Bericht - Graduiertenkolleg 695 - Universität Osnabrück

GRADUIERTENKOLLEG 695
Nichtlinearitäten optischer Materialien
Nonlinearities of Optical Materials
Abschlussbericht
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft
und vom Land Niedersachsen
01. 01. 2001 – 31. 12. 2009

ii UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Leitung des Graduiertenkollegs Nichtlinearitäten optischer Materialien:
Apl. Prof. Dr. Klaus Betzler, Sprecher
E-Mail: Klaus.Betzler@uni-osnabrueck.de
Prof. Dr. Heinz-Jürgen Steinhoff, stellvertretender Sprecher
E-Mail: Heinz-Juergen.Steinhoff@uni-osnabrueck.de
Dipl.-Phys. Bettina Schoke, Mitglied aus der Gruppe der Kollegiatinnen und Kollegiaten
E-Mail: Bettina.Schoke@uni-osnabrueck.de
Fachbereich Physik
Universität Osnabrück
Barbarastraße 7
49076 Osnabrück
Internetadresse des Kollegs:
http://grk.physik.uni-osnabrueck.de
c○ 2010 Fachbereich Physik, Universität Osnabrück
Redaktion: Klaus Betzler, Anna Buling

iii
Vorwort
Das Graduiertenkolleg Nichtlinearitäten optischer Materialien wurde im Januar 2001 an der
Universität Osnabrück eingerichtet. Zwei Fortsetzungsanträge wurden positiv beschieden,
so dass das Kolleg nun die für Graduiertenkollegs vorgesehene Maximallaufzeit von
neun Jahren erreicht hat. In den ersten Jahren wurden im Kolleg Fragestellungen aus den
Themenkreisen Photorefraktive Nichtlinearitäten, Frequenzkonversion und Nichtlinearitäten
bei der Wellenleitung experimentell und theoretisch bearbeitet, das thematische Schwergewicht
lag auf photorefraktiven und ferroelektischen Kristallen. In der zweiten Hälfte der
Laufzeit wurde das Materialienspektrum auf Nanomaterialien und mesoskopische Systeme
erweitert. Damit förderte das Kolleg die Veränderungen im Forschungsprogramm auf
dem Gebiet der Materialwissenschaften, die sich durch den Generationswechsel in den
Osnabrücker Naturwissenschaften ergaben.
Die gesamte Laufzeit von neun Jahren war geprägt durch eine leistungsfähige Zusammenarbeit
zwischen den verschiedenen beteiligten Forschungsgruppen, die unter anderem
durch die in diesem und den vorhergehenden Berichten dargestellten wissenschaftlichen
Ergebnisse dokumentiert wird. Durch das kohärente Forschungsprogramm gab es
zwischen den einzelnen Projekten viele Querbeziehungen. Die dadurch mögliche intensive
Betreuung der einzelnen Promotionsprojekte führte zu einer deutlichen Straffung
und Verkürzung der Promotionszeiten.
Von den Erfahrungen des Kollegs im Bereich der Qualifizierung und Betreuung der Kollegiatinnen
und Kollegiaten wird zukünftig insbesondere auch das Zentrum für Promovierende
an der Universität Osnabrück profitieren, an dessen Gründung das Graduiertenkolleg
maßgeblich beteiligt war. Das neu geschaffene Zentrum bietet allen Promovierenden
der Universität Osnabrück speziell auf ihre Erfordernisse zugeschnittene Qualifikationsangebote
an, welche auf die Optimierung ihrer wissenschaftlichen Arbeit und auf den
Erwerb arbeitsmarktrelevanter Kompetenzen zielen.
Danken möchte ich an dieser Stelle allen, die zum Erfolg des Graduiertenkollegs beigetragen
haben,
• der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Land Niedersachsen, die die umfangreiche
finanzielle Förderung des Kollegs bereit stellten,
• den Zuständigen in der Geschäftsstelle, die bei Problemen und Fragen stets ein offenes
Ohr und eine hilfreiche Antwort hatten,
• den Kolleginnen in den Fachbereichsverwaltungen, die in allen nichtwissenschaftlichen
Dingen eine große Unterstützung waren,
• den zahlreichen auswärtigen Gästen des Kollegs, die durch interessante Ideen die
Forschung im Kolleg nachhaltig mitprägten,
• allen am Kolleg beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die viel Zeit
und Aufwand in die Betreuung der Promotionsarbeiten im Kolleg investierten,
• last but not least den Doktorandinnen und Doktoranden sowie den Postdoktorandinnen
und Postdoktoranden im Kolleg, die neben dem zügigen Verlauf ihrer eigenen
Arbeit auch stets den Erfolg des Ganzen anstrebten.
Klaus Betzler, Sprecher des Graduiertenkollegs 695

iv UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Inhaltsverzeichnis
1 Allgemeine Angaben 1
1.1 Titel des Graduiertenkollegs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Laufzeit des Kollegs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.3 Sprecher des Kollegs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.4 Beteiligte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler und ihre Arbeitsrichtungen
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 Forschungsergebnisse 3
2.1 Förderzeitraum 2001 – 2004 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 Förderzeitraum 2005 – 2009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.3 Wesentliches kurz gefasst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.4 Perspektiven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3 Qualifizierung, Betreuung und Kooperationen 11
3.1 Qualifizierungsprogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.2 Betreuungskonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.3 Einfluss des Kollegs auf die Universität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.4 Gleichstellungsmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.5 Kooperationen und Gäste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Anhang zum Abschlussbericht 15
A Tabellen 15
A.1 Doktorandinnen und Doktoranden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
A.2 Postdoktorandinnen und Postdoktoranden . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
B Einzelberichte 38
B.1 Einzelberichte der Doktorandinnen und Doktoranden . . . . . . . . . . . . 38
B.2 Einzelberichte der Postdoktorandinnen und Postdoktoranden . . . . . . . 142
C Publikationen 155

1 ALLGEMEINE ANGABEN 1
1 Allgemeine Angaben
1.1 Titel des Graduiertenkollegs
Nichtlinearitäten optischer Materialien
Nonlinearities of Optical Materials
1.2 Laufzeit des Kollegs
01. Januar 2001 – 31. Dezember 2009 (9 Jahre)
Dazu kommen Auslauffinanzierungen für einzelne Stipendiatinnen und Stipendiaten
für einen Zeitraum von maximal 12 Monaten (01. Januar 2010 –
31. Dezember 2010).
1.3 Sprecher des Kollegs
apl. Prof. Dr. Klaus Betzler
Fachbereich Physik, Universität Osnabrück
Barbarastraße 7, 49069 Osnabrück
Telefon: 0541 969 2636 Telefax: 0541 969 12636
E-Mail: Klaus.Betzler@uni-osnabrueck.de
1.4 Beteiligte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler und ihre Arbeitsrichtungen
Fachgebiete: AC: Anorganische Chemie, EP: Experimentalphysik,
OC: Organische Chemie, PC: Physikalische Chemie,
TP: Theoretische Physik
Name, Fachgebiet, Arbeitsrichtung
Zeitraum
Prof. Dr. Klaus Bärwinkel 2001 – 2009
TP, Makroskopische Systeme und Quantentheorie
apl. Prof. Dr. Klaus Betzler 2001 – 2009
EP, Optische Materialien
Prof. Dr. Gunnar Borstel 2003 – 2009
TP, Theoretische Festkörperphysik
Prof. Dr. Karsten Buse 2001 – 2004
EP, Photonik
Dr. Roberts I. Eglitis 2003 – 2006
TP, Theoretische Festkörperphysik

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Name, Fachgebiet, Arbeitsrichtung
Zeitraum
Dr. Roman Flesch 2001 – 2003
PC, Struktur – Dynamik – Umwelt
Prof. Dr. Jochen Gemmer 2005 – 2009
TP, Quantenthermodynamik
Dr. Maxim Gorkounov 2001 – 2005
TP, Theoretische Optik
Prof. Dr. Markus Haase 2005 – 2009
AC, Materialforschung
Prof. Dr. Mirco Imlau 2002 – 2009
EP, Nichtlineare Molekül- und Festkörperoptik
Prof. Dr. Siegmar Kapphan 2001 – 2005
EP, Laserspektroskopie
Prof. Dr. Detlef Kip 2001 – 2005
EP, Optische Technologien
Prof. Dr. Eckhard Krätzig 2001 – 2005
EP, Elektrooptik
Prof. Dr. Angelika Kühnle 2006 – 2009
PC, Molekulare Selbstorganisation
apl. Prof. Prof. h. c. Dr. Dr. h. c. Manfred Neumann 2005 – 2009
EP, Elektronenspektroskopie
Dr. Rainer Pankrath 2001 – 2009
EP, Kristallzüchtung
Prof. Dr. Michael Reichling 2005 – 2009
EP, NanoScience
Prof. Dr. Klaus Ringhofer 2001 – 2002
TP, Theoretische Optik
Prof. Dr. Michael Rohlfing 2006 – 2009
TP, Elektronische Struktur kondensierter Materie
Prof. Dr. Eckart Rühl 2001 – 2003
PC, Struktur – Dynamik – Umwelt
Prof. Dr. Ekaterina Shamonina 2001 – 2009
TP, Wellenphänomene/Metamaterialien
apl. Prof. Dr. Heinz-Jürgen Schmidt 2001 – 2009
TP, Makroskopische Systeme und Quantentheorie
Prof. Dr. Jürgen Schnack 2001 – 2007
TP, Theorie der kondensierten Materie
Prof. Dr. Hans Werner Schürmann 2001 – 2009
TP, Theoretische Physik

2 FORSCHUNGSERGEBNISSE 3
Name, Fachgebiet, Arbeitsrichtung
Zeitraum
Prof. Dr. Heinz-Jürgen Steinhoff 2003 – 2009
EP, Makromolekülstruktur
Prof. Dr. Lorenz Walder 2005 – 2009
OC, Molekulare Elektrochemie
apl. Prof. Dr. Manfred Wöhlecke 2001 – 2008
EP, Optische Materialien
Prof. Dr. Joachim Wollschläger 2005 – 2009
EP, Dünne Schichten und Grenzflächen
Dr. Oleksandr Zhuromskyy 2002 – 2007
TP, Wellenphänomene/Metamaterialien
2 Forschungsergebnisse
Die Bedeutung optischer Materialien nimmt in der modernen Informationstechnologie
mit rasanter Geschwindigkeit zu, die Photonik als Komplement und Erweiterung der
Elektronik spielt in der angewandten Forschung eine immer wichtigere Rolle. Bei fast
allen damit zusammenhängenden Anwendungen sind Nichtlinearitäten der Materialien
wesentlich – meist als Nutz-, manchmal aber auch als Störeffekt. Das grundlegende
Verständnis dieser Nichtlinearitäten stellt daher eine unabdingbare Basis für die Weiterentwicklung
der Photonik dar. Das Verständnis dieser Nichtlinearitäten durch experimentelle
und theoretische Untersuchungen zu vertiefen war das übergreifende kohärente
Forschungsziel des Graduiertenkollegs.
In den ersten Jahren der Förderung wurden zunächst drei Themenkreise aus dem weiten
Gebiet der Nichtlinearitäten optischer Materialien behandelt: Photorefraktive Nichtlinearitäten,
Frequenzkonversion und Nichtlinearitäten bei der Wellenleitung. Auf diesen Gebieten
waren in Osnabrück bereits zuvor umfangreiche Vorarbeiten geleistet worden. Es konnte
auf einer guten experimentellen Grundausstattung aufgebaut werden, die vor allem im
Rahmen der Programme des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft über 15 Jahre
geförderten Sonderforschungsbereichs Oxidische Kristalle für elektro- und magnetooptische
Anwendungen ständig erweitert worden war.
Der Generationswechsel bei den Hochschullehrerinnen und Hochschullehrern der Physik
und Chemie in Osnabrück erweiterte die Forschungsthematik in diesen beiden Fachgebieten
auf Nanomaterialien und mesoskopische Systeme. In der zweiten Hälfte der
Laufzeit des Kollegs wurden daher einerseits Fragestellungen bearbeitet, die sich aus
den Ergebnissen der ersten Jahre entwickelt hatten, andererseits Problemstellungen aus
den neu hinzugekommenen Gebieten. Aus diesem insgesamt sehr weiten Bereich der
Materialforschung wurden Themen aus zwei kohärenten Forschungsbereichen behandelt,
Nichtlinearitäten in Bulkmaterialien und Nichtlinearitäten in nano- und mesoskopischen
Systemen.

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2.1 Förderzeitraum 2001 – 2004
Die im Einrichtungsantrag vorgeschlagenen Forschungsthemen waren so zusammengestellt,
dass sie zu engen Kooperationen unter den am Kolleg beteiligten Hochschullehrerinnen
und Hochschullehrern und den Kollegiatinnen und Kollegiaten führten. Ein
großer Teil der vorgesehenen Projekte konnte so schon in diesem Zeitraum erfolgreich
bearbeitet werden. Der Erfolg des Kollegs wurde vom Gutachtergremium äußerst positiv
gewürdigt, das Kolleg konnte seine Arbeit um zunächst 1,5 Jahre (Umstellung auf
das neue Zeitschema der DFG) und dann um 4,5 Jahre bis zur maximalen Laufzeit von
9 Jahren fortsetzen.
Die Forschungsergebnisse aus dieser Förderperiode sind im Bericht zum Fortsetzungsantrag
2004 in den Einzelberichten der Kollegiatinnen und Kollegiaten detailliert dokumentiert.
2.2 Förderzeitraum 2005 – 2009
In der Zwischenbegutachtung war die Empfehlung ausgesprochen worden, das Spektrum
der im Kolleg untersuchten Materialien zu erweitern. Der Fortsetzungsantrag 2004
folgte dieser Empfehlung, da es dadurch möglich wurde, die Forschungsschwerpunkte
neu hinzugekommener Kolleginnen und Kollegen mit zu integrieren. Zu den bis dahin
dominierenden Bulk-Kristallen waren Nanomaterialien und mesoskopische Systeme
hinzugekommen. Ein Erfolg versprechender Teil der Thematik an Bulk-Kristallen wurde
weiter geführt, das Materialienspektrum wurde durch nano- und mesoskopische Systeme
erweitert, als übergreifender Aspekt wurde Nichtlinearitäten beibehalten.
Wie schon im vorhergehenden Förderzeitraum war die Arbeit im Kolleg durch ein hohes
Maß an Kohärenz und durch viele Kooperationen geprägt. Die Forschungsprojekte
im Kolleg wurden wieder jeweils durch mehrere Hochschullehrerinnen und Hochschullehrer
betreut. Dies führte dazu, dass die Promotionen in der Regel im vorgesehenen
Zeitraum von etwa drei Jahren erfolgreich abgeschlossen werden konnten. Die im Antrag
für diese Förderperiode formulierten Forschungsziele konnten weitgehend erreicht,
teilweise sogar übertroffen werden.
Die vielfältige Vernetzung bewirkte eine nachhaltige Weiterentwicklung des Forschungsprogramms
im Kolleg und auch im Gesamtbereich der Materialforschung an der Universität
Osnabrück. Das Graduiertenkolleg hat damit maßgeblich dazu beigetragen, dass der
Generationswechsel in den Osnabrücker Naturwissenschaften und die damit verbundene
neue Schwerpunktsetzung im Forschungsprogramm erfolgreich verläuft.
Die Forschungsergebnisse der zweiten Förderperiode sind in den Einzelberichten der in
dieser Zeit am Kolleg beteiligten Doktorandinnen und Doktoranden, Postdoktorandinnen
und Postdoktoranden in Anlage B ab Seite 38 dargestellt. Ausführlicher dokumentieren
die aus den Arbeiten des Graduiertenkollegs entstandenen Publikationen (Liste in
Anlage C ab Seite 155) die Forschungstätigkeit des Kollegs.

