Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Verhalten des Ising-Modells eines Ferromagneten unter dem Einfluß eines starken, zufällig geschalteten externen Magnetfeldes. Ein auf der Master-Gleichung basierender Formalismus für Nicht-Gleichgewichts-Systeme wird eingeführt und auf eine Molekularfeldtheorie des Modells, sowie auf ein- und zwei-dimensionale Varianten angewendet. In Abhängigkeit von der Stärke des Antriebs tritt ein neuartiger Phasenübergang auf, der mit spontaner Symmetriebrechung und dynamischem Einfrieren in Zusammenhang steht. Die stationären Magnetisierungsverteilungen zeigen in weiten Bereichen des Phasendiagramms fraktale Eigenschaften. Für die Molekularfeldtheorie und den eindimensionalen Fall werden analytische Ergebnisse präsentiert, während für das zweidimensionale Modell auf Monte-Carlo-Simulationen zurückgegriffen werden muß. Abschließend wird auf eine neurobiologische Interpretation des Modells eingegangen. <dt.>
This work considers the behavior of the Ising model of a ferromagnet subject to a strong, randomly switching external driving field. A formalism based on the master equation to handle such nonequilibrium systems is introduced and applied to a mean field approximation, and one- and two-dimensional variants of the model. A novel type of phase transition related to spontaneous symmetry breaking and dynamic freezing occurs which depends on the strength of the driving field. The complex analytic structure of the stationary magnetization distributions is shown to range from singular-continuous with euclidean or fractal support to all continuous. Analytic results are presented for the mean field and one-dimensional cases, whereas Monte-Carlo simulations provide insight into the two-dimensional model. Also, an interpretation of the model from a neurobiological point of view is given. <engl.>
In dieser Arbeit werden Lösungen zu Problemen der Bildrestauration und Merkmalsextraktion unter Verwendung neuer Modelle aus der statistischen Physik aufgezeigt. Basierend auf der von Shannon begründeten Informationstheorie, wird ein spezieller Hamilton-Operator für zweidimensionale Gittersysteme verwendet, der sowohl zur Quellenkodierung als auch zur Beschreibung des Informationsverlustes dient. Durch einen Hochtemperaturansatz kann die Bestimmung der Parameter analytisch mit Transfermatrizen gelöst werden. Die Restauration erfolgt unter Zuhilfenahme des Satzes von Bayes in einer Monte Carlo Simulation. Die angewandten Verfahren illustrieren neben ihrer praktischen Anwendung weiterhin grundlegende Konzepte aus der Informationstheorie, statistischen Physik und (visuellen) Wahrnehmung. Die Arbeit besteht aus zwei Teilen: Kapitel 1 bis 4 enthalten eine Zusammenfassung der Probleme und der existierenden Modelle. Kapitel 5 bis 7 stellen die neuen Modelle vor und demonstrieren die Verfahren anhand von Experimenten. Kapitel 8 fasst die Ergebnisse zusammen. <dt.>
This thesis introduces a solution to the problem of image restoration and feature extraction by incorporating new image models derived from statistical physics. Starting from Shannon's model of information processing, a special lattice spin Hamiltonian is used which is well suited for both source coding and for modeling information loss within the Bayesian framework. By applying a high-temperature expansion the parameter estimation problem is solved analytically using transfer-matrix methods. A Monte Carlo simulation restores the distorted image utilizing the statistical information about the source and the channel. Beyond its inherent practical usefulness the image restoration problem illustrates directly basic concepts related to information theory, statistical inference, and perception. The work is split mainly in two parts: Chapters 1 to 4 contain a summary of the problem and existing models, Chapters 5 to 7 introduce the new models and illustrate their capabilities in a variety of experiments. The conclusion can be found in Chapter 8. <engl.>
