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Funktionelle Charakterisierung und Positionierung von Drosophila Cenp-C im Zentromer/Kinetochor-Komplex
(2006)
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Sebastian Heeger
- Die korrekte Verteilung der genetischen Information während der Mitose ist wesentlich für den Erhalt der genetischen Stabilität. Die Chromatiden der linearen Chromosomen der Eukaryoten werden in der Anaphase durch die mitotische Spindel zu gegenüberliegenden Polen transportiert. Die Spindel greift hierbei an spezialisierten Strukturen der Schwesterchromatiden an. Diese Strukturen, bestehend aus der zentromeren DNS und angelagerten Zentromer- und Kinetochorproteinen, werden im Folgenden Zentromer/Kinetochor-Komplex (kurz CKC für "centromere kinetochore complex") genannt. Die Basis des CKC bilden die konstitutiven Komponenten, welche während des gesamten Zellzyklus am CKC lokalisieren. Cenp-A, eine für das Zentromer spezifische Variante des Histon H3, war bis vor Kurzem die einzige bekannte ubiquitäre konstitutive Komponente des CKC. Mit der Identifizierung des stark abgeleiteten Cenp-C von Drosophila wurde eine weitere konstitutive Komponente enthüllt. Das Cenp-C-Motiv, das einzige kurze Stück mit konservierter Aminosäuresequenz unter den bekannten Cenp-C-Homologen, konnte als notwendig für die CKC-Lokalisierung bestätigt werden. Untersuchungen des Cenp-C-mutanten Phänotyps belegten die essentielle Rolle von Cenp-C beim Aufbau eines funktionellen CKC. Während der Mitose dienen die konstitutiven CKC-Komponenten als Plattform für die Anlagerung transienter CKC-Komponenten, welche die Interaktion mit der Spindel vermitteln. Zu den transienten CKC-Komponenten gehören der Ndc80- und der MIND-Komplex. Die Identifizierung der Drosophila Ndc80- und MIND-Komplex-Untereinheiten (Ndc80, Nuf2, Spc25, Mis12, Nsl1, Nnf1a, Nnf1b) in dieser Arbeit bekräftigt die Existenz einer konservierten CKC-Struktur. Überdies wurden verschiedene fluoreszierende Fusionsproteine von CKC-Komponenten verwendet, um, nach mikroskopischer Untersuchung neuartig präparierter nativer mitotischer Chromosomen, eine Karte des CKC mit bisher ungekannter Auflösung zu erstellen. Die Interaktion der CKC mit der Spindel wird von einem komplizierten Mechanismus überwacht, der Spindelkontrollpunkt genannt wird. Die Proteine des Spindelkontrollpunktes reichern sich an den CKC an, welche noch nicht korrekt in die Spindel integriert wurden. In vivo Mikroskopie wurde benutzt, um die CKC-Lokalisierung des Spindelkontrollpunktproteins Mps1 zu charakterisieren. Zudem wurde das Verhalten von Cenp-C, der Ndc80-Komplex-Komponente Nuf2 und Mps1 als Antwort auf eine beschädigte Spindel nach Sauerstoffentzug untersucht.
