nicht richtig erfasst wird, außer SIC ist sowohl für die horizontale SGS-Diffusion des horizontalen Impulses als auch für die fühlbare Wärme erfüllt.

Am Freitag, dem 13. Januar 2023, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Kai Barnscheidt (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Hage) zum Thema“Experimental methods for measurement and analysis of quantum fluctuations and correlations in bright comb-like pulses“ als Hybrid-Veranstaltung statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 12.01.2023

Wichtige Hinweise:
Bitte beachten Sie die allgemein geltenden Regeln und Hygienemaßnahmen.

Abstract

Previously, a quantum state reconstruction of a fs pulse, squeezed in a fibre by the Kerr effect, was not feasible due to the strong carrier pulse. This measurement is enabled here by the separation of both classical and quantum fluctuations from the carrier pulse. Based on the comb structure of fs pulses, emitted by mode-locked lasers, an adequate optical resonator is used for this spectral separation. Thereby the separated fluctuations can be analysed in a balanced homodyne detection (BHD) setup by a local oscillator (LO) pulse. Furthermore, the introduced setup allows to shape the LO pulse and thereby facilitates the characterisation of correlations between different parts of the pulse. The separation resonator was experimentally character-ised as its properties influence the observed interference patterns. Furthermore, for the evaluation of the BHD data, an approach was used that enabled necessary corrections as well as the simultaneous evaluation of the vacuum reference. One mayor limiting factor for the observed squeezing was the phase noise from Brillouin scattering on thermally excited vibrational modes of the fibre. This was verified by observation a reduction in phase noise after submerging the fibre in liquid nitrogen.

Zusammenfassung

Bisher war eine Quantenzustandsrekonstruktion von in Glasfasern Kerr-gequetschten fs-Pulsen aufgrund des starken Trägerpulses nicht praktikabel. Eine solche Messung wird hier ermöglicht, indem sowohl klassi-sche als auch quantische Fluktuationen von dem Trägerpuls getrennt werden. Dies geschieht unter Ausnut-zung der Frequenzkammstrukur des von einem modengekoppelten Lasern erzeugten fs-Puls und einem abgestimmten optischen Resonator zur spektralen Trennung. Die getrennten Fluktuationen können dann in einer balancierten homodynen Detektion (BHD) mit einem weiterem Puls als Lokaloszillator (LO) vermessen werden. Zusätzlich kann der realisierte Messaufbau den LO-Puls formen und vereinfacht die Charakterisie-rung von Korrelationen zwischen verschiedenen Teilen des Pulses. Der zur Trennung benutzte Resonator wurde experimentell charakterisiert, da seine Eigenschaften die aufgenommenen Interferogramme beein-flussen. Zur Auswertung der BHD-Daten wurde ein Ansatz benutzt, welcher von gängigen Methoden ab-weicht und sowohl benötigte Korrekturen als auch die zeitgleiche Aufnahme einer Vakuumreferenz ermög-licht. Phasenrauschen durch Brillouin-Streuung an thermisch angeregten Vibrationsmoden der Glasfaser wurde als ein hauptsächlich limitierender Faktor für den gemessenen Quetschgrad ausgemacht. Dies wurde durch die Beobachtung der Abnahme von Phasenrauschen unter der Kühlung der Glasfaser mit flüssigen Stickstoff beobachtet.

Am Freitag, dem 23. September 2022, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Harikrishnan Charuvil Asokan (Atmospheric Physics, AG Prof. Dr. Chau, IAP) zum Thema“Investigations of Mesosphere and Lower Thermosphere Mesoscale Dynamics Using Ground-based Measuring Techniques“als Hybrid-Veranstaltung statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 22.09.2022

Wichtige Hinweise:
Bitte beachten Sie die allgemein geltenden Regeln und Hygienemaßnahmen.

Abstract

Mesoscale dynamics in the mesosphere and lower thermosphere (MLT) region are mainly due to atmospheric gravity waves (GWs) and stratified turbulence. GWs are assumed to be the dominant drivers of MLT mesoscale dynamics. However, characterising and observing these scales is challenging due to their scales and intermittent nature. This thesis investigates the mesoscale dynamics of the MLT region using ground-based observations. The main dataset used in this work is from multistatic specular meteor radars (SMRs). The study is complemented with observations from airglow imagers and satellites and with direct numerical simulations as well as high-resolution model data. This thesis uses a novel second-order statistics approach to investigate the correlation functions in temporal and spatial scales from one-dimensional projections of three-dimensional wind velocities. In a case study, we found that unexpected large horizontal scales dominate the dynamics. Intriguing high vertical velocity estimates using multistatic SMRs at different latitudes are also addressed through a validation study by constructing virtual multistatic radar systems based on winds from a high-resolution general circulation model.  

Zusammenfassung

Die mesoskalige Dynamik in der Mesosphäre und der unteren Thermosphäre (MLT) ist hauptsächlich auf atmosphärische Schwerewellen (GWs) und geschichtete Turbulenzen zuückzuführen. Es wird angenommen, dass GWs die dominierenden Treiber der mesoskaligen MLT-Dynamik sind. Die Charakterisierung und Beobachtung dieser Skalen ist jedoch aufgrund ihrer Dimensionen und intermittierenden Natur eine Herausforderung. Diese Arbeit untersucht die mesoskalige Dynamik der MLT-Region vorrangig mit Hilfe von bodengestützten Beobachtungen. Die Hauptbeobachtungen, die dabei verwendet werden, stammen von multistatischen Specular Meteor Radaren (SMRs). Diese Studiewird durch Beobachtungen von Airglow-Imagern und Satelliten und durch direkte numerische Simulationen sowie hochauflösende Modelldaten ergänzt. Diese Dissertation verwendet einen neuartigen Ansatz der Statistik zweiter Ordnung, um die Korrelationsfunktionen in zeitlichen und räumlichen Skalen aus eindimensionalen Projektionen dreidimensionaler Windgeschwindigkeiten zu untersuchen. In einer Fallstudie haben wir festgestellt, dass unerwartet große horizontale Skalen die Dynamik dominieren. Die Abschätzung faszinierend hoher Vertikalgeschwindigkeiten, unter Verwendung von multistatischen SMRs in verschiedenen geografischen Breiten, werden auch durch eine Validierungsstudie behandelt, bei der virtuelle multistatische Radarsysteme auf der Grundlage von Winden aus einem hochaufgelösten allgemeinen Zirkulationsmodell konstruiert werden.

Am Dienstag, dem 12. Juli 2022, 09:30 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Wenzuo Wei (Angewandte Physik, AG Prof. Dr. Kolb) zum Thema "Dielectric Characterization of Osseous Tissues Based on Electrical Impedance Spectroscopy and Different Models and Methods" als Online-Veranstaltung statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de bis 11.07.22

Wichtige Hinweise:
Bitte beachten Sie die allgemein geltenden Regeln und Hygienemaßnahmen.

Abstract
Dielectric (or impedimetric) and microstructural properties of osseous tissues, that can determine their responses to
electrical stimulation, have been characterized and investigated by different models and methods. Impedimetric prop-
erties of osseous tissues (e.g., trabecular bones) were in particular measured with a real-time and more importantly,
non-invasive method – electrical impedance spectroscopy (EIS), which can monitor the integration of electrically im-
plants and regeneration of defective osseous tissues with patient-specific differences. Consequently, different ap-
proaches, including multivariate analysis, equivalent circuit model, effective medium approximation, and deep learning
model, have been exploited and developed to understand and characterize the impedimetric properties of osseous
tissues based on EIS. Note that the study has been focused on anatomically close but different osseous regions, e.g.,
the greater trochanter, femoral head and femoral neck, in order to ensure a high sensitivity of the employed models
and methods. In addition, for the first time the differences among specimens, including but not limited to different
components (e.g., water and fat content) and microstructures (e.g., bone volume fraction, BV/TV), were considered for
the impedimetric analysis of different regions. Accordingly, the study offers the possibility for a spatially resolved and
eventually patient-specific characterization as well as discrimination of osseous tissues, especially for evaluation and
treatments with electrical stimulation.

Zusammenfassung
Die dielektrischen (oder impedimetrischen) und mikrostrukturellen Eigenschaften von Knochengeweben, die ihre Re-
aktion auf elektrische Stimulation bestimmen können, wurden mit verschiedenen Modellen und Methoden charakteri-
siert und untersucht. Impedimetrische Eigenschaften von Knochengewebe (z. B. Trabekelknochen) wurden insbeson-
dere mit einer Echtzeit- und vor allem nicht-invasiven Methode gemessen - der elektrischen Impedanzspektroskopie
(EIS), mit der die Integration elektrischer Implantate und die Regeneration defekter Knochengewebe mit patientenspe-
zifischen Unterschieden überwacht werden kann. Infolgedessen wurden verschiedene Ansätze, darunter die multiva-
riate Analyse, das Äquivalenzschaltungsmodell, die Approximation des effektiven Mediums und Deep Learning Mo-
delle, entwickelt und genutzt, um die impedimetrischen Eigenschaften von Knochengeweben auf der Grundlage der
EIS zu verstehen und zu charakterisieren. Es sei darauf hingewiesen, dass sich die Studie insbesondere auf anato-
misch nahe gelegene, aber unterschiedliche Knochenregionen konzentriert hat, z. B. den Trochanter major, den
Femurkopf und den Schenkelhals, um eine hohe Empfindlichkeit der verwendeten Modelle und Methoden zu gewähr-
leisten. Darüber hinaus wurden zum ersten Mal die Unterschiede zwischen den Proben, einschließlich, aber nicht
beschränkt auf unterschiedliche Komponenten (z. B. Wasserund Fettgehalt) und Mikrostrukturen (z. B. Knochenvolu-
menanteil, BV/TV), bei der impedimetrischen Analyse verschiedener Regionen berücksichtigt. Dementsprechend bie-
tet die Studie die Möglichkeit einer räumlich aufgelösten und eventuell patientenspezifischen Charakterisierung sowie
Unterscheidung von Knochengeweben, insbesondere für die Bewertung und Behandlung mit elektrischer Stimulation.

Am Mittwoch, dem 06. Juli 2022, 15:15 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Lukas Maczewsky (Experimentalphysik, AG Prof. Szameitl) zum Thema “Anomalous Floquet topological phases in laser-written photonic lattices“ als Hybrid-Veranstaltung statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 05.07.2022

Wichtige Hinweise:
Bitte beachten Sie die allgemein geltenden Regeln und Hygienemaßnahmen.

Abstract

Photonic topological insulators exhibit scatter-free unidirectional light transport at their boundaries. The remarkable robustness of these optical systems is rooted in a chirality inherent in the photonic lattice, which is described by the mathematical tools of topology. Anomalous topological Floquet insulators feature a unique topological phase that enables edge transport in all band gaps of the system. In this colloquium, several photonic versions of such anomalous topological insulators will be presented and experimental studies in femtosecond laser-written waveguide gratings will be discussed.

An implementation of a driven grating is presented, which for the first time experimentally realized a photonic anomalous topological Floquet insulator. The experimental setup allows the study of the unidirectional edge channels in the presence of various perturbations. Subsequently, the concept of anomalous topological insulators is leveraged to propose, implement, and characterize a nonlinearity-induced topological insulator.

Zusammenfassung

Photonische topologische Isolatoren weisen einen streufreien unidirektionalen Lichttransport an ihren Grenzen auf. Die bemerkenswerte Robustheit dieser optischen Systeme ist auf eine spezifische Chiralität des photonischen Gitters zurückzuführen, die mit mathematischen Werkzeugen der Topologie beschrieben wird. Anomale topologische Floquet-Isolatoren weisen eine einzigartige topologische Phase auf, die den Randtransport in allen Bandlücken des Systems ermöglicht. In diesem Kolloquium werden mehrere photonische Versionen solch anomaler topologischer Isolatoren vorgestellt und die experimentellen Untersuchungen in Femtosekundenlaser-geschriebenen Wellenleitergittern diskutiert.

Es wird eine Implementierung eines getriebenen Gitters vorgestellt, mit der zum ersten Mal experimentell ein photonischer anomaler topologischer Floquet-Isolator realisierte wurde. Der experimentelle Aufbau erlaubt die Untersuchung der unidirektionalen Kantenkanäle in Gegenwart verschiedener Störungen. Anschließend wird das Konzept der anomalen topologischen Isolatoren genutzt, um einen nichtlinearitätsinduzierten topologischen Isolator vorzuschlagen, zu implementieren und zu charakterisieren.

Am Freitag, dem 27. Mai 2022, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Thomas Stielow (Theoretische Physik, AG Prof. Scheel) zum Thema“Analyzing and Controlling Large Nanosystems with Physics-Trained Neural Network“ im HS1 als Hybrid-Veranstaltung statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 25.05.2022

Wichtige Hinweise:
Bitte beachten Sie die allgemein geltenden Regeln und Hygienemaßnahmen.

Abstract

Simulating real-world processes on a macroscopic scale with microscopic physical theories usually requires extensive numerical calculations. This time-consuming procedure is a limiting factor in the evaluation of modern large-scale experiments. In recent years, neural networks have emerged as powerful artificial intelligence algorithms capable of learning complex relations from just limited sets of training data. This thesis investigates the possible application of neural networks in accelerating the evaluation of physical experiments while minimizing the required simulation effort. One focus is the reconstruction of silver nanoclusters from single-shot wide-angle scattering patterns with only limited information content. It turns out that neural networks are capable of inferring universal reconstruction rules from only a small set of simulated scattering data and offer a significant speed-up compared to classical reconstruction algorithms. When trained directly on scattering theory, the reconstructions reach an unprecedented level of detail, even for objects outside the training data space. Further, a dynamic excitation scheme for giant dipole states of Rydberg excitons in cuprous oxide is derived through deep reinforcement learning interacting with an atomic simulation environment.  

Zusammenfassung

Das Simulieren von makroskopischen physikalischen Prozessen mit mikroskopischen Modellen der theoretischen Physik erfordert immense numerische Berechnungen. Der dazugehörige Zeitaufwand schränkt die Auswertungsmöglichkeiten für datenreiche moderne Experimente stark ein. In den letzten Jahren haben neuronale Netze immer mehr an Bekanntheit erlangt als künstliche Intelligenzen, die in der Lage sind aus einem sehr eingeschränkten Datensatz allgemeine Regeln abzuleiten. In dieser Arbeit wird untersucht, wie Neuronale Netze genutzt werden können um die Auswertung von Experimenten durch Minimierung des Simulationsaufwandes beschleunigt werden kann. Ein Schwerpunkt ist dabei die Rekonstruktion von Silber Nanoclustern aus Einzelschuss-Weitwinkel Streubildern, die nur einen eingeschränkten Informationsgehalt haben. Es zeigt sich, dass Neuronalen Netzen bereits aus kleinen Datensätzen allgemeine Rekonstruktionsregeln ableiten können und dabei signifikant schneller sind als klassische Rekonstruktionsalgorithmen. Durch Training durch die Streuphysik selbst erreicht diese Rekonstruktion in einer bisher unerreichten Detailschärfe, sogar für Objekte, die außerhalb des Raumes der Trainingsdaten liegen. Weiter wird ein dynamisches Anregungsschema für Giant Dipole Zustände von Rydbergexzitonen in Kupferoxydul mittels Deep Reinforcement Learning hergeleitet, das anhand einer atomaren Simulationsumgebung trainiert wird.

Am Freitag, dem 01. April 2022, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Semjon Köhnke (Exprerimentalphysik, AG Prof. Hage) zum Thema “Quantenkorrelationsaufbau und -untersuchung im Strahlungsfeld” als Hybrid-Veranstaltung statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de bis 31.03.2022

Wichtige Hinweise:
Das Kolloquium wird gemäß dem gültigen Handlungsrahmen zur Durchführung von Präsenzveranstaltungen an der Universität Rostock durchgeführt.
Bitte beachten Sie die allgemein geltenden Regeln und Hygienemaßnahmen: https://unibox.uni-rostock.de/getlink/fi7ZA7PbnB4gerLWrx83JmEw/Infektionsschutz_Info_3G.pdf

Zusammenfassung

Die Quantenkommunikation nutzt für viele Protokolle verschränkte Zustände. In der Praxis ist die Nutzung von ver-schränkten Zuständen oftmals mit hohem technischen Aufwand verbunden. Beispielsweise können relativ einfache Störungen wie Phasenrauschen dazu führen, dass sich in einem ursprünglich verschränkten Zustand keine Ver-schränkung mehr nachweisen lässt. Das trägt zu den anhaltenden Diskussionen bei, welche Methoden sich am besten eignen, um Quantenkorrelationen aufzudecken. Neben der Verschränkung stellen Quantenkohärenz oder Quantendiskord häufig diskutierte Konzepte dar.
In dieser Arbeit wird ein Experiment vorgestellt, welches das durchaus realitätsnahe Szenario vom Informationsver-lust der optischen Phase nachbildet. Hierfür wurde ein vollständig phasenverrauschter Zwei-Moden gequetschter Zustand hergestellt. Es wird gezeigt, dass sich Quantenkorrelationen mittels Negativitäten in der regularisierten Glauber-
Sudarshan P Funktion – einer derzeit wenig beachteten Quasiwahrscheinlichkeitsverteilung – nachweisen lassen, während andere Konzepte wie Verschränkung oder Quantenkohärenz bei dem Nachweis fehlschlagen. Die Resul-tate schließen eine umfassende Fehlerbetrachtung des rekonstruierten Zustands mit ein.    

Abstract

Quantum communication uses entangled states for many protocols. In practice, the handling of entangled states is often associated with high technical effort. For example, relatively simple disturbances, such as phase noise, can lead to the fact that entanglement can no longer be detected in initially entangled states. This contributes to the on-going discussions about which notions are best suited to detect quantum correlations. Besides entanglement, quantum coherence and quantum discord are frequently discussed concepts.
In this thesis, an experiment is presented which emulates the quite realistic scenario of phase information loss. For this purpose, a completely phase-randomized two-mode squeezed state was established. The presence of quan-tum correlations are certified via negativities in the regularized Glauber-Sudarshan P function – a rarely considered concept of nonclassicality of light – while other contemporary concepts like entanglement or quantum coherence fail to certify the quantumness of the state. The results include a comprehensive error analysis of the reconstructed state.

Am Freitag, dem 25. Februar 2022, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Helge Dobbertin (Theoretische Physik, AG Prof.Scheel) zum Thema “Dipole-dipole interactions in confined planar geometries” als Hybrid-Veranstaltung statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de bis 24.02.2022

Wichtige Hinweise:
Das Kolloquium wird gemäß dem gültigen Handlungsrahmen zur Durchführung von Präsenzveranstaltungen an der Universität Rostock durchgeführt.
Bitte beachten Sie die allgemein geltenden Regeln und Hygienemaßnahmen: https://unibox.uni-rostock.de/getlink/fi7ZA7PbnB4gerLWrx83JmEw/Infektionsschutz_Info_3G.pdf

Abstract

Scalable platforms are needed to transfer quantum effects from the laboratory to real-world applications. One approach is to interface thermal vapors with nanostructures that control the atomic interactions. To better understand these processes, this thesis investigates the interactions of thermal vapors that are confined by a planar surface or a nanocavity and subjected to near-resonant light. One focus is on the Casimir--Polder effect, an atom-wall interaction caused by thermal and quantum fluctuations. The spectroscopic methods used to measure the effect quantify it with an effective interaction coefficient. It turns out that this effective coefficient cannot be directly compared with the usual theoretical values. Furthermore, the atom-atom interactions of dense thermal vapors in nanocavities are investigated. Density-dependent line shifts and broadenings beyond continuous electrodynamics models are found. They can be controlled by the properties of the nanocavities.

Zusammenfassung

Um Quanteneffekte aus dem Labor in praktische Anwendungen zu überführen, werden skalierbare Plattformen benötigt. Ein Ansatz besteht darin, thermische Gase mit Nanostrukturen zu koppeln, die die atomaren Wechselwirkungen kontrollieren. Um die zugrundeliegenden Prozesse besser zu verstehen, untersucht diese Arbeit die Wechselwirkungen thermischer Gase an einer Oberfläche oder in einer Nanokavität, die nahe ihrer Resonanz angeregt werden. Ein Schwerpunkt ist der Casimir--Polder Effekt, eine durch thermische und Quantenfluktuationen verursachte Wechselwirkung zwischen Atomen und Oberflächen. Die zu sein er Messung verwendeten spektroskopischen Methoden quantifizieren ihn mit einem effektiven Wechselwirkungskoeffizienten. Es zeigt sich, dass sich dieser effektive Koeffizient nicht unmittelbar mit den üblichen Theoriewerten vergleichen lässt. Außerdem werden die Atom-Atom-Wechselwirkungen von dichten, thermischen Gasen in Nanokavitäten untersucht. Es zeigen sich dichteabhängige Linienverschiebungen und -verbreiterungen, die Modelle aus der kontinuierlichen Elektrodynamik nicht erklären können. Sie lassen sich durch die Eigenschaften der Kavität steuern.

Am Freitag, dem 28. Januar 2022, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Ludwig Scheibe (Theoretische Physik, AG Prof. Redmer) zum Thema“Thermal Evolution Models for Uranus and Neptune” als Hybrid-Veranstaltung statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 27.01.2022

Wichtige Hinweise:
Das Kolloquium wird gemäß dem gültigen Handlungsrahmen zur Durchführung von Präsenzveranstaltungen an der Universität Rostock durchgeführt.
Bitte beachten Sie die allgemein geltenden Regeln und Hygienemaßnahmen: https://unibox.uni-rostock.de/getlink/fi7ZA7PbnB4gerLWrx83JmEw/Infektionsschutz_Info_3G.pdf

Abstract

The outer planets Uranus and Neptune have long challenged the planetary science community with their highly dif-ferent measured intrinsic heat fluxes. Presented here are the principles behind a new planetary modelling and evolution computer program, developed in order to investigate their thermal evolution more closely, as well as a study of the influences of different parameters on Uranus' and Neptune's possible evolution. Standard 3-layer adiabatic evolution calculations in this work, using state-of-the-art equation of state data, confirm the previous findings of a large difference in Uranus' and Neptune's calculated cooling times using that assumption, but find generally lower cooling times for both Uranus and Neptune. Additionally, Uranus and Neptune evolution models under the assumption of a thermal boundary layer are shown. This boundary separates an ice- and rock-rich inner envelope and a hydrogen- and helium-rich outer envelope and traps primordial heat inside the planet for a portion of the planet's evolution. A wide range of parameters for this thermal barrier are investigated and it is shown that this mechanism can influence the planet's evolution drastically, making it appear either fainter or brighter than the adiabatic case. Thus, the possibility of a thermal boundary layer allows for an explanation of both Uranus' and Neptune's luminosities within the same framework.   

Zusammenfassung

Die Planeten Uranus und Neptun haben die Planetenwissenschaft seit langem mit ihren hochgradig verschiedenen gemessenen intrinsischen Wärmeflüssen vor Herausforderungen gestellt. Hier werden die zugrunde liegenden Prinzipien eines neuen Computerprogramms zur Berechnung von Struktur- und Evolutionsmodellen von Planeten vorgestellt, um die thermische Entwicklung dieser beiden Planeten näher zu untersuchen, ebenso wie die die Einflüsse verschiedener Faktoren auf die mögliche Entwicklung von Uranus und Neptun. Evolutionsrechnungen mit der Standardannahme eines adiabatischem Inneren, die aktuelle Zustandsgleichungen verwenden, bestätigen die früheren Ergebnisse eines deutlich unterschiedlichen Abkühlungsverhaltens für Uranus und Neptun mit diesen Annahmen, aber ergeben insgesamt niedrigere Kühlzeiten für beide Planeten. Darüber hinaus werden Evolutionsmodelle für Uranus und Neptun unter der Annahme einer thermischen Grenzschicht vorgestellt. Diese Grenze trennt den eis- und gesteinsreichen inneren Mantel vom wasserstoff- und heliumreichen äußeren Mantel des Planeten und hält für einen Teil der Planetenevolution die Wärme aus dem Entstehungsprozess im Inneren fest. Eine Reihe von Parametern bezüglich dieser thermischen Barriere wurden untersucht und es kann gezeigt werden, dass dieser Mechanismus die Abkühlung des Planeten drastisch beeinflussen kann und diesen zum heutigen Zeitpunkt entweder heller oder dunkler als den adiabatischen Fall erscheinen lassen kann. Daher erlaubt die Annahme einer solchen thermischen Grenzschicht die Erklärung der Wärmeflüsse sowohl von Uranus als auch Neptun in einem gemeinsamen Rahmen.

Am Freitag, dem 21. Januar, 08:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Johannes Block (Theoretische Physik, AG Prof. Scheel) zum Thema “Surface-modified interactions between Rydberg atoms” als Online-Veranstaltung statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 20.01.2022

Abstract

Rydberg atoms are highly excited atoms that offer a plethora of possible applications due to their intriguing properties. One of the key features of Rydberg atoms is the Rydberg blockade where only a single Rydberg excitation in a certain volume is allowed. This blockade mechanism is a direct result of the strong interactions between Rydberg atoms via the van der Waals potential. The van der Waals force belongs to the dispersion forces that originate in the quantum nature of the electromagnetic field. It is well known from the theory of dispersion forces that macroscopic objects in the vicinity of particles can influence the interaction potential significantly. Since many Rydberg atomic experiments are conducted near surfaces, the question arises to what extend these surfaces play a role in the experiments or whether these boundary effects can be utilized. In this work both one-particle and two-particle systems in front of surfaces are investigated. Internal atom dynamics for a single atom are investigated up to a fourth order equation of motion. For two particles, both analytical and numerical investigations of the pair potential as a function of surface distance are conducted. It is shown that there is a window of surface distances where surface-induced molecules of two Rydberg atoms may exist, so-called Rydberg macrodimers.

Zusammenfassung

Rydberg-Atome sind hoch angeregte Atome, die durch ihre faszinierenden Eigenschaften eine Vielzahl von Anwendungsbereichen bieten. Ein besonderer Effekt und Baustein vieler Anwendungen ist die Rydberg-Blockade, bei der in einem bestimmten Volumen nur ein einziges Atom in den Rydbergzustand angeregt werden kann. Dieser Blockademechanismus folgt direkt aus den starken Wechselwirkungen zwischen Rydberg-Atomen durch das van der Waals-Potential. Die van der Waals-Kraft gehört zu den Dispersionskräften, die ihren Ursprung in den Quanteneigenschaften des elektromagnetischen Feldes haben. Aus der Theorie zu Dispersionskräften ist bekannt, dass makroskopische Objekte in der Nähe von Teilchen ihr Wechselswirkungspotential signifikant beeinflussen können. Weil auch viele Experimente mit Rydberg-Atomen in der Nähe von Oberflächen durchgeführt werden, stellt sich die Frage, inwiefern diese Oberflächen eine Rolle in den Experimenten spielen und ob die Effekte durch die Grenzflächen sogar genutzt werden können. In dieser Arbeit werden sowohl Ein-Teilchen- als auch Zwei-Teilchen-Systeme in der Nähe von Oberflächen untersucht. Die interne Dynamik eines einzelnen Atoms vor einer Oberfläche wird bis zu einer Bewegungsgleichung vierter Ordnung untersucht. Für Zwei-Teilchen-System werden sowohl analytische als auch numerische Berechnungen des Paarpotentials als Funktion des Oberflächenabstandes durchgeführt. Es wird gezeigt, dass es einen gewissen Bereich vor einer Oberfläche gibt, in dem oberflächeninduzierte Moleküle bestehend aus zwei Rydberg-Atomen, sogenannte Rydberg-Makrodimere, entstehen können.