2 FORSCHUNGSERGEBNISSE 5
2.3 Wesentliches kurz gefasst
Im Folgenden werden einige der wesentlichen Ergebnisse aus den Promotionsprojekten
kurz skizziert [die Zitate beziehen sich auf die Liste der Publikationen in Anlage C ab
Seite 155].
Im Themenbereich Nichtlinearitäten in Bulkmaterialien befassten sich mehrere Projekte
mit dem Ferroelektrikum Strontium-Barium-Niobat (SBN), einem hochinteressanten
Material sowohl für Grundlagen- (Relaxor-Prototyp) wie auch für anwendungsorientierte
Forschung (große elektrooptische und nichtlinear optische Koeffizienten). Im Rahmen
von zwei Postdoc-Projekten wurden extrem reine Kristalle aus diesem Material – unter
anderem mit verschiedenen Fluoreszenzdotierungen [173] – in der Kristallzüchtungsabteilung
des Fachbereichs hergestellt und umfassend charakterisiert [112].
Im Promotionsprojekt Growth and characterization of Sr x Ba (1−x) Nb 2 O 6 konnte erstmals ein
präzises Liquidus-Solidus-Phasendiagramm für den gesamten Zusammensetzungsbereich
erstellt werden. Voraussetzung dafür war unter anderem eine im Projekt entwickelte
verbesserte Auswertung von Röntgenfluoreszenzdaten [65].
Dotierte Einkristalle aus Strontium-Barium-Niobat (SBN:Ce, SBN:Eu, SBN:Cr) wurden
im Projekt Initial scattering processes in the field of holographic scattering hinsichtlich der Natur
von initialen Lichtstreuprozessen untersucht, die den Aufbau photoinduzierter Lichtstreuung
verursachen [113, 174]. Mittels Untersuchungen zur Temperaturabhängigkeit
der Lichtstreuungprozesse konnte oberhalb der Burnstemperatur die Streuung von kohärentem
Pumplicht an züchtungsbedingten optischen Inhomogenitäten im Kristallvolumen
nachgewiesen werden [138]. Für geringere Temperaturen wurde der Einfluss der
ferroelektrischen Struktur, insbesondere als Funktion von Domänengröße und -dichte,
gezeigt.
Im Projekt Nonlinear optical and dielectric properties of undoped strontium barium niobate near
the phase transition wurde ein neuer nichtlinear optischer Effekt entdeckt und theoretisch
erklärt, der zu nichtkollinearer Frequenzverdopplung führt [40]. Der Effekt kann genutzt
werden, um radial polarisierte Lichtmoden zu generieren. Eine darauf basierende Lichtquelle
konnte zum Patent angemeldet werden [66].
Auf der Grundlage dieser neuartigen Frequenzkonversion wurde im Projekt Momentum
space spectroscopy of structural phase transitions ein neues Messverfahren entwickelt, die
k-Raum-Spektroskopie, mit dem es gelang, die Art des strukturellen Phasenübergangs von
der ferroelektrischen in die paraelektrische Phase in SBN zu klären [114]. Ebenfalls mit
diesem Messverfahren konnten erstmals die typischen Dimensionen von Volumendomänen
in SBN vermessen werden [139].
In dem derzeit noch nicht abgeschlossenen Projekt Nonlinear optical and dielectric properties
of calcium barium niobate wird die neue Untersuchungsmethode der k-Raum-Spektroskopie
– neben anderen – verwendet, um ein zu SBN nah verwandtes Material, Kalzium-Barium-
Niobat (CBN), näher zu charakterisieren. Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass der Phasenübergang
in CBN bei höherer Temperatur und mit weniger ausgeprägtem Relaxor-
Verhalten als in SBN verläuft, während die nichtlinear optischen Eigenschaften denen
von SBN entsprechen [195]. Damit ist CBN ein idealer Ersatz für SBN bei Anwendungen,

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die höhere Arbeitstemperaturen erfordern.
Die Ergebnisse der atomaren und elektronischen Strukturberechnungen im Projekt Defect
structure and optical properties of CaF 2 haben es ermöglicht, ein genaueres mikroskopisches
Verständnis des Einflusses von intrinsischen und extrinsischen Defekten in Selten-
Erd-Fluoriden des Typs CaF 2 auf die linearen und nichtlinearen optischen Eigenschaften
dieser Materialklasse zu gewinnen [92, 115, 116, 140, 141, 175, 176].
In Fe-dotiertem Lithiumniobat konnte im Projekt Generation of holographic scattering in
photorefractive crystals with intensive short laser pulses ein neuartiger photoinduzierter Lichtstreuprozess
nachgewiesen werden, der ausschließlich in Kristallen mit einer Dicke unterhalb
500 µm in Propagationsrichtung beobachtet wird. Es konnte gezeigt werden, dass
dieser Streuprozess aus dem Zusammenspiel der ferroelektrischen Domänenstruktur in
Lithiumniobat mit Vier-Wellen-Mischprozessen entsteht [142]. Bei Beleuchtung mit hoher
Pumplichtintensität wurde auf großen Zeitskalen eine Veränderung der bekannten
photoinduzierten Streulichtprozesse gefunden, insbesondere hinsichtlich der räumlichen
Verteilung der Streulichtintensität [143]. Dieses Verhalten lässt sich auf eine lokale Temperaturerhöhung
im durchstrahlten Kristallvolumen und damit auf das Einsetzen ionischer
Transportprozesse zurückführen.
Im Promotionsprojekt Dynamik von Solitonen wurden numerische Verfahren zur genäherten
Lösung von generalisierten nichtlinearen Schrödingergleichungen, die auf Hamilton’scher
Semi-Diskretisierung und symplektischer Integration beruhen, untersucht
und hinsichtlich ihrer Güte und Laufzeit verglichen. Dabei konnte unter anderem gezeigt
werden, dass eine trigonometrische Diskretisierung besonders leistungsfähige Algorithmen
ergibt, da in diesem Fall die zweite Ableitung durch eine schnelle Fourier-
Transformation berechnet werden kann.
Im derzeit noch laufenden Projekt Nonlinear generation of light in strontium barium niobate
werden verschiedene Möglichkeiten zur nichtlinearen Lichterzeugung und Lumineszenz
untersucht [196]. Es konnte erstmals experimentell nachgewiesen werden, dass das durch
nichtkollineare Verdopplung erzeugte radial polarisierte Licht bessere Fokussierungseigenschaften
besitzt als anders polarisierte oder unpolarisierte Moden. Weiterhin wurde
gezeigt, dass in geeignet dotiertem SBN Lumineszenzanregung mit der im Wirtsmaterial
selbst verdoppelten oder verdreifachten Laserfrequenz möglich ist.
Im Projekt Properties of one-dimensional spatial solitons in photorefractive media wurde das
Verhalten 1-dimensionaler photorefraktiver Solitonen studiert. Dabei konnte die Intensitätsabhängigkeit
des Solitonenprofils für analytische Näherungen, die in der Literatur
bislang nicht behandelt wurden, erfolgreich beschrieben werden. Es konnte gezeigt werden,
dass die Ergebnisse auf den Fall der sogenannten „dark solitons“ übertragen werden
können und hiermit beispielsweise das Solitonenprofil als Funktion der Propagationskoordinate
beschrieben werden kann [68]. Der geometrische Einfluss (ultra-)dünner dielektrischer
Schichten auf die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen wurde im Rahmen
des Projekts Reflection and transmission of a plane TE-wave at a lossless nonlinear dielectric film
with a permittivity depending on the transverse coordinate studiert. Dabei konnten Phasenfunktion,
Phasenverschiebungen bei Reflektion und Transmission sowie Reflektivitäten
und Absorptionsverhalten für den Fall ortsabhängiger und nichtlinearer Permittivitäten
abgeleitet werden [67].

2 FORSCHUNGSERGEBNISSE 7
Im Projekt Elliptic solutions of some nonlinear wave and evolution equations and their linear
superposition wurde eine kompakte mathematische Methode zur Konstruktion spezieller
Lösungen von nichtlinearen Wellen- und Entwicklungsgleichungen entwickelt [117, 118].
Die Ergebnisse konnten erfolgreich auf einige Beispiele angewendet werden [144, 145,
146], darunter zur Lösung der Wellengleichung für den 2-Solitonen-Fall [119]. Weiterführende
Möglichkeiten liegen insbesondere im Bereich von Mehr-Solitonen-Lösungen.
Die fortschreitende Nachfrage von Speicherkapazitäten in der Informationstechnologie
erfordert eine zunehmende Miniaturisierung der Speicherbauelemente und es werden
neue Materialien, sogenannte „advanced materials“ benötigt. Im Projekt An X-ray spectroscopic
study of novel materials for electronic applications wurden zum einen Seltenerd-
Skandate unter Einsatz von Synchrotronstrahlung der Advanced Light Source (Kalifornien)
erstmalig elektronisch charakterisiert [219]. Es handelt sich dabei um neue Materialien
mit hoher Dielektrizitätskonstante, sogenannte „High-k materials“, womit in Zukunft
deutlich kleinere Bauelemente realisiert werden können. Zum zweiten wurden Einkristalle
von LuFe 2 O 4 elektronisch und magnetisch charakterisiert und dabei die komplizierte
Kopplung der Spinsysteme aufgeklärt [224]. Dieses Material ist von besonderem
Interesse, da sich damit möglicherweise in Zukunft Spinzustände nur mit Spannung
schalten lassen. Zum dritten wurden an einer Serie von LaSrMnO 3 Kristallen die strukturellen
Phasenübergänge in Verbindung mit präzisen Röntgen-Zirkular-Dichroismus-
Messungen (XMCD) untersucht. Diese Materialien zeigen Kolossalen-Magneto-Widerstand
und eignen sich besonders für magnetische Speicherbauelemente, wobei hier der
Spinzustand mit Strom geschaltet werden kann.
Im Themenbereich Nichtlinearitäten in nano- und mesoskopischen Systemen wurden
verschiedene neue Messmethoden entwickelt und perfektioniert, mit denen dann
konkrete Systeme untersucht wurden.
Das wesentliche Ziel des Projektes High-resolution imaging of functionalized surfaces in air
and liquids war die Implementierung der frequenzmodulierten Rasterkraftmikroskopie
in Flüssigkeiten, um auch in Flüssigkeiten atomare Auflösung zu ermöglichen. Dieses
Ziel konnte erreicht und eindrücklich durch atomar aufgelöste Bilder von Calcitspaltflächen
demonstriert werden [197]. Neben Glimmer, das 2005 erstmalig mit dieser Technik
abgebildet wurde, ist Calcit somit die zweite Oberfläche, die mit frequenzmodulierter
Rasterkraftmikroskopie in Flüssigkeiten atomar aufgelöst werden konnte.
Lithiumtriborat-Einkristalle wurden im Rahmen des Projekts Investigation of optical destruction
thresholds in NLO crystals hinsichtlich des Auftretens laser-induzierter Schädigungen
an der Kristalloberfläche untersucht. Während der Summenfrequenzmischung
von infrarotem und grünem Pulslaserlicht zur Erzeugung intensiver ultravioletter Laserstrahlung
konnte die Veränderung der Kristalloberfläche mittels niedrig-kohärenter
Interferometrie und Mikroskopie in-situ detektiert werden. Damit und in Kombination
mit Photoelektronenspektroskopie sowie Rasterkraftmikroskopie ist es gelungen, den
Aufbau eines parasitären, Si-haltigen Films auf der Oberfläche nachzuweisen, der das
Strahlprofil des generierten Laserlichts nachhaltig beeinflusst [147].
Das laufende Projekt Nonlinear optofluidics with photoswitchable nitrosyl- and sulfoxide compounds
beschäftigt sich mit photoinduzierten Konformationsänderungen in den beiden
Substanzklassen der Nitrosylprussiate und der Sulfoxide und deren nichtlinear-optischen

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Eigenschaften. Mittels Pump-Probe-Techniken wurde die bekannte Photofunktionalität
von NP-Molekülen (Rotation des NO-Liganden) auch in wässriger Lösung bei Raumtemperatur
nachgewiesen. Bislang war die Photofunktionalität lediglich in molekularen
Einkristallen bei Temperaturen unterhalb von 100 K berichtet worden. Darauf aufbauend
wurde die Einbettung von NP-Molekülen an TiO 2 -Oberflächen mittels elektrostatischer
Kopplung studiert. In entsprechenden Dünnschicht-Proben zeigte sich, dass eine lichtinduzierte
Konformationsänderung der NO-Bindung nicht mehr nachgewiesen werden
konnte. Hingegen tritt eine lichtgesteuerte Abspaltung des NO-Liganden auf, die mittels
Massenspektrometrie nachgewiesen werden konnte. Ru-OSO-Komplexverbindungungen
weisen in Bezug auf den SO-Liganden eine vergleichbare photoinduzierte Konformationsänderung
wie in NP-Molekülen auf. Unsere optischen Untersuchungen zeigten für
diese Substanzklasse, dass die Lebensdauer um 5-6 Größenordnungen verlängert ist und
eine um einen Faktor 10 5 höhere Lichtsensitivität vorliegt [198]. Zudem konnten zwei
molekulare Zustände und das Alterungsverhalten der Moleküle nachgewiesen werden.
Im noch nicht abgeschlossenen Projekt Space-charge wave spectroscopy in (ultra-)thin semiconductors
wird die nichtlineare Wechselwirkung von Raumladungswellen in dünnen
Halbleiterschichten studiert [148, 199]. Im Vergleich zu Untersuchungen an Volumenkristallen
erforderte die Bearbeitung des Projektes eine Optimierung der Anregungs- und
Detektionsverfahren von Raumladungswellen. Hierzu konnte ein neuer optischer Aufbau
realisiert werden, bei dem Raumladungswellen mittels Überlagerung eines laufenden
und eines statischen Interferenzmuster optisch angeregt werden [149]. Es konnte
gezeigt werden, dass mit dieser Methode der Gütefaktor bei resonanter Anregung um
bis zu 50 % gesteigert werden kann. Darüber hinaus ist die Bestimmung des Vorzeichens
der am Transport beteiligten Ladungsträger erstmals möglich; dies ermöglicht die Analyse
der Raumladungswellen auch für den Sonderfall der Interbandanregung in Halbleitern
[177].
Lithiumniobat wurde im Projekt Properties of defect-bound polarons located in the near-surface
of oxide crystals hinsichtlich der optischen Anregung kleiner gebundener Polaronen, deren
Transport- und Rekombinationsverhalten mittels transienter Absorptionsspektroskopie
untersucht [200]. Die experimentelle Studie führte auf den Nachweis optisch angeregter,
kleiner freier Polaronen im nahen infraroten Spektralbereich [201], zeigte die Möglichkeit,
die Eigenschaften kleiner Polaronen durch thermische Reduktionsverfahren zu steuern
[150] und zeigte den Einfluss photounempfindlicher Dotierungen [178]. In periodisch
gepolten Y-dotiertem Lithiumniobat-Kristallen ist es damit gelungen, das vergleichsweise
komplexe Zusammenspiel optisch angeregter Elektron- und Lochpolaronen und deren
Rekombinationsdynamik zu beschreiben.
Die linearen und nichtlinearen optischen Eigenschaften des Membranproteins Bakteriorhodopsin
(BR) sind durch die Wechselwirkung des Retinals mit der Proteinumgebung
bestimmt. Im Projekt Nonlinear optical properties of modified bacteriorhodopsins wurde experimentell
und mittels QM/MM Methoden (quantum mechanics/molecular mechanics)
der Einfluss benachbarter aromatischer Aminosäuren auf die Hyperpolarisierbarkeit
des Retinals untersucht. Die zeitaufgelöste Messung der Hyper-Rayleigh-Streuung
nach Lichtanregung des BR zeigte eine bisher nicht beschriebene Relaxation, die auf eine
Änderung der Nahordnung der Membranproteine zurückzuführen ist. Lichtinduzierte

2 FORSCHUNGSERGEBNISSE 9
Konformationsänderungen des Bakteriorhodopsins und des verwandten Sensorischen
Rhodopsins wurden charakterisiert [151].
Die Untersuchung von ferromagnetischen Eigenschaften ultradünner Metall- und Oxidschichten
steht im Zentrum der Forschungsaktivität des noch nicht abgeschlossenen Projekts
Correlations between the atomic structure and the magnetic properties of ultrathin ferromagnetic
films. Hierzu werden ultradünne Co-Schichten sowie epitaktische Fe-und Magnetitschichten
auf inerten Substraten (MgO, Glas) mittels Molekularstrahltechniken hergestellt.
Die ferromagnetischen Eigenschaften der Schichten werden mit Hilfe des magnetooptischen
Kerreffekts (MOKE) untersucht. Durch Variation der Orientierung des äußeren
Magnetfeldes (Vektor-MOKE) und der kristallographischen Ausrichtung der Schichten
in der Einfallsebene sowie der Berücksichtigung quadratischer Effekte (Q-MOKE)
wird das Verhalten der Schichtmagnetisierung im äußeren Magnetfeld untersucht. Dadurch
konnten entscheidende Unterschiede im Verhalten der Magnetisierung für magnetisch
schwere und leichte Achsen detailliert untersucht werden. Zurzeit wird untersucht,
wie die magnetischen Eigenschaften der Schichten mit ihren kristallographischen
Eigenschaften zusammenhängen. Hierzu werden Röntgenuntersuchungen an Synchrotronstrahlungsquellen
(DESY, DELTA) durchgeführt.
Die Erforschung des Materialsystems Praseodymoxid-Silizium steht im Mittelpunkt der
Aktivitäten des Projekts Growth and characterization of semiconductor insulator nanostructures.
Hierbei werden ultradünne Praseodymoxidschichten epitaktisch auf Si-Substraten
abgeschieden, wobei die Oxidschichten je nach Stöchiometrie unterschiedliche Phasen
aufweisen [179]. Das Interesse an diesem System ist darin begründet, dass Praseodymoxid
einerseits eine hohe Dielektrizitätskonstante hat und andererseits die unterschiedlichen
kristallographischen Phasen von Praseodymoxid gitterangepasst zu Si sind. In diesem
Projekt wird die Stabilität von Praseodymoxidschichten bei verschiedenen Umgebungsbedingungen
untersucht, wobei insbesondere die Auswirkungen auf die strukturellen
Eigenschaften von Oberfläche und „Volumen“ mit Elektronen- bzw. Röntgenbeugung
(Untersuchungen mit Synchrotronstrahlung (DESY, Hamburg)) untersucht werden.
Hierbei konnten wir strukturelle Phasenumwandlungen (durch Sauerstoffleerstellen)
[202, 203] sowie die Entstehung amorpher Silikat-Zwischenschichten nachweisen
und charakterisieren [204]. Zurzeit wird untersucht, inwieweit diese (unerwünschte) Silikatbildung
dadurch verhindert werden kann, dass vor der Beschichtung mit Praseodymoxid
die Si-Substrate mit Bor oder Chlor passiviert werden.
Die Struktur und Morphologie von Magnetitschichten, die auf verschiedenen Substraten
epitaktisch abgeschieden werden, wird in dem Projekt Structure of thin magnetite films on
different substrates untersucht, da Magnetit aufgrund seines Ferrimagnetismus’ als Spininjektionsmaterial
in der Halbleiterelektronik von großem Interesse ist. Da aber bei der
direkten Deposition von Magnetitschichten auf Si-Substraten unerwünschte Grenzflächenreaktionen
auftreten, sollen Si-Substrate vor der Magnetitdeposition mit Bor oder
MgO-Schichten passiviert werden. Daher wurde in diesem (noch nicht abgeschlossenen)
Projekt zunächst die Änderung der Si-Oberflächenmorphologie durch B-Segregation bei
hoch-B-dotierten Si-Substraten mit Elektronenbeugung untersucht. Hierbei wurde nachgewiesen,
dass sich je nach Präparation die Oberfläche umwandelt und charakteristische
Stufenbündel sowie sehr große, flache Terrassen entstehen. In weitergehenden Experi-