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Source identification of trichloroacetic acid with preparative capillary gas chromatography and accelerator mass spectrometry
(2006)
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Kamila Jakubowska-Switaj
- A method for radiocarbon source identification of environmental chemicals present in soil at ppb levels using trichloroacetic acid (TCA) as an exemplary compound was developed in the present thesis. A powerful approach to differentiate between biogenic and anthropogenic sources of environmental chemicals is to determine the radiocarbon content: an organic chemical derived from the biological carbon pool, and thus resulting from assimilation of atmospheric carbon dioxide, contains the radioactive carbon isotope 14C at the typical atmospheric equilibrium abundance of 14C/12C = 1.2 x 10-12, while a chemical derived from fossil carbon over 200 million years old is free of 14C (half life 5730 years). The only method being sensitive enough for direct quantitative determination of a few thousand atoms of radiocarbon in a minute amount of a pure environmental trace chemical is accelerator mass spectrometry (AMS). In the present thesis an AMS equipped with a titanium-target gas source was used. Therefore, 1 microgram carbon in the form of carbon dioxide was sufficient for the measurement. To determine TCA in soil the total amount of soil sample needed depends on its concentration in this compartment. For sampling, sites of the Bavarian spruce site observational network were selected where TCA concentrations were relatively high. Two sampling sites were compared and the one with the higher TCA soil burden was chosen. Soil samples from Oberthulba were collected, and TCA was isolated in sufficient quantity in pure form, by a combination of differential liquid extraction steps, followed by derivatization, and preparative capillary-gas chromatography (PC-GC). In environmental samples the actual analyte constitutes usually only a minute fraction, mostly less than 0.1 % of the primary extract. Taking this into consideration, sequential (two-dimensional) PC-GC-separation on two different columns was necessary emphasizing high chromatographic capacity and high stationary phase selectivity in the first step and high separation efficiency in the second one. This was achieved by using two columns of appropriate dimensions. In the first dimension a wide-bore high-capacity thick film capillary coated with a non-polar stationary phase was used. For further removal of by-products the fraction containing the analyte was cryogenically collected, and the final purity refinement was effected on a short thin-film, high-efficiency capillary coated with a medium-polar stationary phase. From a sequence of runs, the required amount of trichloroacetic acid methyl ester (TCA-OMe) was collected with a cryogenic fraction collector, combusted to carbon dioxide, water and chlorine were separated, and carbon dioxide was fed into the gas ionization source of the AMS-instrument. Great care was taken to avoid blank contamination during sample preparation steps for AMS because at such low levels significant complicating factors are the ubiquitous chemical trace pollutants in laboratory air and the presence of atmospheric carbon dioxide containing natural occurring 14C. The radiocarbon determination of a real sample of TCA collected in the mineral horizon of forest soil in Northern Bavaria yielded a value of 2.2 percent modern carbon (PMC) for TCA-OMe corresponding to 3.3 PMC for TCA indicating the anthropogenic origin of TCA. If TCA were of biogenic origin, a value of 66.7 PMC would be expected as one additional carbon from a petrochemical source is introduced during derivatization to the methyl ester. The result proved that the TCA found in the soil at the particular sampling location was an atmospheric breakdown product of tetrachloroethylene and not a product of any purported soil microbial process. This result is important for risk assessment procedures performed for TCA and tetrachloroethylene under OECD and EU chemical programs. To control emissions of environmental chemicals and to reduce their influence on the various environmental compartments it must be known if they originate from anthropogenic sources.
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Untersuchungen zur Stabilität von Tensidschäumen
(2006)
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Christian Fehn
- Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen zum Einfluss von Silikonölen bzw. von Compounds aus Silikonölen und darin dispergierten SiO2-Partikeln mit Größen im Mikrometer-Bereich durchgeführt. Hierzu wurden Öle mit einer Polydimethylsiloxan- bzw. einer Polyphenylmethylsiloxanstruktur im Viskositätsbereich von 5–350 mm2/s verwendet. Es wurde gefunden, dass die entschäumende Wirkung der Systeme Öl+hydrophobe Partikel durch Zusatz von Silikonharze stark erhöht werden kann. Um die Ursache für die Deaktivierung von Entschäumern aufzuklären, wurden Schäume durch kontinuierliches Einleiten von Stickstoff durch Glasfritten erzeugt. Es wurde nachgewiesen, dass die SiO2-Partikel durch scherinduzierte Koagulation ihre Wirkung verlieren. Dieser Effekt tritt auch ein, wenn die schaumfreie Volumenphase mit den Öl/Partikel-Tröpfchen über Tage hinweg gerührt wird. Die im Silikonöl dispergierten Kieselsäurepartikel erleiden nach längerer Lagerungsdauer in Kontakt mit Tensidlösungen unerwartete Modifikationen, die makroskopisch visualisierbar sind. Es wurde nachgewiesen, dass die wässrige Phase durch hydrophile Kanäle in den aggregierten SiO2-Partikeln in das Innere der Ölphase eindringen und dort Wasserinseln bilden kann. Zur weiteren Aufklärung des Verhaltens wurden Modellsysteme gewählt. Für die Untersuchung des Verhaltens der Grenzfläche Öl/wässrige Phase erwiesen sich silikonölreiche Gele als nützlich. Dies sind silikonölgefüllte bifluide Schäume mit Zellen im Mikrometer-Bereich. Es wurde gefunden, dass die Silikon-Entschäumeröle mit Tensidlösungen nach analogen Gesetzen, wie es für die kohlenwasserstoffreichen Gele der Fall ist, Gele bilden. Die Aufnahmefähigkeit an Silikonöl erreicht mit zunehmender Tensidkonzentration cT ein Maximum. Die Abnahme der Sättigungskonzentration oberhalb dieser Tensidkonzentration skaliert mit cT^m, wobei m=–1,44 bis –1,01. Die Größenverteilung der Schaumzellen wurde mikroskopisch ermittelt und kann durch eine logarithmische Normalverteilung sehr gut beschrieben werden. Die mittleren Radien der Schaumzellen sind proportional zum Reziprokwert der Quadratwurzel aus der Tensidkonzentration. Erstmals wurde gefunden, dass die maximale Aufnahmefähigkeit an Silikonöl bei einem konstanten Verhältnis aus Öl/Wasser-Grenzfläche und Zahl der Tensidmoleküle erreicht wird. Weitere Skalierungsgesetze wurden angegeben: durch Zugabe von Saccharose wurde ermittelt, dass beispielsweise die maximale Ölaufnahmefähigkeit der Gele proportional zum Reziprokwert der Quadratwurzel der Lösungsviskosität ist. Partikelzusatz verringert die Stabilität der ölreichen Gele. In Gegenwart hoher Konzentrationen von Silikonharz kann sich die Lebensdauer der sonst jahrelang stabilen Gele auf wenige Tage verringern. Als Modellsysteme für die Oberfläche der SiO2-Partikel erwiesen sich Objektträger aus Glas als geeignet. Aus den Kontaktwinkeln kann auf die schaumfilmdurchbrechende Wirkung der Kieselsäurepartikel geschlossen werden. Es wurde gefunden, dass die hydrophobierende Behandlung der Oberflächen in Gegenwart von Silikonharz zu einer Verminderung deren Benetzbarkeit mit wässriger Phase führt. Hierdurch werden die Kontaktwinkel in Richtung stärkerer Schaumzerstörung eingestellt. Diese Wirkung wird aber nur erreicht, wenn die Silikonharzbehandlung der Glasoberflächen in der Hitze in Gegenwart von KOH/MeOH durchgeführt wird. Spreitungsexperimente erwiesen sich als wertvoll zur weiteren Verdeutlichung der Silikonöl- und Partikelwirkung. Durch Beobachtung der befreiten Fläche eines Polyeder- oder Kugelschaumteppichs wurde bestätigt, dass Silikonöle während ihrer Spreitung auf wässrigen Lösungen kaum schaumzerstörend wirken. Erst der Zusatz hydrophober Kieselsäurepartikel bewirkt eine deutliche Zerstörung von Schaumzellen bereits während der Spreitung. Der Zusatz von geeigneten Silikonharzen vermag diese Wirkung enorm zu verstärken. Die Erklärung der optimierenden Wirkung von Silikonharzen gelang mit Hilfe von Oberflächenspannungs- und Kontaktwinkelmessungen. Silikonharz verstärkt die Hydrophobierung der SiO2-Partikel. Dadurch sind diese besser in der Lage, die mit Tensidmolekülen bedeckte Wasser/Luft-Grenzfläche zu durchdringen. Infolge der sich an diesen Eintritt von Öltröpfchen in die Grenzfläche Wasser/Luft anschließenden Kontaktwinkeleinstellung wirken Öltröpfchen dann verstärkt schaumzerstörend, wenn die Grenzflächenspannung Öl/Luft kleiner wird. Eine stärkere Schaumzerstörung durch den Zusatz von Silikonharz kann nur dann erfolgen, wenn das Silikonharz diese initiale Oberflächenspannung des Öls verringert. Durchstichexperimente mit hydrophilen und hydrophoben Glasnadeln erklären in elementar anschaulicher Weise die beschriebenen Zusammenhänge.