Am Freitag, dem 21. Januar 2022, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von  Vasilii Tulskii (Theoretische Physik, AG Prof. Bauer) zum Thema “Ionization dynamics in intense laser fields: applications of two-color fields and of the numerical time-of-flight analysis” als Hybrid-Veranstaltung statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 20.01.2022

Wichtige Hinweise:
Das Kolloquium wird gemäß dem gültigen Handlungsrahmen zur Durchführung von Präsenzveranstaltungen an der Universität Rostock durchgeführt.
Bitte beachten Sie die allgemein geltenden Regeln und Hygienemaßnahmen: https://unibox.uni-rostock.de/getlink/fi7ZA7PbnB4gerLWrx83JmEw/Infektionsschutz_Info_3G.pdf

Abstract

The present work focuses on multiple processes occurring due to the interaction of strong laser fields with matter. Main attention is devoted to applications of two-color fields. Starting with the recently developed tool to describe the distributions of photoelectrons in such tailored fields, phase-of-the-phase spectroscopy, an extension to that is introduced with two particular applications demonstrated.

Next, the conversion mechanism of laser radiation to lower, terahertz, frequencies in presence of two-color fields is addressed, aiming at optimizing the conversion efficiency. The superiority of using two-color circularly polarized corotating fields of mid-infrared wavelengths is theoretically predicted.

Finally, a method of analysing the numerically obtained photoelectron spectra with respect to the registration time of electrons is proposed. The resulting time-resolved spectra allow for a direct comparison with the physically transparent but less predictive semiclassical theories.

Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf mehrere Prozesse, die durch die Wechselwirkung von starken Laserfelder mit Materie hervorgerufen werden. Das Hauptaugenmerk liegt auf Anwendungen von Zweifarbenfeldern. Ausgehend von dem kürzlich entwickelten Werkzeug zur Beschreibung der Verteilungen von Photoelektronen in solchen maßgeschneiderten Feldern, der Phase-der-Phase-Spektroskopie, wird eine Erweiterung dazu mit zwei bestimmten Anwendungen demonstriert.

Als nächstes wird der Umwandlungsmechanismus von Laserstrahlung in niedrigere Terahertz-Frequenzen in Gegenwart von Zweifarbenlaserfeldern behandelt, um die Umwandlungseffizienz zu optimieren. Die Überlegenheit der Verwendung von zweifarbigen, zirkular polarisierten, korotierenden Feldern mittlerer Infrarotwellenlängen wird theoretisch vorhergesagt.

Schließlich wird ein Verfahren zur Analyse der numerisch erhaltenen Photoelektronenspektren in Bezug auf die Registrierungszeit dieser Elektronen vorgeschlagen. Die resultierenden zeitaufgelösten Spektren ermöglichten einen direkten Vergleich mit den physikalisch transparenten, aber weniger vorhersagekräftigen semiklassischen Theorien.

Am Freitag, dem 17. Dezember 2021, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Sebastian Bohn (Angewandte Physik, AG Prof. Stolz) zum Thema“Novel methods for subcellular in vivo imaging of the cornea with the Rostock Cornea Module 2.0” statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 16.12.2021

Wichtige Hinweise:
Das Kolloquium wird gemäß dem gültigen Handlungsrahmen zur Durchführung von Präsenzveranstaltungen an der Universität Rostock durchgeführt.
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Abstract

Corneal confocal laser scanning microscopy is an imaging technique offering early detection, assessment, and monitoring of various pathologies. The Rostock Cornea Module, which transforms a laser scanning ophthalmoscope into a corneal laser scanning microscope, is well established in clinical and scientific usage. In this thesis, an improved version, the Rostock Cornea Module 2.0, was developed, and the achieved results were demonstrated in several publications. These include a concave contact cap design to attenuate eye movements, which improves volumetric image acquisition, three-dimensional volume reconstruction, and sectional imaging of corneal cell layers, an oscillating focal plane to improve large-area imaging of the subbasal nerve plexus, the integration of simultaneous optical coherence tomography, the wavelength dependence on corneal confocal microscopy, the clinical usage on healthy eyes and various pathologies, and the automated morphological characterization of corneal cell layers.

Zusammenfassung

Die korneale konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie ist ein Bildgebungsverfahren, welches eine Früherkennung, Beurteilung und Verlaufskontrolle verschiedener Krankheitsbilder bietet. Das Rostock Cornea Module, welches ein Laser-Scanning-Ophthalmoskop zu einem kornealen Laser-Scanning-Mikroskop transformiert, ist im klinischen und wissenschaftlichen Einsatz etabliert. In dieser Arbeit wurde eine verbesserte Version, das Rostock Cornea Module 2.0, entwickelt und die damit erzielten Ergebnisse in mehreren Publikationen demonstriert. Darunter fallen ein konkaves Kontaktkappendesign zur Abschwächung der Augenbewegungen, welche die volumetrische Bildaufnahme, die dreidimensionalen Volumenrekonstruktion und die Schnittbilderzeugung kornealer Zellschichten verbessert, eine oszillierende Fokusebene zur Verbesserung der großflächigen Abbildung des subbasalen Nervenplexus, die Kombination mit der optischen Kohärenztomografie, die Wellenlängenabhängigkeit in der kornealen konfokalen Mikroskopie, der klinische Einsatz am gesunden und kranken Auge sowie die automatisierte morphologische Charakterisierung von kornealen Zellschichten.

Am Freitag, dem 10. Dezember 2021, 15:15 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Tristan Staszak (Atmosphärenphysik, AG Prof. Lübken, IAP) zum Thema„Simultaneous in situ and ground-based common-volume measurements for the investigation of the formation mechanism of Polar Mesosphere Winter Echoes” statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 09.12.2021

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Das Kolloquium wird gemäß dem gültigen Handlungsrahmen zur Durchführung von Präsenzveranstaltungen an der Universität Rostock durchgeführt.
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Abstract

Relatively strong radar returns from mesospheric heights ( ~55-85 km) in the winter polar region have been detected by radar since the late 1970s. These observations result from coherent structures of electrons and are called Polar Mesosphere Winter Echoes (PMWE). Since the annual season of PMWE observations is relatively long, and PMWE detections cover an extensive altitude range, these echoes have an enormous potential for utilization as a tracer for geophysical processes. However, the formation mechanism of this phenomenon is not understood.

All relevant parameters potentially involved in the PMWE formation were measured in a common volume and subsequently analyzed for the first time. The combined results of rocket-borne and ground-based measurements of two rocket flights conclusively show that coherent structures are created by a turbulent process involving tiny charged MSPs. By analyzing the background winds, it could be shown that the turbulent structures are most likely created by a braking gravity wave. Another result of this thesis is that the intensity of turbulence varies by approximately one order of magnitude within only a few buoyancy periods (i.e., minutes) and thereby essentially influences whether PMWE is formed or not.

Zusammenfassung

In polaren Breiten werden seit den späten siebziger Jahren während der Wintersaison relativ starke Radarsignale aus Höhe der Mesosphäre (~55-85 km) empfangen. Diese Echos entstehen durch Reflexionen von kohärenten Strukturen und werden Polar Mesosphärische Winter Echos (PMWE) genannt. PMWE werden über einen ausgedehnten Höhenbereich beobachtet und decken einen Großteil der Mesosphäre ab. Kontinuierliche Radarbeobachtungen von PMWE haben können somit einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis für geophysikalische Prozesse in dieser ansonsten schwierig zu vermessenden Atmosphärenschicht liefern.

Erstmalig wurden alle relevanten Parameter, die für den Entstehungsprozess von PMWE potentiell entscheidend sind, in einem gemeinsamen Volumen mittels raketengetragenen in situ Messungen und bodengebundenen Instrumenten untersucht. Obwohl zwei Raketenflüge unter sehr unterschiedlichen geophysikalischen Bedingungen durchgeführt wurden, ergeben die Messungen ein einheitliches Bild: Turbulenz erzeugte in Verbindung mit geladenen Meteorstaubteilchen kohärente Strukturen, die mit dem Radar beobachtet wurden. Die weitergehende Analyse des Hintergrundwindes deutet darauf hin, dass diese Turbulenz von einer brechenden Schwerewelle erzeugt wurde. In dieser Arbeit wurde deutlich, dass die Stärke der Turbulenz mit einer Größenordnung innerhalb weniger Auftriebsperioden (d.h. Minuten) variiert und darüber entscheidet, ob PMWE entstehen oder nicht.

Am Freitag, dem 19. November 2021, 15:15 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Christian Plückthun (Experimenthalphysik, AG Prof. Redmer) zum Thema  „Investigating the effect of the compression rate on the kinetic response of diamond anvil cell experiments” als Hybrid-Veranstaltung statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 18.11.2021

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Das Kolloquium wird gemäß dem gültigen Handlungsrahmen zur Durchführung von Präsenzveranstaltungen an der Universität Rostock durchgeführt.
Bitte beachten Sie die allgemein geltenden Regeln und Hygienemaßnahmen: https://unibox.uni-rostock.de/getlink/fiKWR6yh8kzu96uiaSBDt8uA/Infektionsschutz_Infos.pdf

Abstract

High pressure and high temperature experiments using dynamic (shock, ramp) or static compression techniques play a fundamental role in our understanding of the behaviour of matter under extreme conditions, e.g. planetary interiors. However, the difference in time scales and strain rate prevents direct comparison of their results. This work examined the high pressure behaviour of cubic and hexagonal symmetric materials (Au, Pt, Re, Zn, Fe, [Fe,Mg]O) at intermediate compression rates, using the recent developed piezo-driven dynamic diamond anvil cell in combination with the hard X-ray from PETRA III, DESY. The micro-stress and differential stress evolution, the lattice parameter development and the onset of spin or phase transitions were used as references of change. The study showed that the micro-stress is indifferent to strain rates of 10^-4 s^-1 - 10⁰ s^-1, while the differential stress is dependent on the strain rate or the use of a pressure transmitting medium. Moreover, the strain rate affects the preferred active deformation mechanism, the development of texture and shifts the onset pressure of the spin crossover and the rB1 → B1 transition in [Fe,Mg]O. In addition, an inconsistence of the thermal pressure evolution of Pt was found, indicating its dependence on the sample environment. Ultimately, first commissioning experiments at the HED instrument, European XFEL, demonstrated the time dependence of the rB1 → B1 transition in [Fe,Mg]O at elevated temperature and the capability to perform 2.25 to 4.5 MHz pulse-to-pulse resolved XRD studies.

Zusammenfassung

Hochdruck- und Hochtemperaturstudien, die auf dynamischer (Shock, Ramp) oder statischer Kompression basieren, spielen eine fundamentale Rolle in unserem Verständnis des Verhaltens von geologischen Materialien unter extremen Bedingungen, z.B. im Planeteninneren. Jedoch verhindern unterschiedliche Zeitdauer und Dehnungsraten einen direkten Vergleich ihrer Ergebnisse. Diese Arbeit befasste sich mit dem Hochdruckverhalten von kubisch und hexagonal symmetrischen Proben (Au, Pt, Re, Zn, Fe, [Fe,Mg]O) bei mittleren Kompressionsraten und untersuchte sie mit Hilfe der neu entwickelten piezoangetriebenen dynamischen Diamantstempelzelle und der harten Röntgenstrahlung die PETRA III, DESY bereitstellt. Als Referenz für Änderungen wurde die Mikro- und Differenzspannungsentwicklung, die Gitterparameterentwicklung und Spin- oder Phasenübergängen gewählt. Es ging hervor, dass die Mikrospannungsentwicklung unabhängig von Dehnungsraten in Höhe von 10^-4 s^-1 - 10⁰ s^-1 ist, während die differentielle Spannungsentwicklung von der Dehnungsrate oder dem Einsatz eines druckübertragenden Mediums beeinflusst wird. Weiterhin zeigte sich, dass die Dehnungsrate den aktiven Verformungsmechanismus, die Entwicklung von Textur und den Anfangsdrucks vom Spin- und rB1 → B1-Übergang in [Fe,Mg]O beeinflusst. Des Weiteren wurde eine Inkonsistenz der thermischen Druckentwicklung von Pt beobachtet, die auf eine Abhängigkeit zur Probenumgebung hinweist. Zu guter Letzt demonstrierten erste Experimente am HED Instrument, European XFEL die Zeitabhängigkeit des rB1 → B1-Übergangs in [Fe,Mg]O bei erhöhter Temperatur und die Fähigkeit, 2.25 - 4.5 MHz aufgelöste Pulse als Röntgendiffraktionsbilder zu erfassen.

Am Freitag, dem 12. November 2021, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Jan Froh (Angewandte Physik, AG Prof. Dr. Lübken) zum Thema„Entwicklung spektraler Messmethoden für Doppler-Lidar” als Hybrid-Veranstaltung statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 11.11.2021

Wichtige Hinweise:
Das Kolloquium wird gemäß dem gültigen Handlungsrahmen zur Durchführung von Präsenzveranstaltungen an der Universität Rostock durchgeführt.
Bitte beachten Sie die allgemein geltenden Regeln und Hygienemaßnahmen.

Zusammenfassung

Zur Untersuchung der mittleren Atmosphäre (10-100 km) wurde in dieser Arbeit ein kompaktes transportables Doppler-Lidar (≈ 1 m³) mit Tageslichtfähigkeit entwickelt und anhand erster Atmosphärenmessungen bestätigt. Mit diesem neuartigen System werden mit hoher zeitlicher, räumlicher sowie spektraler Auflösung die Mie-Streuung (Aerosole), Rayleigh-Streuung (Luftmoleküle) und die Resonanzfluoreszenz an freien Kalium-Atomen durchgängig über den gesamten Höhenbereich der mittleren Atmosphäre untersucht. Anhand der Doppler-Verschiebung und -Verbreiterung sowie der Signalstärke sind genaue Wind-, Temperatur- sowie Aerosolmessungen möglich. Hierzu wurden in dieser Arbeit neue spektrale Methoden entwickelt, bei denen ganze Doppler-Spektren untersucht werden. Ein neuartiger durchstimmbarer Alexandrit-Laser und verschiedene optische Filter wurden hierzu verwendet. Im Vergleich zu herkömmlichen Doppler-Lidars sind die spektralen Breiten um mehrere Größenordnungen reduziert, wodurch eine hohe Sensitivität für Wind, eine hohe Sichtbarkeit von Aerosolen sowie die Tageslichtfähigkeit erreicht wird. Das System wurde als Netzwerklidar entwickelt und wird zukünftig im Rahmen von VAHCOLI (Vertical And Horizotal Coverage by Lidar) als Verbund mehrerer solcher Geräte die Atmosphäre mehrdimensional untersuchen.

Abstract
For coverage the middle atmosphere (10-100 km) a compact transportable Doppler lidar (≈ 1 m³) with daylight capability was developed in this work. First atmospheric measurements confirm the system performance. With this new system, the Mie scattering (aerosols), Rayleigh scattering (air molecules) and the resonance fluorescence of free potassium atoms are measured over the complete altitude range of the middle atmosphere with high temporal, spatial and spectral resolution. The analysing of the Doppler shift, Doppler broadening and signal strength allows accurate wind, temperature and aerosol measurements. In this work, new spectral methods were developed which examined complete Doppler spectra. A novel tunable alexandrite laser and various optical filters were used. Compared to conventional Doppler lidars, the spectral widths are reduced by several orders of magnitude which results in a high sensitivity for wind, high visibility of aerosols and daylight capability. The system was developed as a network lidar. In future, it will be used as part of VAHCOLI (Vertical And Horizotal Coverage by Lidar) in a network of several such devices for multidimensional measurements of the atmosphere.

Am Freitag, dem 01.Oktober 2021, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Martin Preising (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Redmer) zum Thema „Toward the Nonmetal-to-Metal Phase Transition of Helium” via Online-Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 30.09.2021

Abstract

Due to its high abundance in the universe, the properties of helium under high pressure are of great importance for a variety of astrophysical objects. Despite its simple structure, experiments on high-pressure helium pose enormous difficulties. At the same time, the quantum nature of helium under extreme conditions is very challenging for theoretical models. This work presents the results of extensive ab initio calculations for high-pressure helium. A comparison of simulations and experiments ensured the viability of the theoretical results. Calculations at conditions beyond present experimental capabilities extended the knowledge of the melting line of helium into a regime that is relevant for the structure of old white dwarfs. Simulations at higher temperatures determined a higher-order phase transition from an insulating to a conducting phase which has been discussed for decades. Furthermore, they predicted physical properties like the equation of state, the reflectivity, and the ionization degree in this regime, providing a basis for future experiments. This work finally presents an update of the phase diagram of helium and discusses its implications on astrophysical objects like white and brown dwarfs, and giant planets like Jupiter and Saturn.

Zusammenfassung

Helium ist das zweithäufigste Element im Universum. Daher sind seine Eigenschaften unter hohem Druck wichtig für eine Vielzahl von astrophysikalischen Objekten. Trotz seiner recht einfachen Struktur sind Experimente an Helium unter extremen Bedingungen sehr aufwendig. Gleichzeitig ist die Abbildung von quantenmechanischen Effekten bei hohen Drücken für eine vielzahl theoretischer Beschreibungen sehr herausfordernd. Diese Arbeit präsentiert die Ergebnisse umfangreicher ab initio Berechnungen für Helium bei hohen Dichten. Der Vergleich von Simulationen mit Experimenten bezeugt die Qualität der theoretischen Methoden. Während Helium bisher noch nicht experimentell bei den erforderlichen Drücken untersucht wurde, sagen die Ergebnisse die Schmelzdrucklinie bis zu Bedingungen voraus, die für alte Weiße Zwerge wichtig sind. Simulationen bei höheren Temperaturen weisen einen kontinuierlichen Phasenübergang zwischen isolierendem und elektrisch leitfähigem Helium nach, der bereits seit Jahrzehnten diskutiert wurde. Die Berechnung weiterer physikalischen Größen wie die Zustandsgleichung, die Reflektivität und der Ionisationsgrad bieten Vorhersagen für zukünftige Experimente. Schließlich zeigt diese Arbeit ein aktualisiertes Phasendiagramm von Helium und diskutiert die Konsequenzen für astrophysikalische Objekte wie Weiße und Braune Zwerge sowie die Riesenplaneten Jupiter und Saturn.

Am Freitag, dem 21.05.2021, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Lucas Teuber (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Scheel) zum Thema „Non-Hermitian dynamics in lossy photonic waveguide systems” via Online-Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 20.05.2021

Abstract

This thesis deals with the theoretical description of integrated photonic waveguides for the simulation of non-Abelian gauge fields as well as the study of non-Hermitian systems. The artifical non-Abelian gauge fields emerge from a closed, adiabatic curve in the parameter manifold of a coupled waveguide system with degeneracies. Based on the underlying theory, an optimisation process is devised that was used to find ideal parameter variations of an experimental implementation. Additionally, two Lie-algebraic methods that solve the quantum master equation of an arbitrary, lossy waveguide system are developed, which allow to study non-Hermitian systems, e.g. with parity-time-symmetry. Both methods are showcased at the hand of a lossy two-waveguide system. Various observables are calculated and especially the breaking of the parity-time-symmetry is shown. A periodic modulation of the loss rate leads to a drastically reduced threshold to reach this phase transition.

Zusammenfassung
Diese Arbeit befasst sich mit der theoretischen Beschreibung von integrierten photonischen Wellenleitern zur Simulation nicht-abelscher Eichfelder sowie der Untersuchung nicht-hermitescher Systeme. Die künstlichen nicht-abelschen Eichfelder entstehen durch eine geschlossene, adiabatische Variation der Kopplungsparameter eines entarteten Wellenleitersystems. Eine detaillierte Studie der zugrundeliegenden Theorie führt zu einer Optimierungsvorschrift, die es erlaubt ideale Parametervariationen für experimentelle Realisierungen zu finden. Die Untersuchung nicht-hermitescher Systeme, insbesondere solcher mit Parität-Zeit-Symmetrie, basiert auf Lösungen der Quantenmastergleichung eines beliebigen Wellenleitersystems mit Verlusten. Zwei verschiedene Lösungsansätze werden hergeleitet, die auf verschiedenen Lie-Algebra-Methoden basieren. Mithilfe dieser Lösungsansätze wird ein verlustbehaftetes Wellenleitersystem aus zwei gekoppelten Wellenleitern genauer untersucht. Dazu werden verschiedene Observablen berechnet. Insbesondere der Phasenbergang eines parität-zeit-symmetrischen Wellenleitersystems zur gebrochenen Symmetrie wird illustriert. Eine periodische Modulation der Verlustrate erlaubt es, die dafür nötige Verluststärke drastisch zu verringern.

Am Freitag, dem 26.03.2021, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Harald Viemann (Experimentalphysik, AG PD Dr. Waldi) zum Thema „Study of Beauty Baryons Decaying to D⁰pK and the Amplitudes of Λ_b⁰→D⁰pK in the Dalitz Plane with the LHCb Experiment” via Online-Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 25.03.2021

Abstract

In this thesis the study of the decays Λ_b⁰→D⁰pK and Ξ_b⁰→D⁰pK is presented using the Run I and Run II data of the LHCb experiment. Both decays can be used to measure charge parity (CP) violation which is one of three necessities to explain the matter-antimatter asymmetry in our universe. The measured phase space integrated CP asymmetries are in agreement with zero.
Further branching fractions for both decays are determined to B(Λ_b⁰→D⁰pK) = (4.61 ± 0.17_stat ± 0.08_syst ± 0.52_ext) × 10^-5 and f_Ξ⋅B(Ξ_b⁰→D⁰pK) = (2.18 ± 0.08_stat ± 0.05_syst ± 0.39_ext) × 10^-6 which is one and a half times precise than the current worldwide best measurements.
Finally, an amplitude analysis of the Λ_b⁰→D⁰pK phase space with D⁰→K^-π⁺ is performed, yielding a large fraction of a Λ_c⁺(2950) resonance in the D⁰p channel and multiple Λ^* resonances in the pK channel.

Zusammenfassung

In der vorliegenden Dissertation wird die Untersuchung der Zerfälle Λ_b⁰→D⁰pK und Ξ_b⁰→D⁰pK mit den Run I und Run II Daten des LHCb Experimentes präsentiert. Mit beiden Zerfällen kann Ladungs-Paritäts (CP) Verletzung untersucht werden. CP Verletzung ist eine von drei Notwendigkeiten, um die Materie-Antimaterie Asymmetrie in unserem Universum zu erklären. Die gemessenen Phasenraum integrierten CP Asymmetrien sind mit Null verträglich.
Weiterhin werden die Verzweigungsverhältnisse B(Λ_b⁰→D⁰pK) = (4.61 ± 0.17_stat ± 0.08_syst ± 0.52_ext) × 10^-5 und f_Ξ⋅B(Ξ_b⁰→D⁰pK) = (2.18 ± 0.08_stat ± 0.05_syst ± 0.39_ext) × 10^-6 gemessen, welche rund eineinhalbmal genauer sind als die aktuell weltweit beste Messung.
Eine Amplituden Analyse des Λ_b⁰→D⁰pK Phasenraumes mit D⁰→K^-π⁺ wird durchgeführt. Es wird ein großer Anteil einer Λ_c⁺(2950) Resonanz im D⁰p Kanal neben multiplen Λ^* Resonanzen im pK Kanal gemessen.

Am Freitag, dem 12.03.2021, 16:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Marvin Lorenz (Physikalische Ozeanographie, AG Prof. Dr. Burchard) zum Thema „Influences of surface buoyancy fluxes on circulation and mixing in estuaries”  via Online-Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 11.03.2021

Abstract

Classical estuaries are regions where the freshwater of a river mixes with saline ocean water. The exchange flow of a classical estuary with the ocean consists of an inflow of saline ocean water near the bottom and an outflow of a mixture of saline water and riverine freshwater near the surface. Since 1900 estuarine exchange flows are quantified by bulk values for inflowing and outflowing volume transport and salinities of the two. Yet, the relation of the interior mixing to the exchange flow has just been recently derived. This relation works very well for classical estuaries, driven by river discharge. But for inverse estuaries, the relation does not work. In inverse estuaries, the circulation pattern is inverse due to evaporation that removes freshwater. This leads to a near-surface inflow of ocean water and a bottom outflow of water with salinities greater than the ocean salinity. Among other things, this dissertation answers the question of how the mixing of inverse estuaries relates to their exchange flows. As an application example, the exchange flow and mixing of the Persian Gulf are investigated using numerical simulations and newly developed methods.

Zusammenfassung

Klassische Ästuare sind Regionen, in denen sich Süßwasser eines Flusses mit salzigem Meerwasser vermischt. Die Austauschströmung eines klassischen Ästuars mit dem Ozean besteht aus einem bodennahen Einstrom von Salzwasser und einem oberflächennahen Ausstrom von gemischten Salz- und Süßwasser. Seit 1900 werden Austauschströmungen von Ästuaren durch Zahlenwerte für den Volumenstrom und den Salzgehalt für Ein- und Ausstrom quantifiziert. Jedoch wurde erst kürzlich eine Relation der Vermischung zur Austauschströmung gefunden. Diese Relation funktioniert sehr gut für klassische Ästuare, die durch den Einstrom von süßem Flusswasser angetrieben werden. Für inverse Ästuare ist diese Relation jedoch nicht anwendbar. In einem inversen Ästuar ist die Zirkulation invertiert, da Süßwasser durch Verdunstung entfernt wird. Die Folge ist ein Einstrom von salzigem Meerwasser nahe der Oberfläche und ein Ausstrom von Wasser mit höherem Salzgehalt als der des Ozeans nahe des Bodens. Diese Dissertation bearbeitet unter anderem die Fragestellung wie sich die Vermischung in inversen Ästuaren zu deren Austauschströmung verhält. Als Anwendungsbeispiel wird die Austauschströmung und Vermischung des Persischen Golfs Mithilfe numerischer Simulationen und neu entwickelter Methoden untersucht.

Am Montag, dem 22. Februar 2021, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Herrn Mark Kremer  (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Szameit) zum Thema „Interplay of queer symmetries and topology in laser written waveguide lattices” via Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de bis 19.02.2021

Abstract

Topological phenomena in solid state physics relate bulk properties with the existence of protected edge states. They are characterised by quantised invariants that are a direct consequence of symmetries or the deliberate breaking of such.
In the presented work the interplay of topology with symmetries that go beyond the commonly used classification is investigated. The theoretical findings are experimentally confirmed by means of femtosecond laser written waveguide structures.
In a first step, the novel concept of square root topological insulators is theoretically and experimentally investigated, where quantised topological indices reveal itself only if the Hamiltonian is squared. Furthermore, the squared Hamiltonians are intertwined like super partners. Based on this finding it is investigated how supersymmetry transformations can be used to preserve, manipulate, or even destroy topological edge states.

Zusammenfassung

Topologische Phänomene in der Festkörperphysik verbinden Eigenschaften des Materialinneren mit der Existenz geschützter Randzustände. Diese werden durch quantisierte Invarianten charakterisiert, welche eine direkte Konsequenz der zugrundeliegenden Symmetrien, bzw. deren absichtlicher Brechung, sind.
In der präsentierten Arbeit wird das Zusammenspiel von Topologie mit Symmetrien untersucht, die über die standardmäßigen Klassifikationen hinausgehen. Die theoretischen Erkenntnisse werden experimentell mithilfe von Femtosekundenlaser-geschriebenen Wellenleiterstrukturen nachgewiesen.
In einem ersten Schritt wird das neuartige Konzept der Wurzel-Topologischen Isolatoren theoretisch und experimentell untersucht, in denen quantisierte topologische Indizes erst durch das Quadrieren des Hamiltonian offenbart werden.
Die Quadrate des Hamiltonian sind darüber hinaus wie supersymmetrische Partner miteinander verknüpft. Darauf aufbauend wird untersucht, wie supersymmetrische Transformationen genutzt werden können, um topologische Zustände zu erhalten, zu manipulieren oder sogar zu zerstören.