10 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
menten wird zurzeit das epitaktische Wachstum von Magnetit auf MgO-Schichten untersucht.
Im Rahmen des Projektes Energietransport in Quantenketten mit nichtlinearen Kopplungen
wurden eindimensionale, modulare Quantensysteme bzgl. der Frage nach diffusivem
Transportverhalten untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass, obwohl es sich hier um
kleine endliche Systeme handelt, das Transportverhalten im Rahmen einer speziellen
Boltzmanngleichung beschrieben werden kann [152, 153]. Die hier gewonnenen Erkenntnisse
wurden auch zur Analyse von elektronischen Lebensdauern in Metallen genutzt [205].
Für das Projekt Transport through one-dimensional nanowires on surfaces wurde zunächst
Methodenentwicklung betrieben [180, 206]. Es konnten wohlkontrollierte Projektionsoperatoransätze
gefunden werden, welche geeignet sind, das dynamische Verhalten komplexer,
niedrigdimensionaler elektronischer Systeme auf Boltzmanngleichungen abzubilden.
Diese wurden dann genutzt um Leitfähigkeiten ballistischer Quantendrähte unter
Kopplung an (Oberflächen-)Phononen zu bestimmen.
2.4 Perspektiven
Die zweite Förderperiode des Graduiertenkollegs hat den Generationswechsel bei den
Hochschullehrerinnen und Hochschullehrern der Physik und Chemie in Osnabrück in
struktureller und inhaltlicher Sicht in idealer Weise begleitet: Neue Kolleginnen und
Kollegen konnten durch die Erweiterung der Forschungsthematik auf Nanomaterialien
und mesoskopische Systeme mit neuen Projekten integriert werden. Dabei ist es gelungen
Fragestellungen aus dem Gebiet der Photorefraktiven Nichtlinearitäten und der
Frequenzkonversion – neben Bulk-Kristallen – auch an Grenz- und Oberflächen sowie an
Molekülen zu studieren. Hierbei war ein wesentlicher Aspekt die Entwicklung neuer Methoden,
die anhand der Erkenntnisse der Ergebnisse der ersten Förderperiode entwickelt
und aufgebaut werden konnten. Auch wurde das Spektrum an interessanten Materialien
mit (neuartigen) Nichtlinearitäten signifikant erweitert. Die im Einrichtungsantrag
und in den beiden Forsetzungsanträgen formulierten Ziele des Graduiertenkollegs sind
damit weitgehend erreicht und teilweise übertroffen worden.
Die neuen methodischen Ansätze und die neu hinzugekommenen Systeme werden die
Forschungstätigkeiten des Fachbereichs auch nach dem Auslaufen des Graduiertenkollegs
prägen. Neben den bereits erzielten – teilweise bemerkenswerten – Resultaten, haben
sich an verschiedenen Stellen interessante neue Fragestellungen ergeben, die im Rahmen
von Einzelvorhaben oder Gruppenanträgen weiterverfolgt werden können. So ist
unter anderem der Bereich der optischen Eigenschaften funktionaler Moleküle, hier am
Beispiel des Membranproteins Bakteriorhodopsin und der Nitrosyl- oder Sulfoxid-Komplexverbindungen,
zu nennen. In diesen Systemen wurden charakteristische Abhängigkeiten
der zugehörigen Photofunktionalität von der umgebenden komplexen dielektrischen
Struktur gefunden, deren Ursache bislang ungeklärt und für verschiedene Anwendungsgebiete
molekularer Schalter bedeutend ist. In methodischer Hinsicht hat das Graduiertenkolleg
die Etablierung neuer Methoden zur Untersuchung von Nanomaterialien
und mesoskopischen Systemen initiiert, die den verschiedenen Arbeitsgruppen in den
kommenden Jahren zur Verfügung stehen und die insgesamt gesehen ein breites Spek-

3 QUALIFIZIERUNG, BETREUUNG UND KOOPERATIONEN 11
trum komplementärer Methoden darstellen. Die Weiterentwicklung besonders empfindlicher
Techniken wird es ermöglichen, dass insbesondere niedrigdimensionale Dielektrika
bzw. Moleküle im Zentrum zukünftiger Forschungsvorhaben stehen werden.
Perspektivisch gesehen kann daher – ausgehend vom Graduiertenkolleg – eine weiterhin
enge Kooperation zwischen experimentell und theoretisch arbeitenden Physikern,
Biophysikern und Chemikern sowohl aus inhaltlicher als auch methodischer Sicht erwartet
werden. Wesentliche Grundlagen wurden für den weiteren Ausbau des Forschungsschwerpunkts
‚Komplexe dielektrische Materialien‘, einem angestrebten Profilelement
der Universität Osnabrück, geschaffen. Es ist abzusehen, dass die durch das Graduiertenkolleg
geförderte enge Kooperation in den Osnabrücker Materialwissenschaften auch
weiterhin innovative kohärente Forschungsprogramme initiieren wird.
3 Bilanz zur Qualifizierung, Betreuung und Kooperationen des
Kollegs
Die wissenschaftliche Arbeit im Kolleg wurde durch eine intensive Betreuung der Promotionsarbeiten
unterstützt und durch ein strukturiertes Qualifizierungs- und Ausbildungsangebot
für die Kollegiatinnen und Kollegiaten begleitet.
3.1 Qualifizierungsprogramm
Die kohärente Thematik des Graduiertenkollegs machte es möglich, ein gezieltes strukturiertes
Qualifizierungprogramm im Kolleg anzubieten. Das Kolleg verfolgte dabei ein
abgestuftes Konzept (Inhalte aus dem allgemeinen Lehrprogramm der beteiligten Fächer,
spezielle Veranstaltungen des Graduiertenkolleg und kollegübergreifende Angebote),
das sich sehr gut bewährt hat. Dadurch konnten die vergleichsweise knappen Ressourcen
in der Lehre optimal genutzt werden.
Lehrveranstaltungen zur engeren Thematik des Graduiertenkollegs wurden von den betreuenden
Wissenschaftlern angeboten. Zentrales Element war eine vierteilige Ringvorlesung
über Nichtlinearitäten optischer Kristalle, die im zweijährigen Zyklus gelesen wurde.
In dieser Ringvorlesung wurden experimentelle und theoretische Grundlagen zu den
verschiedenen Projekten des Kollegs vermittelt.
Die einzelnen Teile der Ringvorlesung sind weitgehend unabhängig voneinander; dies
und der zweijährige Zyklus ermöglichte einen relativ problemlosen Übergang zwischen
aufeinander folgenden Promovierendengenerationen. Zu allen Teilen der Ringvorlesung
wurden ausführliche buchartige Skripten verfasst, die die Mit- und Nacharbeit bei den
Vorlesungen erleichtern (verfügbar über die Internet-Seite des Kollegs http://grk.
physik.uni-osnabrueck.de). Durch die ausführlichen Skripten wurde es den Kollegiatinnen
und Kollegiaten auch ermöglicht, sich den Vorlesungsstoff selbständig zu
erarbeiten (wichtig z. B. bei Auslandsaufenthalten oder bei ungünstigem Starttermin im
Kolleg).
Ein ganz wesentliches Studienelement war das Seminar des Graduiertenkollegs, das wäh-

12 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
rend den Vorlesungszeiten jede Woche zweistündig stattfand. Darin referierten die Kollegiatinnen
und Kollegiaten regelmäßig über den Fortgang ihrer Arbeiten. Daneben trugen
die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Kollegs und Gäste über spezielle
Themen vor. Auch dieses Element des Studienprogramms hat sich außerordentlich bewährt.
Insbesondere die Vorträge der Promovierenden im Seminar führten zu intensiven
Diskussion, die neue Ideen brachten und halfen, Schwierigkeiten und Probleme bei den
einzelnen Vorhaben zu überwinden. Die Zusammenarbeit von verschiedenen Arbeitsrichtungen
im Kolleg hat sich hier als sehr hilfreich erwiesen.
Gute Erfahrungen wurden auch mit den tagungsartigen Workshops des Graduiertenkollegs
gemacht. Es hat sich gezeigt, dass je nach thematischem Umfang sowohl kleine –
etwa eintägige – wie auch größere – mehrtägige – Workshops sinnvoll sind. Die Vorträge
auswärtiger Expertinnen und Experten und die anschließenden Diskussionen haben den
Kollegiatinnen und Kollegiaten in vielfältiger Weise in ihrer Arbeit weiter geholfen.
Als neues Element wurden ab 2003 eintägige Klausurseminare ins Studienprogramm
aufgenommen, in denen – sehr kompakt und aktuell – die Kollegiatinnen und Kollegiaten
über den Stand ihrer Arbeiten vortragen. Sie wurden von der Graduiertenschule
(s. u.) mit organisiert und fanden in der Umgebung von Osnabrück statt, an Plätzen, die
auch kulturell interessant sind. Die Kollegiatinnen und Kollegiaten – insbesondere die internationalen
– erhalten somit die Möglichkeit, verbunden mit intensivem wissenschaftlichen
Gedankenaustausch auch die regionalen Spezifika Osnabrücks näher kennen zu
lernen.
Weitere wesentliche Elemente des Qualifizierungsprogramms waren verschiedene Angebote
zur außerfachlichen Kompetenzerweiterung, wie beispielsweise Sprachkurse, die
kollegübergreifend mit dem zentralen Sprachenzentrum der Universität organisiert wurden.
3.2 Betreuungskonzept
Die enge inhaltliche Vernetzung zwischen den einzelnen Projekten im Kolleg machte es
möglich, dass jedem Projekt in der Regel mehr als eine betreuende Person zugeteilt werden
konnte. Dies führte zu einer intensiven und vielseitigen Betreuung der Doktorandinnen
und Doktoranden im Kolleg und ist sicher mit ein Grund dafür, dass es gelang,
schon in der ersten Förderperiode die mittleren Promotionszeiten auf etwa 3,2 Jahre zu
verkürzen. Im Vergleich dazu lag die mittlere Promotionsdauer in Osnabrück vorher bei
etwa 4,8 Jahren, deutschlandweit bei etwa 4,9 Jahren.
Die intensive Betreuung im Kolleg wurde ergänzt durch eine Graduiertenschule, die als
Einrichtung der Physik gegründet wurde (http://www.igs.uni-osnabrueck.de),
später auf die Naturwissenschaften in Osnabrück ausgedehnt wurde (http://www.
gsnat.uni-osnabrueck.de). Von der Graduiertenschule wurden Betreuungsaufgaben
übernommen, die kollegübergreifenden Charakter haben (über das zentrale Sprachenzentrum
der Universität organisierte Deutsch- und Englischkurse, Hilfe bei Wohnungs-,
Versicherungs- und ähnlichen Problemen). Die einzelnen Kollegs wurden dadurch
von diesen Aufgaben entlastet und konnten sich im Wesentlichen auf die fachs-

3 QUALIFIZIERUNG, BETREUUNG UND KOOPERATIONEN 13
pezifische wissenschaftliche Betreuung konzentrieren. Inzwischen werden diese kollegübergreifenden
Betreuungsaufgaben vom Osnabrücker Zentrum für Promovierende wahrgenommen
(s. u.).
3.3 Einfluss des Kollegs auf die Universität
Graduiertenkollegs – wie auch andere Förderinstrumente der Deutschen Forschungsgemeinschaft
– haben Vorbildcharakter und prägen so die universitäre Entwicklung. Durch
die intensive nachhaltige Betreuung wurde im Kolleg eine Straffung und Verkürzung der
Promotion erreicht, die zu einem deutlichen Wettbewerbsvorteil der Absolventinnen und
Absolventen führt. Um dies in allen Fachgebieten zu erreichen, wurde im Januar 2009 das
Osnabrücker Zentrum für Promovierende gegründet, das wesentliche Betreuungselemente
aus dem Graduiertenkolleg weiter führt. Das Graduiertenkolleg war bei der Konzeption
des Zentrums maßgeblich beteiligt, der Sprecher des Graduiertenkollegs ist Mitglied im
Leitungsboard des Zentrums. Details sind in der Internetdarstellung zusammengefasst
http://www.zepros.uni-osnabrueck.de.
3.4 Gleichstellungsmaßnahmen
Wie in allen technischen Naturwissenschaften sind auch in der Physik Frauen deutlich
unterrepräsentiert. Zudem nimmt der Frauenanteil mit der Qualifikationsstufe ab. Um
diese Situation zu verbessern, hat das Graduiertenkolleg von Anfang an bei allen Einstellungen
darauf geachtet, dass Frauen bei gleicher Eignung bevorzugt wurden. Auf
diese Weise konnten exzellente engagierte Kollegiatinnen für das Kolleg gewonnen werden,
während der Laufzeit konnte ein Frauenanteil von etwa 20 % erreicht werden. Ein
weiteres Ergebnis unserer Bemühungen um eine stärkere Stellung der Frauen in den Naturwissenschaften
war, dass die Deutsche Physikerinnentagung 2007 in Osnabrück ausgerichtet
wurde, unter maßgeblicher Beteiligung des Graduiertenkollegs (http://www.
physikerinnentagung.de/dpt07/). Für seine exzellente Leistungen wurde das Organisationsteam
der Tagung, dem auch alle Kollegiatinnen des Graduiertenkollegs angehörten,
mit dem Förderpreis des Verkehrsvereins Stadt und Land Osnabrück ausgezeichnet.
3.5 Kooperationen und Gäste
Die Möglichkeit, im Rahmen des Graduiertenkollegs auswärtige Gastwissenschaftlerinnen
und Gastwissenschaftler zu Forschungs- und Lehraufenthalten (typischerweise für
einen Zeitraum zwischen zwei und vier Wochen) einzuladen, hat die Entwicklung des
Kollegs und seine Vernetzung im internationalen Bereich in sehr starkem Maße befördert.
Neben der direkten Mitarbeit solcher Gäste in den konkreten Projekten der Promovierenden
haben diese Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler durch ihre Beteiligung
an den Seminaren, Kolloquien und Workshops wichtige Beiträge zum Studienprogramm
des Kollegs geleistet.

14 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695

A TABELLEN 15
Anhang zum Abschlussbericht
A
Tabellen
A.1 Doktorandinnen und Doktoranden
Auf den folgenden Seiten sind die Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs
tabellarisch aufgelistet. Aus datenschutzrechtlichen Gründen sind die Promotionsnoten
nicht mit aufgeführt.