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Stadtentwicklung, Wassermanagement und Ressourcenkonflikte in Ouarzazate
(2006)
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Dierk Schlütter
- Der in den letzten Jahrzehnten einsetzende sozio-ökonomische Wandel hat besonders in den ariden Oasenregionen der Präsahara die lokale Nutzungskonkurrenz um die ohnehin knappen Wasserressourcen zwischen städtisch-touristischen und landwirtschaftlichen Wassernutzern deutlich verstärkt. Sicherten bis in die 1950er Jahre traditionelle angepasste Nutzungssysteme die Existenz der Bewohner und gewährleisteten eine nachhaltige Wassernutzung, so wurde in der kolonialen Epoche ein sozialer und räumlicher Wandel in vielen Oasen eingeleitet, der seit der Unabhängigkeit an Dynamik gewann und den Charakter der Oasen sowie die Wassernutzung entscheidend und nachhaltig änderte. In der Untersuchung zeigt sich, dass die Verknappung der Wasserressourcen in Südmarokko nicht ausschließlich auf klimabedingte Faktoren reduziert werden kann, sondern dass die Verteilung der knappen Ressource den Interessen staatlicher Akteure und einflussreicher Eliten folgt. Es ergibt sich ein komplexes Bild des Zusammenwirkens verschiedener Faktoren und Interessen auf individueller, lokaler, nationaler und internationaler Ebene. In der vorliegenden Arbeit werden am Beispiel der südmarokkanischen Provinzhauptstadt Ouarzazate und ihrem angrenzendem Bewässerungsperimeter die Zusammenhänge zwischen Urbanisierungsprozess, lokaler Wasserverteilung und gesellschaftlichen Machtverhältnissen aufgezeigt. Die Untersuchung basiert auf dem Ansatz der Politischen Ökologie, der aufgrund seiner multiperspektivischen und akteursorientierten Ausrichtung den passenden integrativen Analyserahmen für die komplexe Fragestellung bildet. Im theoretischen Teil der Arbeit wird die zentrale Bedeutung der interagierenden Akteure auf den verschiedenen räumlichen Ebenen und ihre unterschiedlichen Machtbefugnisse hervorgehoben sowie die bedeutende Rolle der Institutionen herausgestellt. Im analytischen Teil der Untersuchung wird der Urbanisierungsprozess und sozio-ökonomische Wandel Ouarzazates im historischen Kontext detailliert untersucht und anschließend mit der lokalen Wasserversorgung in Beziehung gesetzt. Durch den Bau des Staudammes Mansour ed-Dahbi bei Ouarzazate Anfang der 1970er Jahre gingen landwirtschaftliche Nutzflächen der ehemaligen Oase verloren. Gleichzeitig erhielt der Urbanisierungsprozess dynamische Impulse durch die staatlichen Umsiedlungsmaßnahmen, die Neuerschließung großer Wohnviertel für die administrative Elite und die staatliche Tourismusförderung seit Mitte der 1980er Jahre. Seitdem wird im Zuge der regionalen Wirtschaftsentwicklung die Ressource Wasser zunehmend dem Tourismussektor zu subventionierten Preisen zugeführt. Parallel zu den staatlich gelenkten Entwicklungsmaßnahmen werden in Ouarzazate seit etwa 20 Jahren die Effekte der internationalen Arbeitsmigration sichtbar. Die wirtschaftlich erfolgreichen Migranten reinvestieren zunehmend im Bausektor ihrer Herkunftsgebiete und modifizieren die Wassernutzung. Im empirischen Teil der Arbeit werden anhand von sieben Fallbeispielen im urbanen und peri-urbanen Raum die Innenperspektiven und Sichtweisen lokaler Akteure in verschiedenen Handlungs- und Konfliktsituationen analysiert und die unterschiedlichen Machtbefugnisse und der jeweilige Machtzugang einzelner Akteure herausgearbeitet. Es zeigt sich, dass verschiedene Anpassungs- und Bewältigungsstrategien an die Wasserknappheit die lokale Wasserversorgung kennzeichnen. Waren es früher die Speicherung von Getreide oder die extensive Weideviehhaltung, die die Lebenshaltungssysteme sicherten, so sind es heute der Zugang zu Arbeitsmigration und Lohnarbeit, die Nutzung der städtischen Abwasserressourcen und der landwirtschaftliche Risikoanbau auf den Rückzugsflächen des Stausees. Im urbanen Bereich wird eine duale Struktur der Wasserversorgung deutlich, bei der wirtschaftlich schwächere Bewohner entweder nur Zugang zu kollektiven Wasserstellen haben oder aufgrund von Mehrfachanschlüssen erhöhte Wassertarife bezahlen müssen. Die vorliegende Untersuchung kommt zu dem Ergebnis, dass im Untersuchungsgebiet heute in erster Linie kein quantitatives Wasserproblem besteht, sondern ein Verteilungsproblem, da die Wasserknappheit in erster Linie wirtschaftlich schwächere und besonders landwirtschaftlich wassernutzende Bauern trifft. Die wirtschaftspolitische Macht des Tourismussektors als einzigen größeren Wirtschaftssektor im Untersuchungsgebiet und die Bedeutung der internationalen Arbeitsmigration als wichtige Deviseneinnahmequelle ist groß und lenkt die Ressourcenallokation. Es zeigt sich, dass „... Wasser nicht mehr länger ein Geschenk Gottes...“ (DECALUWE et al. 1999), sondern vielmehr eine ökonomische Ressource ist, deren Verteilung zunehmend durch die wirtschaftlichen Besitz- und Machtverhältnisse geregelt wird.