Am Freitag, dem 26. Februar 2021, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Herrn Jan Wallis  (Angewandte Physik, AG Prof. Dr. Brandenburg) zum Thema „Strukturelle und elektrochemische Untersuchungen von BaZr0.7Ce0.2Y0.1O3-δ Proton-leitenden Keramiken hergestellt durch Spark Plasma Sintering” via Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de bis 25.02.2021

Zusammenfassung

Protonenleitende Materialien auf der Basis von Bariumzirkonat sind vielversprechende Kandidaten für die Anwendung als Elektrolyt in Brennstoffzellen, Elektrolyseuren, Wasserstoffpumpen und Sensoren. Diese gelten als wesentliche Meilensteine einer zukünftigen umweltfreundlichen Wasserstoffwirtschaft. In dieser Arbeit wurde der Protonenleiter BaZr0.7Ce0.2Y0.1O3-δ (BZCY72) mittels des Spark Plasma Sintems (SPS) hergestellt. In einer umfangreichen Studie wurden die SPS Prozessparameter und deren Auswirkungen auf die Materialeigenschaften systematisch untersucht um einen Beitrag zum besseren Verständnis der dem Sinterprozess zugrundeliegenden Mechanismen zu leisten. Die durch Optimierung der Prozessparameter erzielte Gesamtleitfähigkeit von BZCY27 betrug 1.25 mS/cm bei 600 °C. Zusätzlich wurden die Diffusion und Einbindungen der Protonen im Kristallgitter durch Neutronen Spektroskopie untersucht. Die Ergebnisse erweitern das bestehende Model zur Protonenleitung in Perowskitmaterialien. Eine massenselektive Neutronenspektroskopie wurde dabei erstmalig zur Bestimmung der Protonenkonzentration im Kristallgitter eingesetzt. Als Ausblick liegt ein erstes Proof-of-Concept für einen Co-Sinterprozess von Membran-Elektroden-Einheiten durch vor, z.B. für zukünftige Elektrolyseure auf der Basis von protonenleitenden Keramiken.

Abstract

Barium zirconate-based proton conducting materials are promising candidates for solid electrolytes in fuel cells, electrolysers, hydrogen pumps and hydrogen sensors. As such, they could pave the way for the future hydrogen-based economy to reduce our dependence on fossil fuels and the associated environmental impact. In this thesis, BaZr0.7Ce0.2Y0.1O3-δ (BZCY72) was synthesized by spark plasma sintering (SPS). In an extensive study, SPS process parameters and their influence on the material properties were systematically investigated to provide a better understanding of the sintering mechanisms occurring during SPS. A total conductivity of 1.25 mS/cm was achieved at 600 °C. Additionally, the proton diffusion and their confinement within the crystal structure were investigated by neutron spectroscopy. The experiments extend the modern understanding of the protonic diffusion in perovskite ceramics. For the first time, a mass-selective neutron spectroscopy was used to determine the proton concentration within the crystal lattice. As an outlook, a proof of concept with an SPS process for co-sintering of membrane-electrode-assemblies with a possible application in protonic ceramic electrolysers is given.

Am Freitag, dem 19. Februar 2021, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Herrn Sjard Ole Krüger (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Scheel) zum Thema „Rydbergexzitonen in externen Feldern” via Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de bis 18.02.2021.

Zusammenfassung

Aufgrund der Empfindlichkeit von Rydbergzuständen gegenüber externen Störungen, hat die Physik der Rydbergsysteme einen weiten Bereich technologischer Anwendungen. Dieser reicht von empfindlichen Feldsensoren bis hin zu nichtlinearer Quantenoptik und Quanteninformatik. In dieser Arbeit wird der Einfluss einer Reihe von Störeffekten auf die kürzlich beobachteten Rydbergexzitonen in Kupferoxydul untersucht. Die untersuchten Störeffekte umfassen den Einfluss durch mechanische Verspannung hervorgerufener effektiver Potenziale, die optische Kopplung der gelben Rydbergexzitonen an die Rydbergexzitonen der grünen und blauen Serie sowie den Einfluss einer Population an geladenen Störstellen. Zusätzlich wird ein numerischer Algorithmus entwickelt, der es erlaubt die exzitonischen Bindungsenergien unter Einbeziehung der Nichtparabolizität des Valenzbandes zu berechnen, welche den größten Beitrag zu den exzitonischen Quantendefekten liefert.

Abstract

Due to the sensitivity of Rydberg states to external perturbations, Rydberg Physics has a wide range of possible technological applications, ranging from sensitive field probes to nonlinear quantum optics and quantum information processing. In this work, the response of the recently observed Rydberg excitons in cuprous oxide to a variety of external perturbations is investigated theoretically. The investigated perturbations include the application of strain as a means to induce effective trapping potentials, the optical coupling between the Rydberg excitons of the yellow series and those of the green and blue series as well as the influence of a population of charged point defects. In addition, a numerical scheme is developed which allows for the calculation of the excitonic binding energies under the inclusion of the valence-band nonparabolicity, the leading cause of the excitonic quantum defect.

Am Freitag, dem 29.01.2021, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Evridiki Chrysagi (Physikalische Ozeanographie AG Prof. Dr. Burchard) zum Thema „Submesoscale processes in the Baltic Sea”  via Online-Videokonferenz statt.
Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 28.01.2021

Abstract

A new class of turbulent motion has recently been discovered, the so-called submesoscales. Submesoscales have drawn the attention due to their ability to restratify the upper ocean and induce high vertical velocities, both being instrumental for marine biogeochemistry. Those motions have been studied mainly in the context of open ocean simulations and idealized configurations; however, their response during excessive cooling and strong winds, is still unclear. Here, realistic high-resolution numerical simulations focusing on the central basin of the Baltic Sea revealed the existence of a strong and persistent autumn front that hosts a plethora of submesoscale features characterized by sharp lateral density gradients, strong surface convergence, and intense vertical velocities. Shallow and highly heterogeneous mixed layer depth patterns appear in the vicinity of those features. As it turns out, submesoscales are able to maintain shallow mixed layers during storms and induce rapid restratification after each wind event. The interaction of strong near-surface turbulence and submesoscale restratification results in highly efficient mixing inside submesoscale fronts.

Zusammenfassung

Es wurde in letzter Zeit eine neue Klasse turbulenter Bewegungen beschrieben: die sogenannte Submesoskale. Deren Bedeutung liegt vor allem in ihrer Eigenschaft, den oberen Ozean zu restratifizieren und hohe Vertikalgeschwindigkeiten zu induzieren, beides Prozesse von großer Bedeutung für die marine Biogeochemie. Submesoskalige Prozesse wurden bisher hauptsächlich im Bereich des offenen Ozeans und in idealisierten Modell-Konfigurationen untersucht. Der Einfluss von starken Abkühlungsereignissen und Stürmen ist jedoch weiterhin unklar. Im Rahmen dieser Studie durchgeführte hochaufgelöste numerische Simulationen mit Fokus auf die Zentrale Ostsee zeigen die Existenz einer starken und dauerhaften herbstlichen Front, innerhalb derer eine Vielfalt von submesoskaligen Mustern mit scharfen Dichtegradienten, starker Oberfächenkonvergenz und hohen Vertikalgeschwindigkeiten sichtbar ist. Im Bereich dieser Strukturen ist die Tiefe der durchmischten Oberflächenschicht hoch variabel. Im Ergebnis haben submesoskalige Prozesse die Fähigkeit, auch während Stürmen flache durchmischte Schichten zu erhalten und anschließend eine schnelle Restratifizierung des oberen Ozeans zu bewirken. Die Wechselwirkung von starker oberflächennaher Turbulenz und submesoskaliger Restratifizierung führt zu einer hohen Mischungseffizienz innerhalb submesoskaliger Fronten.

Am Freitag, dem 11. Dezember 2020, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Markus Schölmerich (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Redmer) zum Thema „Dynamic compression experiments of SiO2 and GeO2 at synchrotron- and X-ray free electron laser (XFEL) light sources”  via Online-Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 10.12.2020

Abstract

The discovery of thousands of extra-solar planets around other stars raised interest about the diversity of planetary architectures, compositions and how such planets might form and evolve. Silica (SiO₂), in this respect, is one of the most fundamental constituents in planetary science, being vastly abundant in the Earth’s crust and mantle, strongly affected by polymorphism at high pressures and serving as an archetype for the dense highly coordinated silicates of planetary interiors and large exoplanets. In this work, the high pressure behavior of four major SiO₂ polymorphs were investigated by means of dynamic compression: α-quartz, fused silica, stishovite and α-cristobalite. Here, laser shock compression and dynamic diamond anvil cell (dDAC) techniques were applied and the concomitant use of hard X-ray radiation at synchrotron- and X-ray free electron laser (XFEL) facilities made a time-resolved investigation of the lattice response at high pressures possible. From laser shock compression, a phase transformation, several high pressure phase transformations and melting could be demonstrated. Ultimately, from the dynamic compression of α-cristobalite by means of the dDAC, phase transitions to the high pressure polymorphs critobalite II, cristobalite X-I and seifertite was demonstrated. The pressure onset of these phase transitions are directly correlated to the applied compression rate, and it can be shown, that increasing compression rates can shift the transitions to higher pressures.

Zusammenfassung

Die Entdeckung tausender extrasolarer Planeten (Exoplaneten) in anderen Sonnensystemen wirft neue Fragen in Bezug zu deren Zusammensetzung, Entstehung und Entwicklung auf, die durch experimentelle Untersuchungen geologischer Materialien entschlüsselt werden sollen. Siliziumdioxid (SiO₂) ist hierbei eines der grundlegendsten Bestandteile, da es in unserer Erdkruste und im Erdmantel überdurchschnittlich häufig vorkommt und dessen Stabilität durch Hochdruckmodifikationen stark beeinflusst wird. In dieser Arbeit wurde das Hochdruckverhalten von vier SiO₂ Modifikationen mit Hilfe dynamischer Kompression durch Laser-induzierten Schock und der dynamischen Diamantstempelzelle (dDAC) untersucht: α-Quarz, Quarzglas, Stishovit und α-Cristobalit. Die gleichzeitige Verwendung harter Röntgenstrahlung eines Synchrotrons oder Freien- Elektronen-lasers (XFEL) ermöglicht eine zeitaufgelöste Untersuchung der Gitterstruktur dieser Materialien. Durch die Anwendung Laser induzierten Schock-Kompression wurde verschiedene Hochdruck-Modifikationen entdeckt. Zudem wurde durch die dynamische Kompression von α-Cristobalit mit der dDAC die Phasenübergänge zu den Hochdruckmodifikationen Critobalite II, Cristobalit X-I und Seifertit beobachtet. Die Drücke dieser Phasenübergänge hingen direkt von der angewandten Kompressionsrate ab, und zunehmende Kompressionsraten führten zu höheren Drücken der Phasenübergänge.

Am Freitag, dem 04. Dezember 2020, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Thomas Frankenberger (Angewandte Physik, AG Prof. Dr. Gerber) zum Thema „Strukturuntersuchungen an PEEK-Silica-Kompositen für Implantatanwendungen”  via Online-Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 03.12.2020

Zusammenfassung

Polyetheretherketon (PEEK) ist ein Hochleistungspolymer, dass als Implantatmaterial ein steigendes Interesse entwickelt und bereits in verschiedenen medizinischen Anwendungen metallische Werkstoffe ersetzt. Trotz seiner hervorragenden Biokompatibilität, fördert es jedoch keinen direkten Verbund mit Knochen. Um diese Eigenschaft langfristig zu verbessern, wurde ein Verfahren etabliert, mit dem eine Kompositschicht zwischen einem hochporösen Knochenersatzmaterial und PEEK, hergestellt wurde. In diesem Zusammenhang wurde der Glasübergang und die Kristallisation des Polymers in den Nanoporen eines Modellsystems aus SiO2-PEEK-Kompositen untersucht. Außerdem wurde die biologische Leistungsfähigkeit eines modifizierten Modellimplantats in einer Anwendungstestung analysiert. Aufgrund der biomimetischen Eigenschaften der Kompositschicht, war ein erhöhter vitaler Verbund zwischen Knochen und PEEK-Oberfläche festzustellen, der die Integration des Implantats im Knochenlager steigert.

Abstract

Polyetheretherketone (PEEK) is a high-performance polymer, which gained increased interest as implant material and already replaces metal implants in various medical applications. Despite excellent biocompatibility, PEEK does not promote a direct integration into bone tissue. In order to enhance the long-term bone-implant-interaction, a method was developed to establish a composite layer between a highly porous bone graft material and the PEEK surface. Investigations of the glass transition and the crystallisation of the polymer confined to nanopores were performed on a model system of SiO2-PEEK-composites. Additionally, the performance of modified model-implants were tested in a medical application. The biomimetic properties of the composite layer increased the vital bond between bone and the PEEK-surface, which lead to an enhanced integration of the implant in the bone tissue.

Am Freitag, dem 20.November 2020, 15:15 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Frau Adwaa Ahmed (Angewandte Physik, AG Prof. Dr. Burkel) zum Thema „Spectral characteristics of Photocatalytic constant for Titania” via Online-Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 19.11.2020

Abstract

In this project, we performed a systematic study for the spectral dependency of the photocatalytic constant of TiO₂ which was fabricated by different methods and analyzed the electronic states of the used TiO₂  using different approaches.

We found that two simultaneous effects occur in water: an electrochemical degradation and a photocatalytic degradation of the pollutants.

Furthermore, the existence of a synergetic effect was observed which is explained by the electron-hole pair separation in the electric field which increases the lifetime, even when the electric field is small.

Zusammenfassung

In dieser Arbeit wurde eine systematische Studie der spektralen Abhängigkeit der photokatalytischen Aktivität von TiO₂ durchgeführt, das mit unterschiedlichen Präparationsmethoden hergestellt wurde. Dabei wurden die elektronischen Eigenschaften der verwendeten TiO₂ Nanopulver mit verschieden Ansätzen untersucht.

Es wurde festgestellt, dass in Wasser zwei simultane Effekte auftreten. Es handelt sich um eine elektrochemische und eine photokatalytische Umwandlung der Schadstoffe.

Zusätzlich wurde die Existenz eines synergetischen Effekts beobachtet, der mit der Elektron-Lochpaar Trennung im elektrischen Feld erklärt werden kann, wodurch die Lebenszeit verlängert wird. Dieses Verhalten wurde auch bei schwachen elektrischen Feldern beobachtet.

Am Freitag, dem 13.November 2020, 15:15 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Herrn Jen-Ping Peng (Physical Oceanography, AG PD Dr. Umlauf, IOW) zum Thema „Frontal Instability and Energy Dissipation in Submesoscale Fronts” in Form einer Online-Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de bis 12.11.2020

Abstract

Theory and numerical simulations suggest that submesoscale fronts and filaments are subject to various types of instabilities, providing a potentially important pathway for the downscale transport and dissipation of mesoscale kinetic energy in the ocean. This thesis discusses the real-ocean relevance of these recent concepts based on high-resolution turbulence and velocity data from transient submesoscale upwelling filaments in the Benguela upwelling system (South-East Atlantic). The focus of this study is sharp submesoscale fronts located at the edge of the filaments, characterized by persistent downfront winds, a strong frontal jet, and vigorous turbulence under different buoyancy forcing conditions. The data measured in the presence of destabilizing surface forcing reveal three distinct frontal stability regimes: forced symmetric instability (SI) in a deep mixing layer region, inertial/symmetric instability (ISI) on the anticyclonic side of the front, and marginal shear instability on the cyclonic side. For the first time, a dataset obtained under negligible net buoyancy forcing has revealed an unforced SI in the surface boundary layer, which is ignored in the current parameterizations. Finally, a further dataset obtained in the presence of stabilizing buoyancy forcing reveals a complete shut-down of frontal instability. The observations in this thesis provide direct evidence for the relevance of forced/unforced SI, ISI, and marginal shear instability for overall energy dissipation in submesoscale fronts and filaments.

Zusammenfassung

Theorie und numerische Simulationen legen nahe, dass submesoskalige Fronten und Filamente verschiedener Arten von Instabilitäten unterliegen, was einen potenziell wichtigen Weg für den Transport und die Dissipation von mesoskaliger kinetischer Energie im Ozean darstellt. In dieser Arbeit wird die reale Ozeanrelevanz dieser neuen Konzepte diskutiert, die auf hochauflösenden Turbulenz- und Geschwindigkeitsdaten von transienten submesoskaligen Auftriebsfilamenten im Benguela-Auftriebssystem (Südostatlantik) basieren. Der Schwerpunkt dieser Studie liegt auf scharfen submesoskaligen Fronten am Rand des Filamente, die durch anhaltende Winde, einen starken Frontalstrahl und starke Turbulenzen unter verschiedenen Auftriebsbedingungen gekennzeichnet sind. Die in Gegenwart eines destabilisierenden Oberflächenantriebs gemessenen Daten zeigen drei unterschiedliche frontale Stabilitätsregime: erzwungene symmetrische Instabilität (SI) in einer tiefen, gut durchmischten Deckschicht und Trägheits/symmetrische Instabilität (ISI) auf der antizyklonalen Seite der Front und marginale Scherinstabilität auf der zyklonalen Seite. Der Datensatz, der unter vernachlässigbaren Auftriebsbedingugen aufgenommen wurde, zeigt zum ersten Mal eine ungezwungene SI in der Oberflächengrenzschicht, die bei der aktuellen Parametrisierungen ignoriert wird. Schließlich zeigt ein weiterer Datensatz, der in Gegenwart eines stabilisierenden Auftriebsantriebs erhalten wurde, eine vollständige Abschaltung der frontalen Instabilität. Die Beobachtungen in dieser Arbeit liefern direkte Belege für die Relevanz von erzwungener/ungezwungener SI, ISI und marginaler Scherinstabilität für die Gesamtenergiedissipation in submesoskaligen Fronten und Filamenten.

Am Freitag, dem 23. Oktober 2020, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Herrn Kevin Oldenburg (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Speller) zum Thema „Correlative Imaging and Spectroscopy of Functional Layers Composed of Nanoparticles and Molecule Aggregates” in Form einer Hybrid-Veranstaltung im SR110, LLM statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de

Abstract

Organic dyes are promising candidates for a manifold of new devices due to their striking and versatile optical and electronic properties. In this work, heterogeneous structures consisting of copper porphyrins and tetracene are investigated mainly by photoemission electron microscopy (PEEM) in the vicinity of small silver nanoparticles where strong coupling phenomena are expected to occur. As shown for silver clusters on a pristine silicon surface, an important effect is strong coupling to the substrate leading to dramatically altered plasmonic properties which have to be treated beyond the commonly employed dipole approximation. By utilizing the plasmonic properties of the nanoparticles, it was possible to locally excite molecular aggregates by the enhanced plasmonic near-field. This demonstrates their role as couplers from far-field to near-field to excitons with promising potential in future organic optoelectronic devices.

Zusammenfassung

Aufgrund ihrer vielfältigen und bemerkenswerten optischen und elektronischen Eigenschaften sind organische Farbstoffe vielversprechende Kandidaten für eine Vielfalt neuer Anwendungen. In dieser Arbeit werden heterogene Strukturen aus Kupfer-Porphyrin und Tetracen in der Umgebung kleiner Silbernanopartikel primär mit dem Photoemission-Elektronenmikroskop (PEEM) untersucht, wobei das Auftreten starker Kopplungsphänomene erwartet wird. Wie für Silbercluster auf einer reinen Siliziumoberfläche gezeigt werden konnte, führt die starke Kopplung zum Substrat zu drastisch veränderten plasmonischen Eigenschaften, welche jenseits der üblich verwendeten Dipolnäherung behandelt werden müssen. Durch Ausnutzen der plasmonischen Eigenschaften der Nanopartikel konnten molekulare Aggregate lokal, durch das verstärkte Nahfeld, angeregt werden. Dies veranschaulicht ihre Bedeutung als Koppler zwischen Fernfeld, Nahfeld und Exzitonen mit einem vielversprechendem Potential für zukünftige Anwendungen in der organischen Optoelektronik.

Am Freitag, dem 16. Oktober 2020, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Herrn Adrian Hanusch (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Bauer) zum Thema „Particle acceleration at collisionless shocks Hybrid Simulations in the Era of High-Precision Cosmic Ray Observations” per Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de

Abstract

The new generation high-end detectors measure cosmic ray (CR) spectra with unprecedented accuracy and reveal features that challenge the hypothesis of CR origin in supernova remnants and raise doubts regarding the diffusive shock acceleration (DSA) as a sustainable explanation of the observed spectra. The results of hybrid simulations focused on the injection phase of the DSA and analytic modelling provide an explanation for an "anomaly" in the measured CR rigidity spectra and produce the proton/helium ratio dependence consistent with the observations. Moreover, the simulations have captured a new phenomenon in the DSA: the spectrum steepening associated with the variation of shock obliquity along its face. Both results make a step forward to reconcile the DSA even with high-precision observations.

Zusammenfassung

Die jüngste Generation von High-End-Detektoren messen Spektren der kosmischen Strahlung (CR) mit bisher unerreichter Genauigkeit und decken Merkmale auf, die die „Standardtheorie” des CR-Ursprungs, nach der die geladenen Teilchen an den Stoßwellen von Supernova-Überresten durch diffusive Beschleunigung (DSA) zu hohen Energien beschleunigt werden, in Frage stellen. Die Ergebnisse der Hybridsimulationen, die sich auf die Injektionsphase der DSA konzentrierten, liefern eine Erklärung für eine „Anomalie” in den CR Spektren und ergeben eine Abhängigkeit des Protonen/Helium-Verhältnisses, die mit den Beobachtungen übereinstimmt. Darüber hinaus haben die Simulationen ein neues Phänomen in der DSA erfasst: eine Veränderung des Spektrums aufgrund einer variablen Ausrichtung der Stoßwellen. Diese Ergebnisse erlauben die DSA auch mit hochpräzisen Beobachtungen in Einklang zu bringen.

Am Mittwoch, dem 14. Oktober 2020, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Herrn Börgel (Physikalische Ozeanographie, AG Prof. Dr. Meier) zum Thema „Long-term Climate Variability of the Baltic Sea Region”  per Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de

Abstract

This thesis analyzes the impact of the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) on North European climate and traces the AMO signal into the Baltic Sea region. With a frequency of 50 - 90 years, effects of the AMO are difficult to evaluate, since observations are limited to about 150 years. To overcome this lack of observational data, a combination of a general circulation model (GCM) and a regional climate model (RCM) is used to analyze the preindustrial period from 950 - 1800. Further, the importance of the AMO for the more recent period 1850 - 2008 is discussed. In summary, this work shows that the AMO plays an important and often neglected role for the climate of the Baltic Sea.

Zusammenfassung

Diese Arbeit untersucht die Auswirkungen der Atlantischen Multidekaden-Oszillation (AMO) auf das nordeuropäische Klima und verfolgt das AMO-Signal in der Ostseeregion. Beobachtungsdaten sind auf etwa 150 Jahre begrenzt. Aufgrund der AMO-Frequenz von 50 bis 90 Jahren ist es daher unmöglich, konkrete Aussagen über den Effekt der AMO zutreffen, da kaum zwei volle AMO-Zyklen erfasst werden. Um dieses Problem zu vermeiden, werden in dieser Arbeit numerische Modelle verwendet: Mit einer Kombination aus einemglobalen Zirkulationsmodell (GCM) und einem regionalen Klimamodell (RCM) wird der vorindustrielle Zeitraum von 950 bis 1800 analysiert. Darüber hinaus wird die Bedeutung der AMO für den Zeitraum von 1850 bis 2008 diskutiert. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass die AMO eine wichtige und oftmals nicht berücksichtigte Rolle für das Klima der Ostsee spielt.

Am Freitag, dem 09. Oktober 2020, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Herrn Nis Meinert (Experimentalphysik, AG PD Dr. Waldi) zum Thema „Suche nach seltenen b nach Open-Charm Zweikörperzerfällen von Baryonen am LHCb Experiment” per Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de

Zusammenfassung

In dieser Arbeit wird eine Suche nach den seltenen Zweikörper-Zerfällen Λ_b → D⁰Λ und Ξ_b → D⁰Λ mit Proton-Proton Kollisionen präsentiert. Der analysierte Datensatz entspricht einer integrierten Luminosität von 6 fb^-1 und wurde durch das LHCb Experiment bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV aufgezeichnet. Der Zerfall Λ_b → D⁰Λ wird mit einer statistischen Signifikanz von 5,5 Standardabweichungen beobachtet und ist somit als Neuentdeckung einzustufen. Das gemessene Verzweigungsverhältnis mit statistischem, systematischem und externem Fehler, normiert mit gemessenen Λ_b → D⁰pπ^- Zerfällen, ist (9.9 ± 2.3 ± 1.6 ± 1.1) × 10^-6. Eine Anhäufung von Ξ_b → D⁰Λ Kandidaten gegenüber dem Untergrund wird mit einer statistischen Signifikanz von 1,8 Standardabweichungen beobachtet und zur Berechnung von Obergrenzen benutzt.

Abstract

A search for the rare two-body decays Λ_b → D⁰Λ and Ξ_b → D⁰Λ is performed with proton-proton collision data, corresponding to an integrated luminosity of 6 fb^-1, collected by the LHCb experiment at a center-of-mass energy of 13 TeV. The decay Λ_b → D⁰Λ is seen with a statistical significance of 5.5 standard deviations, and constitutes the discovery for this decay. The branching fraction, measured using the Λ_b → D⁰pπ^- decay for normalization, is (9.9 ± 2.3 ± 1.6 ± 1.1) × 10^-6, where the uncertainties are statistical, systematic, and external, respectively. An excess of Ξ_b → D⁰Λ candidates w.r.t. the background is observed with a statistical significance of 1.8 standard deviations and is used to estimate the upper limits.

Am Freitag, dem 24. Juli 2020, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Frau Francie Schmidt (Atmosphärenphysik, AG Prof. Dr.Lübken) zum Thema “3-D numerische Modellierung polarer mesosphärischer Eisschichten - Simulation und Analyse von PMC/NLC Strukturen im Vergleich mit Lidar/Satellitendaten“ per Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de

Zusammenfassung

Polare mesosphärische Wolken (PMC) reagieren empfindlich auf atmosphärische Hintergrundfelder. Das Ver-ständnis über Prozesse der mesosphärischen Eisbildung und der Variabilität der Eiswolken ist essentiell, um auf die Dynamik, langfristige Veränderungen und Zusammensetzung der Atmosphäre zu schließen. In dieser Dissertation wurde das Eistransportmodell MIMAS verwendet, um Wechselwirkungen zwischen PMC und at-mosphärischen Hintergrundbedingungen in der Nordhemisphäre im Zeitraum 1979 – 2013 zu untersuchen. Die Variationen in Temperatur und Wasserdampf über den Tageszyklus hinweg sind eine wichtige Quelle der PMC-Variabilität in Abhängigkeit von der Lokalzeit. Die vorgestellte 35-jährige Klimatologie des Eiswasserge-halts in Abhängigkeit von der Lokalzeit für verschiedene Grenzwerte und Breitengrade kann für Korrekturen von Messungen genutzt werden, bei denen die instrumentelle Empfindlichkeit und gemessene Lokalzeit be-rücksichtigt werden muss.