16 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
1a: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: finanziert durch Kollegmittel der DFG
Name Titel der
Dissertation
Bartsch,
Christian
Bastwöste,
Kathrin
Bruns,
Daniel
Cambell,
Michael
Cantera
Lopez,
Homero
David,
Călin
A projection operator
approach to
transport properties
of closed quantum
systems
Initialstreuprozesse
bei der holographischen
Streuung
Characterization
of thin magnetite
films on different
substrates
Structural and electronic
properties of
Doped Silicon Clusters
Optical and Dielectric
Properties of
SrxBa1−xNb2O6
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Gemmer Dipl. Physik,
Osnabrück,
09.10.06
Imlau Dipl. Physik,
Osnabrück,
Wollschläger
09/03
Dipl. Physik,
Osnabrück,
30.09.08
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
01.11.06 15.10.06 –
14.10.09
01.01.04 –
07.11.06
01.10.08 01.12.08 –
31.12.09
Walder 01.11.05 –
30.11.05
Borstel M. Sc. Physics,
15.11.07 –
San Luis Potosi
31.12.09
Mexico,
28.08.07
Wöhlecke Klausenburg,
01.10.01 –
06/99
30.09.04
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
motion
02/10 Seite 39
Fundstelle
Einzelbericht
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Pro-
07.11.06 Referendariat
Gymnasium
Seite 41
12/11 Seite 46
10/10 Seite 51
14.12.04 wissenschaftl.
Mitarbeiter,
Universität
Lleida, Spanien
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

A TABELLEN 17
1a: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: finanziert durch Kollegmittel der DFG
Name Titel der
Dissertation
Diekmann,
Volker
Filippov,
Oleg
Gevers,
Sebastian
Gubaev,
Airat
Nonlinear optofluidics
with
photoswitchable
nitrosyl- and sulfoxide
compounds
Vectorial beam
coupling in fast
photrefractive crystals
with ACenhanced
response
Light-induced absorption
changes
in the visible and
infrared range in
ferroelectric
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Imlau Dipl. Physik,
Osnabrück,
07.06.07
Ringhofer Moskau,
01/99
Growth and Characterization
of Semiconductor
Insulator
Nanostructures
Wollschläger
Dipl. Physik,
Osnabrück,
11.09.07
Kapphan Kazan,
06/02
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
01.07.07 –
31.12.09
15.11.01 –
14.11.04
01.10.07 –
31.12.09
01.12.02 –
30.11.05
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
motion
07/10 Seite 54
Fundstelle
Einzelbericht
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Pro-
20.09.04
12/10 Seite 57
09.12.05
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

18 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
1a: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: finanziert durch Kollegmittel der DFG
Name Titel der
Dissertation
Hage,
Peter
Hausfeld,
Stefan
Heine,
Urs
Hilling,
Burkhard
Homann,
Felix
Kadiroglu,
Mehmet
Dynamik von Solitonen
Untersuchung ferroelektrischer
Domänen
und optischer
Effekte in
Calcium-Barium-
Niobat
Raumladungswellen
in Silleniten
Nonlinear wave
equations and solitons
Transport und Relaxation
in Quantenmodellen
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Schmidt Dipl. Phys.,
Osnabrück,
10/95
Reichling Dipl. Phys.,
Osnabrück,
09/04
Betzler Dipl. Phys.,
Osnabrück,
10/07
Imlau Dipl. Phys.,
Osnabrück,
01.08.07
Schmidt Dipl. Phys.
Osnabrück,
08/94
Gemmer Dipl. Phys.,
Osnabrück,
1.07.05
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
01.03.04 –
28.02.07
01.06.05 –
31.05.08
01.10.07 –
31.12.09
01.09.07 01.02.08 –
31.12.09
01.04.01 –
31.03.04
01.09.05 01.08.05 –
31.07.08
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Promotion
Fundstelle
Einzelbericht
Seite 62
09/10 Seite 64
09/10 Seite 67
10/04
24.11.09 Seite 70
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

A TABELLEN 19
1a: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: finanziert durch Kollegmittel der DFG
Name Titel der
Dissertation
Kislova,
Inna
Krasnaberski,
Aliaksei
Kuschel,
Timo
Lapine,
Mikhail
Lichtinduzierte
Absortionsänderung
in ferroelektrischen
Kristallen
Nonlinear optical
properties of bacteriorhodopsin
Correlations between
the atomic
structure and the
magnetic properties
of ultrathin ferromagnetic
films
Microwave interactions
in nonlinearmetamaterials
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Kapphan Twer,
08/99
Steinhoff Jena,
06/03
Wollschläger
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Dipl. Phys.,
Osnabrück,
28.09.07
Ringhofer Moskau,
06/97
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
01.08.01 –
31.10.02
01.05.04 –
30.04.07
01.10.07 –
30.06.08
01.11.01 –
31.10.04
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
01/08 Forschung,
LIMO Lissotschenko
Mikrooptik
GmbH, Dortmund
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Promotion
10/04
Fundstelle
Einzelbericht
Seite 72
10/10 Seite 73
15.07.04
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

20 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
1a: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: finanziert durch Kollegmittel der DFG
Name Titel der
Dissertation
Lemmer,
Michaela
Lübbe,
Jannis
Möller,
Stefan
Space-charge wave
spectroscopy of
wide bandgap semiconductors
Untersuchung von
dielektrischen Systemen
mit einem
auf höchste
Messempfindlichkeit
optimierten
Nichtkontakt-
Rasterkraftmikroskop
Investigation of
optical destruction
thresholds in
NLO crystals
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Imlau Dipl. Phys.,
Osnabrück,
19.09.05
Reichling M. Sc. Physik
mit Informatik,
Osnabrück,
2.01.08
Imlau Dipl. Phys.
Osnabrück,
18.02.05
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
01.10.05 –
30.09.08
01.04.08 –
31.12.09
01.04.05 01.10.07 –
31.12.07
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
24.10.08 Wissenschaftliche
Mitarbeiterin
im MEx-
Lab Physik der
Westfälischen
Wilhelms-
Universität
Münster
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Promotion
Fundstelle
Einzelbericht
Seite 78
04/11 Seite 82
06.06.08 Laserunternehmen,
Frequenzkonversion
in optisch
nichtlinearen
Kristallen
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

A TABELLEN 21
1a: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: finanziert durch Kollegmittel der DFG
Name Titel der
Dissertation
Müller,
Manfred
Nickel,
Julia
Niemer,
Alexander
Wechselwirkung
von Licht mit ferroelektrischen
Domänen
in Lithiumniobat
Elliptic solutions
to some nonlinear
wave and evolution
equations and
their superposition
Nichtlineare Lichterzeugung
und
Lumineszenz an
Störstellen in SBN
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Buse Dipl. Physik,
Osnabrück
Schürmann 1. Staatsexamen
Gymnasial–
lehramt
(Math./ Phys.),
Osnabrück
Nov. 03
Betzler M. Sc. Phys.
Osnabrück,
15.11.08
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
01.01.01 –
31.12.03
01.01.04 –
31.12.06
15.11.08 –
31.12.09
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
07/04 Philips, Eindhoven
06.10.06 Studienreferen–
darin (01.11.06
– 31.10.08),
Studienrätin
am Gymnasium
(seit
01.11.08)
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Promotion
Fundstelle
Einzelbericht
Seite 84
02/11 Seite 89
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

22 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
1a: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: finanziert durch Kollegmittel der DFG
Name Titel der
Dissertation
Prinz,
Manuel
Ptacek,
Pavel
Rahe,
Florian
X-ray spectroscopic
and magnetic
investigations
of selected
manganesecontaining
molecular
high-spin complexes
Kristallfeldanaylse
Europium dotierter
nanokristalliner
Materialien
Nichtlineare Wechselwirkungen
von
Raumladungswellen
in photorefraktiven
Kristallen
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Neumann Dipl. Phys.,
Osnabrück,
09/05
Haase „Anwendung
von Naturwissenschaften“
Technische
Hochschule
Prag
Diplom
15.02.2002
Krätzig Dipl. Phys.,
osnabrück,
10/98
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
01.10.05 –
31.03.06
01.08.05 –
31.07.08
01.01.01 –
31.12.03
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
30.06.09 Weiterbildung
zum Medizinphysiker
Leitende
Funktion (Abteilungsleiter)
bei OSRAM in
Berlin
06.02.04 –ROSEN Inspection,
Lingen
–Amazonen-
Werke, Hasbergen
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Promotion
Fundstelle
Einzelbericht
Seite 93
Seite 96
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

A TABELLEN 23
1a: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: finanziert durch Kollegmittel der DFG
Name Titel der
Dissertation
Räkers,
Michael
Rednic,
Vasile
Rianasari,
Ina
Rode,
Sebastian
An x-ray spectroscopic
study of novel
materials for
electronic applications
Investigation of
electronic and magnetic
structure of
advanced magnetic
materials
Inkjet Structuring
on electrode surfaces
High-resolution
imaging of functionalized
surfaces
in air and liquids
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Neumann Dipl. Phys.,
Osnabrück,
18.08.05
Neumann M.Sc. Phys.,
Cluj-Napoca
2005
Walder M. Sc. Applied
Polymer
Science, Martin
Luther University
Halle - Wittenberge,
03/05
Kühnle Dipl. Phys.,
Osnabrück
03/08
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
01.09.05 –
31.08.08
1.10.2005 01.04.07 –
30.09.07
01.01.06 –
31.12.08
01.03.08 –
30.09.09
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
29.05.09 Physiker, Genehmigung
URENCO
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Promotion
Fundstelle
Einzelbericht
Seite 98
18.01.10 Seite 100
30.11.09 Seite 103
03/11 Seite
105
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

24 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
1a: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: finanziert durch Kollegmittel der DFG
Name Titel der
Dissertation
Schoke,
Bettina
Optisch erzeugte
kleine Polaronen
in Lithiumniobat:
Untersuchungen
zum Einfluss homogener
und periodisch
modulierter
Konzentrationen
von intrinsischen
und extrinsischen
Defekten auf das
Zeitverhalten der
transienten polaronischen
Absorption
Schwalenberg,
Simon
Energietransfer
und Lichtverstärkung
bei der holographischen
Streuung
in photorefraktiven
Kristallen
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Imlau Dipl. Phys.,
Osnabrück
08/06
Krätzig,
Imlau
Dipl. Phys.,
Osnabrück,
08/02
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
01.10.06 –
31.03.08
01.01.03 01.01.04 –
31.12.05
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
motion
05.02.10 Seite 108
Fundstelle
Einzelbericht
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Pro-
06.12.05 Osram Sylvania,
Regensburg
Seite 112
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

A TABELLEN 25
1a: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: finanziert durch Kollegmittel der DFG
Name Titel der
Dissertation
Selinger,
Andreas
30.06.08 TÜV Hannover
Shchelokovskyy,
Pavlo
Shi,
Hongting
Sils,
Jannis
Generation of holographic
scattering
in photorefractive
crystals with intensive
short laser
pulses
Magnetic solitions
in magnetic molecules
Optical properties
of nano-sized
Perovskite particles
Intrinsic and extrinsic
defects in
high-purity fluorite
for optical applications
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Imlau Dipl. Phys.,
Osnabrück,
25.03.04
Schnack Kharkiv,
02/00
Borstel M. Sc. Phys.
Uni Tsinghua,
Peking
Reichling Lettland,
06/97
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
15.01.07 –
14.05.07
01.12.01 –
30.11.04
01.03.04 –
28.02.07
01.03.04 –
31.12.06
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
10.12.04
23.04.07 Dozent für
Physik an der
Technischen
Universität
Peking/China
30.04.08 Mitarbeiter
der Firma
Lissochenko
Optik Micro-
Optics GmbH,
Dortmund
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Promotion
Fundstelle
Einzelbericht
Seite 119
Seite 124
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

26 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
1a: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: finanziert durch Kollegmittel der DFG
Name Titel der
Dissertation
Fundstelle
Einzelbericht
Svetogorova,
Elena
Sydoruk,
Oleksiy
Reflection and
transmission of a
plane TE-wave at
a lossless nonlinear
dielectric film
with a permittivity
depending on the
transverse coordinate
Wave mixing in
nonlinear metamaterials
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Schürmann Moskau,
06/01
Shamonina M. Sc. Radiophsik
und Elektrotechnik,
Tarass
Schewchenko
Uni, Kiew,
Ukraine, 2004
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
01.09.01 –
31.08.04
01.09.04 –
31.03.07
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
31.05.07 2007-2008:
wissenschaftlicher
Mitarbeiter,
Fachbereich
Physik,
Uni Osnabrück
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Promotion
24.09.04
Seite 126
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

A TABELLEN 27
1a: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: finanziert durch Kollegmittel der DFG
Name Titel der
Dissertation
Tunyagi,
Arthur
Ulex,
Michael
Voit,
Kay-
Michael
Nonlinear optical
and dielectric propertis
of undoped
Strontium-Barium-
Niobate near the
phase transition
Growth and characterization
of
SrxBa1−xNb2O6
crystals with x ranging
from 0.2 to
0.8
Theoretische nichtlineare
Molekülund
Festkörperoptik
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Betzler Klausenburg,
06/00
Betzler Berlin,
04/89
Imlau Dipl. Phys.,
Osnabrück,
04/08
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
01.09.01 –
31.08.04
01.05.01 –
30.04.04
01.08.08 01.03.09 –
31.12.09
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
14.09.04 Wissenschaftler
„Cercetător“,
Babes-Bolyai-
Universität,
Klausenburg
18.06.04 Lehrer, Freie
Waldorf-
Schule Minden
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Promotion
Fundstelle
Einzelbericht
07/11 Seite 135
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

28 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
1a: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: finanziert durch Kollegmittel der DFG
Name Titel der
Dissertation
Völker,
Uwe
Wichterich,
Hannu
k-space spectroscopy
to characterize
ferroelectrics
using the example
of strontium barium
niobate
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Betzler M.Sc. Physik
mit Informatik,
Osnabrück,
05/05
Gemmer Dipl. Phys.,
Osnabrück,
11.04.07
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
01.07.05 –
30.06.08
01.07.07 –
30.09.07
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
10.06.08 wissenschaftlicher
Mitarbeiter
am FB
Physik, Uni
Osnabrück, finanziert
durch
das GRK (bis
05/2009) -
wissenschaftlicher
Mitarbeiter
am
Institut für
Technische
Physik, Deutsches
Zentrum
für Luft- und
Raumfahrt,
Stuttgart (ab
06/2009)
Doktorand
am University
College
London
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Promotion
Fundstelle
Einzelbericht
Seite 130
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

A TABELLEN 29
1a: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: finanziert durch Kollegmittel der DFG
Name Titel der
Dissertation
Wirp,
Albert
Yuskaeva,
Kadriya
Optical frequency
conversion in oxide
waveguides
On the theory of
TM electromagnetic
waves guided
by an anisotropic
nonlinear slab of
three layers
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Kip Dipl. Phys.,
Osnabrück,
24.07.01
Schürmann Dipl. Angewandte
Mathematik,
Penza,
Russland, Penzauer
Staatl.
Universität,
31.06.03
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
01.08.01 –
31.07.04
01.10.07 –
30.09.10
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
Alseda Consulting,
Frankf. a.M.
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Promotion
Fundstelle
Einzelbericht
11/10 Seite 138
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

30 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
1b: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: anderweitig finanziert auf deutscher Seite
Name Titel der
Dissertation
Geisler,
Andreas
Gellner,
Magdalena
Hesmer,
Frank
On the theory of
planar and cylindrical
dielectric
waveguides with
photorefractive
nonlin-earities
Optische Eigenschaften
und Herstellung
von Metallnanopartikeln
und deren Anwendungen
in der Ramanspektroskopie
Untersuchung
von Wellenphänomenen
in Metamaterialien
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Schürmann Hannover,
07/94
Schlücker Nanostrukturtechnik,
Uni Würzburg,
Diplom-
Ingenieurin,
07/07
Shamonina Dipl. Phys.,
Osnabrück,
02/04
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
01.12.02 –
30.09.04
07/07 02.01.09 –
31.12.09
01.05.04 –
30.04.07
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
22.09.04 Gymnasiallehrer
Osnabrück
07/10
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Promotion
Fundstelle
Einzelbericht
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

A TABELLEN 31
1b: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: anderweitig finanziert auf deutscher Seite
Name Titel der
Dissertation
Fundstelle
Einzelbericht
Merschjann,
Christoph
Möller,
Stefan
Motzer,
Christian
Ostendorf,
Frank
Optically generated
small polarons:
Time-resolved
pump-multiprobe
experiments in
lithium niobate
vs. random-walk
charge-transport
simulations in oxide
crystals
Investigation of
optical destruction
thresholds in
NLO crystals
Charakterisierung
von Ätzgruben auf
CaF2 (111) mittels
Rasterkraftmikroskopie
Strukturuntersuchungen
an mineralischen
und polaren
Oberflächen
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Imlau,
Schirmer
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Dipl. Phys.,
Osnabrück,
29.09.2004
Imlau Dipl. Phys.,
Osnabrück,
18.02.05
Reichling Dipl. Chemie,
LMU München,
2002
Reichling Dipl. Phys.,
Osnabrück,
15.11.02
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
01.10.04 14.07.05 –
30.09.07
01.04.05 14.07.05 –
1.07.08
2004 12.09.05 –
1.09.08
12.09.05 –
1.09.08
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
22.08.07 –Postdoc im
GRK
–Scientist,
Helmholtz-
Zentrum Berlin
06.06.08 Laserunternehmen,
Frequenzkonversion
in optisch
nichtlinearen
Kristallen
24.09.08 derzeit ohne
Beschäftigung
06.03.08 Weidmüller
Interface, Detmold
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Promotion
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

32 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
1b: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: anderweitig finanziert auf deutscher Seite
Name Titel der
Dissertation
Plenge,
Jürgen
Prinz,
Manuel
Schoke,
Bettina
Primäre Photoprozesse
atmosphärischer
Spurengase
X-ray spectroscopic
and magnetic
investigations of
selected manganese-containing
molecular highspin
complexes
Optisch erzeugte
kleine Polaronen in
Lithiumniobat: Untersuchungen
zum
Einfluss homogener
und periodisch
modulierter Konzentrationen
von
intrinsischen und
extrinsischen Defekten
auf das Zeitverhalten
der transienten
polaronischen
Absorption
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Rühl Osnabrück,
07/99
Neumann Dipl. Phys.,
Osnabrück,
09/05
Imlau Dipl. Phys.,
Osnabrück
08/06
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
28.01.01 –
01.01.04
01.10.05 01.04.06 –
30.06.09
01.10.06 01.04.08 –
31.12.09
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
12/02 wissenschaftl.
Assistent, FU
Berlin
30.06.09 Weiterbildung
zum Medizinphysiker
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Promotion
Fundstelle
Einzelbericht
Seite 93
05.02.10 Seite 108
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

A TABELLEN 33
1b: Promotionsbilanz / Doktorandinnen und Doktoranden des Graduiertenkollegs: anderweitig finanziert auf deutscher Seite
Name Titel der
Dissertation
Schütz,
Max
Selinger,
Andreas
Torbrügge,
Stefan
Wesner,
Monika
Functionalized metal
nanostructures
for surface enhanced
Raman spectroscopy
Generation of holographic
scattering
in photorefractive
crystals with intensive
short laser
pulses
Structure and reactivity
of the oxide
surfaces CeO2(111)
and ZnO(0001) studied
by dynamic
scanning force microscopy
Nichtlineare optische
Effekte im
Ferroelektrikum
Strontiumbariumniobat
Betreuerin
bzw.
Betreuer
Studienfach;
Ort und Zeitpunkt
von Diplom,
MA etc
Schlücker Dipl. Chemie,
Universität
Würzburg,
30.03.2008
Krätzig,
Imlau
Dipl. Phys.,
Osnabrück,
25.03.04
Reichling M.Sc. Physik
mit Informatik,
Osnabrück
Mai 2005
Krätzig Osnabrück,
07/99
Beginn Mitgliedschaft
motion a Kolleg,
der Promotion
im
von – bis
04/08 02.01.09 –
31.12.09
14.07.05 –
1.07.08
07/05 01.08.05 –
31.07.08
01.12.00 –
1.12.02
Note Tätigkeit
nach
Promotion
bzw. aktuelle
Tätigkeit
30.06.08 TÜV Hannover
22.08.08 Projektleiter
Forschung
und Entwicklung
in der
Industrie
10.03.03 wissenschaftl.
Mitarbeiterin,
Uni Osnabrück
(voraussichtlicher)
Zeitpunkt
der Promotion
12/11
Fundstelle
Einzelbericht
a falls abweichend vom Eintritt in das Graduiertenkolleg

34 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
A.2 Postdoktorandinnen und Postdoktoranden
Auf den folgenden Seiten sind die Postdoktorandinnen und Postdoktoranden des Graduiertenkollegs
tabellarisch aufgelistet.