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Vibrated granular matter
(2006)
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Andreas Götzendorfer
- Granular matter is defined as a large collection of particles the size of which is larger than one micron so that Brownian motion is negligible. Its behavior has been studied at least since the days of Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806), who originally stated his law of friction for granular materials. In the physics community interest in granular media started to grow considerably around 1990, driven by the fast-growing performances of computer simulations. Since then the number of publications in this field has surged enormously. Because of the dissipative nature of particle collisions, in order to maintain a steady flow or a dynamic steady state, energy has to be fed constantly into a granular system. In lab experiments this is often done by applying a sinusoidal horizontal or vertical oscillation to the container. One of the aims of this work was to study effects of the combined action of both forms of agitation. In the presented experiments vertical and horizontal oscillations were superposed such that every point of the support followed a circular trajectory. By choosing a ring-shaped container geometry, the long-time dynamics of a closed, mass conserving system devoid of disturbances from the influx and outpouring of grains could be studied. This setup was used to examine spatially extended surface wave patterns of a granular bed. Standing waves oscillating at half the forcing frequency were observed within a certain range of the driving acceleration. The dominant wavelength of the pattern was measured for various forcing frequencies at constant amplitude. These waves are not stationary, but drift with a velocity equal to the transport velocity of the granular material, determined by means of a tracer particle. At higher forcing strength localized period doubling waves arise. These traveling solitary wave packets are accompanied by a locally increased particle density. The length and velocity of the granular wave pulse were measured as a function of the amount of material in the container. Inspired by traffic flow models that explain the spontaneous appearance of pulses – “phantom jams” - out of initially homogeneous flow a simple continuum model for the material distribution was developed. Based on the measured granular transport velocity as a function of the bed thickness, it captures the essence of the experimental findings. Furthermore the fluidization of a monolayer of circularly vibrated glass beads was studied. At peak forcing accelerations within a certain interval a solid-like and a gas-like domain coexist. The solid fraction decreases with increasing acceleration and shows hysteresis. Complementary to the experimental studies a molecular dynamics simulation was used to extract local granular temperature, basically defined as the variance of the particle velocity distribution, and number density. It was found that the number density in the solid phase is several times that in the gas, while the temperature is orders of magnitude lower. To investigate the transition of a crystalline particle packing to a fully fluidized state a separate setup was used. Particles were confined to two dimensions in order to keep them visible at all times. With the help of a high speed camera all particles could then be traced. The vibration was restricted to the vertical direction. The experiment was designed flexible enough to allow an easy variation of driving parameters and the use of particles of various sizes. An initially close packed granular bed was exposed to sinusoidal container oscillations with gradually increasing amplitude. At first the particles close to the free surface become mobile. When a critical value of the forcing strength is reached the remaining crystal suddenly breaks up and the bed fluidizes completely. This transition leads to discontinuous changes in the density distribution and in the root mean square displacement of the individual particles. Likewise the vertical center of mass coordinate increases by leaps and bounds at the transition. It turns out that the maximum container velocity v is the crucial driving parameter determining the state of a fully fluidized system. For particles of various sizes the transition to full fluidization occurs at the same value of v^2/gd, where d is the particle diameter and g is the gravitational acceleration.