Abstract

Polar mesospheric clouds (PMC) are sensitive to atmospheric background fields. Understanding the processes of mesospheric ice formation and variability of these ice clouds are essential to derive conclusions about the dynamics, long-term changes and atmospheric composition. In this work, the ice transport model MIMAS was used to examine the relationships between PMC and atmospheric background conditions in the northern hemi-sphere in the period 1979 – 2013. The results show that temperature and water vapor disturbances over the daily cycle are an important source of PMC variability in dependency of local time. The presented 35-year climatology of ice water content as a function of local time for different thresholds and latitudes can be used for corrections of measurements whose instrumental sensitivity and measured local time must be taken into account.

Am Donnerstag, dem 09. Juli 2020, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Herrn Fukun Shi (Angewandte Physik, AG Prof. Dr. Kolb) zum Thema “lmpedimetric Analysis of Biological Cell Monolayers before and after Exposure to Nanosecond Pulsed Electric Fields“ per Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de

Abstract

Models and method for the interpretation of impedance spectra for normal and cancer cells before and after electrical stimulation, focusing on nanosecond pulsed electric fields (nsPEFs), were investigated to describe salient features and their development that were observed in dedicated in situ experimental studies. For the first time a non-invasive, realtime and label-free method was established to explore temporal changes and their underlying physical processes of adherent cells for characteristics of cell-cell connections and the extracellular matrix. Therefore, different procedures for a reduction and visualization of impedance data for cell monolayers were developed on the basis of complex nonlinear least squares, multivariate analysis or a deconvolution method. These approaches pave the way for a sensitive distinction and quantification of effects of electrical stimulation on different cell lines. The investigation encourages the further development into a clinical tumor diagnostic, especially for treatments with nsPEFs but in general also other methods of electrical stimulation.

Zusammenfassung

Modelle und Methoden zur Interpretation von lmpedanzspektren fur normale und Krebszellen vor und nach elektrischer Stimulation, mit dem Fokus auf Nanosekundengepulste elektrische Feldern, wurden untersucht, um herausragende Merkmale und deren Entwicklung zu beschreiben, die in speziellen in situ Experimenten beobachtet wurden. Zum ersten Mal wurde eine nicht-invasive, zeitnahe und markierungsfreie Methode entwickelt, um zeitliche Veränderungen und diesen zugrundeliegenden physikalischen Prozessen hinsichtlich der Eigenschaften von Zell-Zell-Verbindungen und der extrazellularen Matrix zu untersuchen. Dazu wurden verschiedene Verfahren zur Reduktion und Visualisierung von Impedanzdaten fur Zellmonoschichten auf der Basis komplexer nichtlinearer kleinster Fehlerquadrate, multivariater Analysen oder einer Entfaltungsmethode entwickelt. Diese Ansätze bereiten den Weg für eine sensitive und Quantifizierung von Effekten elektrischen Stimulation auf unterschiedliche ZeIllinien. Die Untersuchung ermutigen die Weiterentwicklung hin zu einer klinischen Tumordiagnostik, speziell für Behandlungen mit nsPEFs, aber generell auch anderen Methoden der Elektrostimulation.

Am Freitag, dem 10. Juli 2020, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Herrn Rui Zhang (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Schick) zum Thema “Polymer nucleation and crystallization investigated by in situ combination of atomic force microscopy (AFM) and fast scanning calorimetry (FSC)“ per Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de

Abstract

A chip based fast scanning calorimeter (FSC) is used as a fast hot-stage in an atomic force microscope (AFM). This way, the morphology of materials with a resolution from micro to nano meters after fast thermal treatments becomes accessible. FSC can treat the sample isothermally or at heating and cooling rates up to 1 MK s^-1. The short response time of the FSC in the order of milliseconds enables rapid changes from scanning to isothermal modes and vice versa. Additionally, FSC provides crystallization/melting curves of the sample just imaged by AFM. A combined AFM-FSC device is described, where the AFM sample holder is replaced by the FSC chip-sensor. The sample can be repeatedly annealed at pre-defined temperatures and times and the AFM images can be taken from exactly the same spot of the sample. Homogeneous crystal nucleation in polyamide 66 (PA 66) was studied by the AFM-FSC described above. The present thesis offers a qualitatively new approach of analysing the kinetics of homogeneous nucleation of polymers. In addition, it allows employing the specific AFM-FSC setup as a valuable tool for direct observation of crystal-specific enthalpies of crystallization.

Zusammenfassung

Ein Chip-basiertes Fast-Scanning-Kalorimeter (FSC) wird als schneller Heißtisch in einem Rasterkraftmikroskop (AFM) verwendet. Auf diese Weise wird die Morphologie von Materialien mit einer Auflösung von Mikro- bis Nanometern nach schnellen Wärmebehandlungen zugänglich. FSC kann die Probe isotherm oder mit Heiz- und Abkühlraten von bis zu 1 MK s^-1 behandeln. Die kurze Reaktionszeit des FSC in der Größenordnung von Millisekunden ermöglicht schnelle Änderungen vom Scannen zum isothermen Modus und umgekehrt. Zusätzlich liefert FSC Kristallisations- / Schmelzkurven der gerade durch AFM abgebildeten Probe. Es wird eine kombinierte AFM-FSC-Vorrichtung beschrieben, bei der der AFM-Probenhalter durch den FSC-Chipsensor ersetzt wird. Die Probe kann wiederholt bei vordefinierten Temperaturen und Zeiten getempert werden, und die AFM-Bilder können von genau derselben Stelle der Probe aufgenommen werden. Die homogene Kristallkeimbildung in Polyamid 66 (PA 66) wurde mit dem oben beschriebenen AFM-FSC untersucht. Die vorliegende Arbeit bietet einen qualitativ neuen Ansatz zur Analyse der Kinetik der homogenen Keimbildung von Polymeren. Darüber hinaus ermöglicht es die Verwendung des spezifischen AFM-FSC-Aufbaus als wertvolles Werkzeug zur direkten Beobachtung kristallspezifischer Kristallisationsenthalpien.

Am Freitag, dem 26. Juni 2020, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Herrn Michael Kelbg (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Meiwes-Broer) zum Thema “Laser-Induced Helium Nanoplasma Dynamics Studied by Electron and Ion Time-of-Flight Spectrometry“ per Videokonferenz statt.

Anmeldungen unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de

Abstract

Ultrashort laser pulses allowed to experimentally access strong-field phenomena. This enabled the observation as well as the control of physical processes within atoms and clusters. Specifically, nanosystems excel with their unique collective electron dynamics and pave the way for numerous novel applications. The focus of this thesis lies on electronic processes in a helium nanoplasma. The temporal development of a transient nanoplasma is studied using pump-probe experiments up to a nanosecond timescale. Thus, the distribution of strongly bound quasi-free electrons in the plasma potential is mapped and the disintegration of the plasma by electron recombination into Rydberg states is demonstrated.

Zusammenfassung

Ultrakurze Laserpulse eröffneten den Zugang zu Starkfeldphänomenen für die Experimentalphysik. Dies ermöglichte sowohl die Beobachtung, als auch die Kontrolle von physikalischen Prozessen in Atomen und Clustern. Nanosysteme zeichnen sich dabei durch ihre spezifische kollektive Elektronendynamik aus und ebnen damit den Weg für zahlreiche neue Anwendungen. Im Fokus dieser Arbeit liegen elektronische Prozesse in einem Helium-Nanoplasma. Mit Hilfe von Pump-Probe Experimenten konnte die zeitliche Entwicklung eines transienten Nanoplasmas bis in den Nanosekunden Bereich hinein beobachtet werden. Dabei konnte die Verteilung stark gebundener quasi-freier Elektronen im Plasmapotential abgebildet und die Desintegrat

Am Freitag, dem 19. Juni 2020, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Herrn Arvid Langenbach (Atmosphärenphysik, AG Prof. Dr. Lübken) zum Thema “Untersuchung der stratosphärischen Aerosolschicht über Nordnorwegen mit dem ALOMAR RMR Lidar“ per Videokonferenz statt.
Anmeldungen unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de

Zusammenfassung

Die stratosphärische Aerosolschicht hat eine fundamentale Bedeutung für die Strahlungsbilanz der Atmosphäre und die Ozonchemie. Sie reicht von der Tropopause bis in über 30 km. Das Rayleigh Mie Raman(RMR) Lidar im Arctic Lidar Observatory for Middle Atmosphere Research (ALOMAR) in Nordnorwegen (69°N, 16°E) ist ein hochmodernes Fernerkundungsgerät und ermöglicht die Analyse der Aerosolschicht in bisher unerreichter Auflösung. Die Auswertemethodik für stratosphärische Aerosole beruht auf der Messung der Rückstreuung bei unterschiedlichen Wellenlängen und der Nutzung verschiedener Streuprozesse. Für Nachtmessungen werden Rückstreuverhältnisse der Aerosole aus dem elastisch rückgestreuten Signal bei 1064, 532 oder 355 nm und dem inelastisch rückgestreuten Signal bei 387 oder 608 nm bestimmt. Für Tagmessungen wird ein Farbverhältnis aus elastisch rückgestreuten Signalen mit Hilfe einer Korrekturfunktion zu einem Profil des Rückstreuverhältnisses approximiert. So erhält man erstmals einen Datensatz in hohen Breiten, der das komplette Jahr abdeckt und die Untersuchung der Aerosolschicht auf verschiedenen Zeitskalen ermöglicht.

Abstract

The stratospheric aerosol layer is of fundamental importance for the radiative balance of the atmosphere and the ozone chemistry. The layer is located between the tropopause and about 30 km. The Rayleigh Mie Raman (RMR) Lidar at the Arctic Lidar Observatory for Middle Atmosphere Research (ALOMAR) in northern Norway (69°N, 16°E) is a state-of-the-art remote sensing instrument, which allows the investigation of the aerosol layer in unprecedented resolution. The newly developed retrieval for stratospheric aerosols is based on backscattered signal at different wavelengths and the use of multiple scattering processes. For night time measurements backscatter ratios are calculated from elastic backscattered signals at 1064, 532 or355 nm and inelastic backscattered signals at 387 or 608 nm. For daytime measurements an approximated backscatter ratio is derived from color ratios of elastic scattering and application of a correction function. The result is a first time dataset of stratospheric aerosol throughout the year for polar regions. This allows for the investigation of the stratospheric aerosol layer on

Am Freitag, dem 15. Mai 2020, 15:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Herrn Jens Söder (Atmosphärenphysik, AG Prof. Dr. Lübken) zum Thema “Turbulence Observations on Soundings Balloons: Geophysical Interpretations based on Instrumental Revisions“ per Videokonferenz statt.
Anmeldungen unter: verteidigungen.physik@uni-rostock.de

Abstract

Turbulence is of fundamental importance for energy transport in the atmosphere. Measuring turbulence however is challenging, because it involves a large variety of spatial scales. In this work, several instrumental effects on sounding balloons are investigated, including turbulent wakes created by the balloon. They are found to seriously influence turbulence measurements. However, these influences are circumvented on the new version of the LITOS instrument that has been developed and tested against another instrument in the course of this thesis.
Furthermore, LITOS is used for two geophysical case studies: First, we investigate turbulence generation by wave breaking. Second, we interpret a measurement where small-scale turbulence influences large-scale weather patterns around the jet stream.

Zusammenfassung

Turbulenz ist von fundamentaler Bedeutung für den Energietransport in der Atmosphäre. Aufgrund der großen Bandbreite räumlicher Skalen ist es jedoch schwierig, Turbulenz zu messen. In dieser Dissertation werden verschiedene instrumentelle Effekte von Ballonmessungen wie die turbulente Wirbelschleppe des Ballons untersucht. Dabei sind schwerwiegende Beeinflussungen von Turbulenzmessungen festgestellt worden. Die neue Version des LITOS Instruments, die im Rahmen dieser Arbeit weiterentwickelt und vergleichend getestet wurde umgeht diese Beeinflussungen.
Des Weiteren wird LITOS für zwei geophysikalische Fallstudien genutzt: Erstens untersuchen wir Turbulenzentstehung durch Wellenbrechen. Zweitens interpretieren wir eine Messung, bei der kleinskalige Turbulenzen großskalige Wettergeschehen in der Nähe des Jet-Streams beeinflussen.

Am Freitag, dem 07. Februar 2020, verteidigt um 15:00 Uhr im HS I des Instituts für Physik der Universität Rostock Herr Gilbert Grell (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Kühn) seine Dissertation zum Thema “Spherically symmetric continuum approach to the simulation of molecular ionization processes”.

Abstract
Photoelectron and autoionization spectroscopy are widespread versatile tools to decipher the electronic structure of molecules in their ground and excited states, as well as during dynamical processes. However, the experimental spectra can be quite complicated, requiring support from theoretical modeling to facilitate an unambiguous assignment and interpretation. For many scientifically interesting molecules, an accurate quantum mechanical description of the outgoing electron is not feasible. Approximate treatments truncate the interaction of the outgoing electron with the molecular potential, which can for instance be disregarded completely or treated as a point charge. These models have their justification but are in many cases not accurate enough. This thesis suggests to take into account the spherically averaged molecular potential as a numerically efficient means to improve the description of the outgoing particles. The different approximations are scrutinized regarding the simulation of photoelectron and autoionization spectra from a variety of systems, ranging from small molecules to transition metal complexes.

Zusammenfassung
Photoelektronen- und Autoionisationsspektroskopie sind vielfältige und häufig genutzte Werkzeuge um die Elektronenstruktur von Molekülen im Grundzustand, sowie in angeregten Zuständen und während dynamischer Prozesse zu untersuchen. Die experimentellen Spektren können jedoch sehr kompliziert sein, was eine simulationsseitige Unterstützung bei ihrer Charakterisierung und Interpretation erfordert. Für viele Moleküle von wissenschaftlichem Interesse ist eine genaue quantenmechanische Beschreibung des ausgehenden Elektrons nicht durchführbar. Näherungsweise Methoden beschränken hier die Wechselwirkung des ausgehenden Elektrons mit dem molekularen Potential, welches beispielsweise vollständig vernachlässigt oder als Punktladung betrachtet werden kann. Diese Modelle haben ihre Berechtigung, aber sind in vielen Fällen nicht genau genug. Diese Dissertation schlägt vor das sphärisch gemittelte molekulare Potential zu verwenden um die Beschreibung der ausgehenden Elektronen in numerisch effizienter Art und Weise zu verbessern. Die verschiedenen Näherungen werden anhand der Simulation von Photoelektronen- und Autoionisationsspektren verschiedener Systeme, von kleinen Molekülen bis hin zu Übergangsmetallkomplexen untersucht.

Am Freitag, dem 13. Dezember 2019, verteidigt um 15:00 Uhr im HS I des Instituts für Physik der Universität Rostock Herr Aleksej Friedrich (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Lochbrunner) seine Dissertation zum Thema „Ultraschnelle Relaxation und Elektronentransfer bei Photosensibilisatoren basierend auf Übergangsmetallen der ersten Reihe“.

Zusammenfassung
Zur photokatalytischen Herstellung von Wasserstoff aus Wasser werden neben Katalysatoren auch Lichtsammeleinheiten (Photosensibilisatoren) benötigt. In dieser Arbeit werden mit ultraschneller Anrege-Abfrage-Spektroskopie Metallkomplexe auf Basis von Chrom, Eisen und Kupfer auf ihre Eignung als Photosensibilisatoren untersucht. Bei Chrom- und Eisenkomplexen findet nach der Absorption von Licht eine schnelle Relaxation in niederenergetische, metallzentrierte Zustände statt. Anhand von Eisenkomplexen wurde gezeigt, dass durch ein geeignetes Design der Liganden solch eine Relaxation verlangsamt werden kann und so für die Katalyse nutzbare Zustände entstehen können. Weiterhin wurde ein Modellsystem zur Wasserstoffherstellung untersucht, das auf einem Kupferkomplex als Photosensibilisator basiert. Es zeigte sich, dass die Effizienz bei der Übertragung von Elektronen vom Photosensibilisator auf den Katalysator bei 31% liegt, was darauf hindeutet, dass die Ausbeute durch Ladungsrekombinationsprozesse begrenzt ist.

Abstract
A photocatalytic system, which generates solar fuels like hydrogen, requires, besides the catalyst, a photosensitizer. This light harvesting unit absorbs the sun light and supplies the catalytic system with energy to keep the reaction cycle going. This thesis focuses on photosensitizers based on chromium, iron, and copper. Ultrafast pump-probe spectroscopy is used to get insight into the relaxation processes following photo absorption. Chromium and iron complexes suffer from fast relaxation into low-energy metal-centered states, which prevent photocatalytic hydrogen generation. On the basis of iron complexes, it was shown, how smart design of ligands can slow down such a relaxation and a potentially catalytically usable state can be obtained. Furthermore, a hydrogen evolving model system based on a copper complex as photosensitizer was studied. The efficiency for the electron transfer from the photosensitizer to the catalyst was determined to be 31%. This indicates that charge recombination processes prevent a high hydrogen yield.

Am Mittwoch, dem 11.Dezember 2019, verteidigt um 15:00 Uhr im HS I des Instituts für Physik der Universität Rostock Frau Madline Kniebusch (Physikalische Ozeanographie, AG Prof. Dr. Meier, IOW) ihre Dissertation zum Thema „Detection and attribution studies of climate related changes in the Baltic Sea since 1850“.

Abstract
This thesis follows the approach of detection and attribution in order to find out how the Baltic Sea and its ecosystem have changed since the first systematic observations started around 1850 and what caused these changes. Therefore, model results as well as various observational data sets were analysed in order to analyse changes in the water temperature, the sea surface salinity and the biogeochemistry of the Baltic Sea. This work emphasizes that analysing climatic changes requires to also consider the internal variability of the climate system, since it can mask or enhance long-term changes during time periods of several decades.

Zusammenfassung
Diese Arbeit folgt der Methode "Detection and Attribution" (deutsch: Erkennung und Zuordung), bei der im Allgemeinen langfristige Veränderungen des Klimasystems bestimmt und ihren Ursachen zugeordnet werden. Das Ziel ist es hier, herauszufinden, wie sich die Ostsee und ihr Ökosystem seit Beginn der ersten systematischen Beobachtungen um 1850 verändert haben und was diese Veränderungen verursacht hat. Dazu wurden sowohl Modellergebnisse als auch Beobachtungsdaten verwendet und Veränderungen in der Wassertemperatur, des Oberflächensalzgehaltes und der Biogeochemie der Ostsee ausgewertet. Die Arbeit betont, dass bei der Analyse von Klimaveränderungen die interne Variabilität des Klimasystems nicht vernachlässigt werden darf, da sie langfristige Veränderungen über einen Zeitraum von mehreren Jahrzehnten verschleiern oder verstärken kann.

Am Freitag, dem 22. November 2019, verteidigt um 15:00 Uhr im HS I des Instituts für Physik der Universität Rostock Herr Lev Kazak (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Meiwes-Broer) seine Dissertation zum Thema „Photoelectron spectroscopy on magnesium ensembles in helium nanodroplets“.

Abstract
The special conditions provided by the ultracold and liquid environment of helium nanodroplets allow the formation of unusual and unique structures from embedded complexes. A recent example is magnesium atoms, which show evidence for the formation of a metastable structure called foam, in which single atoms are separated by a layer of helium. The present work focuses on the electronic properties of the foam, which were studied by photoelectron spectroscopy. The photoemission spectra show characteristic features which are assigned to the ionization from highly excited atomic states. This is attributed to a collapse of the photoexcited ensemble, which is accompanied by an energy transfer to the foam atoms. The maximum number of atoms that can be stabilized in the droplet is obtained by analyzing the doping dependence of the photoelectron features with respect to the pick-up statistic. Mass spectrometry studies on heavily doped droplets show the formation of magnesium clusters. The ionization potentials of small Mg_N clusters are determined by recording cluster ion yield as a function of the photon energy.

Zusammenfassung
Die besonderen Bedingungen der Helium Nanotropfen, die in der ultrakalten und flüssigen Umgebung herrschen, können zur außergewöhnlichen und einzigartigen Strukturen eingebetteter Komplexe führen. Ein aktuelles Beispiel sind die Magnesiumatome, die Hinweise zeigen auf die Bildung einer metastabilen „Schaum“-Struktur, bei der einzelne Mg-Atome durch eine Heliumschicht getrennt sind. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf den elektronischen Eigenschaften dieses Schaums, die mit Photoelektronenspektroskopie untersucht wurden. Die Photoemissionsspektren zeigen charakteristische Merkmale, die der Ionisation aus hochangeregten atomaren Zuständen zugeordnet werden können. Ursache ist der Kollaps des photoangeregtem Ensembles, der von einem Energietransfer auf die Schaum-Atome begleitet wird. Durch eine Analyse der Dotierungabhängigkeit der Photoelektronen Signale in Hinblick auf die Pick-up Statistik wurde die Maximalzahl an Atomen, die in einem Tropfen stabilisiert werden können, bestimmt. Massenspektrometrische Untersuchungen der Ionen stark dotierter Tropfen zeigen ein intensives Signal an Magnesiumclustern. Durch die Aufnahme der Ionenausbeuten als Funktion der Photonenenergie wurde die Ionisationspotentiale kleiner Mg_N Cluster ermittelt.

Am Freitag, dem 15. November 2019, verteidigt um 15:00 Uhr im HS I des Instituts für Physik der Universität Rostock Herr Sven Wilhelm (Atmosphärenphysik, AG Prof. Dr. Chau, IAP) seine Dissertation zum Thema „Long-term measurements of mesospheric and lower thermospheric winds using specular meteor radars“.

Abstract
Long-term measurements of winds in the mesosphere and lower thermosphere are of fundamental importance to detect global circulation patterns and their effects on the entire atmosphere. However, measurements of winds and atmospheric waves seem to depend on the used instrument and the applied method to infer a decompose of the observed time series. Furthermore, differences in the measurements occur due to the observed location, the season, and the altitude range. The aim of this thesis is a study of horizontal winds and their oscillations at the middle and polar latitudes, in view of their long-term change. Primarily, meteor radars are used for the determination of the winds, which have the advantage to operate independently of the solar radiation and the weather. The resulting winds are determined with the same wind estimation approach, which promises consistency between the measurements. In addition to the investigation of long-term changes, a comparison of the winds of two different radars, as well as a possible connection between the zonal wind and a change in the atmospheric density, is analyzed.

Zusammenfassung
Langzeitmessungen von Winden in der Mesosphäre und unteren Thermosphäre sind von fundamentaler Bedeutung, um globale Zirkulationsmuster und deren Auswirkungen auf die gesamte Atmosphäre zu erkennen. Messungen von Winden und atmosphärische Wellen variieren jedoch stark, je nach dem verwendeten Messinstrument, sowie der generellen Berechnungsmethode. Ferner können auch Unterschiede in den Messungen aufgrund des Beobachtungsortes, der Jahreszeit, sowie dem Höhenbereich auftreten. Das Ziel dieser Arbeit ist eine Studie von horizontalen Winden und deren Oszillationen in mittleren und polaren geografischen Breiten, in Hinblick auf deren langfristige Änderung. Für die Bestimmung der Winde werden hauptsächlich Meteorradare verwendet, welche gegenüber anderen Messinstrumenten den Vorteil haben unabhängig von der Sonneneinstrahlung und dem Wetter zu operieren. Um Konsistenz zwischen den resultierenden Windenmessungen zu erhalten wird bei allen Systemen die gleiche Windberechnungsmethode verwendet. Hierbei wird neben der Untersuchung langfristiger Änderungen, ein Vergleich der Winde zweier verschiedener Radargeräte, sowie eine mögliche Verbindung zwischen dem Zonalwind und einer Änderung in der atmosphärischen Dichte analysiert.

Am Dienstag, dem 01. Oktober 2019, verteidigt um 15:00 Uhr im HS des Departments LL&M der Universität Rostock Herr Abdullah Riaz (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Burkel) seine Dissertation zum Thema „Pseudo piezoelectricity in calcium titanate and structural changes under electric field“.

Abstract
Perovskite polycrystalline calcium titanate has orthorhombic crystal structure at room temperature and belongs to the centro-symmetric point group. This implies that calcium titanate does not exhibit piezoelectric behaviour. However, in the present study such behaviour is observed in calcium titanate prepared by sol-gel synthesis and densified by field assisted sintering technique. Presumably, the instability of regular TiO₆ octahedra results in the off-centering of titanium positions in nanostructured bulk calcium titanate. This phenomenon leads to the breaking of crystal symmetry causing the generation of electric dipoles. These electric dipoles are created due to the lattice distortions produced by the formation of highly localized defects, i.e. oxygen vacancies, during densification by field assisted sintering. As a consequence, piezoelectric behaviour is observed in calcium titanate which is referred to ‘’pseudo piezoelectricity’’. Additionally, in-situ high energy X-ray diffraction study revealed domains switching under external electric field. The contribution of non-180° domains reorientation has also been observed. These structural responses testify the observed pseudo piezoelectric behaviour in calcium titanate. The produced charge (Q) and the average piezoelectric constant (d₃₃) values of field assisted sintered calcium titanate have been determined to be Q = (2.7±0.5) pC and d₃₃ ~ 0.595 pm/V, respectively. The mentioned average piezoelectric constant d₃₃ value is comparable with the piezoelectric constant d_ij values of natural bone. This particular response of calcium titanate is of great interest in biomedicine because it can improve osseointegration of implant materials.

Zusammenfassung
Polykristallines Calciumtitanat hat bei Raumtemperatur eine orthorhombische Kristallstruktur (Perovskitstruktur). Aufrund seiner zentrosymmetrischen Elementarzelle zeigt Calciumtitanat kein piezoelektrisches Verhalten. Die vorliegende Arbeit weist jedoch piezoelektrisches Verhalten von Calciumtitanat nach, das mittels Sol-Gel Synthese hergestellt und mittels Feld-Aktiviertem Sintern (FAST) verdichtet wurde. Vermutlich verursacht die Instabilität regulärer TiO₆ Oktaeder eine Verschiebung der Positionen von Titanatomen in Festkörpern aus nanostrukturiertem Calciumtitanat. Dieses Phänomen verursacht die Verletzung der Kristallsymmetrie und erzeugt elektrische Dipole. Die Dipole entstehen aufgrund von Gitterverzerrungen, die durch stark lokalisierte Defekte – Sauerstoff-Leerstellen - während des Feld-Aktivierten Sinterns auftreten. Daher kann piezoelektrisches Verhalten, genannt „Pseudopiezoelektrizität“, in Calciumtitanat beobachtet werden. Außerdem konnte in in-situ Hochenergieröntgendiffraktionsmessungen das Umklappen von Domänen unter Einfluss eines externen elektrischen FeIdes beobachtet werden. Auch der Beitrag von Umklappen urn von 180° verschiedene Winkel wurde nachgewiesen. Diese strukturelle Antwort auf das externe elektrische Feld bestätigt das beobachtete piezoelektrische Verhalten von Calciumtitanat. Erzeugte Ladung (Q) und piezoelektrische Konstante (d₃₃) wurden zu Q = (2.7±0.5) pC und d₃₃ ~ 0.595 pm/V bestimmt. Der Durchschnittswert für die piezoelektrische Konstante d₃₃ ist vergleichbar mit den Werten für d_ij in natiirlichem Knochen. Dieses Ergebnis ist von großem Interesse für biomedizinische Anwendungen zur Verbesserung der Osseointegration von Implantatmaterialien.

Am Mittwoch, dem 24. Juli 2019, verteidigt um 15:00 Uhr im HS I des Instituts für Physik Marcel Benjamin Wetegrove (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Burkel) seine Dissertation zum Thema „Synthesis and Characterization of Magnetic Nanoparticles for Bioactive Bone Implant Materials“.

