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Katzer, Simeon;
Simulation magnetoelektrischer Sensoren. - Ilmenau. - 72 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Magnetoelektrische Sensoren sind eine vielversprechende Anwendung zur Messung kleinster Magnetfelder. In dieser Masterarbeit wurden Modelle zur FEM-Simulation magnetoelektrischer und ΔE-Effekt Sensoren entwickelt. Als Materialsystem wurden Titanitrid, Aluminiumnitrid und Nickel untersucht. Mithilfe der Modelle konnten vorhandene Messdaten sehr gut nachgebildet werden und anhand von Parameterstudien wurden Designregeln für die Optimierung der geometrischen Abmessungen einer Sensorstruktur ermittelt. Daraus folgte für einen Cantilever ein magnetoelektrischer Koeffizient von 223,4 V/(cm*Oe). Für eine beidseitig eingespannte Balkenstruktur lag der Wert bei 89,2 V/(cm*Oe). Für die Verwendung des Materialsystem als ΔE-Effekt Sensor konnte eine Sensitivität von 3 T^(-1) ermittelt werden.



Bartosch, Sascha;
Untersuchung der Polymerdynamik in Polyelektrolytlösungen mittels rheologischer NMR. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

In dieser Arbeit wird der Einfluss von Scherung auf die Spin-Spin-Relaxation in verschiedenen Lösungen des hochmolekularen Polystyrolsulfonats untersucht. Der Prozess der Scherverdünnung kann auf mikroskopischer Ebene mit einer Entschlaufung und Ausrichtung der Polymerketten in Verbindung gebracht werden. Dabei wurde neben der Polymerkonzentration auch der Salzgehalt der Lösungen variiert. Dass die Konformation der Polyelektrolytmoleküle von der Ionenstärke abhängt, konnte über Diffusionsmessungen gezeigt werden. Der Abfall der Signalintensitäten im Zuge der T2 - Relaxation folgt einem biexponentiellen Verlauf. Die Relaxationszeiten aus den statischen Messungen zeigen dabei einen abnehmenden Trend mit zunehmender Polymer- und Salzkonzentration. Aus dem Verhalten der Proben unter kontinuierlicher Scherung lassen sich Konzentrationsbereiche ableiten, welche mit den Werten aus der klassischen Rheologie verglichen wurden. Zudem tendieren die Lösungen zum Weissenberg-Effekt. Die damit verbundenen Nebenerscheinungen, welche die NMR-Messungen beeinträchtigen, konnten durch eine Anpassung der Geometrie der Searle-Zelle reduziert werden. Das Strömungsprofil wurde mittels Flussbildgebung überprüft.



Großmann, Max ;
Ab-initio-Rechnung von Reflektionsanisotropiespektren von III-V/Si(001)-Heterostrukturen. - Ilmenau. - 95 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Defektarme auf Si(100) gewachsene III-V-Halbleiterschichten eröffnen neue Möglichkeiten für kostengünstige, leistungsstarke photovoltaische und optoelektronische Anwendungen. In der vor kurzem veröffentlichten Arbeit von Nandy et al. (https://doi.org/10.1021/acs.cgd.1c00410) wurde ein wesentlicher Schritt zur experimentellen Herstellung der gewünschten III-V/Si(001)-Strukturen über eine mit chemischer Gasphasenabscheidung gewachsenen GaP/AlP-Bufferschicht erbracht. Das Wachstum dieser Schicht wird experimentell über Reflexionsanisotropiespektroskopie (RAS) kontrolliert. Die theoretische Charakterisierung von RAS-Spektren ist daher von entscheidender Bedeutung für die Überwachung von Halbleiterwachstumsprozessen, sowie für das Verständnis und die Verbesserung derselben. Aus diesen Gründen wird in dieser Arbeit die dielektrische Anisotropie von III-V-Halbleitern auf Si(001) durch ab-initio Berechnungen unter Verwendung der Transfer-Matrix-Methode und des Vienna Ab initio Simulation Package analysiert. Die verwendete Methodik wird zunächst an RAS-Spektren der Si(001)- und GaP(001)-Oberfläche getestet. Anschließend werden die Spektren der GaP/Si(001)-, AlP/Si(001)- und GaP/AlP/Si(001)-Heterostrukturen berechnet und mit experimentellen Ergebnissen verglichen.