A TABELLEN 35
1d: Postdoktorandinnen und Postdoktoranden des Graduiertenkollegs, finanziert durch Kollegmittel der DFG
Name Projekt/Thema Fach, Ort und
Zeitpunkt der
Promotion
Bastwöste,
Kathrin
Bleicken,
Stephanie
Initial scattering processes
in the field of holographic
scattering
ESR-Spektroskopie interagierender
(Bcl-2) Proteine
Chen, Wei Growth and characterization
of SrxBa1−xNb2O6
crystals with x ranging
from 0.2 to 0.8
Isakov,
Dimitry
Kamenov,
Vladimir
Lapine,
Mikhail
Study of ferroelectric
switching by domainwall
induced light scattering
Critical phenomena in
optics
Pysik, Osnabrück,
07.11.06
Mitgliedschaft
im
Kolleg
(von - bis)
01.11.06 –
31.12.06
01.03.09 –
30.06.09
China, 10/95 01.08.03 –
31.12.03
Twer, 07/99 01.10.03 –
30.11.03
Osnabrück,
10/00
01.01.01 –
31.08.01
15.08.07 –
14.11.07
Spezielle Aufgaben
im und für das Kolleg
Experimente, Publikationen
Forschung, Probenpräparation
Kristallzüchtung und
Präparation
Light scattering experiments
Simulations–
rechnungen
Tätigkeit nach Verlassen
des Kollegs bzw.
aktuelle Tätigkeit
Referandariat Gymnasium
Post-Doc am Max-
Planck-Insitut für Biochemie,
Martinsried; ab
01.02.10: Post-Doc am
Bioquant in Heidelberg
Wiss. Mitarbeiter, Universität
Braga, Protugal
Fundstelle
Einzelbericht
Seite 143
Modellrechnungen Seite 144

36 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
1d: Postdoktorandinnen und Postdoktoranden des Graduiertenkollegs, finanziert durch Kollegmittel der DFG
Name Projekt/Thema Fach, Ort und
Zeitpunkt der
Promotion
Merschjann,
Christoph
Oprea,
Isabella
Podlozhenov,
Sergey
Pramann,
Axel
Photochromic effects and
charge-transport properties
of photoinduced
small polarons in
nonlinear-optical niobate
and borate crystals,
investigated by means of
transient absorption spectroscopy
and numerical
random-walk simulations
Spectroscopy of
europium- and erbiumdoped
strontium barium
niobate
Growth and characterization
of SrxBa1−xNb2O6
crystals with x ranging
from 0.2 to 0.8
Frequency conversion,
nonlinear optical processes
in atomic and molecular
clusters
Physik,
Osnabrück,
22.08.07
Physik,
Osnabrück,
28.01.05
Mitgliedschaft
im
Kolleg
(von - bis)
01.10.07 –
31.07.08
01.08.06 –
30.04.08
Köln, 05/03 01.02.04 –
31.01.06
Braunschweig,
07/00
15.11.01 –
31.01.03
Spezielle Aufgaben
im und für das Kolleg
Leitung des Berichtsseminars
des GRK 695 im
WS 2007/2008
Tätigkeit nach Verlassen
des Kollegs bzw.
aktuelle Tätigkeit
Scientist, Helmholtz-
Zentrum Berlin
Lumineszenzmessungen Wissenschaftliche Mitarbeiterin
am Institut
für Energietechnik der
TU Berlin
Kristallzüchtung und
Präparation
Generation of tunable
coherent VUV light
Rubicon Technology,
Franklin Park, IL 60131
Physikalisch-Technische
Bundesanstalt, Braunschweig
Fundstelle
Einzelbericht
Seite 146

A TABELLEN 37
1d: Postdoktorandinnen und Postdoktoranden des Graduiertenkollegs, finanziert durch Kollegmittel der DFG
Name Projekt/Thema Fach, Ort und
Zeitpunkt der
Promotion
Schleberger,
Marika
Shamonina,
Ekaterina
Völker,
Uwe
Scanning force microscopy
to image ferroelectric
domains
Magnetoinductive waves
in metamaterials
Enhancing quasiphasematching
bandwidth
by geometrical
projection of k-vector
components
Osnabrück,
06/93
Osnabrück,
10/98
Osnabrück,
10.06.08
Mitgliedschaft
im
Kolleg
(von - bis)
01.01.01 –
30.04.01
01.02.03 –
31.05.03
01.08.08 -
31.05.09
Spezielle Aufgaben
im und für das Kolleg
Imaging of ferroelectric
domains
Analytische Berechnungen
und numerische Simulationen
elektromagnetischer
Wellenphänomene
Forschung, Seminarorganisation
Tätigkeit nach Verlassen
des Kollegs bzw.
aktuelle Tätigkeit
Professorin, Universität
Duisburg-Essen
Professorin, Universität
Erlangen-Nürnberg
wissenschaftlicher Mitarbeiter
am Institut
für Technische Physik,
Deutsches Zentrum für
Luft- und Raumfahrt,
Stuttgart (ab 06/2009)
Fundstelle
Einzelbericht
Seite 151

38 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
B
Einzelberichte
B.1 Einzelberichte der Doktorandinnen und Doktoranden
Auf den folgenden Seiten befinden sich die Einzelberichte der Doktorandinnen und Doktoranden.
Christian Bartsch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Kathrin Bastwöste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Daniel Bruns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Homero Cantera López . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Volker Dieckmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Sebastian Gevers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Peter Hage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Urs Heine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Burkhard Hilling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Mehmet Kadiroglu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Aliaksei Krasnaberski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Timo Kuschel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Michaela Lemmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Jannis Lübbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Julia Nickel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Alexander Niemer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Manuel Prinz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Pavel Ptacek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Michael Räkers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Vasile Rednic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Ina Riansari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Sebastian Rode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Bettina Schoke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Simon Schwalenberg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Hongting Shi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Janis Sils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
Oleksiy Sydoruk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
Uwe Völker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Kay-Michael Voit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Kadriya Yuskaeva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

CHRISTIAN BARTSCH 39
Einzelbericht Christian Bartsch
Einzelbericht des Doktoranden Christian Bartsch
Projektnummer: GRA / Bar
Vor- und Nachname der Doktorandin bzw. des Doktoranden: Christian Bartsch
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: Transport through one-dimensional nanowires on surfaces
Name der Betreuerinnen/Betreuer:J. Gemmer, M. Rohlfing, A. Kühnle
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
15.10.2006 bis heute
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (15.10.2006- 14.10.2009)
(voraussichtl.) Zeitpunkt der Promotion: Februar 2010
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 25
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
We investigated the dynamics of some expectation values for a certain class of closed, finite quantum
systems by means of the time-convolutionless (TCL) projection operator method [4] for a specific class of
initial states with vanishing inhomogeneity [2].
This technique yields a perturbation expansion for those dynamics. Taking only the second (leading) order
into account, we find that the evolution of these expectation values may be described by a rate equation,
i.e., they relax exponentially if certain criteria are fulfilled. Particularly, the second order has to predict the
standard seperation of timescales.
Those criteria, however, only depend on ``rough'' parameters like overall interaction strength, bandwidth
and density of states. An adequately computed numerical solution of the Schroedinger equation is in
accord with this leading order result for random interaction matrices. However, numerics also show that
this accordance breaks down if one considers non-random interactions, even if the above rough criteria
are met [1,2]. This, of course, indicates that higher orders are not negligible, depending on the structure,
not only on the strength of the interaction. Subsequently, we established a numerically simple estimate for
the absolute value of the fourth, i.e., the next higher order, in comparison to the second, for short times.
From this approach it can be inferred that the fourth order remains negligible at small times if the
interaction features a certain structure which we define as Van Hove structure. However, numerics indicate
that for certain interaction structures the fourth order may become non-negligible at larger times, thus
spoiling the exponential relaxation, even if the interaction features Van Hove structure. Hence we suggest
one more criterion that allows for the detection of such a behavior without diagonalizing the full system.
Furthermore, we found that these results obtained from the TCL method are valid not only for a certain
class, but for the majority of initial states due to typicality considerations [3].
In detail, we show that the vast majority of all pure states featuring a common expectation value of some
generic observable at a given time will yield very similar expectation values of the same observable at any
later time. This is meant to apply to Schroedinger type dynamics in high dimensional Hilbert spaces. As a
consequence individual dynamics of expectation values are then typically well described by the ensemble
average.
Our approach is based on the Hilbert space average method.
We support the analytical investigations with numerics obtained by exact diagonalization of the full timedependent
Schroedinger equation for some pertinent, abstract Hamiltonian model. Furthermore, we
discuss the implications on the applicability of projection operator methods with respect to initial states, as
well as on irreversibility in general.
As a further investigation we consider the dynamics of weakly interacting quantum gases with the aim of
producing quantitative, numerically manageable effective equations of motion for concretely given models
with different interactions. To this end we suggest the construction of a linear collision term which refers to
a coarse grained set of occupation numbers, again by means of the TCL projection operator technique.
This collision term results as a concrete, non-singular, finite dimensional rate matrix. The coarse-graining

40 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
may be chosen to render the rate matrix as simple as possible, thus facilitating calculations of transport
coefficents etc..
References
[1] C. Bartsch and P. Vidal, Statistical relaxation in closed quantum systems and the Van Hove-limit. Eur.
Phys. J. Special Topics, 151, 29 (2007)
[2] C. Bartsch, R. Steinigeweg, J. Gemmer, Occurrence of exponential relaxation in closed quantum
systems. Phys. Rev. E, 77, 011119 (2008)
[3] C. Bartsch, J. Gemmer, Dynamical typicality of quantum expectation values. Phys. Rev. Lett., 102,
110403 (2009)
[4] H. P. Breuer and F. Petruccione, Theory of Open Quantum Systems (Oxford University Press, Oxford,
2007).
3. Stellungnahme zum Qualifizierungsprogramm und der Betreuung:
Die Teilnahme am Seminar des Graduiertenkollegs ermöglichte einen kurzen Einblick in die
Forschungsgebiete der übrigen Doktoranden des Kollegs.
Die Betreuung durch den Doktorvater (Erstbetreuer) (Prof. Dr. Gemmer) war während der gesamten
Promotionszeit hervorragend.
Die Zusammenarbeit mit dem Vorsitzenden des Kollegs (Prof. Dr. Betzler), wobei es sich hauptsächlich
um organisatorische Angelegenheiten handelte, gestaltete sich ebenfalls als angenehm.
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Seminar des Graduiertenkollegs
Forschungsaufenthalte oder Praktika bei anderen Einrichtungen im In- und Ausland; bei IGKs zusätzlich:
Aufenthalte an der Partnerinstitution: -
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• DPG Frühjahrstagung 2006, Dresden (27.-31-03.2006)
• 382. Wilhelm und Else Heraeus-Seminar Thermal Transport and Relaxation: Foundations and
Perspectives, Bad Honnef (08.-10.01.2007)
• DPG Frühjahrstagung 2007, Regensburg (26.-30-03.2007)
4. Eigene Publikationen:
• C. Bartsch and P. Vidal, Statistical relaxation in closed quantum systems and the Van Hove-limit. Eur.
Phys. J. Special Topics, 151, 29 (2007)
• C. Bartsch, R. Steinigeweg, J. Gemmer, Occurrence of exponential relaxation in closed quantum
systems. Phys. Rev. E, 77, 011119 (2008)
• C. Bartsch, J. Gemmer, Dynamical typicality of quantum expectation values. Phys. Rev. Lett., 102,
110403 (2009)

KATHRIN BASTWÖSTE 41
Einzelbericht Katrin Hausfeld (geb. Bastwöste)
Einzelbericht der Doktorandin Katrin Hausfeld (geb. Bastwöste)
Projektnummer: GRA / Bas
Vor- und Nachname der Doktorandin bzw. des Doktoranden: Katrin Hasufeld, geb. Bastwöste
Titel des Promotionsprojektes: “Scattering of coherent light waves in mono- and polydomain, nominally pure and
doped strontium barium niobate crystals”
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. rer. nat. Mirco Kai Imlau, Prof.Dr.E.Krätzig
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.01.2004 bis 07.11.2006
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.01.2004 - 07.12.2006)
Zeitpunkt der Promotion: 07.11.2006
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 24
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Introduction
Two light scattering processes observed in the nonlinear optical crystal strontium barium niobate
(Sr 0.61Ba 0.39Nb 2O 6, SBN) are investigated in the present work: Firstly, the light scattering at growth-induced
inhomogeneities of the refractive index, secondly the polarization-isotropic photoinduced light scattering.
Discovering the cause and the point of origin of these two scattering effects is in the focus of the
accomplished investigations.
Results
To prove which influence the surface and the volume of the crystal have with respect to the light scattering
processes, the optical quality of the samples is analyzed. The result shows that the surface is of
particularly good optical quality and hence its contribution to the light scattering is neglected. However, an
inhomogeneity of the refractive index is observed in the volume of the crystal parallel and normal to the
crystals c axis (compare Figure 1). In the first case (see Figure 1 (a)) the inhomogeneity is due to growth
striations, i.e., planes of equal composition which appear normal to c. In the second case the
inhomogeneity is marked by stripes parallel to the $c$ axis (compare Figure 1 (a)) which correspond to the
ring-shaped area in Figure 1 (b). This inhomogeneity can be assigned to the growth-induced seeding rod
reported in Ref. [1].
Figure 1: Pictures taken in (a) [100]- and (b) [001]-direction of an Eu-doped SBN crystal by transmitted
light photography at a wavelength λ=488 nm of the extraordinarily (a) respectively ordinarily (b) polarized
laser beam.
Both inhomogeneities can be related to a refractive index inhomogeneity on the micro-scale constituted by
a particular set of wave vectors K j in the reciprocal space. The growth striations can be interpreted by have
vectors aligned parallel to the c-axis and can be excluded as the source of the conical light scattering
phenomenon according to the construction in Fig. 4. The growth-induced seeding rod, though, results in
wave vectors of various lengths and orientations in a plane normal to the c axis. This inhomogeneity of the
refractive index thus can presumably be regarded as the origin of light scattering yielding the two
scattering cones.

42 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
The scattering effect at growth-induced structures is reported and characterized for the first time. The
effect manifests itself in the appearance of a scattering corona, scattering circles, and a scattering line
(compare Fig. 2).
a) b) c)
Figure 2: Pictures of (a) the corona, (b) the two rings and (c) the line on a screen upon illumination of the
polydomain SBN:Eu crystal with an ordinarily polarized laser beam of the wavelength λ =488 nm and an
angle of incidence of θ e=25°.
In particular, the following results are found:
• Analyzing the angular dependence (see Fig. 3(a)) and the polarization of the scattering
light distributions, the phase matching conditions fulfilled in each case can be determined.
A description within the Ewald sphere concept can be given (compare Fig. 3(b)).
• The instantaneously stationary scattering light distributions point at fixed structures as the
scattering origin is not created by light exposure but has existed in the crystal before.
• As the scattering phenomenon shows a temperature resistance (cp. Fig. 3(b)) far above
the phase transition temperature and the temperature of vanishing polar clusters, polar
properties can be excluded as the origin of the scattering. The scattering patterns could be
observed independently of the macroscopic spontaneous polarization of the crystal.
Figure 3: (a) Difference α 1- α 2 of the apex angles of the two cones versus the angle θ e of incidence of the
probe beam for the wavelength λ =647 nm. (b) Difference α 1- α 2 of the apex angles of the two cones for
one angle of incidence (θ e =25°) of the probe beam and the wavelength λ =647 nm versus the temperature
T. The inset shows the dependence of the normalized intensity of one cone segment for the wavelength
λ=647 nm and λ=488 nm versus the temperature T.
Figure 4: Ewald-construction in the plane of incidence of the probe beam for (a) the corona, (b) the two
cones and (c) the line. The wave vector of the probe beam is k L j , the wave vectors of the scattered light are
denoted by k j j with i=1,2,3,... and j=e,o and the grating vectors are marked by K i.