Abstract
This work presents the development of a poly(methyl methacrylate) based composite coating containing magnetic nanostructures that has the potential to equip passive titanium-based bone implants with the functionality of exercising an electromagnetic stimulus on bone regeneration. To achieve this, the thermal synthesis of maghemite nanoflowers is investigated, using iron(II) and iron(III) chlorides in the presence of sodium hydroxide in a solvent mixture of N-methyldiethanolamine and diethylene glycol. The aggregation process leading to the formation of nanoflowers showing cooperative magnetic behaviour is examined by varying synthesis conditions such as temperature, synthesis duration and precursor concentrations. Samples are characterized using transmission electron microscopy, AC susceptometry, high energy X-ray diffraction and Mössbauer spectroscopy. The stoichiometric ratio of Fe2+ and Fe3+ ions is varied in the precursor solution and it is shown to have a strong influence on particle and crystallite sizes, and thereby on the magnetic properties. Stable, mostly monodisperse suspensions of multicore particles with diameters ranging from 18.4 nm to 28.7 nm are obtained, featuring magnetic moments 0.8 A*nm² to 3.7 A*nm². The enhanced magnetic properties of nanoflowers are illustrated by comparison with single-core particles. Finally, a coating routine is developed to obtain a thin polymer film containing evenly dispersed magnetic nanoflowers. Layer thickness and roughness are measured by atomic force microscopy and the final coating is investigated by scanning electron microscopy.

Zusammenfassung
In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung einer Polymethylmethacrylat-basierten und magnetische Nanostrukturen enthaltenden Kompositbeschichtung präsentiert, die das Potential hat, Titan-basierte Knochenimplantate mit der Funktionalität auszustatten, Knochenregeneration elektromagnetisch zu stimulieren. Um dies zu erreichen, wird die thermische Synthese magnetischer Nanoflowers mittels Eisen(II)- und Eisen(III)chlorid in der Gegenwart von Natriumhydroxid und einer Mischung der Lösungsmittel N-Methyldiethanolamin und Diethylenglycol untersucht. Der Aggregationsprozess, der zur Bildung von Nanoflowers mit kooperativem magnetischem Verhalten führt, wird untersucht, indem Synthesebedingungen wie Temperatur, Synthesedauer und Konzentrationen der Ausgangsstoffe variiert werden. Die Proben werden mittels Transmissionselektronenmikroskopie, Dynamischer Suszeptometrie, Hochenergie-Röntgendiffraktion und Mössbauerspektroskopie charakterisiert. Das stöchiometrische Verhältnis der Fe2+ und Fe3+ Ionen der Ausgangsstoffe wird variiert und dessen starker Einfluss auf Parikel- und Kristallitgrößen, sowie auf die magnetischen Eigenschaften nachgewiesen. Stabile, hauptsächlich monodisperse Suspensionen von multicore Partikeln mit Durchmessern zwischen 18.4 nm und 28.7 nm und magnetischen Momenten zwischen 0.8 A*nm² und 3.7 A*nm² werden hergestellt. Der Vergleich mit single-core Partikeln illustriert die überlegenen magnetischen Eigenschaften der Nanoflowers. Schließlich wird eine Beschichtungsroutine entwickelt, die gleichmäßig verteilte Nanoflowers in einen dünnen Polymerfilm einbettet. Schichtdicke und Oberflächenrauigkeit werden mittels Rasterkraftmikroskopie gemessen, die endgültige Beschichtung wird rasterelektronenmikroskopisch untersucht.

Am Freitag, dem 28. Juni 2019, verteidigt um 15:00 Uhr im HS I des Instituts für Physik Per-Arno Plötz (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Kühn) seine Dissertation zum Thema „Efficient Frenkel Exciton Hamiltonian Parametrisation for Multichromophoric Systems“.

Abstract
Electronic excitations in systems consisting of several molecules can be described by the Frenkel Exciton model. This cumulative work introduces a method which can calculate the parameters of the Frenkel-Exciton-Hamiltonian highly efficiently. These are the monomeric excitation energy and the so called Coulomb coupling, both required for the description of electronic excitations on coupled molecules. With the „Tight-Binding-Frenkel-Exciton-Hamiltonian“ (TBFE) procedure these two parameters can be determined in order to calculate absorption and emission spectra of molecular aggregates.

Since TBFE is based on the tight-binding approximation of the density-functional theory, it is possible to determine the intermolecular coupling consistently to local excitations and molecular dynamic trajectories. The systems investigated in this work include various perylene chromophores.

Zusammenfassung
Eine elektronische Anregung in Systemen aus mehreren Molekülen kann durch das Modell der Frenkel Exzitonen beschrieben werden. Die vorliegende kumulative Arbeit beschreibt eine Methode, wie die Parameter des Frenkel-Exciton-Hamiltonians effizient berechnet werden können. Dabei handelt es sich um die lokale elektronische Anregung und die so genannte Coulomb Kopplung. Beide werden mit dem hier vorgestellten „Tight-Binding-Frenkel-Exciton-Hamiltonian“ (TBFE) Verfahren bestimmt. Es ist Grundlage für die Berechnung von Absorptions- und Emissionsspektren von molekularen Aggregaten.

Das TBFE Verfahren basiert auf der Tight-Binding-Näherung der Dichte-Funktionaltheorie und ermöglicht es, die zwischenmolekulare Kopplung konsistent zu lokalen Anregungen und der molekulardynamischen Trajektorie zu bestimmen. Zu den in dieser Arbeit mit der TBFE Methode untersuchten Systemen gehören verschiedene Perylen-Farbstoffe.

Am Freitag, dem 21. Juni 2019, verteidigt um 15:15 Uhr im HS II des Instituts für Physik Xiaomeng Liu (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Kühn) seine Dissertation zum Thema „Dynamics of Frenkel Excitons in Pigment-Protein Complexes and Hybrid Systems“.

Abstract
Recently, quantum coherence involving exciton-vibrational coupling has been realized to play an important role for the high efficiency of the energy transfer process. In this thesis, a Quantum Master Equation approach is applied to describe the exciton dynamics of the FMO complex, paying special attention to the effects of vibrations that are taken into account explicitly. It is found that (i) explicit inclusion of vibrations into the relevant system influences the trapping at the reaction center site considerably and (ii) the differerence between the one- and two-particle approximation is of qualitative nature. In a further application an excitonic model is applied to the description of the LH2 antenna complex of the bacterium Alc. vinosum to unravel the origin of the unusual B800 absorption band splitting and to connect this to observed exciton relaxation rates.

A density functional theory-based tight binding approach yielding a discrete representation of the electronic quantum mechanical charge density in terms of atom-centered Mulliken charges is used for the description of the molecules nearby a metal nanosphere. It is found that charge-neutral and charged molecules show a rather different non-trivial distance dependence of the interaction energy. Finally, excitation of the hybrid system by an external field is considered. The polarization effect of the nanosphere on the excitation dynamics is shown to be noticeable.

Zusammenfassung
In den vergangenen Jahren hat es sich herausgestellt, dass Quantenkohärenz im Zusammenspiel mit der Elektron-Schwingungswechselwirkung an dieser Stelle eine entscheidende Rolle für die Effizienz von Lichtsammelsystemen spielt. In der vorliegenden Arbeit wurde der Zugang der Quanten-Master-Gleichung genutzt, um die Dynamik im FMO Komplex zu untersuchen. Resultate zeigen, dass (i) die explizite Berücksichtigung von Schwingungen einen erheblichen Einfluss auf die Population des Reaktionszentrums hat und (ii) Ein- und Zweiteilchennäherungen in der Exziton-Schwingungsbasis zu qualitativ unterschiedlichen Ergebnissen führen. In einer zweiten Anwendung wurde ein exzitonisches Modell für den LH2 Antennenkomplex der Bakterienform Alc. vinosum, entwickelt um den Erklärung der ungewöhnlichen Form der B800 Absorptionsbande und deren Beziehung zu den beobachteten Exziton-Relaxationsraten zu finden.

Dazu Im zweiten Teil der Arbeit wurde ein Dichtefunktionaltheorie-basierter tight-binding Zugang genutzt, der eine diskrete Darstellung quantenmechanischer elektronischer Ladungsdichten erlaubt, zur Beschreibung von Hybridsystemen entwickelt. Es zeigte sich unter anderem, dass die Abstandsabhängigkeit der Wechselwirkungsenergie durch die Ladungs des Moleküls in nicht-trivialer Weise bestimmt wird. Abschließend wurde die Anregung eines Hybridsystems mit einem externen Laserfeld beschrieben. Im Rahmen der Untersuchungen wurden schließlich Bedingungen identifiziert, unter denen das Hybridsystem mit einem effektiven Einteilchenmodell beschrieben werden kann.

Am Freitag, dem 24. Mai 2019, verteidigt um 15:00 Uhr im HS I des Instituts für Physik Xaver Lange (Physikalische Ozeanographie, AG Prof. Dr. Burchard, seine Dissertation zum Thema „The impact of wind forcing on estuarine circulation“.

Abstract
Estuaries are diverse coastal systems characterized by a bidirectional exchange flow, with a near-bottom landward inflow of saline seawater, which is mixed with riverine freshwater and transformed into a near-surface outflow. Aside from the density gradient between the river and the ocean, tidally induced effects, as well as lateral processes, wind is a key mechanism in estuaries. The latter is, contrary to the other drivers listed, often highly variable in magnitude and directionality, raising the question of the sensitivity of the estuarine circulation to wind forcing. The present study shows results describing the influence of wind on the estuarine exchange flow. A newly derived analytical formulation of wind-driven along-estuary velocity profiles motivates a critical basic Wedderburn number (balance of non-dimensional wind stress and density gradient) as a measure for the sensitivity of an estuary to wind. Results show that in the idealized stationary solution up-estuary wind stress is able to invert the classical exchange flow direction when the basic Wedderburn number has reached 15%. Numerical simulations suggest that in the presence of tides, and their feedback of varying vertical mixing and stratification on the estuarine circulation, this value increases stepwise to up to approximately 45%, meaning that three times more wind is necessary to invert the circulation. The basic Wedderburn number increases even further to up to values of 130% if lateral effects are additionally taken into account. Realistic simulations of a tidally energetic estuary in the Wadden Sea (60%) and a weakly tidal estuary in the Baltic Sea (33%) confirm the applicability and robustness of the newly developed theory towards transient conditions.

Zusammenfassung
Ästuare sind vielfältige Systeme deren Dynamik durch eine bidirektionale Austauschströmung charakterisiert ist, mit einem bodennahen, landwärtigen Einstrom von salzhaltigem Seewasser, der sich mit Süßwasser des Flusses vermischt und in einen oberflächennahen Ausstrom verwandelt wird. Neben dem Dichtegradienten zwischen Fluss und Meer, den durch Gezeiten induzierten Effekten und den lateralen Prozessen, stellt Wind ein Schlüsselmechanismus in vielen Ästuaren dar. Hierbei zeigt sich, dass Wind, im Gegensatz zu den anderen genannten Antrieben, zumeist hoch variabel ist - sowohl in seiner Stärke als auch in seiner Richtung, was die Frage nach der Sensitivität von ästuarinen Strömungen gegenüber Wind aufwirft. Diese Arbeit präsentiert Ergebnisse, die den Einfluss von Wind auf die ästuarine Austauschströmung beschreiben. Eine neu aufgestellte analytische Formulierung von windgetriebenen Strömungsprofilen motiviert eine kritische basis Wedderburn Zahl (Verhältnis von nicht-dimensionaler Windschubspannung und Dichtegradienten) als beschreibendes Maß für die Sensitivität eines Ästuars gegenüber Wind. Es zeigt sich, dass in der idealisierten stationären Lösung landwärts gerichteter Wind in der Lage ist die klassische Austauschströmung umzukehren, wenn die basis Wedderburn Zahl 15% erreicht. In der Gegenwart von Gezeiten, und deren Rückkopplung von vertikaler Vermischung und Schichtung auf die Austauschströmung, zeigen numerische Simulationen einen schrittweisen Anstieg auf etwa 45% an, wodurch dreimal mehr Wind benötigt wird um die Zirkulation umzukehren. Zusätzliche Berücksichtigung von lateralen Effekten erhöht diesen Wert weiter auf bis zu 130%. Realistische Simulationen von einem Ästuar im Wattenmeer (60%) und einem quasi gezeitenfreien Ästuar in der Ostsee (33%) zeigen die Anwendbarkeit und die Robustheit der Theorie gegenüber transienten Verhältnissen.

Am Freitag, dem 17. Mai 2019, verteidigt um 15:00 Uhr im HS I des Instituts für Physik Herr MSc Fabian Krum  (Theoretische Physik AG Prof. Dr. Vogel) seine Dissertation zum Thema „Characterization of Time-Dependent Quantum Phenomena“.

Abstract
Based on a multi-time-dependent generalization of the P function, the so-called P functional, which was introduced in 2008, a technique is developed to reveal nonclassicality with respect to multiple points in time. In this multi-time scenario novel effects occur, which are not present in the single-time case. Those effects and their impact are extensively discussed. The criteria eventually derived can be applied to arbitrary dynamics and any number of points in time. In the course of the investigation of explicitly time-dependent Hamiltonians, the detuned nonlinear Jaynes-Cummings model is considered. It is shown that its dynamics can be solved exactly if the Hilbert space is extended. The resulting evolution reveals many interesting effects, such as anomalous quantum correlations. It turns out that the model is especially suitable to study non-equal-time commutators of the corresponding Hamiltonian, since they can be obtained from a measurement of the excited electronic-state occupation probability.

Zusammenfassung
Basierend auf einer mehrzeitlichen Verallgemeinerung der P Funktion, dem so genannten P Funktional, das 2008 eingeführt wurde, wird in dieser Arbeit eine Technik entwickelt, um Nichtklassizität im Hinblick auf mehrere Zeitpunkte aufzuzeigen. In diesem Mehrzeitszenario treten allerdings neue Effekte auf, die im einzeitlichen Fall nicht vorhanden sind. Diese Effekte und deren Einflüsse werden detailliert diskutiert. Die schlussendlich hergeleiteten Kriterien können auf beliebige Dynamiken und Zeitpunkte angewendet werden. Im Zuge der Untersuchung von explizit zeitabhängigen Hamiltonoperatoren wird das verstimmte nichtlineare Jaynes-Cummings Modell betrachtet. Es wird gezeigt, dass die entsprechende Dynamik exakt gelöst werden kann, wenn der Hilbertraum erweitert wird und dass die resultierende Entwicklung viele interessante Effekte aufzeigt, wie zum Beispiel anomale Quantenkorrelationen. Es zeigt sich, dass das Modell insbesondere für die Untersuchung von nichtgleichzeitigen Kommutatoren des zugehörigen Hamiltonoperators geeignet ist, da diese Kommutatoren direkt aus einer Messung der Besetzungswahrscheinlichkeit  des angeregten elektronischen Zustands ermittelt werden können.

Am Freitag, dem 10. Mail 2019, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr MSc Sven Karsten (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Kühn) seine Dissertation zum Thema „Trajectory-based approaches to vibronic spectroscopy of molecular systems“.

Abstract
The measurement of the vibronic spectrum provides a microscopic insight into molecular dynamics. However, the interpretation of the experimental data requires the support by a suitable theory. The goal of this thesis is to bridge the gap between the two standard approaches to vibronic spectroscopy, i.e. wave-packet propagation and single-point calculations, via trajectory-based methods. As the starting point, a generalized time-correlation function is introduced, which contains many well-known correlation functions as well as in principle infinitely many new ones. In order to approximate the occurring nuclear quantum dynamics, the existing ring-polymer molecular dynamics method is generalized to vibronic transitions. The well-established dynamical classical limit is identified as a special case and is readily applied to simulate (non-)linear X-ray spectra of gas-phase and bulk water. Alternatively to the dynamics of the ring polymer, the vibronic spectrum is evaluated via the Matsubara dynamics, which is generalized for this purpose. Employing an ad-hoc modification, the infamous sign problem of the Matsubara method can be circumvented and the spectra as well as the thermal Wigner function of the considered systems are adequately approximated.

Zusammenfassung
Die Messung des vibronischen Spektrums erlaubt einen detaillierten Einblick in die Dynamik molekularer Systeme, jedoch nur, wenn die experimentellen Daten mithilfe einer Theorie interpretiert werden können. Das Ziel dieser Arbeit ist es, mithilfe von trajektorienbasierten Näherungen eine Brücke zwischen den zwei gängigen Herangehensweisen an die vibronische Spektroskopie, d.h. Wellenpaketpropagation und Einzelpunktberechnungen, zu schlagen. Als Lösungsansatz wird eine verallgemeinerte Zeitkorrelationsfunktion eingeführt, die bereits bekannte Korrelationsfunktionen als Spezialfälle enthält und darüber hinaus die Konstruktion von prinzipiell unendlich vielen neuen ermöglicht. Um die hierfür relevante Kernquantendynamik anzunähern, wird zunächst die bekannte Ringpolymer-Molekulardynamik auf vibronische Übergänge verallgemeinert. Als besonderer Spezialfall ergibt sich die bestens bekannte Methode des dynamisch-klassischen Grenzfalls, welche für die Berechnung (nicht-)linearer Röntgenspektren von gasförmigem und flüssigem Wasser eingesetzt wird. Alternativ zur Dynamik eines Ringpolymers wird das vibronische Spektrum mithilfe der Matsubaradynamik ausgewertet, die dafür verallgemeinert wird. Es gelingt mit einer zweckmäßigen Modifikation das berüchtigte Vorzeichenproblem der Matsubaramethode zu überwinden, die vibronischen Spektren von den untersuchten Systemen adäquat anzunähern und darüber hinaus die thermische Wignerfunktion akkurat verfügbar zu machen.

Am Mittwoch, dem 24. April 2019, verteidigt um 15:00 Uhr im HS des LL&M Herr MSc Stefan Gerke (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Vogel) seine Dissertation zum Thema „Witnessing Multipartite Entanglement“.

Abstract
Entanglement is a fundamental nonclassical correlation in quantum physics. Interesting for many applications in computing and cryptography, among others, there exists no universal method of proofing entanglement in all entangled quantum states. This cumulative dissertation introduces new methods of the topic of entanglement testing based on the separability eigenvalue equations. In principle, the separability eigenvalue equations represent a method to construct entanglement tests via witnessing approaches. An approach is presented which relies on a genetic algorithm that enables finding reliable entanglement tests even for experimental states. A newly introduced algorithm, the Separability Power Iteration, broadens the range of the genetic algorithm in finding more tests by numerically solving the separability eigenvalue equations.

Zusammenfassung
Verschränkung ist eine fundamentale nichtklassische Korrelation in der Quantenphysik. Sie ist interessant für viele Anwendungen im Sinne von Quantenrechnern und Kryptografie. Jedoch existiert keine universelle Methode, Verschränkung in jedem Quantenzustand, der verschränkt ist, nachzuweisen. Diese kumulative Dissertation führt neue Methoden von Verschränkungsnachweisen ein, welche auf den Separabilitätseigenwertgleichungen beruhen. Die Separabilitätseigenwertgleichungen sind eine effektive Methode, Verschränkungstests auf Basis von Verschränkungszeugen zu konstruieren. Es wird ein Verfahren präsentiert, welches einen genetischen Algorithmus nutzt, um verlässliche Verschränkungstest selbst für experimentelle Zustände zu generieren. Ein neu eingeführter Algorithmus, die Separabilitätspotenzmethode, erweitert die Möglichkeit des genetischen Algorithmus Test zu generieren, in dem er die Separabilitätseigenwertgleichungen numerisch löst.

Am Freitag, dem 26. April 2019, verteidigt um 15:15 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr MSc Toni Eichelkraut (Angewandte Physik AG Prof. Dr. Szameit) seine Dissertation zum Thema „Light evolution in dissipative waveguide lattices“.

Abstract
Two decades ago, a seminal paper by Bender and Boettcher has reignited physicists interest in parity-time-symmetry, the symmetry of space-time reflection. Since then, in optics the awareness about symmetry has altered the way scientists view the evolution of light - now, optical losses are not considered undesirable anymore, but count as a useful tool for manipulation. This thesis aims at laying the foundation for handling parity-time-symmetric structures in femtosecond-LASER-written waveguide arrays. This is done by presenting a thorough theoretical and experimental investigation of sinusoidally modulated waveguides, which constitute a new way to implement well defined losses in femtosecond-LASER-written waveguides. In addition, this thesis comprises the first experimental realization of a parity-time-symmetric structure on this platform, as well as an extended coupled mode theory for dissipative waveguides. In this context, the existence of diffusion in ordered parity-time-symmetric systems is discussed as a prime example of how these systems differ from their hermitian counterparts.

Zusammenfassung
Vor zwei Jahrzehnten entfachte die zukunftsweisende Veröffentlichung von Bender und Boettcher das Interesse an der PT-Symmetrie, der Symmetrie der Raum-Zeit-Spiegelung, neu. Auf dem Gebiet der Optik hat diese Symmetrie die Sichtweise der Wissenschaftler auf die Ausbreitung des Lichtes völlig verändert. Jetzt werden optische Verluste nicht mehr als unerwünschte Nebeneffekte wahrgenommen, sondern gelten als nützliches Werkzeug zur Manipulation des Lichtes. Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Basis für die Beschreibung von PT-symmetrischen Strukturen in femtosekunden-Laser-geschriebenen Wellenleitergittern zu liefern. Die Grundlage hierfür bildet eine sorgfältige theoretische und experimentelle Untersuchung sinusförmig gekrümmter Wellenleiter. Diese Wellenleiter bieten einen neuen Weg wohldefinierte Verluste in femtosekunden-Laser-geschriebenen Wellenleitergitter einzutragen. Zusätzlich beinhaltet diese Arbeit sowohl die erste experimentelle Realisierung PT-symmetrischer Strukturen für solche Wellenleitergitter, als auch eine erweiterte Theorie gekoppelter Moden für dissipative Wellenleiter. In diesem Zusammenhang beschreibt die Arbeit, wie das Vorhandensein von Diffusion in geordneten PT-symmetrischen Strukturen ein Paradebeispiel dafür ist, wie sich die Eigenschaften solcher Systeme von ihren hermitischen Pendants unterscheiden.

Am Freitag, dem 1. Februar 2019, verteidigt um 12:45 Uhr im Seminarraum des Departments LL&M Herr MSc Bastian Witte  (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Redmer) seine Dissertation zum Thema „Many-Particle Physics Calculation of the Dynamic Structure Factor of Warm Dense Matter“.

Abstract
The present cumulative thesis is concerned with the understanding of the material properties of warm dense matter (WDM), i.e., a state of matter typically found at temperatures and pressures in the interior of giant planets or on the path towards inertia confinement fusion. In the last decade, x-ray Thomson scattering (XRTS) has become accessible at large experimental facilities such as the Linac Coherent Light Source and has proven as an effective tool to determine plasma parameters from the dynamic structure factor in WDM.
In this work, a new method to calculate the dynamic structure factor from density functional theory molecular dynamics simulations has been developed and extensively tested against experimental results of warm dense lithium, aluminum, and gold. The results include a novel experimental finding of non-linear plasmon damping in aluminum, which is caused by the temperature dependent non-Drude conductivity calculated in this work. Furthermore, the method was applied to the computation of diffraction patterns of warm dense gold. This allowed to determine the experimental temperature and density evolution of laser heated gold foils and enabled the extraction of the electron-ion coupling strength. In addition, the calculations of the dynamic ion-ion structure factor were compared to experiments for liquid lithium. The results serve as an important benchmark for future experiments on warm dense lithium using the novel instrumentation at free electron lasers.

Zusammenfassung
In der vorliegenden kumulativen Dissertation werden Materialeigenschaften von Warmer Dichter Materie (WDM) untersucht. Dieser Materiezustand ist von hohen Temperaturen und Drücke gekennzeichnet, wie sie im Inneren von großen Planeten und bei Experimenten zur Trägheitsfusion zu finden sind. In den vergangenen zehn Jahren hat sich X-Ray Thomson Streuung (XRTS) als Messmethode der Plasmaparameter über den dynamischen Strukturfaktor an großen Lasersystemen wie der Linac Coherent Light Source für WDM etabliert.
In dieser Arbeit wurde eine neue Methode zur Berechnung des dynamischen Strukturfaktors auf Basis von Dichtefunktionaltheorie-Molekulardynamik-Simulationen entwickelt und mittels experimentellen Daten zu warmen dichten Lithium, Aluminium und Gold getestet sowie für deren Auswertung genutzt. Für Aluminium konnte die erstmalige experimentelle Beobachtung von nicht-linearer Plasmonendämpfung durch Berechnungen von temperaturabhängiger dynamischer Leitfähigkeit, die das Drude-Modell bricht, erklärt werden. Außerdem erlaubte die Anwendung dieser Methode durch die Berechnung von Beugungsspektren warmen dichten Golds eine Beschreibung der Plasmaparameterentwicklung nach Laserheizung und dadurch die Bestimmung der Elektron-Ion-Kopplung. Zusätzlich wurden Berechnungen des dynamischen Ion-Ion Strukturfaktor flüssigen Lithiums gegen Experimente getestet. Die Voraussagen für warmes dichtes Lithium werden als wichtiges Element zur Validierung zukünftiger Messungen durch Freie-Elektronen-Laser in neuer Instrumentierung dienen.

Am Freitag, dem 1. Februar 2019, verteidigt um 15:15 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr MSc Benjamin Kühn (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Vogel) seine Dissertation zum Thema „Characterization of quantum light by homodyne correlation measurements“.

Abstract
In this cumulative dissertation, I report on the results of my research on the characterization of quantum light using homodyne correlation measurements. My work focuses on the measurement-based certification of nonclassical effects of radiation fields by these techniques. I develop and characterize homodyne correlation measurements, as well as analyze experimental data, obtained from such detection schemes. Their benefits to access distinct features of single- and multimode light are demonstrated. Furthermore, I reveal novel aspects of so-called nonclassicality quasiprobabilities, which represent a quantum state in phase space through regular, measurable functions. In particular, these quantities are optimized with regard to the experimental certification of nonclassicality, and their usefulness to quantify nonclassicality and to uncover quantum non-Gaussianity is shown. Moreover, I propose an approach to access nonclassicality quasiprobabilities directly from homodyne correlation measurements. The results of my work provide diverse sensitive detection methods that contribute to a profound understanding of the quantum nature of light.

Zusammenfassung
In dieser kumulativen Dissertation präsentiere ich meine Forschungsresultate zur Charakterisierung von Quantenlicht mittels homodynen Korrelationsmessungen. Das Hauptaugenmerk meiner Arbeit liegt dabei auf dem messbasierten Nachweis nichtklassischer Effekte des Lichts mittels solcher Methoden. Ich entwickle und charakterisiere homodyne Korrelationsmessschemen, und analysiere experimentelle Daten, welche mittels solcher Detektionsstrategien gewonnen wurden. Deren Nutzen zur Bestimmung unterschiedlicher Eigenschaften von ein- und mehrmodigem Licht wird dargelegt. Weiterhin decke ich neue Aspekte sogenannter Nichtklassizitäts-Quasiwahrscheinlichkeiten auf, welche einen Quantenzustand durch reguläre messbare Funktionen im Phasenraum darstellen. Diese Funktionen werden hinsichtlich des experimentellen Nachweises von Nichtklassizität optimiert und es wird dargelegt, dass sie zur Quantifizierung von Nichtklassizität und zum Nachweis von Quanten-nicht-Gaußizität geeignet sind. Darüber hinaus stelle ich Methoden vor, um aus homodynen Korrelationsmessungen direkt die Nichtklassizitäts-Quasiwahrscheinlichkeiten zu gewinnen. Die Ergebnisse meiner Arbeit stellen verschiedene sensitive Detektionsverfahren zur Verfügung, welche zu einem tiefgründigen Verständnis der Quantennatur des Lichts beitragen.

