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.
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.
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.
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.
Physik-geführte neuronale Netze zur datengestützten Vorhersage physikalischer Prozesse. - Ilmenau. - 187 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Die Belastung der Energieübertragungsnetze steigt aufgrund der Zunahme des Energiebedarfs durch den Anstieg der Weltbevölkerung, die Weiterentwicklung der Verkehrstechnologie und der wirtschaftlichen Expansion an. Die Energiewende und der daraus resultierende Übergang von traditionellen zu erneuerbaren Energiequellen erhöht zusätzlich die Beanspruchung. Um den Herausforderungen gerecht zu werden, müssen neue Kapazitäten in den Übertragungsnetzen geschaffen werden. Das NOVA-Prinzip besagt die vorhandenen Netze zu optimieren, erst danach folgt die Verstärkung und im letzten Schritt der Ausbau der Netze. Der bisherige Betrieb und die Auslegung der Netze basiert auf Worst Case Szenarien der Umgebungsbedingungen (35 ˚C Umgebungstemperatur, 0.6 m/s Windgeschwindigkeit, Windrichtung orthogonal zum Leiter und 900 W/m² Globalstrahlung nach DIN EN 50341-2). In 90 % der Fälle resultieren zusätzliche Kapazitäten im Übertragungsnetz aus günstigen Umgebungsbedingungen, die durch einen intelligenten, temperaturabhängigen Betrieb genutzt werden könnten. Ein solcher ist jedoch nur mit exakten Berechnungsmodellen möglich. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die kommerziell verwendeten Standard-Modelle fehleranfällig sind. Auf Grundlage der Analyse der verwendeten Daten in der Masterarbeit wurden neue Modelle, basierend auf künstlichen und Physik-geführten neuronalen Netzen, entwickelt. Die besten neu entwickelten Modelle konnten eine Reduktion des mittleren absoluten Schätz-Fehlers von 2.44 K auf 1.85 K erzielen. Der Anteil der Werte, welche mehr als 5 K abweichen, wurde von 10.28 % auf 4.72 % verringert. Auch die mittlere Unterschätzung der Leiterseiltemperatur von 1.17 K wurde in eine anwendungstechnisch unproblematische Überschätzung von im Mittel 0.42 K durch den Übergang vom besten kommerziellen zum besten datenwissenschaftlichen Modell gewandelt. Die Optimierung der Modelle konnte durch den Wegfall der fehlerhaften Bestimmung der Parameter in den etablierten Modellen, einen Ausgleich der konservativen Abschätzung der physikalischen Effekte sowie der Berücksichtigung der vernachlässigten thermischen Komponenten der Wärmebilanz erreicht werden.
Yu-Shiba-Rusinov-Zustände als Sonde für die Austauschwechselwirkung zwischen Fe-Atomen und den Elektronen einer supraleitenden Pb(111)-Oberfläche. - Ilmenau. - 61 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Mittels eines Rastertunnelmikroskops wurden die strukturellen und elektronischen Eigenschaften von Fe-Clustern auf einem supraleitenden Pb(111)-Substrat untersucht. Adsorptionsgeometrien für Monomere, Dimere und Trimere sind auf der Basis atomar aufgelöster Topographie-Scans vorgeschlagen worden. Anregungsspektren der differentiellen Leitfähigkeit zeigen klar aufgelöste Zustände innerhalb der Bardeen-Cooper-Schrieffer Energielücke alleinig für Dimere und eine bestimmte Trimerkonfiguration. Diese Zustände wurden als Yu-Shiba-Rusinov-Zustände interpretiert. Die Analyse derer Bindungsenergien und Elektron-Loch-Asymmetrien weist darauf hin, dass es mit einer Steigerung der Clustergröße zur sukzessive Erhöhung der magnetischen Austauschwechselwirkung mit dem Cooper-Paar-Kondensat kommt.
Tieftemperaturphotolumineszenzspektroskopie (TTPL) und Dichtefunktionaltheorie (DFT) zur weiteren Analyse des ASi-Sii-Defekts. - Ilmenau : Universitätsbibliothek. - 1 Online-Ressource (v, 55 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Lichtinduzierte Degradation kann die Effizienz von Bauelementen aus Bor- oder Indium-dotiertem Czochralski-Silizium wie beispielsweise Solarzellen oder Strahlungsdetektoren um mehr als 1 %abs verringern. Obwohl diese lichtinduzierte Degradation seit etwa 4 Jahrzehnten bekannt ist, gibt es weiterhin einen wissenschaftlichen Diskurs über die Struktur des zugrundeliegenden Kristall-Defekts. Verschiedene Defekt-Modelle wurden vorgeschlagen, um diesen Effekt zu erklären - der ASi-Sii-Defekt ist eines davon. In dieser Arbeit wird lichtinduzierte Degradation von Bor-dotiertem Silizium mithilfe von Tieftemperaturphotolumineszenzspektroskopie untersucht. Um die Konzentration substitutioneller Bor-Defekte zu messen, wird eine Methode zur Bestimmung der Probentemperatur aus Modellierungen der gemessenen Spektren angewandt und eine geeignete Kalibrierfunktion bestimmt. Es wird keine zusätzliche Lumineszenzlinie mit Verbindung zur lichtinduzierten Degradation beobachtet. Des weiteren verändert sich die Konzentration substitutioneller Bor-Defekte nicht durch Beleuchten oder Ausheilen der Probe. Daher können keine neuen Defekte mit Bor-Beteiligung während der lichtinduzierten Degradation entstehen. Stattdessen wird nun angenommen, dass während der Degradation bestehende Defekte aktiviert werden. Um diese Aktivierung im Rahmen des ASi-Sii-Modells zu untersuchen, wurden ab-initio Rechnungen der Energielandschaft des Defekts durchgeführt. Mithilfe der Dichtefunktionaltheorie wurden metastabile Konfigurationen einatomiger Bor- und Indium-Defekte in Silizium gefunden. Mit beiden Akzeptor-Spezies ist der ASi-Sii-Defekt der Grundzustand. Für den Bor-Silizium-Defekt wurde außerdem die Ladungsabhängigkeit der Defektenergie sowie die Energielandschaft von Übergängen zwischen den metastabilen, neutralen Defektkonfigurationen untersucht.