KATHRIN BASTWÖSTE 43
The growth striations can be interpreted by wave vectors aligned parallel to the c-axis and can be excluded
as the source of the conical light scattering phenomenon according to the construction in Fig. 4. The
growth-induced seeding rod, though, results in wave vectors of various lengths and orientations in a plane
normal to the c axis. This inhomogeneity of the refractive index thus can presumably be regarded as the
origin of light scattering yielding the two scattering cones. The relation of the scattering to the growthinduced
seeding rod strongly points to the relation of the scattering cones to a composition inhomogeneity
of the SBN crystal on a micro-scale. In Ref. [2] the origin of the core was analyzed by physical-chemical
methods. It was found that the rod originates from hydrodynamic conditions in the melt during crystal
growth together with the defect structure of the seed crystal. As a result changes of the Sr and Ba
concentration were detected in the rod area. Hence, it can be assumed that the two scattering cones
reflect spatial fluctuations of the Sr/Ba-ratio on a micro-scale and therefore might be applied to visualize
the presence of composition homogeneities.
Another aspect of material analysis is the application of the new scattering distributions for investigating the
relaxor phase transition. The experimental results can be used to determine the phase transition
temperature, the temperature of zero birefringence, and the dipole temperature of an SBN crystal.
The polarization-isotropic photo-induced light scattering is the second scattering process investigated in
this work. It is found to be an effective method for characterizing the amplification factor and the initial
scattering of the photorefractive SBN samples.
Figure 5: Angular and wavelength dependent intensity scans of the steady state scattering pattern of a
monodomain SBN:Ce sample.
Figure 6: (a) Gain factor Γ versus the internal scattering angle θ i
s
. (b) Electrooptic coefficient r 333 versus
the wavelength λ. Solid black lines denote fits.

44 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Figure 7: (a) Diffraction efficiency of the initial scattering η versus the internal scattering angle θ i s . (b)
Strength of the local internal electric field E versus the spatial modulation period $\Lambda$ of the local
refractive index inhomogeneities.
Figure 8: Normalized intensity I s/I s max of a scattering angle of θ e s =15° versus the time t.
The angular-dependent and wavelength-dependent measurements (see Fig. 5) yield the following results:
• A wavelength dependence of the amplification factor and the related electro-optic tensor element r 333 is
found (compare Fig. 6). From the analysis of the dispersion behavior, the oscillator strength and the
oscillator wavelength arise as further material properties of SBN. The good agreement of the
amplification factor and the electrooptic tensor element with literature values approves the model used
for photo-induced light scattering.
• The initial scattering shows a pronounced angular and wavelength dependence (cp. Fig. 7) confirming the
model introduced by Goulkov et al. [3], [4] which describes the initial scattering at modulations of the
refractive index generated by internal electric fields located at domain boundaries.
Investigating the dependence of the polarization-isotropic photo-induced light scattering on the time and on
the crystal thickness (cp. Fig. 8), two further important results are found:
• The initial scattering light mainly originates from scattering centers in a near-surface layer.
• Parasitic gratings due to near-surface scattering centers are in competition with volume gratings.
A contribution of the scattering at growth-induced structures to the initial scattering of the isotropic photoinduced
light scattering can be excluded as the characteristic geometries and the related grating vector are
perpendicular to each other.

KATHRIN BASTWÖSTE 45
References:
[1] Y. Ito, H. Kozuka, Y. Kashiwada, Y. Furuhata. Dislocations in strontium barium niobate. Jap. J. Appl.
Phys. 14, 1443 (1975).
[2] N. A. Abramov, L. I. Ivleva, Yu. S. Kuzminov, V. A. Myzina, N. M. Polozkov. Growth defects in bariumstrontium
niobate crystals. Kristall und Technik 12, 1157 (1977)
[3] M. Y. Goulkov, T. Granzow, U. Dörfler, T. Woike, M. Imlau, R. Pankrath. Study of beam-fanning
hysteresis in photorefractive SBN:Ce: light-induced and primary scattering as functions of polar structure.
Appl. Phys. B 76, 407 (2003).
[4] . Y. Goulkov, T. Granzow, U. Dörfler, T. Woike, M. Imlau, R. Pankrath, W. Kleemann. Temperature
dependent determination of the linear electrooptic coefficient r 333 in SBN single crystals by means of lightinduced
scattering. Opt. Commun. 218, 173 (2003).
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• March 7-9, 2004 DPG Frühjahrstagung in Regensburg; talk: Untersuchung von Initialstreu- und
Verstärkungsprozessen bei der nicht-linearen Lichtstreuung. K. Bastwöste, U. Völker, U. Dörfler, M.
Wöhlecke, Th. Woike, M. Imlau and M. Goulkov
• March 4-9, 2005 DPG Frühjahrstagung in Berlin; talk: Random fields als Ursache der Initialstreuung in
Strontium-Barium-Niobat}. K. Bastwöste, S. Möller, M. Imlau and M. Goulkov
• July 19-23, 2005 The 10th International Conference on Photorefractive Effects, Materials, and Devices,
Sanya, Hainan, China; talk and poster: Wavelength dependence of the initial scattering in Ce-doped
strontium-barium-niobate. K. Bastwöste, S. Möller, and M. Imlau
• March 26-31, 2006 DPG Frühjahrstagung in Dresden; talk: Dispersion of the electrooptic coefficient in Cedoped
SBN. K. Bastwöste, S. Möller, M. Imlau and M. Goulkov
• September 5-8, 2006 The 8th European Conference on Applications of Polar Dielectrics (ECAPD’8), Metz,
France; poster: Non-photorefractive conical light scattering in polar oxides. K. Bastwöste, U. Sander, and
M. Imlau
• March 26-30, 2007 DPG Fr\"uhjahrstagung in Regensburg; poster: Conical light scattering in strontium
barium niobate crystals related to an intrinsic composition inhomogeneity. K. Bastwöste, U. Sander, and
M. Imlau
4. Eigene Publikationen:
• K. Bastwöste, S. Schwalenberg, Ch. Bäumer, and E. Krätzig. Temperature and composition dependence
of birefringence of lithium-tantalate crystals determined by holographic scattering. phys. stat. sol.(a), 199,
No. 1, R1--R3 (2003).
• M. Imlau, K. Bastwöste, S. Möller, U. Voelker, and M. Goulkov. Dispersion of the electro-optic properties
of cerium-doped Sr 0.61Ba 0.39Nb 2O 6. J. Appl. Phys., 100, 053110 (2006).
• Goulkov, K. Bastwöste, S. Möller, M. Imlau, and M. Wöhlecke. Thickness dependence of photo-induced
light scattering in photorefractive ferroelectrics. J. Opt. Soc. Am. (B), submitted (2006).
• K. Bastwöste, S. Möller, M. Imlau, and M. Goulkov. Dispersion of the initial scattering of photo-induced
light scattering. in preparation (2006).
• K. Bastwöste, U. Sander, M. Imlau, and M. Goulkov. Non-photorefractive conical light scattering in polar
oxides. in preparation (2006).

46 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Daniel Bruns
Einzelbericht des Doktoranden Daniel Bruns
Projektnummer: GRA / Bru
Vor- und Nachname des Doktoranden: Daniel Bruns
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: “Characterization of thin magnetite films on different substrates”
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. Joachim Wollschläger
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.12.2008 bis 31.12.2010
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Landesstelle (01.10.2008-30.11.2008);Stipendium des Kollegs (01.12.2008 - 31.12.2010)
(voraussichtl.) Zeitpunkt der Promotion: 31.12.2011
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 25
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Introduction
Magnetite (Fe 3O 4), the oldest known magnetic material, is a promising candidate as a pure-spin source in
spintronic devices at room temperature because it has full spin-polarisation at the Fermi level E f. For this
reason we decided to investigate on the structure of thin magnetite films on top of different substrates. Our
aim is to determine the surface structure of Fe 3O 4 films on passivated Si(111) substrates. During the
deposition process of magnetite on top of silicon, thick amorphous interface layers are formed [4]. This
interface layers are unwanted for possible spintronic applications.
Therefore, as a start we investigated on the surface morphology of boron passivated Si(111) substrates.
During the annealing process of highly B-doped Si(111) substrates the boron atoms segregate underneath
the surface and saturate the 'dangling bonds' of the silicon adatoms. Due to the presence of boron
underneath the surface there is a strong change in surface free energy which leads to the formation of
step-bunches. The morphology of this step-bunches was determined by SPA-LEED.
Step-bunching on highly boron doped silicon substrates
The highly B-doped Si(111) samples show a ( × 3) 30°
because of the change in the surface free energy (Fig. 1). The ( 3)
3 R reconstruction instead of the (7 x 7),
3 × superstructure spots are round
and have an average FWHM of (0.44±0.05)\%BZ for all samples, which is equivalent to an average domain
size of (A D=(237±85)nm). Integer-order spots, however, are split along the [ 112
] direction pointing to the
formation of step-bunches.
The behavior of the highly B-doped Si(111) substrates is an indication that the presence of surface
segregated boron is the reason for the changes in surface morphology. We used two different annealing
procedures during the preparation process to determine the dependency of step-bunch morphology on the
cooling rate after annealing. In this record we want to show the results of the SPA-LEED measurements
and the resulting surface model.
Results
To get information about the average terrace widths on the step-bunches as well as about the tilt angle
against the (111)-plane and overall step-bunch sizes we analysed the SPA-LEED spot profiles recorded for
different electron energies. The (00)-spot shows two pairs of satellites in an out-of-phase condition for both
cooling procedures (Fig. 2). This is an indicator for the existence of two different kinds of step-bunches on
the surface.

DANIEL BRUNS 47
Figure 1: Surface reconstructions for Si(111). The (7 x7) reconstruction for a weakly B-doped Si Wafer on
the left (95eV) and the ( × 3) 30°
3 R reconstruction for a highly B-doped Si Wafer on the right (88eV).
Both measurements were made after the 2 hour annealing process.
Figure 2: Spot profiles of the (00)-spot measured at 95.6eV and 87.9eV and 77.4eV along the [ 2 11 ]
direction. The position shift of one of the satellites for changing scattering phase is marked by a dotted,
black line. left: fast cooling procedure, right: slow cooling procedure.

48 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
The resulting values for the morphology of the step-bunches can be seen in Tab. 1.
slow cooling
fast cooling
flat stee p
flat steep
α [°] (1.8 ± 0.3)
(7.9 ± 1.1) (3.2 ± 0.7) (11.6 ± 1.2)
Γ [nm] (9.8 ± 1 .1)
(4.5 ± 0.7) (11.3 ± 2.1) (3.0 ± 0.2)
D [nm] (14.2 ± 1.3) (13.2 ± 1.2) (40.1 ± 2.4) (11.2 ± 1.3)
σ [nm] 7.6 0.96 4.51 0.54
Table 1: Structure details of the step-bunches for both annealing procedures. Errors are calculated from
the biggest variation of the linear position fits and the quadratic FWHM fits of the satellite peaks.
Our results for both cooling procedures show that the samples develop two kinds of step-bunches during
the annealing procedure. This is in agreement with earlier observations of step-bunches on thermally
treated B-doped Si(111) surface [1, 3]. Each step-bunch is tilted against the (111)-surface in [ 112
]
direction and consists of approximately four terraces for the fast and two to three terraces for the slow
cooling procedure comparing the terrace width Γ and step-bunch size D. The step-bunches formed by the
slow cooling procedure are less tilted against the (111)-plane than those formed by the fast cooling
procedure. The steps are biatomic for both kinds of step-bunches for the fast cooling procedure, while the
slow cooling procedure reveals monoato mic and biatomic
step-bunches (Tab. 1). Since the average size of
the remaining (111)-oriented terraces ( D111 = ( 151±
54)
nm for both cooling procedures) is smaller than
the average domain size ( A D = ( 237 ± 85)
nm) these areas are single domain ( 3 × 3) R 30°
reconstructed. From our results we developed a schematic model of the surface after the cooling
procedures which can be seen in Fig. 3.
Figure 3: Schematic model of the surface after annealing. The two different kinds of step bunches are
marked blue and red.
The fact that the satellites do not completely disappear especially at S=4.5 for the fast cooling procedure
(Fig.2) is du to different atomic form factors at the step-edges. This different form factor represents the
atomic shift at a step edge in consequence of the different surface free energy. A periodically changing
form factor leads to constructive interference during an out of phase condition. Since for the slow cooling
procedure the satellites do almost completely disappear during an out-of-phase condition we conclude that
there is no atomic shift at the step edges. On the one hand this might be due to the lesser tilt angle against
(111) of the steep step-bunches and on the other hand due to the monoatomic steps on the flat stepbunches.
Both criteria can lead to a lower surface free energy and therefore more stable atomic positions
on the step edges.
All in all we can say that the morphology of the step-bunches depends strongly on the annealing process.
A slower cooling of the highly B-doped Si(111) samples leads to less tilted step-bunches with monoatomic
steps while fast cooling generates more tilted step-bunches with biatomic steps on them.
Further investigations on the morphology of slightly B-doped Si(111) surfaces, saturated by the deposition
of boron via HBO 2 evaporation, are already under way. This method allows us to use much shorter
annealing times to get the boron atoms from the T 4 to the S 5 sites [2]. This may lead to a lower roughening
of the surfaces which allows us to grow highly ordered oxide films on top without producing a large
interface as it happens on unsaturated Si(111) surfaces. The first SPA-LEED measurements on samples
passivated via HBO 2 evaporation were already done. The 2D SPA-LEED pattern shows no elongation for
the
integer order spots. This indicates that there is no formation of step-bunches on this surfaces (Fig. 4).

DANIEL BRUNS 49
Figure 4: 2D SPA-LEED pattern of Si(111) passivated via HBO2 evaporation. T he ( 3 × 3) R30°
spots
and the integer order spots are not elongated.
During the next months we want to deposit thin magnetite films on top of passivated Si(111) substrates
without step-bunches on them. The structure of the films will be determined by SPA-LEED. XRR and XRD
measurements will be performed at the DORIS synchrotron at HASYLAB. Furthermore we want to find out
if the formation of amorphous interface layers can be prevented by the use of passivated Si(111)
substrates.
References
[1] Y. Homma, H. Hibino and T. Ogino 1998 Phys. Rev. B 58, Pages 13146-13150
[2] K. Miyake, K. Hata, H. Shigekawa and R. Yoshizaki 1995 Appl. Surf. Sci. 107, Pages 63-67
[3] Y. Homma and P. Finnie 1999 J.Phys.: Cond. Matt. 11, Pages 9879-9888
[4] C. Boothman, A. M. Sánchez and S. van Dijken 2007 J. Appl. Phys. 101
3. Stellungnahme zum Qualifizierungsprogramm und der Betreuung:
Das angebotene Seminar bot eine gute Möglichkeit sich über das wissenschaftliche Arbeiten anderer
Doktoranden zu informieren um den Stand der eigenen Arbeit besser einschätzen zu können und seine
Arbeitsweise zu verbessern. Darüber hinaus konnte man sich jenseits seines Arbeitsfeldes informieren
und weiterbilden.
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Report Seminar of the Graduate College 695, Winter 2008/2009
Forschungsaufenthalte oder Praktika bei anderen Einrichtungen im In- und Ausland; bei IGKs zusätzlich:
Aufenthalte
an der Partnerinstitution:
• Messaufenthalte am Synchrotron DESY in Hamburg und am DELTA in Dortmund (insgesamt 6 Wochen)

50 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• DPG-Frühjahrstagung in Dresden 22.-27.03.2009 (Beitrag: Poster)
• DPG Physics School „Nanoscaled Oxides“ in Bad Honnef 02.-07.08.2009 (Beitrag: Poster)
• SPA-LEED Workshop in Osnabrück 15./16.10.2009 (Beitrag: Vortrag)
4. Eigene Publikationen:
• Unpublished:
Title: “Formation and morphology of step-bunches during B-segregation on Si(111): A
SPA-LEED survey”
Co-Authors: Sebastian Gevers, Joachim Wollschläger
Journal: to be published