Mühlnickel, Lukas;
Photonic reservoir computing using Spin-VCSELs. - Ilmenau. - 21 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Im Vergleich mit anderen maschinellen Lernmethoden, zeichnet sich Reservoir Computing durch eine relative Einfachheit aus, die eine effiziente Hardwareimplementierung ermöglicht. Die benötigte hochdimensionale Reservoir-Dynamik kann bereitgestellt werden, indem zu einem einzelnem nichtlinearen Knoten, Rückkopplungen hingefügt wird, während das System mit zeitmultiplexierten Eingangsdaten gesteuert wird. Eine vielversprechende Realisierung nutzt die schnelle Polarisationsdynamik von energieeffizienten Spin-VCSELn aus. Diese schnellen Feldwechselwirkungen hängen mit Doppelbrechung, Dichroismus und Elektronenübergangsraten im Kavitätmaterial zusammen und treten auf kürzeren Zeitskalen auf, als die Relaxationsfrequenzen. Im Vergleich zu typischen Halbleiterlasern, lassen sich daher bei Spin-VCSELn wesentliche höhere Grenzfrequenzen in der Systemantwort beobachten. In dieser Arbeit wird zunächst die dynamische Analyse eines laserinjizierten Spin-VCSELs unter optischer Rückkopplung durchgeführt, so dass geeignete Parameter für die spätere Funktion als Reservoir bestimmt werden können. Danach wird der Einfluss dieser schnellen Polarisationsoszillationsdynamik auf die Reservoir-Güte bei steigenden Datenverarbeitungsraten untersucht.



Spektrale Bildgebung mittels diffraktiver optischer Elemente und Compressive Sensing. - Ilmenau. - 83 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Die spektrale Bildgebung hat sich in den letzten zehn Jahren als vielseitiges Messverfahren etabliert. Sie wird häufig in Bereichen wie der Fernerkundung in der Landwirtschaft, der Geologie oder im Militär, bei der Qualitätskontrolle in der Lebensmittelindustrie oder in der medizinischen Bildgebung eingesetzt. Aufgrund ihrer dreidimensionalen Datenstruktur ist die Erfassung von Spektralbildern technologisch herausfordernd. Zwei räumliche und eine spektrale Dimension müssen auf zweidimensionale Sensorarrays abgebildet werden. Daher muss für jede Anwendung ein Kompromiss aus Aufnahmezeit, räumlicher Auflösung und spektraler Auflösung gefunden werden. Die Methode des Compressive Sensing wurde bereits auf die spektrale Bildgebung angewandt, um den dreidimensionalen Datensatz vor der Messung zu reduzieren. Mithilfe von kodierten Messungen und einem Optimierungsalgorithmus rekonstruiert Compressive Sensing den vollständigen Datensatz unter Ausnutzung von spärlicher Besetzung. Die beiden wichtigsten Ansätze für die komprimierende spektrale Bildgebung beruhen jedoch immer noch auf mehreren aufeinanderfolgenden Messungen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die komprimierende spektrale Bildgebung durch den Einsatz von diffraktiven optischen Elementen zu verbessern. Zu diesem Zweck werden mehrere spektrale Abbildungssysteme entwickelt, die ein diffraktives optisches Element mit vier Beugungsordnungen verwenden. Die Effizienzvorteile der Systemdesigns werden durch eine Computersimulation nachgewiesen. Es zeigt sich, dass das System mit einem diffraktiven Element einen höheren PSNR-Wert als alle bestehenden und entworfenen Systeme aufweist. Um die Funktion zu demonstrieren, wird ein spektrales Abbildungssystem auf Laborniveau entworfen und aufgebaut. Während des gesamten Prozesses der Auslegung, des Aufbaus, der Justage und der Kalibrierung werden die Schritte und Anforderungen gezeigt, die notwendig sind, um eine hocheffiziente komprimierende spektrale Bildaufnahme zu erreichen.