Am Freitag, dem 25. Januar 2019, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Frau MSc Katharina Sander (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Fennel) ihre Dissertation zum Thema „Reconstruction methods for single-shot diffractive imaging of free nanostructures with ultrashort x-ray and XUV laser pulses“.

Abstract
With x-ray and XUV single-shot diffractive imaging on free nanoparticles it is possible to investigate structure and shape of the particles. To infer this information from experimental data, numerical methods are required, since the scattering image of the nanoparticle only contains the intensity distribution of the scattered light, but not its phase. In this thesis, different reconstruction methods are implemented, characterized and advanced. The methods are applied to analyze the effect of different laser parameters onto diffraction patterns and the accessible information content of structure and three-dimensional orientation. Further, experimental diffraction patterns of spherical helium nanodroplets are utilized for extracting optical properties of helium. Wide-angle scattering data from non-spherical helium droplets is analyzed to assign 3D particle shapes. Characteristic diffraction patterns of hydrogen jet targets are investigated and shape variations are connected to experimental data. Last, an experimental setup is proposed in which two simultaneously recorded diffraction patterns in the wide angle and small angle scattering regime enable the orientation retrieval and finally 3D reconstruction of reproducible nanotargets via phase retrieval.

Zusammenfassung
Mittels Einzelschussmessungen an freien Nanopartikeln mit Verwendung von Röntgen- und XUV-Strahlung ist es möglich die Struktur der Teilchen zu untersuchen. Damit diese Information aus Experimenten gewonnen werden kann, sind numerische Methoden notwendig, da das Streubild der Nanoteilchen nur die Intensitätsverteilung des gestreuten Lichtes, aber nicht die Phase des Lichtes bereitstellt. In dieser Dissertation werden verschiedene Rekonstruktionsmethoden implementiert, charakterisiert und weiterentwickelt. Die Methoden werden angewendet um die Effekte von verschiedenen Laserparametern auf das Streubild und den enthaltenen Informationsgehalt über Struktur und dreidimensionale Orientierung des Teilchens zu untersuchen. Weiterhin werden experimentelle Streubilder von freien sphärischen Heliumtröpfchen genutzt um optische Eigenschaften von Helium zu extrahieren. Weitwinkel-Streubilder von nichtsphärischen Heliumtröpfchen können genutzt werden um die 3D Struktur der Teilchen zu analysieren. Charakteristische Streubilder von Wasserstoff-Jets werden untersucht und Strukturveränderungen der Jets experimentellen Daten zugeordnet. Schließlich wird ein Zweifarben-Experiment vorgeschlagen, bei dem von einem reproduzierbaren Nanoteilchen simultan zwei Streubilder im Weitwinkel und Kleinwinkel-Streubereich aufgenommen werden. Die enthaltenen Informationen können dazu genutzt werden, die Orientierung des Teilchens zu gewinnen und zuletzt die 3D Struktur des Teilchens mittels Phasenrekonstruktion zu gewinnen.

Am Freitag, dem 21. Dezember 2018, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr MSc Lennart Seiffert (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Fennel) seine Dissertation zum Thema „Semi-classical description of near-field driven attosecond photoemission  from nanostructures“.

Abstract
Excitation of nanostructures with ultrashort waveform-controlled laser pulses makes it possible to generate strongly enhanced near-fields that may be localized to dimensions far below the wavelength. Adjusting their spatio-temporal evolution on nanometer length- and attosecond timescales enables precise control of the near-field mediated electron dynamics and thus constitutes a key challenge for realizing ultrafast light-driven nanoelectronics.

This thesis aims at exploring attosecond electron dynamics in the near-fields of laser-excited nanostructures theoretically to develop so far lacking physical pictures for explaining recent experiments. Thereto, the light-matter interaction is modeled via classical, semi-classical and quantum simulations. In particular, three key issues are addressed in this work. The first part is dedicated to investigating the quantum aspects of coherent photoemission from metallic nanotips under bichromatic laser fields. Second, the strong-field electron emission from dielectric nanospheres under optical few-cycle pulses will be analyzed. Nanospheres provide ideal model systems to investigate the combined impacts of field propagation, electron transport and many-electron effects, which are of particular interest in this work. In the third part, the ultrafast electron transport dynamics within dielectrics is studied, which can be probed via attosecond streaking spectroscopy.

Zusammenfassung
Die Anregung von Nanostrukturen mit ultrakurzen Wellenform-kontrollierten Laserpulsen ermöglicht die Erzeugung von verstärkten Nahfeldern, die weit unterhalb der Wellenlänge lokalisiert sein können. Das gezielte Einstellen ihrer raumzeitlichen Entwicklung auf Nanometer Längen- und Attosekunden Zeitskalen erlaubt die präzise Kontrolle der Nahfeld-getriebenen Elektronendynamik und stellt damit eine zentrale Herausforderung für die Realisierung ultraschneller lichtgetriebener Nanoelektronik dar.

Ziel dieser Arbeit ist die theoretische Beschreibung der Attosekunden-Elektronendynamik in den Nahfeldern Laser-angeregter Nanostrukturen mit dem Ziel, ein physikalisches Verständnis der Ergebnisse hochaktueller Experimente zu entwickeln. Im Rahmen der Arbeit wird dazu die Licht-Materie Wechselwirkung mit Hilfe von klassischen, semi-klassischen und Quantensimulationen modelliert. Insbesondere werden drei zentrale Fragestellungen untersucht. Der erste Teil der Arbeit behandelt die Quanten-Aspekte von kohärenter Elektronenemission am Beispiel metallischer Nanospitzen unter Zweifarben-Laserfeldern. Der zweite Teil widmet sich der Starkfeld-getriebenen Elektronenemission von dielektrischen Nanokugeln in optischen Wenigzyklen-Pulsen. Nanokugeln bieten ideale Modellsysteme für die Untersuchung der kombinierten Einflüsse von Feldpropagation, Elektronentransport und Vielteilchen-Effekten, die in dieser Arbeit von besonderem Interesse sind. Im dritten Teil wird die ultraschnelle Transportdynamik von Elektronen in Dielektrika untersucht, die experimentell mit der Methode des 'Attosekunden Streaking' zugänglich ist.

Am Freitag, dem 30. November 2018, verteidigt um 15:15 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr MSc Manuel Schöttler (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Redmer) seine Dissertation zum Thema „Miscibility gap of hydrogen-helium mixtures at high pressures and temperatures“.

Abstract
Hydrogen-helium demixing has long been proposed to occur in the gas giants Jupiter and Saturn. Strong indications for this process came from measurements of the atmospheric He abundances that revealed a depletion compared to the protosolar value. The miscibility gap probably results in He rain, where the released gravitational energy from the sinking droplets increases the planet's internal heat budget and is a possible explanation for Saturn's excess luminosity. Quantitative assessments require precise knowledge of the thermodynamic conditions at which demixing occurs. In this work, the miscibility gap of hydrogen-helium mixtures is calculated under conditions relevant for the gas giants Jupiter and Saturn. Density functional theory coupled to classical molecular dynamics simulations is used to obtain the equations of state for 29 helium concentrations. The entropy is calculated using a combination of thermodynamic integration of the equation of state and coupling-constant integration. In contrast to previous work, an exchange-correlation functional is used that treats non-local correlations also known as van der Waals effects. New planetary profiles for Jupiter and Saturn are derived and compared to the miscibility diagram. These profiles give strong indications that there is demixing in Saturn but possibly not in Jupiter.

Zusammenfassung
Es wird seit langem vermutet, dass Wasserstoff und Helium im Inneren der Gasriesen Jupiter und Saturn entmischen. Konkrete Hinweise darauf lieferten Messungen des atmosphärischen Heliumgehalts. In beiden Planeten ist dieser geringer als man im Vergleich zum protosolaren Heliumgehalt erwarten würde. Die Mischungslücke führt wahrscheinlich zu Heliumregen, durch den die Gravitationsenergie der sinkenden Tropfen zu einer Erhöhung des internen Wärmehaushalts führt. Dieser Prozess liefert eine mögliche Erklärung für die besonders hohe Leuchtkraft von Saturn. Um quantitative Aussagen treffen zu können, ist es notwendig genau zu wissen, unter welchen Bedingungen Wasserstoff und Helium entmischen. In dieser Arbeit wird die Mischungslücke von Wasserstoff-Helium Mischungen unter Bedingungen, die für die großen Gasplaneten Jupiter und Saturn relevant sind, berechnet. Dichtefunktionaltheorie zusammen mit klassischer Molekulardynamiksimulation wird genutzt, um die Zustandsgleichung für 29 Heliumkonzentrationen zu berechnen. Die Entropie wird mit Hilfe von thermodynamischer Integration in Zusammenhang mit 'coupling-constant' Integration berechnet. Im Gegensatz zu früheren Arbeiten, wurde hier ein Austausch- und Korrelationsfunktional benutzt, das nicht-lokale Korrelationen - auch bekannt als van der Waals Effekte - berücksichtigt. Neue Planetenprofile für Jupiter und Saturn werden berechnet und mit dem Entmischungsdiagramm verglichen. Diese Profile geben starke Hinweise darauf, dass Entmischung in Saturn stattfindet aber möglicherweise nicht in Jupiter.

Am Dienstag, dem 27. November 2018, verteidigt um 15:30 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr MSc Steffen Weimann (Angewandte Physik, AG Prof. Dr. Szameit) seine Dissertation zum Thema „Complex lattice modes in waveguide networks and photonic solids“.

Abstract
Photonic topological insulators have recently emerged as a highly relevant field of research, particularly due to their considerable potential for innovative applications. This new class of synthetic materials is characterized by topological invariants that give rise to mid-gap edge states. Being topologically protected, these states allow for robust and scatter-free transport along edges, around corners and even through disordered regions. In this talk, two novel fundamental concepts for the implementation of photonic topological insulators will be presented. First, the realization of a photonic topological insulator by means of a synthetic dimension is discussed. Along these lines, topological edge modes of a Harper-Hofstadter model in the synthetic space allow for topologically protected bulk transport in real space, that is, bulk waves that are scatter-free and robust to disorder. Second, the implementation of a PT-symmetric, topological interface state in non-Hermitian lattice structures is demonstrated. As PT symmetry is a pathway to real spectra despite the presence of gain and loss in the system, this work paves the way towards topological transport which is robust against the introduction of PT-symmetric gain/loss distributions.

Zusammenfassung
Aufgrund ihrer einzigartigen, topologischen Eigenschaften und ihres Anwendungspotentials sind unter anderen photonische, topologische Isolatoren zum Gegenstand intensiver Forschung herangewachsen. Diese Klasse synthetischer Materialien wird durch topologische Invarianten charakterisiert, welche mit dem Auftreten von Randmoden innerhalb von Bandlücken korrespondieren. Jeglicher Transport basierend auf diesen Randmoden ist streufrei entlang der Materialgrenzen sogar unter Vorhandensein von Ecken, Unordnung und Fehlstellen. Der Vortrag präsentiert zwei konzeptionelle Erweiterungen von solch topologisch geschütztem Transport. Zunächst wird die optische Implementierung eines topologischen Isolators in einem synthetischen Raum diskutiert. Die hierbei umgesetzten Randmoden des Harper-Hofstadter-Modells erlauben, nach unitärer Transformation ins Laborsystem, einen topologisch geschützten Transport durch das Zentrum des zwei-dimensionalen Materials. Im zweiten Teil des Vortrages wird, in einem nicht-Hermiteschen System, die Existenz einer PT-symmetrischen, topologischen Mode vorgeschlagen, und in einem Wellenleiternetzwerk optisch umgesetzt. PT-Symmetrie kann ein reelles Spektrum des Systems garantieren, trotz des Vorhandenseins von Quellen und Senken. Diese Arbeit legt damit die Grundlage für topologisch geschützten Transport, welcher robust selbst gegenüber der Einführung von Verlust und Verstärkung ist.

Am Freitag, dem 09. November 2018, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal III des Instituts für Physik Frau MSc Huihui Wang (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Kühn) ihre Dissertation zum Thema „Laser-driven electron and spin-state quantum dynamics in transition metal complexes".

Abstract
Recent advances in attosecond spectroscopy open the door to understanding correlated motion of valence and core electrons in molecular systems. For valence excitations, processes related to the electron spin are usually driven by nuclear motion. However, when going to the core-excited states where the core hole has a nonzero angular momentum, the strong spin-orbit coupling starts to play the dominating role. In this thesis, the density matrix-based time-dependent restricted active space configuration interaction method is used to study the electron and spin-flip dynamics. The dephasing effect of nuclear vibrations is incorporated implicitly making use of an electron system/vibrational bath partitioning. We theoretically addressed the ultrafast spin-flip dynamics in a prototypical [Fe(H₂O)₆]²⁺ complex which is triggered by isolated sub-fs soft-X-ray pulses as well as X-ray pulse trains. It was found that strong spin-orbit coupling drives an ultrafast spin-flip on a much shorter timescale as in conventional spin crossover, which is even faster than the core-hole lifetime. Further, modest variations of pulse characteristics can lead to changes in the spin-state composition. This detailed study presents a novel perspective and helps to gain a fundamental understanding of spin crossover processes, which can be accessed by attosecond experiments. For instance, the effect under study can be used for ultrafast clocking of dynamics initiated by the ultrashort pulses.

Zusammenfassung
Jüngste Fortschritte in der Attosekundenspektroskopie öffnen die Tür zum Verständnis der korrelierten Bewegung von Valenz-und Kernelektronen in molekularen Systemen. Für Valenzanregungen werden Prozesse, die mit dem Elektronenspin in Zusammenhang stehen, gewöhnlich erst durch die Kernbewegung ermöglicht. Wenn man jedoch zu innerschalenangeregten Zuständen geht, in denen das Innerschalenloch einen von Null verschiedenen Drehimpuls hat, beginnt die starke Spin-Bahn-Kopplung die dominierende Rolle zu spielen. In dieser Dissertation wurde eine dichtematrixbasierte, zeitabhängige Konfigurations-Wechselwirkungsmethode mit eingeschränkten aktiven Räumen verwendet, um die Elektronen- und Spin-Flip-Dynamik zu untersuchen. Der Dephasierungseffekt von Kernschwingungen wird implizit unter Verwendung einer Elektronensystem/Schwingungsbad Partitionierung eingebaut. Wir haben uns theoretisch mit der ultraschnellen Spin-Flip-Dynamik in einem prototypischen [Fe(H₂O)₆]²⁺ Komplex beschäftigt, die durch isolierte weiche Sub-fs Röntgenpulse sowie Röntgenpulszüge ausgelöst wird. Es wurde gefunden, dass die starke Spin-Bahn-Kopplung einen ultraschnellen Spin-Flip auf einer sehr kurzen Zeitskala verglichen mit dem herkömmlichen Spin-Crossover bewirkt, der sogar schneller als die Lebensdauer des Innerschalenlochs ist. Des Weiteren, moderate Variationen der Pulseigenschaften zu Änderungen der Spinzustandsverteilung führen können. Diese detaillierte Studie bietet eine neue Perspektive und hilft dabei, ein grundlegendes Verständnis von Spin-Crossover-Prozessen zu er wurde gezeigt, dass halten, die durch Attosekunden-Experimente zuga ̈nglich sind. Zum Beispiel, kann der untersuchte Effekt als zeitliche Referenz für die Dynamik verwendet werden, die durch die ultrakurzen Impulse ausgelöst wird.

Am Montag, dem 29. Oktober 2018, verteidigt um 17:00 Uhr im Hörsaal LLM Herr Dipl.-Phys. Dzmitry Komar (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Meiwes-Broer) seine Dissertation zum Thema “Dynamics of laser-induced cluster Coulomb explosion studied by charge-state and energy resolving ion spectroscopy”.

Abstract
When a cluster is exposed to intense optical radiation, the particle transforms into a hot expanding plasma. The present work focuses on the ionization, expansion, cooling and relaxation dynamics of laser-induced nanoplasmas. To study the ion emission, we developed a novel charge-state resolving ion energy analyser, which features a high transmission and a high energy resolution. We applied the intensity-difference spectrum method to record the first laser intensity-resolved ion spectra from the Coulomb explosionof clusters and identified two explosion regimes. We deduced the differences in ionization and subsequent recombination between Ar_N and Ag_N. The role of collective excitations on the cluster explosion has been studied by utilizing the pump-probe technique. We obtained ion spectra from metal clusters excited in the impulsive regime. The results show a qualitative difference in the explosion dynamics when compared to studies on rare gas clusters. With respect to long-term relaxation, a significant number of plasma electrons recombines to Rydberg levels of highly charged ions. In experiments conducted on a free-electron laser, a new method to measure the spatio-temporal coherence of XUV radiation has been demonstrated.

Zusammenfassung
Werden Cluster intensiver, optischer Strahlung ausgesetzt, kommt es zur Entstehung eines heißen expandierenden Plasmas. Die vorgelegte Arbeit konzentriert sich auf die Ionisations-, Expansions-, Kühlungs- und Relaxationsdynamik laserinduzierter Nanoplasmen. Um die Ionenemission abzubilden, wurde ein neues Instrument entwickelt, um ladungsaufgelöste Energiespektren aufzunehmen. Vorteile dieses Analysators sind seine hohe Transmission und hervorragende Energieauflösung. In den Experimenten wird die “intensity-difference spectrum” Methode eingesetzt, um erstmals intensitätsaufgelöste Ionenspektren der Coulombexplosion von Clustern zu messen. In der Analyse konnten Unterschiede in der Ionisation und späteren Rekombination zwischen Ar_N und Ag_N aufgelöst werden. Mit Hilfe der Pump-Probe Technik wurde die Rolle kollektiver Anregungen bei der Clusterexplosion untersucht. Weiter ergaben Messungen im sogenannten “impulse regime” einen qualitativen Unterschied in der Explosionsdynamik von Metallclustern im Vergleich zu Arbeiten an Edelgasclustern. In Bezug auf die Langzeitdynamik des Nanoplasmas wurde festgestellt, dass die Plasmaelektronen in Rydbergniveaus hochgeladener Ionen relaxieren. In Experimenten am Freie-Elektronenlaser FLASH wurde eine neue Methode demonstriert, um die räumliche und zeitliche Kohärenz der XUV Strahlung zu charakterisieren.

Am Freitag, dem 26. Oktober 2018, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr MSc Heiner Asmus (Atmosphärenphysik, AG Prof. Dr. Lübken, IAP) seine Dissertation zum Thema „In situ investigation of dusty plasmas in the polar E- and D-region“.

Abstract
Incoming meteors deposit their material in the D- and lower E-region of the Earth's ionosphere. Although the properties and behavior of the ionospheric dusty plasma are poorly investigated, it is generally accepted, that it is significantly affected by the meteor smoke particles (MSPs). In particular, it is known, that plasma diffusivity strongly depends on the sizes of the charged MSPs. However, it was commonly assumed, that only large MSPs with radii greater than ~1 nm can be charged and, therefore influence plasma properties.

This work presents results of rocket-borne measurements of the dusty plasma parameters conducted in winter in high northern latitude ionosphere. It demonstrates that also smaller MSPs, i.e. with radii in sub-nanometer size range can be effectively charged and, thereby significantly influence plasma properties. Assuming that MSP size distribution can adequately be described by a lognormal function, parameters of a charged MSP size distribution function were derived. In addition a simple numerical model of D- and lower E-region ionosphere was adopted to describe dusty plasma parameters based on in situ measured quantities. The modelling results show that largest fraction of the charged MSPs reveal radii smaller than 1 nm and their density can exceed the density of electrons by up to an order of magnitude.

Zusammenfassung
Eintreffende Meteore lagern ihr Material in der D- und unteren E-Region der Ionosphäre der Erde ab. Obwohl die Eigenschaften und das Verhalten des ionosphärischen staubigen Plasmas nicht ausreichend untersucht sind, ist es allgemein anerkannt, dass es von den Meteorstaubpartikeln (MSPs) signifikant beeinflusst wird. Insbesondere ist bekannt, dass die Plasmadiffusivität stark von der Größe der geladenen MSPs abhängt. Es wurde jedoch allgemein angenommen, dass nur große MSPs mit Radien größer als ~1 nm effektiv geladen werden können und somit die Plasmaeigenschaften beeinflussen.

Diese Arbeit präsentiert Ergebnisse von raketengestützten Messungen der staubigen Plasmaparameter, die im Winter in der Ionosphäre in hohen nördlichen Breiten durchgeführt wurden. Es zeigt sich, dass auch kleinere MSPs, d.h. mit Radien im Subnanometerbereich, effektiv geladen werden können und damit die Plasmaeigenschaften wesentlich beeinflussen. Unter der Annahme, dass die MSP-Größenverteilung durch eine lognormale Funktion ausreichend beschrieben werden kann, wurden Parameter einer Größenverteilung von geladenen MSPs abgeleitet. Zusätzlich wurde ein einfaches numerisches Modell der D- und unteren E-Region Ionosphäre verwendet, um staubige Plasmaparameter basierend auf in situ gemessenen Größen zu beschreiben. Die Modellierungsergebnisse zeigen, dass der größte Teil der geladenen MSPs Radien kleiner als 1 nm aufweisen und ihre Dichte die Elektronendichte um bis zu einer Größenordnung überschreiten kann.

Am Freitag, dem 19. Oktober 2018, verteidigt  um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr MSc Fabian Gottwald (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Kühn) seine Dissertation zum Thema  “Towards a unified framework for classical, semiclassical and quantum dynamics in a thermal environment“.

Abstract
Many properties of condensed phase systems are significantly influenced by interactions with the environment, which should be, hence, taken into account in a theoretical treatment. In this context, the popular Caldeira-Leggett model, which gives a compact characterisation of the environment in terms of a spectral density, constitutes a unified framework for treating the reduced system dynamics via different methods.

A first milestone of this thesis was to develop a protocol for calculating spectral densities from explicit simulations of system and bath. The latter were treated via classical molecular dynamics simulations, semiclassical techniques based on the Herman-Kluk propagator and an exact quantum-mechanical wave packet propagation. Still, purely classical simulations yielded surprisingly accurate results, even if pronounced quantum effects are seen in the underlying observables. This implies that spectral densities from classical molecular dynamics simulations can be used in a reduced quantum propagation method, provided that the environment is indeed correctly described by the Caldeira-Leggett model. Hence, the second milestone was to analyse the applicability of this model to different condensed phase situations. Developed self-consistency checks showed, that applications to solute dynamics in liquid solvents lead to conceptual problems, whereas dynamics in solid environments and on surfaces is well described.

Zusammenfassung
Viele Eigenschaften von Systemen in kondensierter Phase werden maßgeblich durch die Wechselwirkungen mit der Umgebung beeinflusst, welche daher für ein theoretisches Verständnis berücksichtigt werden sollten. In diesem Zusammenhang stellt das populäre Caldeira-Leggett-Modell, welches die Umgebung kompakt durch eine Spektraldichte charakterisiert, einen einheitlichen Weg dar, die reduzierte Systemdynamik mit einer Vielzahl unterschiedlicher Methoden zu behandeln.

In der vorliegenden Arbeit wurde eine Methode entwickelt, mit der sich Spektraldichten aus expliziten Simulationen von System und Bad berechnen lassen. Dafür kamen die klassische Molekulardynamik, semiklassische Techniken auf Basis des Herman-Kluk-Propagators und eine exakt quantenmechanische Wellenpaketpropagation zum Einsatz. Es zeigte sich, dass klassische Simulationen erstaunlich gute Spektraldichten liefern, auch wenn die Dynamik deutliche Quanteneffekte zeigt. Dies bedeutet umgekehrt, dass rein klassisch berechnete Spektraldichten auch in reduzierten quantenmechanischen Propagationsmethoden nutzbar sind, vorausgesetzt das Bad lässt sich durch das Caldeira-Leggett-Modell beschreiben. Im zweiten Teil der Arbeit wurde daher die Anwendbarkeit des Modells für verschiedene Systeme in kondensierter Phase untersucht. Selbstkonsistenztests zeigten hier, dass die Anwendung auf anharmonische Dynamik in flüssigen Lösungen auf konzeptionelle Probleme führt, die Dynamik in Festkörpern und auf Oberflächen jedoch gut beschreibbar ist.

Am Freitag, dem 14. September 2018, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Frau MSc Miriam Heß (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Waldi) ihre Dissertation zum Thema “A study of B⁰ → D⁰ p pbar decays with the LHCb experiment“.

 Abstract
B mesons can be used to study baryonic decays; they can decay in a variety of baryonic end states due to their high mass. To understand the baryons and their production in B meson decays, experimental measurements are necessary to develop phenomenological models which describe the production mechanisms of baryons.

This thesis presents the study of B⁰ → D⁰ p p decays with Run I data of the LHCb experiment. First, the branching fraction of B⁰ → D⁰ p p decays with D⁰ → K^- π⁺ relative to B⁰ → D⁰ π⁺ π^- decays is measured to verify the results of the experiments BaBar and Belle. The result deviates less than 2σ from BaBar's measurement. As a second step, the Dalitz plane of the B⁰ → D⁰ p p decay was analysed. An enhancement at the baryon-antibaryon mass threshold was found, and an asymmetric behaviour in the angular distribution of the pp system at rest was observed. Furthermore, structures in the D⁰p invariant mass distribution can be observed.

Zusammenfassung
B-Mesonen eignen sich für die Untersuchung baryonischer Zerfälle, da sie aufgrund ihrer hohen Masse in eine Vielzahl baryonischer Endzustände zerfallen können. Zum Verständnis der Baryonen und deren Entstehung aus B-Mesonenzefällen sind experimentelle Messungen notwendig, durch die phänomenologische Modelle zur Beschreibung der Produktionsmechanismen von Baryonen entwickelt werden können.

Diese Doktorarbeit präsentiert die Ergebnisse der Untersuchung von B⁰ → D⁰ p p mit Run I Daten des LHCb Experimentes. Das Verzweigungsverhältnis von B⁰ → D⁰ p p Zerfällen mit D⁰ → K^- π⁺ relativ zu B⁰ → D⁰ π⁺ π^- Zerfällen wurde gemessen, um die Ergebnisse der Experimente BaBar und Belle zu überprüfen. Das Ergebnis weicht weniger als 2σ von der Messung des BaBar Experimentes ab. Des Weiteren wurde die Dalitz Ebene des Zerfalls B⁰ → D⁰ p p untersucht. Eine Anreicherung der Schwelle der Baryon-Antibaryon-Massenverteilung wurde gefunden und eine Asymmetrie in der Winkelverteilung für das pp-System in Ruhe beobachtet. Außerdem konnten Strukturen in der D⁰p Massenverteilung beobachtet werden.

Am Freitag, dem 7. September 2018, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr Dipl.-Phys. Steffen Wolter (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Lochbrunner) seine Dissertation zum Thema “Untersuchung der Dynamik miteinander wechselwirkender Exzitonen in molekularen Aggregaten“.