HOMERO CANTERA LÓPEZ 51
Einzelbericht Homero Cantera López
Einzelbericht des Doktoranden Homero Cantera López
Projektnummer: GRA / Can
Vor- und Nachname der Doktorandin bzw. des Doktoranden: Homero Cantera López
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: “Structural and Electronic Properties of Doped Silicon Clusters”
Name des Betreuers: Prof. Dr. Gunnar Borstel
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
15.11.2007 bis 14.11.2010
Finanzierung (Art, Zeitraum):
DFG Scholarship as a PhD Student (15.11.2007 – 14.11.2010)
voraussichtl. Zeitpunkt der Promotion: November 2010
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 26 years
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Topic: Structural and Electronic Properties of Doped Silicon Clusters:
Ta + @Si n free clusters and (Ta@Si 16 F) N aggregates.
Keywords: Density Functional Theory (DFT), SIESTA (Spanish Initiative for the Simulation of Thousands
of Atoms), Transition Metal (TM), Frank-Kasper (FK), Fullerene like (FL).
1. Introduction
Promising applications of silicon nanoclusters, both pure and doped with transition-metal atoms, have
originated many studies and raised interesting questions about their electronic and structural properties.
Several calculations of Si nM (M is a metal) structures for various cluster sizes and impurity atoms or ions
have found that the optimal cage size for many of the metal-encapsulated silicon clusters 1,2 , occurs at
n=16. These predictions were later confirmed indirectly by experiments 3-7 . In recent mass spectrometry
experiments, Nakajima and co-workers 8 have shown the size-selective formation of Si 16Sc - , Si 16Ti, and
Si 16V + clusters.
Si 16M clusters have proven to exhibit a special stability. This stability is the property which has been tried to
be exploited in order to make aggregates or extensive systems like nanowires and nanotubes with the
future aim of using them in the development of storage media and optical devices.
The present project is done in close cooperation with the group of Prof. Dr. Carlos Balbás from the
University of Valladolid in Spain
2. Methods
The electronic structure calculations are done within the framework of DFT. The scheme deals with
pseudopotentials as basis for the representation of atoms. Those pseudopotentials were created with the
ATOM program, which is part of the SIESTA code, then tested with the SIESTA code itself.
The structural and electronic properties of both Ta + @Si n and (Ta@Si 16F) N, in the range n=14-18 and N=1-6
where calculated with the ab-initio DFT code SIESTA within the generalized gradient approximation as
parameterized by Perdew, Burke, and Ernzerhof for the exchange-correlation effects.
3. Calculations
Ta-Pseudopotential: The first step in the calculation of the systems was to generate an adequate
pseudopotential for the Tantalum atom - which was the only one for which no pseudopotential was
available in the literature - and then test it against available experimental and theoretical data.
Ta + @Si n clusters: The second step was to have some definite geometrical structures as a starting point
for our calculations for the Ta + @Si n clusters. The structures used in the present work were taken from

52 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
several studies on transition-metal-doped clusters, the most important ones being the Frank Kasper (FK)
and the Fullerene like (FL) structures, for the size n=16, which were found also to be the most stable
configurations in the present work.
Ta@Si 16F - FK and FL clusters: While we found that n=16 was the most stable configuration, there was
no evidence which geometrical structure would be energetically better for the Fluorine added (Ta@Si 16F) N
clusters: the FK or the FL structure. To solve this problem we tried several configurations for both
structures with a Fluorine atom added in different sites of the FK and FL structures. The result was that the
FL structures with a Fluorine atom added was more stable than the corresponding FK structure. With this
result in hand we could continue to the next step, namely the construction of (Ta@Si 16F) N aggregates for
varying size N.
(Ta@Si 16F) N aggregates: For the next step, most of the initial configurations of the (Ta@Si 16F) N
aggregates were taken from a previous study of the group of Prof. Dr. Carlos Balbás. The size N was from
1 to 6 and some of them promise to be good candidates to create nanowires and nanotubes – this will be
the central part of the second and future part of the work.
The main results for these aggregates so far are:
1- It is possible to obtain aggregates of Ta@Si 16F super atoms.
2- The band gap of the aggregates decreases with the aggregate size N.
3- The effect of the dipole contribution between the Tantalum and Fluorine atom to the total energy
is basically negligible.
4. Future work
The next and final step of this work will be dedicated to the construction of nanowires and nanotubes with
the (Ta@Si16F) N as basis motif. We expect this work to finish in summer/autumn 2010.
References
1
V. Kumar, Comput. Mat. Sci. 36, 1 (2006)
2
V. Kumar and Y. Kawazoe, Phys. Rev. Lett. 87, 045503 (2001)
3
J. B. Jaeger, T. D. Jaeger, and M. A. Duncan, J. Phys. Chem. A 110, 9310 (2006)
4
S. Neukermans, X. Wang, N. Veldeman, E. Janssens, R. Silverans, and P. Lievens, Int. J. Mass
Spectrom. 252, 145 (2006)
5
S. M. Beck, J. Chem. Phys. 87, 4233 (1987)
6
S. M. Beck, J. Chem. Phys. 90, 3606 (1989)
7
M. Ohara, K. Koyasu, A. Nakajima, and K. Kaya, Chem. Phys. Lett. 371, 490 (2003)
8
K. Koyasu, M. Akustsu, M. Mitsui, and A. Nakajima, J. Am. Chem. Soc. 127, 4998 (2005)
3. Stellungnahme zum Qualifizierungsprogramm und der Betreuung:
The qualification program of the Graduate College (Lectures and Seminars) has been very fruitful for the
scientific studies. Without that the progress in this project could not have been done so fast.
The possibility to visit other research groups had a large impact on the project: Various visits have been
made, in particular to the group of Prof. Dr. Carlos Balbás at the University of Valladolid. These visits were
made with the aim of discussing about the work so far done and the direction of future work to be taken for
the second part of the thesis.
Moreover, the possibility to meet researchers in an international context gave a good insight in the planning
not only of the present work, but also in the planning of a future research career.
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Lectures on Quantum Mechanical Calculational Methods
• Lectures on Numerical Methods in Physics
• Report Seminar of the Graduate College 695
• Surface Science Seminar

HOMERO CANTERA LÓPEZ 53
Forschungsaufenthalte oder Praktika bei anderen Einrichtungen im In- und Ausland:
• Research Visits to the university of Valladolid/Spain:
o One month (Feb-Mar 2008)
o One month (May 2009)
o Two weeks (Sept. 2009)
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• Introductory course to SIESTA. 19 th to 22 nd of May 2009, Barcelona, Spain
• Modern Computational Science. 26 th to 28 th of August, Oldenburg, Germany.
4. Eigene Publikationen: -

54 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Volker Dieckmann
Einzelbericht des Doktoranden Volker Diekmann
Projektnummer: Gra/ Die
Vor- und Nachname der Doktorandin bzw. des Doktoranden: Volker Dieckmann
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: „Nonlinear optofluidics with photoswitchable nitrosyl- and sulfoxide compounds“
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. Mirco Imlau
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.07.2007 bis 30.06.2010
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.07.2007 - 30.06.2010)
(voraussichtl.) Zeitpunkt der Promotion: Sommer 2010
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 25
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Beschreibung des Promotionsvorhabens
Im Rahmen dieses Projektes sollen photoschaltbare Nitrosyl- und Sulfoxid Moleküle [1] auf ihre optischen
sowie strukturellen Eigenschaften untersucht werden und insbesondere einige Vertreter der relativ neuen
Gruppe der Sulfoxide charakterisiert werden. Ziel ist es die optischen Eigenschaften und die Struktur der Moleküle
in Verbindung zu bringen und damit gezielt die Anwendbarkeit dieser Substanzen, zum Beispiel in
nichtlinear optofluidischen Systemen, einstellen zu können [2]. Mit dieser Fragestellung geht nicht nur die Untersuchung
der intramolekularen Eigenschaften einiger Beispielmaterialien einher, sondern auch die Untersuchung
des Einflusses der dielektrischen Umgebung auf die Eigenschaften der Moleküle, also zum Beispiel
die Einbettung in neue Umgebungen wie dünne Schichten.
Die Klasse der photoschaltbaren Moleküle zeichnet sich durch eine lichtinduzierte Bindungsisomerie aus [1].
Das bedeutet, dass durch Bestrahlung mit Licht geeigneter Wellenlänge die Molekülstruktur geändert werden
kann. Diese geänderte Struktur ist in der Regel metastabil und geht mit einer charakteristischen Zeitkonstante
in den Ausgangszustand zurück. Die Strukturänderung führt dazu, dass sich die optischen Eigenschaften
des Moleküls ändern und eine Absorptionsänderung und eine Änderung des Brechungsindex erzeugt werden
[3,4], welche die Anwendung diese Moleküle, z. B. in optischen Speichern, ermöglicht. Weitere Anwendungsgebiete
der Nitrosyl-Moleküle liegen in der Biologie und Pharmazie [5]. Hinzu kommt, dass durch Substitution
von Liganden strukturelle Variationen der Moleküle erzeugt werden können. Diese Variationen ermöglichen
weiterhin eine lichtinduzierte Isomerisierung, deren Eigenschaften jedoch geändert sind. Beispielsweise
lässt sich so die Wellenlängenselektivität oder die charakteristischen Lebensdauer der Isomere
variieren und an die jeweiligen Ansprüche anpassen.
Stand des Promotionsvorhabens
Der bisherige Stand er Untersuchungen lässt sich in zwei Themengebiete unterteilen:
1. Charakterisierung der optischen Eigenschaften der Substanzklasse der Ruthenium-Sulfoxide,
2. Untersuchung des Einflusses der dielektrischen Umgebung auf bekannte Eigenschaften des wohl untersuchten
Natriumnitrosylprussiat (SNP).
Thema 1: Die Substanzklasse wird an Hand vierer Beispielsubstanzen [Ru(bpy) 2(R-OSO)] + untersucht, wobei
R für einen austauschbaren Liganden steht und zur Untersuchung der Einstellbarkeit der optischen Eigenschaften
variiert wird. Neben einer sehr ausgeprägten photochromen Antwort auf Lichtbestrahlung mit
405 nm Laserlicht, mit einer Photosensitivität, die etwa 10 5 mal größer ist als die von SNP, auch extrem lange
Lebensdauern der metastabilen Zustande im Bereich von mehreren Minuten bis einigen Stunden bei
Raumtemperatur nachgewiesen werden. Durch diese Eigenschaften erweitern diese Substanzen die Klasse
der schaltbaren Molekül, da bisher weder so hohe lichtinduzierte Absorptionsänderungen noch so lange Lebensdauern
der geschalteten Zustände nachgewiesen werden konnten. Die gezielte Variation dieser Eigenschaften
durch Austausch des Liganden R wird zur Zeit untersucht und soll Hinweise darauf geben, wie die

VOLKER DIECKMANN 55
Struktur des Moleküls geändert werden muss, um bestimmte optische Eigenschaften zu erhalten. Dieser Zusammenhang
konnte bisher weder für Nitrosyl- noch für Sulfoxid-Moleküle bestimmt werden.
Thema 2: In Kooperation mit der Arbeitsgruppe Organische Chemie (Prof. Walder) wird die Photosensitivität
von SNP erstmals in molekularen Monolagen untersucht, um vergleichend zum Literaturstand zu wässrigen
Lösungen von SNP oder SNP-Einkristallen den Einfluss der dielektrischen Umgebung der Moleküle zu
bestimmen. Hierzu wird SNP elektrostatisch an eine dünne TiO 2-Schicht angebracht und dann mittels chemischer
und optischer Methoden vermessen. Es wird mittels Infrarotspektroskopie gezeigt, dass im Gegensatz
zu kristallinem SNP keine Isomerisierung, jedoch ein lichtinduziertes Ablösen des Nitrosyl-Liganden, wie es
auch in wässrigen SNP-Lösungen auftritt, beobachtet werden kann. Die Reaktionskinetik wird erfolgreich
durch einen Zweistufen-Prozess beschrieben, der zunächst einen nicht näher spezifizierten Zwischenzustand
einführt. Einige experimentelle Ergebnisse legen den Schluss nahe, dass dieser Zwischenzustand durch I-
somerisierung erreicht wird und das Model dementsprechend Isomerisierung und Ablösung des NO vereint.
Ein eindeutiger experimenteller Beweis hierfür steht allerdings noch aus, da bisher die isomerisierten Zustände
vermutlich aufgrund der Sensitivität des Instruments nicht verifiziert werden können.
Ausblick
Mit den experimentellen Untersuchungen der photochromen Eigenschaften der Sulfoxid-Moleküle können
lichtinduzierte Brechungsindex-Änderungen vorhergesagt werden. Diese sollen experimentell in Zwei-Strahl-
Kopplungsversuchen sowohl mit Puls- als auch cw-Licht nachgewiesen werden. Außerdem soll auch im Bereich
der Sulfoxide ein weiterer Schwerpunkt auf die dielektrische Umgebung gelegt werden. Zum Einen soll
der Einfluss verschiedener Lösungsmittel untersucht werden; zum Anderen sollen auch die Moleküle in feste
Polymerumgebungen eingebettet werden. Langfristig, vermutlich im Rahmen eines Folgeprojekts, ist an die
Züchtung von Einkristalle gedacht, so dass der Einfluss einer übergeordneten Kristallstruktur auf die optischen
Eigenschaften charakterisiert werden kann.
Des Weiteren ist von der Arbeitsgruppe J. Rack (Ohio Univ., USA) eine neue Substanz [Ru(bpy) 2(pySO)] +
synthetisiert worden, die erstmals sehr lange Lebensdauern der metastabilen Isomere aufweist und mit Licht
zwischen dem Grundzustand und den metastabilen Zuständen hin- und zurückgeschaltet werden kann. Bei
den bisherigen Sulfoxiden war lediglich die Erzeugung der metastabilen Zustände optisch induziert möglich;
der Zerfall zurück zum Grundzustand jedoch rein thermisch angeregt. Diese Kombination der Eigenschaften
sollen im Rahmen dieser Arbeit verifiziert werden, da sich damit zum Beispiel langlebige und schnell adressierbare
molekulare Speicher realisieren lassen.
Literatur
[1] P. Coppens, I. Novozhilova, A. Kovalevsky, Chem. Rev. 102, 861-883 (2002)
[2] D. Psaltis, S. R. Quake, C. H. Yang, Nature 442, 381-386 (2006)
[3] M. Imlau, S. Haussühl, Th. Woike, R. Schieder, V. Angelov, R. A. Rupp, Appl. Phys. B 68, 877-885 (1999)
[4] D. Schaniel, J. Schefer, B. Delley, M. Imlau, Th. Woike, Phys. Rev. B 66, 085103 (2002)
[5] M. J. Rose, P. K. Mascharak, Coord. Chem. Rev. 252, 2093-2114 (2008)
Kooperationen
- Rack Research group, Department of Chemistry and Biochemistry, Ohio University, Athens, Ohio, USA
- Arbeitsgruppe Molecular Nanohybrids, I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Deutschland
- Arbeitsgruppe Organische Chemie und Molekulare Elektrochemie, Institut für Chemie, Universität Osnabrück,
Deutschland
3. Stellungnahme zum Qualifizierungsprogramm und der Betreuung:
Durch die regelmäßige Vorstellung der eigenen Projekte im Rahmen des Seminars zum Graduiertenkolleg
wurde von allen Doktoranden sehr gut dazu genutzt Rückmeldungen zu bekommen, Ideen auszutauschen,
so dass dadurch Impulse für die eigene Arbeit mitgenommen, aber vor allem auch Einblicke in eine große
Bandbreite an aktuellen Forschungsthemen in verwandten Themengebieten gewonnen werden konnten.
Die Betreuung durch Herrn Prof. Dr. Imlau kann an dieser Stelle nur lobend erwähnt werden, da er seinen
Doktoranden stets die Möglichkeit bietet neben der regulären Arbeit an der Promotion auch viele Erfahrungen
zum Beispiel auf internationalen Tagungen oder in Kooperationen mit Industriepartnern zu machen und
damit einen Einstieg in die wissenschaftliche Gemeinschaft sehr fördert.
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Seminar zum Graduiertenkolleg

56 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Forschungsaufenthalte oder Praktika bei anderen Einrichtungen im In- und Ausland; bei IGKs zusätzlich: Aufenthalte
an der Partnerinstitution:
• Durchführung von Messungen an der Universität Köln (in Kooperation mit PD Th. Woike)
• 1 wöchiger Aufenthalt bei der Rack research group, Ohio University (geplant für Februar 2010)
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• 8th European Conference on Applications of Polar Dielectrics (Poster, Metz, Frankreich, Sept. 2006)
• 71. DPG Frühjahrstagung 2007 (Poster, Regensburg, März 2007)
• Controlling light with light: Photorefractive effects, photosensitivity, fiber gratings, photonic materials and
more (PR) 2007 (Vortrag, Kalifornien, USA, Okt. 2007)
• Nonlinear Microscopy and Optical Control (Poster, Münster, Feb. 2008)
• 72. DPG Frühjahrstagung 2008 (Vortrag, Berlin, Feb. 2008)
• 9th European Conference on Applications of Polar Dielectrics (Vortrag, Rom, Italien, Aug. 2008)
• 73. DPG Frühjahrstagung 2009 (Vortrag und Poster, Dresden, März 2009)
• Photorefractives 2009 (Vortrag, Bad Honnef, Juni 2009)
4. Eigene Publikationen:
• A. Selinger, U. Voelker, V. Dieckmann, M. Imlau, M. Goulkov,
„Parametric hybrid scattering on light-induced ferroelectric and photorefractive structures“
Optics Express, 15, 4684–4693 (2007)
• M. Imlau, V. Dieckmann, Th. Weisemöller, D. Schaniel, Th. Woike, K. W. Krämer, H. U. Güdel,
„Tuning ability of photosensitive ML 5NO molecules“
Controlling Light with Light: Photorefractive Effects, Photosensitivity, Fiber Gratings, Photonic Materials
and More (PR) TOPS, SuC5 (2007)
• V. Dieckmann, A. Selinger, M. Imlau, M. Goulkov,
„Fixed index gratings in LiNbO 3 :Fe upon long-term exposure to an intense laser beam“
Optics Letters, 32, 3510–3512 (2007)
• V. Dieckmann, S. Eicke, J. J. Rack, Th. Woike, M. Imlau,
+
„Pronounced photosensitivity of molecular [Ru(bpy) 2(OSO)] solutions based on two photoinduced linkage
isomers“
Optics Express, 17, 15052–15060 (2009)
• A. Shumelyuk, V. Dieckmann, B. Hilling, H. Brüning, T. Schemme, A. Rüdiger, O. F. Schirmer, M. Imlau,
S. Odoulov,
„Temperature dependence of photorefractive response of Tin Hypothiodiphospate“
Journal of Holography and Speckle, accepted (2009)
• V. Dieckmann, M. Imlau, D. H. Taffa, L. Walder, R. Lepski, D. Schaniel, Th. Woike
2-
„Phototriggered NO and CN release from [Fe(CN) 5NO] molecules electrostatically attached to TiO 2 surfaces“
Physical Chemistry Chemical Physics, submitted (2009)