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Chronik der Ortschaft Groschlattengrün von der Gründung bis zur Eingemeindung nach Pechbrunn im Jahr 1972
(2006)
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Volker Grunert
- Darstellung der Ortsgeschichte von Groschlattengrün, einem Dorf im Landkreis Tirschenreuth, von der Ortsgründung bis zur Eingemeindung in die Gemeinde Pechbrunn im Jahr 1972
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Structure-based theoretical characterisation of the redox-dependent titration behaviour of cytochrome bc1
(2006)
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Astrid Klingen
- Cytochrome bc1 is a coenzyme-Q-cytochrome-c-oxidoreductase that represents complex III of the mitochondrial respiratory chain. It spans the inner mitochondrial membrane and uses the free energy of electron transfer from coenzyme Q (CoQ) to cytochrome c to shift protons across the membrane. The chemical energy of reduced CoQ is thus converted into the energy of a proton motive force. The coupling between electron transfer and proton translocation is based on the Q-cycle mechanism. This mechanism comprises two CoQ-binding active sites, that catalyse the oxidation/deprotonation and reduction/protonation of CoQ, respectively. The two sites are located at opposite sides of the membrane. Their intricate chemistry is a matter of ongoing debate. This thesis describes a structure-based theoretical approach to characterise redox-linked protonation state changes in cytochrome bc1, that are at the heart of its catalytic mechanism. The analysis of the titration behaviour of cytochrome bc1 is however complicated by its membrane environment, its high number of titratable sites, their interaction with each other and with redox-active groups, and the conformational variability of the CoQ oxidation site. A series of four studies has prepared the grounds to approach this challenging system. The first article analyses the effect of conformational variability and electrostatic interaction on the titration behaviour of simple model systems (Manuscript A). Based on this study, the coupling between conformational and protonation state changes has been analysed in a relatively simple soluble protein (Manuscript B). The effect of pH on the position of CoQ in a CoQ-reducing transmembrane protein has been quantified as described in Manuscript C. Manuscript D presents a study of the coupling between redox and protonation reactions of the Rieske iron-sulphur cluster, that is one of the prosthetic groups of cytochrome bc1. Based on crystal structures of cytochrome bc1 from Saccharomyces cerevisiae, the protonation probabilities of all titratable groups in the protein have then been calculated, once for its completely oxidised state and once for its completely reduced state. The results allow to identify individual residues that undergo redox-linked protonation state changes. They are consistent with the results of Fourier transform infra-red spectroscopy, and aid in the often complicated interpretation of these experimental data. The calculation results reveal a modified path for proton uptake to the CoQ reduction site (ManuscriptE). In the CoQ oxidation site (Manuscript F), the population of protonation and conformational states is consistent with a previously proposed gating mechanism of the catalytic reaction, that may help to prevent harmful bypass reactions. Coupling between the reduction and protonation of both the Rieske cluster and haem bL highlight the importance of these cofactors in the combined oxidation and deprotonation of CoQ.