Cizek, Rebecca;
Analyse von Schwingungsanregungen eines einzelnen Melamin-Moleküls auf Cu(100) vermöge inelastischer Tunnelspektroskopie. - Ilmenau. - 51 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Melamin mit seiner aufrecht stehenden Struktur und der Tautomerisierbarkeit ist interessant für Messungen mit dem Rastertunnelmikroskop. Die strukturelle Veränderung durch die Tautomerisierung führt zu Unterschieden in den STMBildern, den Strom-Spannungskurven und den inelastischen Tunnelspektren. Die Experimente wurden im Ultrahochvakuum und bei circa 5 K durchgeführt. Tautomere verhalten sich wie Gleichrichter, wohingegen normales Melamin diese Eigenschaft nicht teilt. Die beiden Tautomerkonfigurationen können mittels STMBilder und der Transporteigenschaften der Elektronen, dargestellt über die Strom-Spannungskurven, unterschieden werden. Normales Melamin wird bei circa 5 mV und 23 mV angeregt. Nach der Tautomerisierung ist keine Anregung bei 23 mV vorhanden, dafür aber bei circa 17 mV. Durch die Linienspektren und den Vergleich zu deuteriertem Melamin wurde deutlich, dass die Anregungen zu Schwingungen des gesamten Moleküls gehören und nicht zu Schwingungen einzelner Bindungen. Die inelastischen Tunnelspektren des deuterierten Melamin verändern sich von Molekül zu Molekül, was auf verschiedene Deuterisierungsgrade hindeuten könnte.



Baecke, Paul Christian;
Preparing an all-sky pulsar search with recent raw antenna data of the Low-Frequency Array (LOFAR). - Ilmenau. - 51 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Das LOw-Frequency ARray (LOFAR) ist ein großflächiges Radiointerferometer das Messungen in einem Frequenzbereich von 10-240MHz vornimmt. Das niederländische Institut für Radioastronomie (ASTRON) betreibt das Teleskop. Das Amsterdam-ASTRON Radio Transients Facility And Analysis Center (AARTFAAC) ist ein System für Transienten Detektion in Echtzeit mit dem Ziel, die gesamte Auflösung des LOFAR zu nutzen. Innerhalb des Datenstromes von LOFAR werden die Rohdaten von jeder Antenne für fünf Sekunden auf einem Transient Buffer Board (TBB) zwischengespeichert. Bei Auslösung können diese Rohdaten gespeichert und weiter analysiert werden. In dieser Bachelorarbeit wurde ein TBB-Datensatz, welcher im März 2022 aufgenommen wurde, analysiert, um eine Pulsar Suche vorzubereiten. Dieser Datensatz wurde bis zu dem Zeitpunkt dieser Arbeit noch nicht auf Transienten untersucht und bietet die einzigartige Möglichkeit eine solche Analyse mit Rohdaten durchzuführen, die nicht vorbearbeitet worden sind. Für den Datensatz wurden defekte Antennen markiert und ein Bilderzeugungs- und Kalibrierungsalgorithmus implementiert. Der Vergleich zweier Beamforming Methoden, kohärent und inkohärent, erlaubt es eine Strategie für eine effiziente Pulsar Suche des gesamten Sternenhimmels der nördlichen Hemisphäre durchzuführen. Eine Abschätzung der Sensitivität, beginnend mit einer Station und in steigender Arraygröße von AARTFAAC-6 (Superterp Stationen) zu AARTFAAC-12 (Kernstationen) bis hin zum LOFAR-NL (alle niederländischen Stationen) folgt. Diese Arbeit stellt einen möglichen Ansatz zur Analyse von Rohdaten für Pulsar Entdeckung auf der gesamten nördlichen Hemisphäre vor, welcher auch in weiteren AARFAAC Entwicklungen eingebunden werden kann.