Zusammenfassung
Die Effizienz vieler organischer Halbleiterbauelemente ist stark durch den Energietransport im Material bestimmt, der sich meist ungerichtet in Form von Exzitonendiffusion vollzieht. Es zeigt sich, dass sowohl die Morphologie als auch der Ordnungsgrad des Materials einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität des Energietransports haben können. Diese Arbeit untersucht daher den Einfluss der thermischen Unordnung auf die Exzitonenmigration für ein sich selbst organisierendes molekulares Aggregatsystem mithilfe von Femtosekunden Anrege-Abfrage Messungen. Bei hohen Temperaturen konnte ein Wechsel des Aggregationstyps nachgewiesen werden, während bei tiefen Temperaturen ein Übergang bei der Dimensionalität der Exzitonendiffusion beobachtet wurde. Darüber hinaus zeigte sich, dass ein effizienter Exzitonentransport nur bei einem Mindestmaß an thermischer Unordnung möglich ist. Für die Quantifizierung der Energiemigration und zur Bestimmung der temperaturabhängigen Morphologie wird die Wechselwirkung der Exzitonen untereinander im Zuge der Exziton-Exziton-Annihilation (EEA) ausgenutzt. Dieser Mechanismus zeichnet sich durch die vorübergehende Besetzung eines elektronisch hoch-angeregten Zustands aus, dessen Charakter und Zerfallsweg bisher unbekannt sind. Zur Identifizierung möglicher Relaxationspfade bei der EEA wurden transiente Absorptionsmessungen bei Anregung in verschiedene elektronisch hoch-angeregte Zustände durchgeführt und ausgewertet.

Abstract
The performance of many organic semiconductor devices is strongly influenced by the energy transport properties of the material. The energy migration in such materials is often undirected, happening in form of exciton diffusion. The morphology of the material as well as the degree of disorder can have a high impact on the quality of the exciton transport. Therefore, this work is focused on the influence of thermal disorder on the exciton migration in a self-organized molecular aggregate investigated by femtosecond pump probe spectroscopy. At high temperatures, a change of the aggregation type was demonstrated, whereas at low temperatures a transition in the dimensionality of the exciton transport was observed. Furthermore, it is shown, that efficient exciton transport is only possible with a certain amount of thermal disorder. For the quantification of the energy migration and for the determination of the temperature dependent morphology of the aggregate, the interaction of the excitons with each other, namely the exciton-exciton-annihilation (EEA), is used. The EEA-process features a transient population in a highly excited electronic state, whose character and decay channels are unknown. In order to determine possible relaxation pathways of the transient state, pump probe measurements with excitation to different highly excited states are performed and analyzed.

Am Freitag, dem 31.August 2018, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr MSc Oskar Schlettwein (Angewandte Physik, AG Prof. Dr. Hage) seine Dissertation zum Thema “Experimentelle und numerische Analyse der Quantenrauschdynamik optischer Pulse in Glasfasern“.

Zusammenfassung
Optische Glasfasern stellen eine wichtige Komponente für moderne kommerzielle Kommunikationssysteme dar und werden auch im Bereich der Quantenkommunikation als Übertragungsmedium für optische Quantenzustände verwendet. Propagieren helle optische Pulse als Informationsträger durch die Faser, so ist dabei besonders die nichtlineare Wechselwirkung durch den Kerr-Effekt von Bedeutung, da sie einen Einfluss auf die Quantenrauscheigenschaften des Pulses haben kann. Dies hat auch für klassische Informationsübertragung Relevanz, denn auch diese ist ultimativ durch Quantenrauschen limitiert. In der folgenden Arbeit findet eine experimentelle und numerische Analyse des Quantenrauschens optischer Pulse in polarisationserhaltenden Monomodenglasfasern statt. Dabei wird ein robustes Experiment vorgestellt, mit dem am Faserausgang durch Interferenz von Pulsen aus beiden ausgezeichneten Polarisationsachsen direkt detektierbare Photonenzahlquetschung generiert werden kann. Eine im Rahmen dieser Arbeit entwickelte numerische Simulation der Quantenzustandsevolution heller optischer Pulse in Glasfasern liefert exzellent mit den experimentellen Befunden übereinstimmende Resultate. Weiterhin wird die Quantenzustandstomographie der Pulse am Faserausgang mit einem Ringresonator experimentell untersucht. Eine zu erwartende Detektion von Quetschung konnte dabei nicht registriert werden und die Studie experimenteller Besonderheiten weist im Zusammenspiel mit numerischen Analysen die Ursachen auf. Mögliche Lösungsvorschläge werden dargestellt.

Abstract
Optical fibres made of fused silica are important components of modern commercial communication systems. The same hardware can guide optical quantum states providing the foundation for quantum communication networks. When bright, short optical pulses are used to carry information through the fiber they are affected by the nonlinear Kerr effect. This can change the quantum noise properties significantly and manipulate the performance of the communication channel. Within this thesis the quantum noise properties of optical pulses propagating through a polarization-maintaining single mode fiber are experimentally and numerically investigated. A robust experimental setup is presented using both well-defined polarization axes to produce directly detectable photon number squeezing. Results of numerical simulations of the quantum state evolution of bright optical pulses in fibres which was developed during this thesis are in excellent agreement with measured results. Further a setup including a ring resonator is experimentally investigated in order to enable full quantum state tomography of pulses at the fiber output. The absence of expected squeezing results within the measurement inspired a deep consideration of experimental specialties. Backed by numerical simulations explanation and connections are found and possible solutions are presented.

Am Freitag, dem 10.08.2018 verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr MSc Carsten Schult (Atmosphärenphysik, AG Prof. Dr. Chau) seine Dissertation zum Thema: „Studies of meteor head echo signatures at polar latitudes“.

Abstract
Meteors originate from extraterrestrial particles, entering the Earth’s atmosphere with high kinetic energy. The plasma cloud, around the ablating particle, can be detected with high power large aperture radar systems and the signal is called meteor head echo. In this thesis, the first quasi-continuous meteor head echo observations at polar latitudes are presented. The measurements are independent of sun light or weather conditions and offer the possibility to study daily and seasonal count rates in combination with velocity/ dynamical mass distributions and radiants. A comparison with an empirical meteor input function has shown differences in the radiants of the sporadic meteor sources and discrepancies in the count rates at low velocities. The large data set is also analyzed for meteor showers with particles in the region of micrograms and a first comparison with an optical data set is shown. Also presented is a detailed analysis of a fireball, detected with a meteor radar. Therefore, a meteoroid ablation model is used to simulate the flight of the meteoroid through the Earth’s atmosphere.

Zusammenfassung
Meteore entstehen, wenn extraterrestrisch Teilchen auf die Erdatmosphäre treffen und aufgrund ihrer hohen kinetischen Energie verdampfen. Dieser Prozess wird auch als Ablation bezeichnet und erzeugt eine Plasmawolke um das verdampfende Teilchen, welche mithilfe von speziellen Radarsystemen detektiert werden kann. Das reflektierte Radarsignal wird Meteor-Kopf-Echo genannt und liefert Informationen über den verdampfenden Meteoroiden. In dieser Arbeit werden die ersten quasi-kontinuierlichen Beobachtungen von Meteor-Kopf-Echos vorgestellt. Die wetterunabhängigen Messungen liefern einen Einblick in die täglichen und saisonalen Meteorzählraten in polaren Breiten. Die Geschwindigkeitsverteilungen, dynamischen Massen und Radianten wurden mit einer empirischen Meteoreintragsmodellfunktion verglichen. Dabei wurden vor allem Unterschiede in den Radianten der sporadischen Meteorquellen und größere Abweichungen bei geringen Meteorgeschwindigkeiten entdeckt. Des Weiteren wurde der Datensatz auf Meteorschauer untersucht und ein erster Vergleich mit optischen Kamerasystemen durchgeführt. Zudem erfolgte eine detaillierte Analyse für eine Feuerkugel, die über Juliusruh von einem Meteorradar detektiert wurde. Dies beinhaltet die Simulation des verdampfenden Meteoroiden mit einem Ablationsmodell.

Am Dienstag, dem 24.07.2018 verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr Dipl.-Phys. Jan Schulze (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Kühn) seine Dissertation zum Thema: „Exciton-Vibrational Dynamics in Light-Harvesting Complexes - An ML-MCTDH Approach“.

Abstract
The role of the coupling between electronic states and vibrational degrees of freedom (EVC) for exciton energy transfer (EET) in photosynthetic complexes has been in the focus of this thesis. High-dimensional models of the Fenna-Matthews-Olsen (FMO) complex as well as a reduced model of the light-harvesting antenna complex 2 (LH2) of purple bacteria have been developed. The high-dimensional time-dependent Schrödinger equations have been solved via the multilayer expansion of multiconfigurational time-dependent Hartree method (ML-MCTDH). It could be shown that at the one hand experimental spectral densities are influenced by delocalization of the exciton states, on the other hand the dynamics relies sensitively on the details of computed SDs. Further, it could be shown that in FMO the dissipative character of EET and the pathways of the exciton transfer is imprinted by EVC. For a LH2 model the effect of so-called "spectator modes" could be characterized.

Zusammenfassung
Die Kopplung von elektronischen und Kernfreiheitsgraden (EVC) steht bereits seit langem im Fokus wissenschaftlicher Untersuchungen im Hinblick auf deren Einfluss auf den Exzitonen Energie Transfer (EET) in Lichtsammelkomplexen und wird bis heute kontrovers diskutiert. In dieser Arbeit wurde insbesondere hochdimensionale Quantendynamik verschiedener Modelle des Fenna-Matthews-Olson Komlexes sowie eines reduzierten Modells des Lichtsammelkomplexes 2 (LH2) untersucht. Dabei wurde die zeitabhängigen Schrödinger Gleichungen mittels der multilayer multiconfigurational time-dependent Hartree (ML-MCTDH) Methode gelöst. Es konnte gezeigt werden, dass einerseits experimentell ermittelte Spektraldichten (SD) signifikant durch Delokalisierungen von Exzitonenzuständen beeinflusst und andererseits die Dynamik sehr sensitiv bezüglich berechneter SDs ist. Anhand von FMO Modellen konnte dargelegt werden, dass EVC den direktionalen und dissipativen Charakter des EET bestimmt. Für den LH2 konnte insbesondere der Effekt sogenannter "spectator modes" charakterisiert werden.

Am Freitag, dem 06. Juli 2018, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr MSc Diego Guzman Silva (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Szameit) seine Dissertation zum Thema “Propagation of single and multi-photon states in integrated laser-written waveguide networks“.

Abstract
The aim of this thesis is to analyze both theoretically and experimentally the propagation of single and multi-photon states in integrated waveguides arrays, which can be applied in quantum computation and simulation. As a first part, the impact of decoherence on the dynamics of a system is studied, analyzing the cases of distinguishable and indistinguishable photons. The next part covers the study of quantum suppressions, where conditions necessary for suppression of certain output distributions is investigated. Finally the implementation of a photonic quantum SWAP gate is presented. All experimental realizations were performed through integrated photonic quantum circuits, fabricated with the femtosecond laser writing technique.

Zusammenfassung
Das Ziel dieser Arbeit ist es sowohl theoretisch wie auch praktisch, die Propagation von einzel- und viel-Photonen Zuständen in integrierten Wellenleitersystemen zu untersuchen, mit Anwendung auf die Bereiche Quantum Computation und Quanten Simulationen. Zu Beginn wird der Einfluss von Dekohärenz auf die Dynamik unterscheidbarer und ununterscheidbare Photonen studiert. Weiterführend wird die Unterdrückung bestimmter Quantenzustände, „Quantum Suppression“, analysiert. Der letzte Teil der Arbeit befasst sich mit der Implementierung eines photonischen Quanten-SWAP-Gates. In all diesen Arbeiten geschieht die experimentelle Umsetzung mittels passiver, integrierter, photonischer Quanten Schaltkreise, welche mittels Femtosekundenlaser hergestellt werden

Am Freitag, dem 22. Juni 2018, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal II des Instituts für Physik Frau MSc Franziska Zaage (Angewandte Physik, AG Prof. Dr. Gerber) ihre Dissertation zum Thema “Polymerbasierte Additive zur verbesserten Applikation synthetischer Knochenersatzmaterialien“.

Zusammenfassung
Synthetische Knochenersatzmaterialien in Form von Granulaten sind oftmals schwierig in ihrer Handhabbarkeit und werden daher trotz vieler Vorteile weniger von Ärzten verwendet im Vergleich zu autologen Knochen. Um diese Handhabbarkeit zu verbessern wurden polymerbasierte Additive als modellierbare Trägermaterialien (auf einer Polymer- und Siliciumdioxid-Basis) entwickelt, welche das in eine hochporöse Silicamatrix eingebettete nanokristalline Hydroxylapatit an jegliche Defektformen anpassbar machen. Die verschiedenen getesteten Polymere bringen unterschiedliche mechanische, thermische und strukturelle Eigenschaften mit sich, welche durch experimentelle Methoden wie Rheologie, dynamischer Differenzkalorimetrie, Röntgenkleinwinkelstreuung und Elektronenmikroskopie untersucht wurden. Außerdem wurden auch die Biokompatibilität in vitro und der Einfluss des Trägermaterials in vivo getestet. Durch das Trägermaterial kann eine verbesserte Defektheilung erreicht werden, wobei das integrierte Siliciumdioxid (SiO2) diesen Prozess begünstigt.

Abstract
Synthetic bone substitutes in form of granules are difficult to handle, contour into desired shapes, and remain in the defects. Inert polymers are suitable as for the use as carrier materials. The nanocrystalline hydroxyapatite granules, which are embedded in a high porous silicamatrix, can be integrated in a modulable carrier material and hence improving their handling characteristics. The combination of polymers with silicon-dioxide nanoparticles yield new mechanical, thermal and structural properties. Mechanical testing, in vitro and in vivo investigation revealed a significant enhancement of handling properties and good biocompatibility at the same time. Furthermore, the silica component of the carrier material could be determined as the enhancing factor for defect healing.

Am Freitag, dem 04. Mai 2018, verteidigt um 15:15 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr MSc Martin Bohmann (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Vogel) seine Dissertation zum Thema “Quantum Light: Noisy Channels and Incomplete Detection“.

Abstract
In this cumulative dissertation, I present the results of my research in the field of quantum optics under realistic conditions and imperfect measurements. My work focuses on the characterization of quantum light suffering from noise effects as well as on the certification of nonclassical features from information-incomplete detection schemes. In particular, I study discrete- and continuous-variable quantum states subjected to imperfections, while focusing on nonclassicality and entanglement in the presence of dephasing and fluctuating atmospheric losses. Furthermore, I present methods for the calibration of click-counting detectors and the efficient verification of quantum features from the data of such detection layouts. The obtained results are of fundamental interest for the understanding of quantum light with the potential to be employed in applications in quantum technologies, in which imperfections are common.

Zusammenfassung
In dieser kumulativen Dissertation präsentiere ich meine Forschungsresultate auf dem Gebiet der Quantenoptik. Dabei behandle ich zwei Themenfelder: die Modellierung realistischer Bedingungen durch die Berücksichtigung von Störfaktoren und den Nachweis von nichtklassischen Eigenschaften des Lichts basierend auf Messstrategien, welche nur eingeschränkte Informationen über den Quantenzustand liefern. Dephasierung und fluktuierende atmosphärische Verluste werden in ihren Effekten auf Nichtklassizitäts- und Verschränkungseigenschaften von Quantenzuständen mit diskreten und kontinuierlichen Variablen untersucht. Des Weiteren präsentiere ich Methoden zur Kalibrierung von Klick-Zähl-Detektoren und zum effizienten Nachweis von Quanteneigenschaften anhand der Messdaten solcher Detektoren. Die erhaltenen Resultate sind von fundamentalem Interesse für das Verständnis von Quantenlicht unter realen Bedingungen und bieten die Möglichkeit, Anwendung im Gebiet der Quantentechnologie zu finden.

Am Freitag, dem 27. April 2018, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Frau MSc Sandra Peglow (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Lochbrunner) ihre Dissertation zum Thema “Photo-induced charge generation in mono- and bimetallic nanoparticles deposited on titanium dioxide“.

Abstract
Metal nanoparticles/TiO2 systems can generate photo-charge carriers to drive chemical reactions or induce photocurrents in photovoltaic systems. Gold and silver nanoparticles can exhibit localized surface plasmon resonance and enhance the charge carrier density of the system by several energy transfer mechanisms. This thesis combined magnetron sputtering thin film deposition and thermal annealing to synthesize mono-metallic gold and bimetallic gold-core silver-shell nanoparticles and to correlate the activity of the particles with their properties to find optimal parameters for enhanced photocurrent density. Au/TiO2 showed an enhanced photocurrent density of 1 μA/cm2 that was related to hot electron injection, while AgAu/TiO2 exhibited with 1.18 μA/cm2 the highest photocurrent density of all samples. This preparation method is a low-waste, solvent-free approach for nanoparticle synthesis with the potential for large-scale applications.

Zusammenfassung
Metal-Nanopartikel/TiO2 Systeme sind in der Lage Licht-induzierte Ladungsträger zu generieren, um chemische Reaktionen zu unterstützen und Photoströme für die Photovoltaik zu liefern. Gold- und Silbernanopartikel können zu einer lokalisierten Oberflächenplasmonenresonanz angeregt werden und so die Ladungsträgerdichte durch verschiedene Energietransfermechanismen verbessern. Diese Doktorarbeit hat ein Magnetron-Zerstäubungsverfahren zur Dünnschichtabscheidung mit einem thermischen Heiz-Schritt kombiniert, um monometallische Gold- und bimetallische Gold-Kern Silber-Schalen Nanopartikel zu synthetisieren. Die Aktivität der Partikel wurde mit ihren Eigenschaften korreliert, um optimale Parameter für eine Erhöhung der Photostromdichte zu bestimmen. Au/TiO2 zeigte eine erhöhte Photostromdichte von 1 μA/cm2, was auf die Injektion von heißen Elektronen zurückgeführt wurde, während AgAu/TiO2 mit 1.18 μA/cm2 die höchste Photostromdichte aller Proben aufwies. Diese Preparationsmethode ist ein Resourcen-schonender und Lösungsmittel-freier Ansatz zur Synthese von Nanopartikeln mit Potential für eine groß-skalige Anwendung.

Am Mittwoch, dem 25. April 2018, verteidigt um 17:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr MSc Sebastian Rosmej (Theoretische Physik, AG PD Dr. Reinholz) seine Dissertation zum Thema “Quantenstatistische Analyse der Korrelationen dichter Plasmasysteme“.

 Abstract
In this dissertation transport properties of plasma systems are investigated. Applying the Linear-Response theory in Zubarev’s formalism the transport coefficients e.g. the electrical conductivity are expressed via equilibrium correlation functions (fluctuation-dissipation-theorem). For fully ionized plasmas the influence of electron-electron collisions is analyzed and expressed by a correction factor depending on density and temperature. In the region of partially ionized plasmas an additional influence of electron-atom collisions is relevant. The interaction between electrons and atoms can be described microscopically by the optical potential. In this work many-particle effects are included and a unified expression for the screened optical potential for all noble gases is given. Using the optical potential the impact of electron-atom collisions on the thermo-electrical transport is considered. A good agreement between theory and experiments is obtained for the electrical conductivity.

Zusammenfassung
In der vorliegenden Dissertation werden Transporteigenschaften von Plasmasystemen untersucht. Unter Verwendung der Linearen-Response Theorie in der Formulierung nach Zubarev werden Transportgrößen wie z.B. die elektrische Leitfähigkeit mit Korrelationsfunktionen im thermodynamischen Gleichgewicht verbunden (Fluktuations-Dissipations-Theorem). Für vollständig ionisierte Plasmen wird der Einfluss der Elektron-Elektron Stöße untersucht und in Form eines dichte- und temperaturabhängigen Korrekturfaktors ausgedrückt. Im Bereich partiell ionisierter Plasmen ist zudem der Einfluss der Elektron-Atom Stöße relevant. Mikroskopisch kann die Wechselwirkung zwischen Elektronen und Atomen durch das optische Potential beschrieben werden. Unter Einbeziehung von Vielteilcheneffekten wird in dieser Arbeit erstmals eine einheitliche Form des abgeschirmten optischen Potentials für alle Edelgasplasmen konstruiert. Mit Hilfe des optischen Potentials wird der Einfluss der Elektron-Atom Stöße auf den thermoelektrischen Transport berücksichtigt. Für die elektrische Leitfähigkeit wird eine gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment erzielt.

Am Freitag, dem 13. April 2018, verteidigt um 15:15 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr Dipl.-Phys. Florian Schöne (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Stolz) seine Dissertation zum Thema “Optical Properties of yellow Excitons in Cuprous Oxide“.

Zusammenfassung
Kupferoxydul (Cu2O) zeigte sowohl historisch als auch in der Neuzeit, dass es eines der am besten geeigneten Materialien für die Untersuchung von Exzitonen in Halbleitern ist. Die vorliegende Arbeit untersucht einige optische Eigenschaften der gelben Exzitonenserie in Cu2O und lässt sich in zwei Teile unterteilen. Im ersten Teil werden grundlegende Exzitonenparameter unter Berücksichtigung von central-cell Korrekturen bestimmt. Für große Hauptquantenzahlen n wurde hierfür die Nichtparabolizität des höchsten Valenzbandes betrachtet und das Konzept des Quantendefekts eingeführt. Für die Analyse des gelben 1S Paraexzitons musste zusätzlich der Einfluss von LO Phononen berücksichtigt werden. Der zweite Teil befasst sich mit der Absorptionskante des Γ3⁻ phononassistierten Übergangs in das gelbe 1S Orthoexziton und bestimmt das dazugehörige Deformationspotential. Mit dem Deformationspotential wurde der Augerkoeffizient für den phononassistierten Zerfall berechnet.

Abstract
Cuprous oxide (Cu2O) has proven historically as well as contemporarily to be one of the most suitable materials for the research of excitons in bulk semiconductors. This work concerns itself with the theoretical description of optical properties of the yellow exciton series in Cu2O and is divided into two parts. The first part aims at the determination of the basic excitonic properties by considering central-cell corrections. For large principal quantum numbers n the nonparabolicity of the highest valence band is treated and the concept of quantum defects is introduced. For the analysis of the yellow 1S paraexciton the additional coupling to LO phonons is addressed. The second part examines the absorption edge of the Γ3⁻ phonon-assisted transition into the 1S yellow orthoexciton and determines the corresponding deformation potential. The deformation potential is further utilised to calculate the Auger coefficient of the phonon-assisted decay mechanism.

Am Mittwoch, dem 28. März 2018, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal III des Instituts für Physik Frau MSc Melanie Schünemann (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Hage) ihre Dissertation zum Thema “Characterization of Nonclassical Properties of Quantum States Generated in an Optical Parametric Amplifier.“

Abstract
The nonclassical properties of quantum states raise a lot of attention, due to their various possible applications in future quantum technologies. A state is nonclassical, if its Glauber-Sudarshan P-function shows negativities and therefore cannot be interpreted as a classical probability density. This thesis concerns the generation of quantum states and the characterization of their nonclassical properties. Therefore, an experimental technique to generate quantum states, to be specific squeezed vacuum and coherently displaced squeezed states, is presented. In order to characterize nonclassical states, a new experimental technique, the homodyne cross correlation measurement, was realized, showing a so far unknown insight into the quantumness of a squeezed state. Also, an experimentally accessible witnessing approach for the degree of nonclassicality, in terms of superpositions of coherent states, is presented for arbitrary quantum states.

Zusammenfassung
Die nichtklassischen Eigenschaften von Quantenzuständen erregen viel Aufmerksamkeit, durch ihre zahlreichen möglichen Anwendungen in zukünftigen Quantentechnologien. Ein Zustand ist nichtklassisch, wenn die zugehörige Glauber-Sudarshan P-Funktion Negativitäten aufzeigt und somit nicht mehr als klassische Wahrscheinlichkeitsdichte interpretiert werden kann. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Erzeugung von Quantenzuständen und der Charakterisierung ihrer nichtklassischen Eigenschaften. In diesem Rahmen wird eine experimentelle Technik zur Erzeugung von Quantenzuständen, genauer gesagt gequetschten Vakuumszutänden und kohärent verschobenen gequetschten Zuständen, vorgestellt. Für die Charakterisierung von nichtklassischen Zuständen wurde eine neue experimentelle Technik, die homodyne Kreuzkorrelationsmessung, realisiert. Sie gibt einen bisher unbekannten Einblick in die Quantennatur von gequetschen Zuständen. Außerdem wird ein experimentell zugänglicher Nachweis für den Nichtklassizitätsgrad, im Sinne von Überlagerungen von kohärenten Zuständen, für beliebige Quantenzustände präsentiert.

Am Freitag, dem 06. April 2018, verteidigt um 15:15 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr Dipl.-Phys. Martin Hantusch (Angewandte Physik, AG Prof. Dr. Eberhard Burkel) seine Dissertation zum Thema “Temperature anomalies in transition-metal-oxides and their correlations with photocatalytic activity“.

Abstract
The correlation between the defect structure, the crystalline structure and the charge carrier transfer through titanium dioxide (titania) were evaluated by in-situ X-ray diffraction, in-situ resistivity characterisation, quasi-in-situ X-ray photoelectron spectroscopy and paramagnetic resonance spectroscopy in order to improve the photocatalytic efficiency of a newly invented water purification reactor. Annealing titanium dioxide in vacuum at temperatures below the phase transition temperature while an external electrical field was applied resulted in the observation of structural, morphological and electrical anomalies. These anomalies occur in thin film, as well as, in powder samples. However, treating titanium dioxide in vacuum leads to a redistribution of lattice defects. The diffusion of these lattice defects from the centre of the lattice to the line defect area forms charge carrier trapping sites and permanent dipoles with a significant dipole strength. The alignment of these dipoles leads to the formation of anisotropic conductive channels. The activation of a resistive switching mechanism is possible since these conductive channels can be open or closed depending on the external electrical field strength. Hence, a quasi-para-electric material is synthesised. Furthermore, the redistribution of lattice defects driven by an external electrical field results in a new density distribution and the formation of a new highly textured crystalline phase, the arminiase, which is correlated with the conductive configuration of titanium dioxide.

Zusammenfassung
Der Zusammenhang zwischen der Defektstruktur, der Kristallstruktur und dem Ladungsträgertransport durch Titandioxidproben wurde mittels in-situ Röntgendiffraktometrie, in-situ Widerstandsmessungen, quasi-in-situ Röntgenphotoelektronenspektroskopie und Elektronenspinresonanz untersucht, mit dem Ziel die photokatalytische Effizienz eines neu entwickelten Wasserwiederaufbereitungsreaktors zu verbessern. Es wurden strukturelle, morphologische und elektrische Anomalien bei verschiedenen Proben, welche im Vacuum bei Temperaturen unterhalb der Phasentransformationstemperatur ausgeheizt wurden, während ein externes elektrisches Feld anlag, beobachtet. Dieses Ausheizen von Titaniumdioxid im Vacuum führt zu einer Umordnung von Gitterdefekten. Es werden durch die Diffusion dieser Gitterdefekte aus dem Kristallzentrum zur Oberfläche und zu Grenzflächen Ladungsträgerfallen gebildet und es entstehen elektrische Dipole. Die Ausrichtung dieser Dipole führt zu anisotropen Leitungskanälen. Da die Leitungskanäle durch ein externes elektrisches Feld geöffnet und geschlossen werden können, kann man zwischen leitendem und isolierendem Titandioxid wechseln. Demzufolge wurde ein quasi-paraelektrisches Material hergestellt. Die Umordnung der Defektstruktur führt zusätzlich zu einer neuen Dichteverteilung im Material und eine neue kristalline Phase, Arminiase, konnte beobachtet werden. Diese steht im Zusammenhang mit dem elektrisch leitenden Titandioxid.

Am Mittwoch, dem 07. März 2018, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr MSc Chengliang Lin (Theoretische Physik, AG PD Dr. Reinholz) seine Dissertation zum Thema “Quantum statistical approach to optical properties in dense plasmas“.

