This thesis establishes exciton-polaritons in transition metal dichalcogenide (TMD) structures as a versatile platform for the emulation of quantum many-body systems via integration of TMD monolayers into tunable open microcavities and engineering of complex photonic landscapes through FIB-milling. Key milestones include the realization of 1D SSH lattices, enabling the identification of topological defect states and the direct quantification of the Zak-phase. Furthermore, the work explores moiré heterostructures, revealing Mott insulator states and correlated magnetism on triangular spin lattices, characterized by giant g-factors. Ultimately, this work demonstrates that artificial polariton lattices provide a highly controllable solid-state environment to investigate topology, many-body physics, and the interplay between lattice-ordered charges and spins under strong light-matter coupling.
Diese Dissertation etabliert Exzitonen-Polaritonen in Übergangsmetall-Dichalkogenid-Strukturen (TMD) als vielseitige Plattform für die Emulation von Quanten-Vielteilchensystemen. Realisiert durch die Integration von TMD-Monolagen in abstimmbare offene Mikrokavitäten sowie das Design komplexer photonischer Einschlusspotentiale mittels FIB-Strukturierung. Wichtige Meilensteine umfassen die Realisierung von 1D SSH Gittern, welche die Identifizierung topologischer Defektzustände und die direkte Quantifizierung der Zak-Phase ermöglichten. Darüber hinaus untersucht die Arbeit Moiré-Heterostrukturen und weist Mott-Isolator-Zustände sowie korrelierten Magnetismus auf dreieckigen Spin-Gittern nach. Letztlich zeigt diese Arbeit, dass künstliche Polaritonengitter eine hochgradig kontrollierbare experimentelle Plattform bieten, um Topologie, Vielteilchenphysik und das Zusammenspiel zwischen gittergeordneten Ladungen und Spins unter starker Licht-Materie-Kopplung zu untersuchen.
The Hybrid-Lambda Rotor design methodology is introduced, enabling very large rotors for offshore wind turbines to increase energy capture in light winds and enhance integration in the energy system. Load mitigation fosters a lightweight and cost-effective turbine design. The methodology features a non-uniform distribution of axial induction along the blade span and a design for two different tip speed ratios and corresponding operational strategies. Further, the concept is scaled to wind tunnel size. The experimental and numerical investigations reveal unique wake characteristics. The wake deficit in the strong-wind mode is significantly reduced, and an additional shear layer and vortex system form, which further enhances wake diffusion. A control methodology is established and validated through wind tunnel experiments. A thorough explanation of the scaling methodology ensures the transferability of the results from wind tunnel tests to full-scale applications.
Die Hybrid-Lambda Rotor Entwurfsmethodik wird vorgestellt, wodurch sehr große Rotoren für Offshore-Windenergieanlagen ermöglicht werden. Dies erhöht den Energieertrag bei schwachem Wind und verbessert die Integration in das Energiesystem. Die Lastreduktion ermöglicht ein kostengünstiges Rotorblattdesign in Leichtbauweise. Die Methode beinhaltet eine ungleichmäßige Verteilung der axialen Induktion entlang des Rotorblattes und ein Design für zwei verschiedene Schnelllaufzahlen und korrespondierende Betriebsmodi. Das Konzept wird zudem auf Windkanalgröße skaliert. Die Experimente zeigen, dass das Nachlaufdefizit im Starkwindmodus deutlich reduziert ist. Es bildet sich ein zusätzliches Wirbelsystem, was die Erholung des Nachlaufs verbessert. Es wird eine Regelungsmethodik für den Hybrid-Lambda Rotor entwickelt und in Windkanalexperimenten validiert. Eine gründliche Erläuterung der Skalierungsmethodik gewährleistet die Übertragbarkeit der Ergebnisse von den Experimenten zum realen Maßstab.
Numerical simulations are essential to optimize wind energy yield, as they allow detailed analysis of turbine design, wind farm layout, and interactions with the atmospheric boundary layer. A major challenge is that relevant processes range from large-scale wind fields down to small-scale turbine dynamics, requiring models that can accurately couple these scales. This thesis advances the PALM-FAST model chain, which combines large-eddy simulations (PALM) with an aeroelastic model (FAST), enabling efficient and accurate multiscale wind turbine simulations. Two coupling methods were developed to reduce numerical errors and broaden applicability to complex scenarios. Validation shows good agreement with measurements and significant time savings over conventional methods. The PALM-FAST approach was also used to study coastal transitions, revealing that changes in surface roughness and temperature create persistent wind field heterogeneities, which affect turbine performance and loads.
Numerische Simulationen sind entscheidend, um den Energieertrag von Windparks zu optimieren, da sie eine detaillierte Analyse von Turbinendesign, Parklayout und Interaktionen mit der atmosphärischen Grenzschicht ermöglichen. Eine große Herausforderung ist, dass relevante Prozesse von großskaligen Windfeldern bis hin zu kleinräumigen Turbinen-Dynamiken reichen, was eine Kopplung unterschiedlicher Skalen erfordert. In dieser Arbeit wurde die PALM-FAST-Modellkette weiterentwickelt, die Large-Eddy-Simulationen (PALM) mit einem aeroelastischen Modell (FAST) kombiniert und so effiziente, präzise Mehrskalen-Simulationen von Windenergieanlagen ermöglicht. Zwei Kopplungsmethoden wurden entwickelt, um numerische Fehler zu reduzieren und die Anwendbarkeit auf komplexe Szenarien zu erweitern. Validierungen zeigen eine gute Übereinstimmung mit Messdaten und deutliche Zeitersparnisse. Die Modellkette wurde auch zur Untersuchung von Küstenübergängen eingesetzt, wobei sich gezeigt hat, dass Veränderungen in Rauigkeit und Temperatur zu Windfeld-Heterogenitäten und veränderten Turbinenlasten führen.