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Thermische und langreichweitige Effekte in nichtlinearer Gitterdynamik mit Anwendungen in der Bio- und Nanophysik
(2006)
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Christian Brunhuber
- Der Gegenstand dieser Arbeit ist die Rolle von langreichweitigen Wechselwirkungen und thermischen Effekten in nichtlinearen Gittern und ihre Anwendung in der Bio- und Nanophysik. Thematisch unterteilt sich die Arbeit in drei Bereiche, in denen die bekannte Fermi-Pasta-Ulam-Kette, die diskrete nichtlineare Schroedingergleichung und zweidimensionale Fermi-Pasta-Ulam-Ebenen mit Graphit-aehnlichen Wechselwirkungspotenzialen der Teilchen untersucht werden. Im ersten Teil werden fruehere Studien zur thermischen Diffusion von nicht-topologischen Solitonen auf Fermi-Pasta-Ulam-Ketten mit langreichweitigen Wechselwirkungen erweitert. Zwei Typen von langreichweitigen Wechselwirkungen werden betrachtet: harmonische langreichweitige Wechselwirkungen mit Kac-Baker- und potenzartiger Abhaengigkeit der Kopplung vom Abstand der wechselwirkenden Teilchen. Das beobachtete superdiffusive Verhalten ist bestimmend fuer die Solitonen-Diffusion auf Ketten mit langreichweitigen Wechselwirkungen, wohingegen sie weniger ausschlaggebend fuer Ketten mit Naechste-Nachbar-Wechselwirkungen sind. Mit Hilfe einer Kollektiv-Variablen-Theorie und einem Variationsverfahren im Kontinuumslimit der Kette wird ein Langevin-System fuer die beiden kollektiven Variablen inverse Solitonenbreite und Solitonenposition aufgestellt. Simulationen und eine stoerungstheoretische Behandlung des Langevin-Systems zeigen, dass fuer beide Typen von langreichweitigen Wechselwirkungen die Solitonen (auf verschiedenen Zeitskalen) das gleiche Langzeitverhalten mit einer charakteristischen superdiffusiven Zeitabhaengigkeit in der Form eines Potenzgesetzes mit der Potenz 3/2 fuer die Positionsvarianz erreichen. Im zweiten Teil werden langreichweitige Wechselwirkungen vom Kac-Baker-Typ in die nichtlineare Schroedingergleichung mit und ohne Daempfung eingefuehrt. Die Kombination von langreichweitigen Kraeften und Daempfung fuehrt zu periodischen Strukturen von stationaeren diskreten Breathern die sich aus einem anfangs homogenen Untergrund entwickeln. Der Wechselwirkungsradius bestimmt die Periodizitaet, was in der Quasikontinuumsnaeherung des Systems verstanden werden kann. Fuer das ungedaempfte System steht der Einfluss der langreichweitigen Wechselwirkungen beim Uebergang in eine persistente Breather-Phase im Mittelpunkt, die nur von der Energie und der Norm des Systems abhaengt. Mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen wird die Lokalisierungsstaerke als Funktion des Wechselwirkungsradius und der Systemtemperatur dargestellt, die formal negative Werte im Bereich der persistenten Breather-Phase annimmt. Der dritte Teil ist motiviert durch die Anwendung von Kohlenstoff-Nanoroehrchen in neuartigen Schaltungen. Die Kohlenstoff-Nanoroehrchen werden durch Fermi-Pasta-Ulam-Ebenen mit periodischen Randbedingungen in transversaler Richtung zur Achse des Roehrchens modelliert. In axialer Richtung werden zwei Waermebaeder angeschlossen. In den Simulationen wird der mittlere Waeremstrom und die thermische Leitfaehigkeit in Abhaengigkeit von der Laenge des Roehrchens und der mittleren Temperatur bestimmt. Die beobachteten Werte fuer die thermische Leitfaehigkeit stimmen mit frueheren Resultaten aus Molekulardynamik-Simulationen ueberein. Es hat sich gezeigt, dass die thermische Leitfaehigkeit einer zehn Atomabstaende breiten Fermi-Pasta-Ulam-Carbon-Ebene und einer Fermi-Pasta-Ulam-Kette fuer genuegend grosse Systeme mit der gleichen Potenz der Systemlaenge divergiert, die wiederum von der mittleren Temperatur abhaengt.