Abstract
The properties of an atomic system immersed in dense plasmas are strongly modified by the interactive plasma environment. For instance, the emission spectrum originating from bound-bound and bound-free transitions is shifted and broadened due to collisions between the emitter system and the plasma particles. These modifications are known as pressure broadening and shift of spectral lines for bound-bound transitions and ionization potential depression for bound-free transitions. However, recent experimental observations on these modifications cannot be explained by those simple analytical models which have been widely used so far. A systematically derived self-consistent quantum mechanical many-body theory is indispensable. In this thesis work the optical properties in dense plasmas, such as the transition rates, the ionization potential depression, and the optical spectra, are investigated within a quantum-statistical approach. The dynamical structure factors are introduced to account for the detailed spatial and temporal correlations and fluctuations of the plasma environment. The plasma spectral line profile is derived by means of a quantum master equation approach, which coincides in the quantum mechanical region with the spectral line profile calculated via the thermodynamic Green's function technique. In the quasi-classical region of highly excited Rydberg states, the transition rates are found to be more reasonably explained by a coherent quasi-classical wave packet description. As another important result, a general expression for the ionization potential depression in plasmas is obtained. This expression takes into account the dynamical ionic structure factor and is valid in a wide density and temperature range. Using this new theory, recent experimental results performed in warm dense matter can be explained.

Zusammenfassung
Die Eigenschaften eines atomaren Systems werden durch eine wechselwirkende Plasmaumgebung stark modifiziert. Zum Beispiel werden die Emissionsspektren, die aus Übergängen zwischen gebundenen sowie zwischen gebundenen und freien Zuständen stammen, aufgrund von Stößen zwischen dem emittierenden System und dem Plasma verschoben und verbreitert. Diese Modifikationen sind in der Plasmaphysik als Druckverbreiterung und Verschiebung von Spektrallinien und die Absenkung der Kontinuumskante zwischen gebundenen und freien Zuständen bekannt. Einige neue experimentelle Beobachtungen zu diesen Modifikationen können jedoch nicht durch die bisher verwendeten analytischen Modelle erklärt werden. Eine systematische und selbstkonsistente quantenstatische Theorie für Vielteilchensysteme ist unverzichtbar. In der vorliegenden Arbeit werden die optischen Eigenschaften in dichten Plasmen wie die Übergangsraten, die Absenkung der Kontinuumskante und die optischen Spektren mit Hilfe eines quantenstatistischen Zugangs untersucht. Dynamische Strukturfaktoren werden eingeführt, um die detaillierten räumlichen und zeitlichen Korrelationen und Schwankungen der Plasmaumgebung zu berücksichtigen. Das spektrale Linienprofil in Plasmen wird mittels eines Quanten-Mastergleichungs-Zugangs abgeleitet, welches im quantenmechanischen Bereich mit dem Ergebnis der thermodynamischen Green-Funktion-Technik übereinstimmt. Im quasiklassischen Bereich der hoch angeregten Rydbergzustände lassen sich die Übergangsraten durch eine kohärente quasi-klassische Wellenpaket-Darstellung besser erklären. Ein weiteres zentrales Ergebnis ist die Herleitung eines allgemeinen Ausdrucks für die Absenkung der Kontinuumskante in Plasmen unter Einbeziehung des dynamischen ionischen Strukurfaktors. Es konnte gezeigt wird, dass dieser Ausdruck für die Absenkung des Ionisationspotentials in einem großen Dichte- und Temperaturbereich gültig ist. Im Rahmen dieser Theorie konnten aktuelle experimentelle Messungen in warmer dichter Materie erklärt werden.

Am Freitag, dem 12. Januar 2018, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr MSc Chris Lappe (Physikalische Ozeanographie, AG PD Dr. Umlauf) seine Dissertation zum Thema “Boundary mixing in non-tidal basins: Observations from the Baltic Sea“.

Abstract
Diapycnal mixing is important to close the overturning circulation of the Baltic Sea and to explain the vertical transport of tracers. This work focuses on boundary mixing in a non-tidal basin which constitutes a diapycnal mixing process that is presently not well understood. The investigations are based on two data sets from the Bornholm Basin (southern Baltic Sea), which were obtained during different seasons and include high-resolution CTD, shear microstructure, and velocity data. In summer, a highly turbulent and strongly stratified bottom boundary layer (BBL) of a few meters thickness develops, which exhibits high mixing rates and a bulk mixing efficiency that is comparable to the interior value of Γ = 0.2. Near-inertial wave motions were identified as the main energy source for these boundary mixing processes. The contribution of the BBL mixing region to the overall diapycnal mixing and energy dissipation exceeds the contribution of the interior region. However, the BBL turbulence was found to be suppressed within the halocline, and therefore does not contribute to cross-halocline mixing in this region. In winter, a BBL of similar thickness to the summer situation could be identified, characterized by large bulk mixing efficiencies. Different from the summer situation, the BBL was not suppressed within the halocline and shear-induced turbulence was found to destabilize the halocline close to the sloping walls of the basin, potentially increasing turbulent transport across the halocline region. The results of this thesis are likely to be relevant also for other non-tidal system, for example for large lakes and inland seas.

Zusammenfassung
Diapyknische Vermischungsprozesse schließen die thermohaline Zirkulation der Ostsee und sind verantwortlich für den vertikalen Transport gelöster Stoffe (Tracer). Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem noch wenig verstandenem Aspekt der Randmischung in einem nicht gezeitengetriebenem Becken. Die Untersuchung stützt sich auf zwei zu verschiedenen Jahreszeiten erhobenen Datensätzen aus dem Bornholm Becken (südliche Ostsee), umfasst zeitlich und räumlich hochaufgelöste CTD-Daten sowie Schermikrostruktur- und Geschwindigkeitsmessungen. Im Sommer war die Bodengrenzschicht (BBL) wenige Meter dick und zeichnete sich sowohl durch erhöhte Turbulenz als auch durch erhöhte Mischungsraten aus. Die mittlere Mischungseffizenz der Grenzschicht erreichte dabei einen Wert, der ungefähr dem Wert der internen Mischung Γ = 0.2 entspricht. Interne Wellen nahe der Trägheitsfrequenz sind die wichtigste Energiequelle für die beobachtete Randmischung. Der in der Grenzschicht geleistete Beitrag zur Energiedissipation und Mischung überstieg jeweils den Beitrag aus dem Innern des Beckens. Im Bereich der Haloklinen jedoch wird die turbulente BBL unterdrückt. Ein Beitrag zur Mischung durch die Halokline leistete die BBL somit nicht. Im Winter ließ sich ebenfalls eine Bodengrenzschicht beobachten, die der BBL des Sommers ähnelte und erhöhte Mischungseffizenzen aufwies. Im Gegensatz zum Sommer fand keine Unterdrückung der BBL in der Haloklinen statt. Zusätzlich erfolgte eine Destabilisierung der Haloklinen durch scherungsbedingte Turbulenz am Beckenrand. Beide Prozesse erhöhten die turbulenten Transportraten durch die Halokline. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind ebenfalls relevant für andere nicht gezeitengetriebene Systeme wie große Seen oder Binnenmeere.

Am Donnerstag, dem 21. Dezember 2017, verteidigt um 16:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr Dipl.-Phys. Thomas Keil (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Bauer) seine Dissertation zum Thema “Photoelectron Spectra with Quantum Trajectories beyond the plain Strong-Field Approximation“.

Zusammenfassung
Die Berechnung von Photoelektronenspektren (PES) im Bereich der starken Laser-Materie-Wechselwirkung ist eine große Herausforderung für die theoretische Physik. Bereits seit einigen Jahrzehnten ist die Starkfeldnäherung (SFA) in dieser Hinsicht sehr erfolgreich. Zudem vermittelt diese dank der Formulierung mittels Quantentrajektorien tiefe Einblicke in die Dynamik des Ionisationsprozesses. Allerdings wird in der reinen SFA der Einfluss des Coulomb-Potentials auf das emittierte Elektron vernachlässigt. Im Rahmen der fortschreitenden Entwicklung experimenteller Techniken führt diese Näherung dazu, dass immer mehr Phänomene entdeckt werden, die sich selbst auf qualitativer Ebene einer Beschreibung durch die SFA entziehen. In dieser Arbeit untersuchen wir verschiedene Erweiterungen dieser Theorie, um Merkmale von Spektren zu analysieren, deren Nachbildung jenseits der Möglichkeiten der reinen SFA liegen. Wir befassen uns mit verschiedenen Systemen, in denen zusätzliche Kräfte die emittierten Elektronen beeinflussen. Zuerst das kollektive Feld eines lasergetriebenen Metallclusters, welches bei resonanter Anregung zu unerwartet starker Beschleunigung der emittierten Elektronen führen kann. Dann das Coulomb-Potential des zurückbleibenden Ions, aufgrund dessen bei bestimmten Parametern die Elektronenausbeute im Bereich der cutoff-Energie für die direkte Ionisation weit höher ausfällt als erwartet. Zuletzt die magnetische Lorentzkraft, die erst dann überhaupt in Erscheinung tritt, wenn die Dipolnäherung aufgegeben wird. Diese kann selbst bei nichtrelativistischen Parametern in den PES zu Asymmetrieeffekten in Bezug auf die Propagationsrichtung des Laserpulses führen. Für die verschiedenen Systeme werden passende Methoden von der trajektorienbasierten SFA abgeleitet und verwendet, um PES zu berechnen. Die Resultate werden auf qualitativer Ebene mit der Lösung der zeitabhängigen Schrödingergleichung (TDSE) oder Referenzresultaten aus der Literatur verglichen. Die Analyse der Probleme mit Hilfe von Quantentrajektorien ermöglicht uns, die den betrachteten Effekten zugrundeliegenden physikalischen Mechanismen besser zu verstehen.

Am Freitag, dem 08. Dezember 2017, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr Dipl.-Phys. Kai-Uwe Plagemann (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Redmer) seine Dissertation zum Thema “Berechnung des dynamischen Strukturfaktors in warmer dichter Materie mit ab-initio-Simulation“.

Zusammenfassung
Die Beschreibung sowie Charakterisierung von warmer dichter Materie stellt ein wichtiges Forschungsgebiet, aber auch eine große Herausforderung für Experimente und Theorie dar. Eine Möglichkeit der Darstellung bilden Röntgen-Thomsonstreu- experimente, aus deren Resultaten der dynamische Strukturfaktor gewonnen werden kann. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, diese Größe zudem auch aus FT-DFT- MD-Rechnungen zu erhalten. Solche ab-initio-Simulationen kombinieren klassische Molekulardynamik (MD) mit der Dichtefunktionaltheorie bei endlichen Temperatu- ren (FT-DFT). Diese Vorgehensweise ermöglicht eine weit über die Berechnung der Störungstheorie hinausgehende Behandlung von Quanten- und Korrelationseffekte. Mit der präsentierten Methode ist es möglich das Ionfeature ab-initio berechnet werden, was zu einem besseren Verständnis der Röntgenstreuung in warmer dichter Materie führt. Die so erhaltenen Strukturfaktoren werden mit anderen theoretischen Modellen und Experimenten für Beryllium und Bor verglichen.

Abstract
The description and characterization of warm dense matter is an important, albeit challenging task for experiments and theory. X-ray Thomson scattering offers a possibility to characterize warm dense matter, as the physical quantity of the dynamic structure factor is proportional to the Thomson scattering spectra. This work aims at determining the dynamic structure factor from FT-DFT-MD-simulations. Such ab-initio-simulations combine classical molecular dynamics (MD) and density functional theory at finite temperature (FT-DFT). This approach allows the treatment of quantum and correlation effects beyond perturbation theory. With the presented method it is possible to calculate the ion feature from first principles, which will facilitate a better understanding of X-ray scattering in warm dense matter. The obtained resulting dynamic structure factors are compared to different theoretical models and available experiments for beryllium and boron.

Am Dienstag, dem 28 .November 2017, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal II des Instituts für Physik Herr MSc Tobias Zentel (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Kühn) seine Dissertation zum Thema “Molekulardynamik-Simulationen von H-Brücken in ionischen Flüssigkeiten“.

Abstract
In this thesis the properties of H-bonds in ionic liquids are investigated via molecular dynamic simulations. The understanding of H-bond structure and dynamics is vital to control the macroscopic properties and develop ionic liquids for future applications. Evidence for the much debated existence of H-bonds in the prototypical aprotic ionic liquid [C2mim][NTf2] is found through a comparison of dephasing times extracted from a hybrid quantum-classical simulation and coherent anti-Stokes Raman spectroscopy. The properties of H-bonds are studied in detail for two prototypical protic ionic liquids, i.e. triethylammonium nitrate and ethylammonium nitrate, by means of density functional based tight binding theory. Geometric correlations within the H-bonds and vibrational dynamics in the form of infrared spectra are analysed to elucidate H-bond properties. Furthermore, the three-dimensional H-bond network in the studied ionic liquid is identified as the reason for a surprisingly fast loss of reorientational correlation.

Zusammenfassung
Die vorliegende Arbeit untersucht H-Brücken-Netzwerke in ionischen Flüssigkeiten mit Hilfe von molekulardynamischen Methoden. Ein umfassendes Verständnis der Struktur und Dynamik der H-Brücken ist wichtig, da sie, die für potentielle Anwendungen interessanten, makroskopischen Eigenschaften maßgeblich beeinflussen. Hinweise für die viel diskutierte Existenz von H-Brücken in der prototypischen aprotischen ionischen Flüssigkeiten [C2mim][NTf2] wurden, durch einen Vergleich von Dephasierungszeiten aus hybriden Quanten-Klassischen-Simulationen mit experimentellen Kohärenten Anti-Stokes-Raman-Spektren, gefunden. Die Eigenschaften von H-Brücken werden im Weiteren an den stärker wasserstoff-verbrückten protischen ionischen Flüssigkeiten, Triethylammonium Nitrat und Ethylammonium Nitrat, anhand von geometrischen Korrelationen und der mittels Infrarot-Spektroskopie untersuchten Schwingungsdynamik diskutiert. Schließlich wurde ein drei-dimensionales H-Brücken-Netzwerk als Ursache einer erstaunlich kurzen Reorientierungskorrelationszeit identifiziert.

Am Freitag, dem 01.Dezember 2017, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Frau Dipl.-Phys. Kathrin Baumgarten (Atmosphärenphysik, AG Prof. Dr. Lübken, IAP) ihre Dissertation zum Thema “Charakterisierung von Schwerewellen und Gezeiten aus Lidar-Messungen in der mittleren Atmosphäre“.

Zusammenfassung
Die Untersuchung von atmosphärischen Schwerewellen und Gezeiten ist für das Verständnis der Zirkulation in der Atmosphäre von großer Bedeutung. Seit 2010 ist das tageslichtfähige LiDAR in Kühlungsborn (54°N, 12°O) in Betrieb, dessen umfangreicher Datensatz es erlaubt, Wellen in der mittleren Atmosphäre auf unterschiedlichen Zeitskalen zu charakterisieren. Das Instrument liefert wetterabhängig kontinuierliche Zeitserien von Temperaturprofilen bzw. von relativen Dichteprofilen in einem Höhenbereich von 30 bis 75 km. Die Herausforderung bei der Datenanalyse bestand in der expliziten Trennung von Schwerewellen und Gezeiten. Dazu wurden die Wellen entsprechend ihrer Periode und vertikaler Wellenlänge gefiltert. Teile des Schwerewellenspektrums weisen dabei im Jahresverlauf Ähnlichkeiten zu Gezeiten auf, während kurzperiodische Schwerewellen insbesondere im Sommer eine erhöhte Aktivität zeigen. Außergewöhnliche Wetterbedingungen im Mai 2016 erlaubten eine bis dato unvergleichliche 10-tägige Lidar-Messung, die eine überraschend große Variabilität von Gezeiten und Schwerewellen auf kurzen Zeitskalen offenbarte. Durch die Verwendung von Dichteprofilen wurden zudem auch Wellen mit Perioden von einigen Minuten untersucht. Dabei zeigte sich erstmals eine erhöhte Bedeutung dieser Wellen insbesondere oberhalb von 60 km.

Abstract
The knowledge of atmospheric waves, e.g., gravity and tidal waves, is crucial to our understanding of the circulation in the Earth’s atmosphere. Since 2010 the daylight capable Rayleigh-Mie-Raman (RMR) lidar at Kühlungsborn (54°N, 12°E) is in operation to resolve waves on different time scales in the middle atmosphere. Depending on the weather conditions the instrument provides continuous time series of temperature and relative density profiles between 30 and 75 km altitude. The general challenge for such data sets is the separation of gravity waves and tides. Therefore the waves are filtered regarding their specific periods and vertical wavelengths. A part of the gravity wave spectra shows a similar seasonal behavior as tides, while gravity waves with small periods reveal an enhanced activity during summer. Outstanding weather conditions in May 2016 allowed for an extraordinary 10-day continuous lidar sounding, which shows a surprising large tidal and gravity wave variability on time scales of only a few days. Using relative density profiles also waves with periods of several minutes were investigated. These results demonstrate for the first time the importance of short periodic waves especially above 60 km altitude.

Am Donnerstag, dem 26. Oktober 2017, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal II des Instituts für Physik Herr Dipl.-Phys. Johannes Fiedler (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Scheel) seine Dissertation zum Thema “Molecular spectroscopy from far-field matter-wave interferometry“.

Abstract
We derive a model describing the Casimir-Polder (CP) interaction between a dielectric surface and an extended particle. The Born series expansion for the scattering Green function is used to stimate the force density acting at each point of the particle. This method can be used to explain matter-wave interference patterns when, e.g., a beam of large organic molecules passes a dielectric grating. We furthermore consider matter-wave scattering off dielectric surfaces to estimate the influence of CP forces on the interference pattern. We reconstruct the interaction potential from the interference pattern by additional measurements: first, the phase information encoded in the matter wave is mapped out by an implementation of Hartmann-Shack sensor for neutral matter waves. Together with, second, tomographic reconstruction of spatial dependence of the interaction potential, the polarisability of the interfering particle can be estimated.

Zusammenfassung
Wir leiten ein Modell zur Beschreibung der Casimir-Polder (CP) Wechselwirkung zwischen dielektrischen Oberflächen und ausgedehnten Teilchen her. Dazu benutzen wir die Born Reihenentwicklung für den Streuanteil der Greenschen Funktion um eine Kraftdichte zu bestimmen, welche an jedem Punkt des Teilchens angreift. Mittels dieses Modells können Materiewellen Interferenzmuster erklärt werden, welche zum Beispiel entstehen, wenn ein Strahl aus großen organischen Molekülen durch ein dielektrisches Gitter fliegt. Darüber hinaus betrachten wir die Materiewellenstreuung an dielektrischen Oberflächen um den Einfluss der CP Kraft auf die Interferenzmuster zu bestimmen. Wir rekonstruktieren das Wechselwirkungspotential aus den Interferenzmustern durch zusätzliche Messverfahren: Als erstes wird die Phaseninformation der Materiewelle durch einen für Materiewellen angepassten Hartmann- Shack Sensor ausgelesen. Zweitens kann durch eine tomographische Rekonstruktion der räumlichen Abhängigkeit des Wechselwirkungspotentials die Polarisierbarkeit des interfererierenden Teilchens bestimmt werden.

Am Montag, dem 17. Juli 2017, verteidigt um 10:30 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr Dipl.-Phys. Karsten Sperlich (Experimentalphysik, AG Prof. Dr. Stolz) seine Dissertation zum Thema “Charakterisierung von ultrakurzen Laserpulsen mittels Einzelschuss – VAMPIRE“.

Zusammenfassung
Zur Messung des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Felder von Femtosekunden-Laserpulsen werden verschiedene Methoden der nichtlinearen Optik, wie z.B. Frequenzverdopplung, angewandt. Das verhältnismäßig neue VAMPIRE-Verfahren ist die erste Methode, bei der auch komplexe Pulse eindeutig bestimmt werden können. Um einzelne Laserpulse, deren Anwendung zunehmend wichtig wird, zu untersuchen, wurde in dieser Arbeit erstmals ein VAMPIRE in Einzelschussgeometrie realisiert. Als zentrales Problem stellte sich dabei der Detektor heraus, da die Rekonstruktion des Feldverlaufs durch seine spektrale Empfindlichkeit bestimmt ist. Diese wurde von verschiedenen Systemen gemessen, wobei gravierende Abweichungen von den Herstellerangaben auftraten, die eine Verwendung dieser Detektoren ausschlossen. Der hier vorgestellte VAMPIRE kann Pulse ab etwa 50 fs in einem Spektralbereich von 700 nm bis 1000 nm eindeutig bestimmen. Messungen an einem Ti:Sa-Oszillator belegen die hohe Empfindlichkeit des Aufbaus. So konnten Pulse mit Energien von bis hinunter zu 200 pJ bestimmt werden, allerdings über viele Pulse integriert. An verstärkten Ti:Sa-Systemen sind Messungen an einem einzelnen Laserpuls möglich.

Abstract
Several nonlinear optical methods, like frequency doubling, are utilized for the time-resolved measurement of the electric field of femtosecond laser pulses. The relatively new method named VAMPIRE is the first technique, which unambiguously determines even complex pulses. For the measurement of single laser pulses, which is increasingly important, a VAMPIRE in single-shot geometry has been realized in this work for the first time. It turned out, that the detector is of central importance, since the reconstruction of the electric field depends on the spectral sensitivity of the detector. The measured sensitivity of various detectors revealed severe deviations from that specified by the manufacturer, which in turn prohibited the usage for this setup. The VAMPIRE presented here, is able to determine pulses from 50 fs onwards in a spectral region from 700 nm to 1000 nm unambiguously. Measurements of a Ti:Sa-Oscillator attest the high sensitivity of the setup. Pulses with down to 200 pJ could be characterized, albeit integrated over many pulses. When it comes to amplified Ti:Sa-Lasers, measurements of single laser pulses are possible.

Am Montag, dem 03.Juli 2017, verteidigt um 16:15 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Frau MSc Elizabeth Agudelo Ospina (Theoretische Physik) ihre Dissertation zum Thema: “Multimode quantum correlations in phase space“

Abstract
In this cumulative dissertation I present my research in the field of quantum correlations in multimode systems, which is of broad interest due to its fundamental role for our understanding of the physical world. My work focuses on the characterization of nonclassical light in theory and experiment, based on the Glauber-Sudarshan phasespace representation. I developed and generalized methods for the characterization of nonclassicality in composite quantum systems. The innovative sampling techniques I derived have been applied to experimental data to uncover quantum correlations in different physical scenarios. Finally, I also studied the general treatment of quantum correlations in hybrid systems.

Zusammenfassung
In dieser kumulativen Dissertation präsentiere ich meine Forschung auf dem Gebiet der Quantenkorrelationen in Mehrmodensystemen. Diese ist aufgrund ihrer fundamentalen Bedeutung für unser Verständnis der physikalischen Welt von breiter Relevanz. Kern meiner Arbeit ist die Beschreibung nichtklassischen Lichts in Theorie und Experiment, auf Grundlage der Phasenraumdarstellung nach Glauber-Sudarshan. Ich entwickle unterschiedliche, generalisierte Methoden zur Beschreibung von Nichtklassizität in Verbundquantensystemen. Die von mir hergeleiteten, innovativen Samplingverfahren wurden auf experimentelle Daten angewandt um Quantenkorrelationen in verschiedenen physikalischen Szenarien zu entdecken. Darüber hinaus untersuchte ich die allgemeine Charakterisierung von Quantenkorrelationen in hybriden Systemen.

Interessenten sind herzlich eingeladen!

Am Freitag, dem 21. April 2017, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Frau M. Sc. und Dipl.-Ing. (FH) Maren Kopp (Atmosphärenphysik) ihre Dissertation zum Thema:
“Ein neues tageslichtbasiertes RMR-Lidar: technischer Aufbau sowie geophysikalische Analyse von Temperaturgezeiten und NLC über Kühlungsborn (54°N, 12°O)“

Zusammenfassung
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neues tageslichtfähiges Rayleigh-Mie-Raman-Lidar am IAP in Kühlungsborn (54°N, 12°O) entwickelt. Das Ziel ist die Untersuchung atmosphärischer Wellen (Gezeiten) und Leuchtender Nachtwolken, unabhängig von der Tageszeit. Die technischen Herausforderungen tageszeitunabhängiger Sondierungen werden erläutert und die Leistungsfähigkeit des neuen Lidars anhand von Beispielmessungen demonstriert. Seit 2011 werden kontinuierliche Sondierungen zur Bestimmung der Temperatur unabhängig von der Tageszeit durchgeführt (Datensatz > 3100 h). Der Höhenbereich erstreckt sich von ca. 40 bis 75 km (tags) bzw. bis ca. 85 km (nachts). In dieser Arbeit wird ein Beitrag zum Verständnis des lokalen Zustands der Gezeitenvariationen über Kühlungsborn geliefert. Mehrtägige Lidar-Sondierungen erlauben neben der Analyse des mittleren Zustands der Gezeitenparameter einen ersten Einblick in die Kurzzeitvariabilität der Gezeiten - einzelne Zeiträume weisen deutliche Abweichungen vom mittleren Zustand auf. Zusätzlich wird der mögliche Zeitraum zur Beobachtung von Leuchtenden Nachtwolken maßgeblich von ca. 4 bis 5 Stunden / Tag auf 24 Stunden / Tag erweitert.

Abstract
A new daylight-capable Rayleigh-Mie-Raman lidar has been developed at the IAP in Kühlungsborn (54° N, 12°E). The aim is to study atmospheric waves (tides) and Noctilucent Clouds during night and day. Technical challenges of daylight-capable soundings are explained. Since 2011 continuous soundings are performed to determine temperature profiles (data set > 3100 h). The altitude range extends up to approx. 40 to 75 km (at day), respectively up to 85 km (at night). Thus, the mean state of the tidal signatures is shown. Several days of lidar soundings allow the analysis of the short-term variability of tides - single periods show significant deviations from the mean state. In addition, the observation period is significantly extended to detect Noctilucent Clouds - from about 4 to 5 hours / day up to 24 hours / day. Interessenten sind herzlich eingeladen!

Am Freitag, dem 07. April 2017, verteidigt um 15:00 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr Dipl.-Phys. Oliver Grünberg (Experimentalphysik) seine Dissertation zum Thema: „Search for Λb → K- μ+ at LHCb“

Abstract
In this thesis the search for the decay Λb → K- μ+ is presented using the Run I data of the LHCb experiment. The decay offers an ansatz to the description of the matter-antimatter asymmetry in our universe and is based on the Sakharov conditions that predict the existence of processes violating the baryon and lepton number conservation. Especially the measured baryon-to-photon ratio η ≈ 6 • 10-10 allows to estimate the probability of such processes in this order of magnitude. In the underlying data set including about 50 billion recorded Λb decays no signal events are observed and an upper limit on the branching ratio BR(Λb → K- μ+) < 1.9 • 10-9 is determined at a confidence level of 90%.

Zusammenfassung
In der vorliegenden Dissertation wird die Suche nach dem Zerfall Λb → K- μ+ mit den Run I Daten des LHCb Experiments präsentiert. Der Zerfall bietet einen Ansatz zur Beschreibung der Materie-Antimaterie Asymmetrie in unserem Universum auf Grundlage der Sacharowkriterien, welche die Existenz von Prozessen vorhersagen, die die Erhaltung der Baryon- und Leptonzahl verletzen. Insbesondere lässt sich aus dem gemessenen Baryon-zu-Photon Verhältnis η ≈ 6 • 10-10 eben diese Größenordnung für die Wahrscheinlichkeit solcher Prozesse schätzen. In dem zugrundeliegenden Datensatz mit etwa 50 Milliarden aufgezeichneten Λb Zerfällen wurden keine Signalereignisse beobachtet und eine obere Grenze auf das Verzweigungsverhältnis BR(Λb → K- μ+) < 1.9 • 10-9 ermittelt bei einem Konfidenzniveau von 90%