Es werden drei verschiedene Algorithmen zur Separation konvolutiv gemischter akustischer Signale im Frequenzbereich vorgeschlagen. Im ersten Ansatz (Kapitel 2) wird durch Bedingungen an die Separationsfilter ein Algorithmus zur schnellen Separation von Überlagerungen im Freifeld hergeleitet, der Signaltrennung adaptiv innerhalb von etwa 0,2s Signaldauer erreicht und auch bewegte Sprecher trennt. Der AMDecor Algorithmus (Kapitel 3) trennt Signale in halligen Räumen durch das Kriterium der Dekorrelation von Amplitudenmodulationen in unterschiedlichen Frequenzbändern. Dadurch werden Separation der spektralen Quellkomponenten und ihre konsistente Anordnung in allen Frequenzen in einem einzigen Verarbeitungsschritt erreicht. Es wird gezeigt, daß die Separation auch für Signale mit starkem Nachhall nahe dem theoretischen Optimum liegt. Der in Kapitel 4 vorgeschlagene Algorithmus ähnelt dem AMDecor Algorithmus, basiert jedoch auf Methoden der Statistik zweiter Ordnung. Dadurch kann eine algebraische Lösung angegeben werden, die eine sehr schnelle Separation erlaubt. Dieser Algorithmus wird auch mit anderen mehrdimensionalen Quellsignalen (spektrale Bilddaten) getestet und ist auf das Problem der Quellentrennung bei zeitlich variablem Mischungssystem anwendbar. <dt.>
Three different algorithms for the problem of separating convolutively mixed acoustic signals in the frequency domain are proposed. The first approach (chapter 2) yields an adaptive algorithm for the separation of free-field superpositions by imposing constraints on the separating filter. Separation is attained within approx. 0.2s signal time, and moving speakers are separated. The AMDecor algorithm (chapter 3) separates signals in reverberant rooms using the criterion of Amplitude Modulation Decorrelation across different frequency channels. This enables separation of the sources' spectral components and their consistent order in all frequencies in a single processing step. It is shown that separation is close to the theoretical optimum also for highly reverberant recordings. The algorithm proposed in chapter 4 is similar to the AMDecor algorithm, but uses methods from second-order statistics, making an algebraic solution possible which enables very fast separation. This algorithm has also been evaluated with other multidimensional signals (spectral image data) and is applicable to the problem of source separation with a time-varying mixing system. <engl.>
Diese kumulative Dissertation besteht aus sieben Artikeln, die sich mit Phasenübergängen in magnetischen Clustern und anderen endlichen Systemen befassen. Wir zeigen, dass Phasenübergänge in endlichen Systemen, die experimentell nur anhand verschmierter 'Buckel' in der spezifischen Wärme oder der magnetischen Suszeptibilität zu identifizieren sind, quantitativ durch eine optimierte Abschätzung der Wahrscheinlichkeitsdichte des Systems in Kombination mit der Untersuchung der Landau Freien Engergie oder durch Analyse der Zustandssumme in der komplexen Temperaturebene oder anderen komplexen Antwortfunktionen beschrieben werden kann. Wir zeigen, dass effiziente Methoden, wie z.B. die Ferrenberganalyse, die auf unendliche Systeme nicht anwendbar ist, erfolgreich auf endliche Systeme angewendet werden können, selbst wenn diese von mehr als einem äußeren Parameter abhängen. Mit der optimierten multidimensionalen Datenanalyse von Histogrammen, die mittels kanonischer Monte Carlo Simulation erzeugt worden sind, sind wir in der Lage, das komplette Phasenverhalten eines endlichen magnetischen Systems über einen weiten Temperatur- und Magnetfeldbereich zu errechnen, indem nur einige Observablen bei wenigen gegebenen Temperaturen und Magnetfeldern bestimmt werden. <dt.>
This cumulative dissertation consists of seven articles dealing with phase transitions of magnetic clusters or other finite systems. We show that phase transitions in finite systems, which can be experimentally seen only in floppy humps of the specific heat or the magnetic susceptibility, can be quantitatively described by an analysis of an optimized estimation of the probability distribution of the system states combined with Landau free energy, or by analyzing the partition function in the complex temperature plane, or other complex-time response functions such as the complex specific heat. We show that new efficient methods, such as the Ferrenberg analysis, not applicable to infinite systems, can be applied to finite systems, even if the systems have more than one external parameter. With an Optimized Multidimensional Data Analysis of histograms produced by canonical Monte Carlo simulations, we are able to compute the phase behaviour of finite magnetic systems over a wide temperature and magnetic field range just by determining observables at a few given temperatures and magnetic fields. <engl.>