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Kombinatorische Untersuchung und Optimierung von organischen Multischichtleuchtdioden
(2006)
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Markus Bäte
- Ein Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf der Weiterentwicklung und Verbesserung der an diesem Lehrstuhl vorhandenen Aufdampfanlage zur Herstellung von komplex aufgebauten Multischichtleuchtdioden. Um eine verbesserte Kontrolle der Schichtdicken und der Aufdampfrate zu ermöglichen wurden im Rahmen der Doktorarbeit in der Aufdampfkammer drei widerstandsgeheizte Quellen durch drei Effusionsquellen ersetzt. An diese drei Effusionsquellen wurden zusätzliche Sensoren, zur Bestimmung der Aufdampfrate und Schichtdicke, angebracht. Um den Gradienten in der Schichtdicke, der, abhängig von der Quellenposition, während des Aufdampfprozesses entsteht, zu reduzieren, wurde der vorhandene feststehende Maskenschlitten durch einen Drehteller mit Maskeneinheit ersetzt. Dieser Drehteller rotiert während des Aufdampfprozesses über den Quellen. Er bietet alle kombinatorischen Möglichkeiten des Maskenschlittens zur Sektoren- und Gradientenerzeugung. Mit dem Drehteller konnte der gerätebedingte Gradient der aufgedampften Schichten auf bis unter 7 % reduziert werden. Ein weiteres Ziel, die Leuchtdioden vor Luftsauerstoff und Feuchtigkeit zu schützen und damit die Lebensdauer zu erhöhen, wurde verwirklicht durch den Anbau einer Inertgaskammer an die Aufdampfanlage, in der fertig gestellte Leuchtdioden verkapselt werden können. Schließlich wurde, für eine schnelle Charakterisierung kombinatorischer Sektorenbibliotheken, eine neue Apparatur, der FLASHScan® 530, in Betrieb genommen. Mit diesem Gerät ist es möglich sowohl Absorptions- als auch Lumineszenzspektren von kombinatorischen Sektorenbibliotheken schnell und effizient durchzuführen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass es mit der weiterentwickelten Aufdampfanlage möglich ist effektiv organische Leuchtdioden herzustellen und, insbesondere, dass mittels neu entwickelter kombinatorischer Sektorenbibliotheken in einem Versuch verschiedene Parameter, wie z.B. Schichtabfolge, variiert und die Sektoren miteinander verglichen werden können. Neben der Weiterentwicklung der Aufdampfanlage lagen weitere Schwerpunkte auf der Untersuchung und Optimierung von grün, rot und blau emittierenden Substanzen in organischen Leuchtdioden.
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Verschränkungsstrukturen in multidimensionalen diskreten Quantum Walk Modellen
(2006)
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Jochen Endrejat
- In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluß verschränkter Coin Startzustände auf multidimensionale diskrete Quantum Walk Modelle untersucht. Durch die sich ergebenden Ortskorrelationen, ist es möglich die Struktur der Verschränkung zu analysieren und die Verschräankung selbst zu messen. Dazu werden für eindimensionale Multicoin Modelle und für multidimensionale Modelle die Ortskorrelationen als Funktion allgemeiner Coinzustände exakt abgeleitet und mit der Verschränkung von Zuständen aus unterschiedlichen Verschränkungsklassen verglichen. Für die eindimensionalen Mittelwerte wird ein direkter Zusammenhang mit einem Verschränkungsmaß abgeleitet. Die Struktur der berechneten Mittelwerte kann direkt mit den Elementen der Dichtematrix bzw. der reduzierten Dichtematrix in Zusammenhang gebracht werden. Durch kombinierte Betrachtung unterschiedlicher Erwartungswerte lassen sich auch komplizierte Verschränkungsstrukturen verstehen.