https://dx.doi.org/10.22032/dbt.53715
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
In-situ spektroskopische Ellipsometrie ist in letzter Zeit sehr beliebt und weit verbreitet. In dieser Arbeit wurde sie angewandt, um optische Konstanten und Dünnschichtdicken von SiO2 auf Si unter verschiedenen Atmosphären (Argon, trockene Luft) und Temperaturen zu ermitteln. Zum Vergleich wurden drei temperaturabhängige Experimente durchgeführt, und zwar in einem Aufbau mit der so genannten Heat cell unter Trockenluftatmosphäre von 50℃ bis 300℃, in der Heat cell unter Argonatmosphäre von 50℃ bis 300℃ und in einem Aufbau mit der so genannten Instec cell unter Trockenluft von -50℃ bis 250℃. Die ellipsometrischen Parameter werden zwischen 1,5eV und 5eV gemessen und der Einfallswinkel beträgt 70⁰. Das Cauchy Modell wird zur Anpassung der Daten mit der kommerziellen Software WVASE32® verwendet. Wir haben Veränderungen des Brechungsindex und der Dicke der SiO2-Schicht unter verschiedenen Bedingungen festgestellt, nämlich eine Zunahme unter Argon und trockener Luft in der Heat cell und eine Abnahme unter trockener Luft in der Instec cell. Wir vermuten, dass diese Veränderungen auf Oxidation bzw. Materialabtrag zurückzuführen sind.
Quantum repeater communication protocols enhanced by nondestructive photonic qubit detectors. - Ilmenau. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Für Quantenkommunikation müssen einzelne Lichtquanten über lange Distanzen gesendet werden. Quantenrepeaterarchitekturen können hierbei gut das Problem von Photonenverlust in den Glasfasern verringern. Eingefügte zerstörungsfreie Lichtquantenbitdetektoren haben einen Einfluss auf die Verschränkungsrate sowie die Fidelität der Verbindung. Als Anwendungsmöglichkeiten werden in dieser Arbeit Photonentracking (ein detektierter Photonenverlust verkürzt die Neustartzeit bei einer fehlgeschlagenen Verbindung), Verbesserung von Parallelisierung zu Multiplexing (wenn mehrere parallele Links benutzt werden) und die Verhinderung von Dark Counts von Lichtdetektoren (erhöht die Fidelität) untersucht. Dies erfolgt mittels in Python geschriebener Simulationsprogramme und durch das Entwickeln analytischer Formeln. Für den Ansatz des Photonentrackings erreicht der Verbesserungsfaktor der Verschränkungsrate weniger als vier für Kommunikationsdistanzen bis 1600 km. Die Fidelität wird nur leicht verbessert. Bei der Verbesserung der Parallelisierung kann dieser Faktor beliebig groß werden, da er linear mit der Anzahl der parallelen Links ansteigt. Da bereits sehr gute Lichtdetektoren existieren, hat selbst ein perfekter zerstörungsfreier Lichtquantenbitdetektor nur einen sehr geringen positiven Einfluss auf die Fidelität. Es wurde somit gezeigt, dass zerstörungsfreie Lichtquantenbitdetektoren im allgemeinen Quantenrepeaterarchitekturen verbessern können, allerdings reicht der am Max Planck Institut für Quantenoptik entwickelte zerstörungsfreie Lichtquantenbitdetektor nur dazu aus, das Verbessern von Parallelisierung zu Multiplexing zu ermöglichen.
Aufbau eines Messplatzes für die zeitaufgelöste Photolumineszenz zur in situ Charakterisierung von III-V-Heterostrukturen. - Ilmenau. - 83 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde ein Messplatz für zeitaufgelöste Photolumineszenz-Messungen (engl. TRPL) mittels zeitkorreliertem Einzelphotonenzählen (TCSPC) erfolgreich aufgebaut. Dazu wurden wichtige Kennwerte wie die Instrumentenfunktion, der Spotdurchmesser und die Leistung des Lasers selbst vermessen und bewertet. Anschließend wurde der Messplatz erfolgreich an einer Probe unter Standardbedingungen getestet, sowie der Einfluss des Streulichtes auf die Messung untersucht. Nach erfolgreicher Demonstration des Messplatzes unter Standardbedingungen wurde gezeigt, dass in situ TRPL Messungen an Doppelheterostrukturen in einer elektrochemischen Zelle mit diesem Messplatz möglich sind und verwertbare Ergebnisse liefern. Dabei wurde der Einfluss des Elektrolyten, der Spannung und Beleuchtung auf die Lebensdauer bei maximaler Anregungsdichte untersucht. Die größte Erkenntnis aus den Experimenten war dabei die Tatsache, dass sich die Lebensdauern der Probe verringern, sofern der Betrag der angelegten Spannung erhöht wird. Dabei wurde auch festgestellt, dass es durch das Anlegen einer Spannung sowohl zu einer reversiblen, als auch einer permanenten Änderung der Lebensdauern kommt. Als Erklärung für die reversible Änderung der Lebensdauer wurde Ladungstrennung im Absorber der Doppelheterostruktur und Grenzflächenrekombination vorgeschlagen.