HochschulschriftNaturwissenschaftenGeschichtePhysikunterrichtSchülerVerstehenFaraday, MichaelElektrostatikKondensatorExperimentErklärungHermeneutikVerständlichkeitInterpretationSchulkindSchülerinUnterrichtGeschichtsphilosophieVergangenheitWissenschaftNaturwissenschaftlerPassives BauelementPhysikerChemikerDr. jur.Prof.HochschullehrerLondonKaiserlich Leopoldinisch-Carolinische Deutsche Akademie der NaturforscherKönigliche Akademie der WissenschaftenRoyal Institution of Great Britain22.09.1791-25.08.18671791-1867
In dieser Arbeit geht es um die Interpretation von Electron-Beam-Induced-Current(EBIC)-Messungen an CIS-Solarzellen. Die EBIC-Messungen werden sowohl im Proben-Querschnitt (JEBIC) als auch planar (PEBIC) durchgeführt. Bei der JEBIC-Auswertung wird das Signal mit der lateralen Dosis des e-Strahls entfaltet. Die Ortsauflösung der Methode verbessert sich hierdurch um zwei Größenordnungen. An die entfaltete Datei wird ein Modell gefittet, welches auch den Einfluß der Lumineszenz berücksichtigt. Es erlaubt die Bestimmung der Diffusionslänge und die Breite der Raumladungszone. Aus der Abhängigkeit der Diffusionslänge von der Strahlenenergie kann die Bulkdiffusionslänge und die Oberflächen-Rekombinations-Geschwindigkeit gewonnen werden. Bei den PEBIC-Messungen wird ein Modell zur Deutung der großen charakteristischen Längen erarbeitet. Im Modell wird das großräumige Fließen von Majoritäten betrachtet. Es erlaubt die Bestimmung des Schichtwiderstandes der CIS-Schicht. <dt.>
The thesis deals with the interpretation of Electron-Beam-Induced-Current (EBIC) measurements of CIS solar cells. EBIC measurements of the cross section (JEBIC) and a planar symmetry (PEBIC) are carried out. The data of JEBIC measurements is deconvoluted with the lateral dosis of the e-beam. By this the lateral resolution is improved by two orders of magnitude. After deconvolution a model is fitted to the data which accounts for luminescence and allows the determination of the diffuson length and the width of the space charge region. From the energy dependency of the diffusion length the surface recombination velocity is determined. PEBIC measurements show a characteristic length which is large compared to the thickness of the CIS-layer. It can be explained by a model for the majority charge-carriers accounting for the sheet resistance and the planar diod. With this model it is possible to determine the sheet resistance of the CIS-layer. <engl.>
In einer rechnergesteuerten PECVD-Anlage sind Schichten aus a-C:H bei Variation der zugesetzten Dotiergase wie auch der Selfbiasspannung hergestellt worden. Durch beide Variationen kann die Leitfähigkeit bei Raumtemperatur im Bereich zwischen 10 -12 und 10 -3 1/Omegacm gesteigert werden. Streng korreliert und reziprok dazu verhält sich die optische Bandlücke im Bereich 0,6 bis 1,6 eV. NMR-Messungen zeigen, daß die Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit mit einer Steigerung des sp 2 nH -Anteils in den Schichten einher geht. Dies steht in Übereinstimmung mit dem Strukturmodell: die Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit entspricht einer Zunahme der leitfähigen, sp 2 -koordinierten Cluster in einer isolierenden sp 3 -Matrix. Alle Meßergebnisse zeigen die Parallelität der Variation von Selfbiasspannung und Dotiergasflusses, sodaß der Einfluß der Dotiergase in der Veränderung der Plasmabedingungen bei der Herstellung und nicht in dem Einbau der Fremdstoffe in das Material gesehen werden muß. <dt.>
Using a computer-controlled PECVD-chamber, layers of a-C:H were deposited under different flow doping gases added as well as under different selfbias voltages. Both variations lead to a change of room temperature conductivity in the range between 10 -12 and 10 -3 1/omegacm. The optical bandgap in the range 0,6 to 1,6 eV is strongly correlated to that. NMR-measurements show an increase of the sp 2 nH coordinated part with increasing conductivity. This is in accordance with the structural model of a-C:H: increasing conductivity is related to an increase of the clusters, build up by sp 2 coordinated carbon atoms, surrounded by a non-conducting, sp 3 coordinated matrix. All results show no difference between the variation of selfbias voltage or the flow of the doping gases, so the influence of the doping gases takes place during the deposition of the layers by changing the deposition conditions instead of acting as doping centre in the layers. <engl.>
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