Lauterbach, Bernward Georg;
Anwendung künstlicher neuronaler Netzwerke für die Vorhersage der Feldverteilung bei Anderson-Lokalisierung von Licht. - Ilmenau. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Bei Wellenausbreitung in ungeordneten Systemen sind Lokalisierungsphänomene zu beobachten, die sich nicht einfach intuitiv vorhersagen lassen, und deren numerische Simulation Rechenzeitintensiv ist. In dieser Arbeit werden die möglichen Vorteile von künstlichen neuronalen Netzwerken für die Vorhersage von Eigenschaften der elektromagnetischen Felder bei transversal Anderson-lokalisiertem Licht im stationären Zustand nach Ausbreitung durch eine ungeordnete dielektrische Struktur untersucht, die auf den Ergebnissen einer Simulation mit der finite Differenzen Methode im Zeitbereich trainiert werden.



Görlach, Max;
Understanding the stellar populations of dwarf galaxies hosting active galactic nuclei through optical spectra analysis. - Ilmenau. - 45 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

In dieser Bachelorarbeit werden die optischen Spektren von Zwerggalaxien mit aktivem Galaxienkern untersucht. Es wird der Kontrast zwischen 61 Galaxien, die kürzlich in einer Veröffentlichung durch die Analyse von Röntgenspektren als solche aktive Galaxien identifiziert wurden und einer Referenzmenge an Galaxien mit ähnlichen Massen und Rotverschiebungen untersucht um zu bestimmen, ob es mithilfe optischer Spektren möglich ist zwischen den beiden Proben zu differenzieren. Weiterhin wird eine zusätzliche Probe mit Galaxien ähnlicher Massen und Rotverschiebungen, die durch die Analyse der optischen Spektren als Galaxien mit aktivem Galaxienkern klassifiziert werden, erstellt. Durch den Vergleich dieser Probe mit der ersten werden mögliche Unterschiede zwischen aktiven Galaxien, die im optischen bzw. im Röntgen-Bereich identifiziert wurden, bestimmt. Für diese Vergleiche werden zunächst die einzelnen Spektren betrachtet und anschließend für jede Probe ein zusammengesetztes Spektrum, für das die Spektren normiert und summiert werden. Mit dieser Methode wird das Signal-Rausch-Verhältnis der Spektren erhöht, womit eine detailliertere Untersuchung möglich wird. Die Eigenschaften dieser Spektren, bspw. deren Morphologie, Absorptions- und Emissionsmerkmale, werden dann miteinander verglichen und signifikante Unterschiede werden herausgestellt.



Grunert, Malte;
Capillary collapse of Ni-nanowire arrays. - Ilmenau. - 77 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Nanodraht-Arrays, Arrays von freistehenden und langreichweitig geordneten Zylindern mit einem Durchmesser im Nanometer-Bereich und einem großen Seitenverhältnis, sind als vielversprechendes System für eine Reihe von Anwendungen in Erscheinung getreten. Allerdings wird ihr Seitenverhältnis häufig dadurch limitiert, dass die sonst freistehenden Nanodrähte ab einer gewissen kritischen Lenge kollabieren, d.h. aufeinander umfallen. In dieser Arbeit wird der Kollaps von Nickel-Nanodraht-Arrays als Modellsystem für Nanodraht-Arrays generell aufgrund der Kapillarkraft während des Trocknungsschritts eines typischen nasschemischen Fabrikationsprozess untersucht. Zu diesem Zweck werden dreidimensionale zeitabhängige Multiphysik-Simulationen entwickelt, welche Fluiddynamik und Festkörpermechanik simultan simulieren. Der Multiphasen-Fluss von Luft und Wasser wird über einen Phasenfeld-Ansatz implementiert. Besondere Aufmerksamkeit wird der Rolle der Symmetrie im Kollaps-Prozess gegeben. Es wird gezeigt, dass während perfekt symmetrische Nanodraht-Arrays nicht kollabieren, bereits leichte Längenunterschiede von rund 3% zum Kollaps des Arrays führen können. Es wird ebenfalls gezeigt wie umgebende Wände die Nanodrähte vom Einfluss der benachbarten Nanodrähte abschirmen und so den Kollaps verhindern können.