SEBASTIAN GEVERS 57
Einzelbericht Sebastian Gevers
Einzelbericht des Doktoranden Sebastian Gevers
Projektnummer: GRA / Gev
Vor- und Nachname des Doktoranden: Sebastian Gevers
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: “Growth and Characterization of Semiconductor Insulator Nanostructures”
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. Joachim Wollschläger
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.10.2007 – 30.09.2010
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.10.2007 - 30.09.2010)
(voraussichtl.) Zeitpunkt der Promotion: Ende 2010
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 25
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Example: Ultra thin praseodymia films on non-passivated and passivated Si(111) substrates.
Introduction
It is one of the main goals in todays micro- and nanoelectronics to combine the technologically dominating
Si wafer platform with alternative semiconductor materials like Ge in order to create integrated devices with
higher performance and extended functionality. High quality praseodymia films are interesting within this
field because they can be used as buffer material between Si substrates and Ge layers (germanium-oninsulator
technology, GOI) due to the small lattice mismatch to both Si and Ge. This provides applications
of high interest like the cost-effective integration of III-V optoelectronic materials (e.g. GaAs) on the silicon
wafer platform [1, 2]. In addition, the formation of Ge nanodots on top of cubic-Pr 2O 3 films was studied as a
model system for Ge nanocrystal based non-volatile memory (NVM) cells [3].
These applications demand high temperatures up to 600°C during the growth process of the multi-layer
structures or during post deposition treatments. Therefore it is necessary to verify the structural stability of
praseodymia films in order to assure the growth of high quality Ge structures. In this context in-situ and exsitu
investigations on ultra thin praseodymia films on Si(111) were performed. First step was to optimize
the PDA treatment of hexagonal-Pr 2O 3 films which are unstable if exposed to air to obtain stable and single
crystalline PrO 2 films with Fm 3 m (fluorite) structure. These films serve well as substrate for heteroepitaxy,
since they carry the stacking information to the adsorbate film and suppress the formation of anti phase
boundaries (APB). Afterwards, these films were studied during annealing under UHV conditions to characterize
the stability of the oxide films. To compare the results of films with different praseodymia oxide
phases, cubic-Pr 2O 3 films were also annealed in UHV and characterized.
During the studies, it became obvious that the amorphous interface between praseodymia film and silicon
substrate plays an important role during the whole PDA procedure. The formation, the growth behavior and
the influence of the interface on the phase transformation between the hexagonal-Pr 2O 3 and the cubical
praseodymia phases are nearly unknown, but it is assumed that a thick interface layer decreases the electrical
and heteroepitactial properties of the buffer layer due to crystalline defects. Hence, this project also
aims to study the influence of passivated silicon substrates on the growth process and interface formation
of praseodymia films, since the interaction between substrate and adsorbate film is suppressed. Therefore,
praseodymia films were also grown on top of boron or chlorine passivated Si(111) surfaces.
Experiments
Spot profile low energy electron diffraction (SPA-LEED) was used for in-situ investigations of the praseodymia
surface structure and morphology. To get structural informations of the whole film X-ray diffraction
(XRD), grazing incidence X-ray diffraction (GIXRD) as well as X-ray reflectometry (XRR) measurements
were performed ex-situ using the beam lines BW2 and W1 at HASYLAB/Hamburg. The chemical composition
of the samples were studied in-situ by Auger electron spectroscopy (AES) and X-ray photoelectron
spectroscopy (XPS). Finally, the interface formation between oxide films and passivated surfaces was investigated
in-situ by X-ray standing waves (XSW) using the beam line BW1 at HASYLAB/Hamburg.

58 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Results
This section summarizes the results of the current project. It is split into three parts where the first preparative
results of the project, the published results of the current work and the unpublished results are presented.
First results
To obtain high quality praseodymia films with cubic PrO 2 structure, a film of hexagonal-Pr 2O 3 was deposited
on Si(111) by molecular beam epitaxy (MBE). Afterwards, it was annealed at 450°C in 1 atm oxygen
atmosphere to obtain a PrO 2 film. The film structure was characterized by XRD and XRR and it was found
that the film is single crystalline with Fm 3 m (fluorite) structure. It is nearly exclusively B-oriented with respect
to Si and has lattice constants close to bulk PrO 2. The cubic lattice of the PrO 2 film is slightly distorted
[4].
After achieving oxide films with the expected PrO 2 structure, the PDA process had to be optimized to improve
the film quality and to learn more about the phase transition from hexagonal-Pr 2O 3 to cubic-PrO 2.
Films of hexagonal-Pr 2O 3 were deposited on Si(111) and thereafter annealed in 1 atm oxygen at different
temperatures, ranging from 100°C to 700°C.
The films of the samples annealed at 100°C and 200°C kept the hexagonal structure while the films annealed
at 300°C or more were transformed to PrO 2 with B-oriented Fm 3 m structure. These films are composed
of PrO 2 and PrO 2−δ species which coexist laterally and which are tetragonally distorted due to the
interaction at the interface between oxide film and Si substrate. Whereas the vertical lattice constant of
both species decreases by several percent with increasing annealing temperature, the lateral lattice constant
is almost identical for both species and on all samples (cf. fig. 1). It matches the lattice constant of the
originally crystallized hexagonal-Pr2O 3. That means that no long range reordering of the praseodymium atoms
takes place during the phase transformation. Furthermore, a Pr-rich silicate interface layer between
the oxide and the substrate forms at 500°C and also increases with higher annealing temperatures [5].
Figure 1: Development of the vertical (a) and horizontal (b) unit cell sizes during the PDA process.
In this context, a new analysis method of XRD data of crystalline structures with amorphous interface layers
was developed and applied to characterize both crystalline praseodymia films and amorphous interface
layers, which could be detected neither by XRR nor by XRD previously. This analysis method is useful for
the current and future analysis of amorphous structures between crystalline structures in general and is
therefore applicable to many different material systems. This incorporates crystalline thin and ultra thin
films on crystalline substrates as well as crystalline multilayers on crystalline and also on amorphous substrates
[6].
Current results
One of the main goals of the current project is to investigate the behavior of ultra thin praseodymia films
during post deposition treatments. For that purpose heteroepitaxial PrO 2 films on Si(111) were annealed
under UHV conditions and investigated by XRD, XRR and SPALEED, regarding structural stability and
phase transitions due to the high oxygen mobility of the oxide.
While the samples are stable in UHV at room temperature, annealing at 300° exhibits a phase transition
from PrO 2 and PrO 2−δ
to cub-Pr2O 3. This includes an increase of the silicate at the interface and a decrease
of the crystalline praseodymia layer mainly due to atomic diffusion of Si into the oxide film (comp.
fig. 2(a)). Strain effects during the phase transition also cause mosaic formation at the surface. Further annealing
up to 600° shows only little changes regarding the film structure. This leads to a model of the film
structure during the annealing process (cf. fig. 2(b) and 2(c)) [7].

SEBASTIAN GEVERS 59
Figure 2: Relationship between crystalline film and amorphous interface during the annealing in UHV (a).
Model of the praseodymia layer system after preparation (b) and after annealing at 300°C in UHV (c).
Furthermore the PDA behavior of cubic-Pr 2O 3 films were investigated to compare different praseodymia
oxide films. Here, ultra thin heteroepitaxial Pr 2O 3 films on Si(111) were characterized by XRD and XRR to
determine the film and interface structure. These results exhibit two oxide phases within the praseodymia
film after preparation which can be assigned to different oxygen stoichiometries. After PDA of the films at
different temperatures up to 600°C the surface was studied by SPALEED, with regard to the stability of the
film surface. The results show that terraces with mono-atomic step heights and mosaics can be found at
the film surfaces after annealing at 300°C. Higher annealing temperatures do not cause further changes of
structure and morphology except of a slight increase of the mosaic spread due to lateral strain effects
within the oxide film. These results indicate that the films are stable at temperatures as high as 600°C [8].
Unpublished results
Further investigations concerning praseodymia films on passivated and non-passivated Si(111) were made
but not published yet.
One part of these studies deals with the further optimation of cubic-PrO 2 films on non-passivated Si(111)
surfaces, since the common PDA recipe does not lead to oxide films with one homogenous PrO 2 species.
Here, experiments with oxygen plasma treated praseodymia samples were performed at the University of
Bremen to increase the oxidation level of the oxide films. These samples were investigated within this project
with XRR, XRD and GIXRD measurements and it turns out, that they are actually further oxidized than
with the common recipe of oxidation with molecular oxygen, because the spatial structure parameters of
the film are closer to the bulk parameters of cub-PrO 2.
The second part concerns the characterization of non-passivated Si(111) surfaces as well as the preparation
and investigation of first praseodymia films on these surfaces with MBE. In this context a complete
characterization of boron-passivated surfaces with different preparation recipes was done with SPALEED
and it was also found that the evaporation of heteroepitaxial praseodymia films on these surfaces is possible.
These results are obtained in cooperation with the Graduate College project of Daniel Bruns [9]. Furthermore,
the formation of crystalline praseodymia films on chlorine-passivated Si(111) surfaces was performed
successfully and studied in-situ by XSW at HASYLAB/Hamburg.
Figure 3: First diffraction patterns of the boron-passivated Si(111) surface (a) and the praseodymia film
surface evaporated on top (b).

60 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Next steps during this project are investigations of annealed cubic-PrO 2 films at the temperature regime of
room temperature up to 300°C to get a closer look at the beginning of the phase transition from PrO 2 and
PrO 2−δ
to cubic-Pr2O 3. Here, ultra thin oxide films will be studied ex-situ with XRR, XRD and GIXRD
measurements to obtain structural informations. Furthermore, the passivated silicon surfaces will be
evaporated systematically with praseodymia films at different substrate temperatures to optimize the film
quality and to look if the interface formation can be suppressed.
References
[1] H. Tanoto, S.F. Yoon, W.K. Loke, E.A. Fitzgerald, C. Dohrman, B. Narayanan, M.T. Doan and C.H.
Tung, J. Vac. Sci. Technol. B 24, 152 (2006).
[2] A. Giussani, O. Seifarth, P. Rodenbach, H.-J. Muessig, P. Zaumseil, T. Weisemoeller, C. Deiter, J.
Wollschläger, P. Storck and T. Schroeder, J Appl. Phys. 103, 084110 (2008).
[3] T. Schroeder, I. Costina, A. Giussani, G. Weidner, O. Seifarth, Ch. Wenger and P. Zaumseil, J. Appl.
Phys. 102, 034107 (2007).
[4] T. Weisemoeller, C. Deiter, F. Bertram, S. Gevers, A. Giussani, P. Zaumseil, T. Schroeder, J. Wollschläger,
Appl. Phys. Lett. 93, 032905 (2008).
[5] T. Weisemoeller, F. Bertram, S. Gevers, A. Greuling, C. Deiter, H. Tobergte, M. Neumann, A. Giussani,
T. Schroeder, J. Wollschläger, J. Appl. Phys. 105, 124108 (2009).
[6] T. Weisemoeller, F. Bertram, S. Gevers, C. Deiter, A. Greuling, J. Wollschläger, Phys. Rev. B 79,
245422 (2009).
[7] S Gevers, T Weisemoeller, B Zimmermann, F Bertram, C Deiter, J Wollschläger, J. Phys.: Condens.
Matter 21, 175408 (2009).
[8] S. Gevers , T. Weisemoeller, B. Zimmermann, C. Deiter, J. Wollschläger, Phys. Status Solidi, (accepted).
[9] D. Bruns, S. Gevers, J. Wollschläger, (to be published).
3. Stellungnahme zum Qualifizierungsprogramm und der Betreuung:
Im Wesentlichen bestanden die Veranstaltungen des GRK695 aus den Seminaren in den jeweiligen Wintersemestern.
Dabei waren die Vorträge eher hilfreich für das allgemeine Verständnis der anderen Projekte
und für die Übung von Fachvorträgen vor Fachpublikum als für die eigene Arbeit. Der Umfang war dabei
jedoch angemessen. Durch die Vorbereitung des eigenen Vortrags war man gut in die Gestaltung des
Seminars eingebunden.
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Report Seminar of the Graduate College 695, Winter 2007/2008
• Report Seminar of the Graduate College 695, Winter 2008/2009
Forschungsaufenthalte oder Praktika bei anderen Einrichtungen im In- und Ausland; bei IGKs zusätzlich: Aufenthalte
an der Partnerinstitution:
• measurements at HASYLAB (DESY), Hamburg (about 2 months)
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• DFG Tagung, Berlin 2008; Winter School on Synchrotron Radiation, Delmenhorst 2008
• SPALEED Workshop, Bremen 2008
nd
• 2 German-Danish meeting on Interface Related Phenomena, Sønderborg (DK) 2008
• DFG Tagung, Dresden 2009
• SPALEED Workshop, Osnabrück 2009

SEBASTIAN GEVERS 61
4. Eigene Publikationen:
• S Gevers, T Weisemoeller, B Zimmermann, F Bertram, C Deiter, J Wollschläger, Structural phase transition
of ultra thin PrO 2 films on Si(111), J. Phys.: Condens. Matter 21, 175408 (2009).
• S. Gevers , T. Weisemoeller, B. Zimmermann, C. Deiter, J. Wollschläger, Structure and stability of cub-
Pr 2O 3 films on Si(111) under post deposition annealing conditions, Phys. Status Solidi, (to be published).
• D. Bruns, S. Gevers, J. Wollschläger, Formation and morphology of step-bunches during B-segregation on
Si(111): A SPA-LEED survey, (to be published).
• T. Weisemoeller, F. Bertram, S. Gevers, A. Greuling, C. Deiter, H. Tobergte, M. Neumann, A. Giussani,
T. Schroeder, J. Wollschläger, Post deposition annealing induced transition from hexagonal Pr 2O 3 to cubic
PrO 2 films on Si(111), J. Appl. Phys. 105, 124108 (2009)
• T. Weisemoeller, F. Bertram, S. Gevers, C. Deiter, A. Greuling, J. Wollschläger, Effect of amorphous interface
layers on crystalline thin film X-ray diffraction, Phys. Rev. B 79, 245422 (2009)
• T. Weisemoeller, C. Deiter, F. Bertram, S. Gevers, A. Giussani, P. Zaumseil, T. Schroeder, J. Wollschläger,
Epitaxy of single crystalline PrO 2 films on Si(111), Appl. Phys. Lett. 93, 032905 (2008)

62 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Peter Hage
Einzelbericht des Doktoranden Peter Hage
Projektnummer: GRA / Hag
Vor- und Nachname der Doktorandin bzw. des Doktoranden: Peter Hage
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: „Dynamik von Solitonen“
Name der Betreuerinnen/Betreuer: apl. Prof. J.-H. Schmidt
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.03.2004 bis jetzt
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.03.2004 - 28.02.2007)
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 31
ggf. Umstände, die zu einer Beeinträchtigung der wissenschaftlichen Arbeit geführt haben könnten 1 : Krankheit
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Das Promotionsprojekt befasst sich mit numerischen Verfahren zur genäherten Lösung von generalisierten
nichtlinearen Schrödingergleichungen (GNLS). Bekanntlich kann man für den Spezialfall der kubischen
Schrödingergleichung mit Hilfe der inversen Streutheorie analytische N-Solitonenlösungen angeben, was für
andere Typen von GNLS nicht gelingt. Hier sind nur numerische Näherungslösungen möglich. Dies gilt
insbesondere für die GNLS mit Sättigungs-Nichtlinearität, mit der man etwa Strahlungsprofile in photorefraktiven
Kristallen beschreibt, in denen seit 1993 experimentell optische Solitonen nachgewiesen wurden.
Die Frage nach geeigneten numerischen Verfahren zur Integration von GNLS oder auch die Verbesserung von
bekannten Verfahren ist daher ein wichtiges und aktuelles Thema. Ich bin zu diesem Zweck in meiner Arbeit nicht
von konkreten Verfahren ausgegangen, sondern habe zunächst ein allgemeines Schema für eine Klasse
derartiger Verfahren entwickelt. In einem ersten Schritt wird die GNLS als unendlich-dimensionales
Hamiltonsches System durch ein endlich-dimensionales Hamiltonsches System approximiert. Dies ist die so
genannte "Hamiltonsche Semi-Diskretisierung", in der Integrale durch Quadraturformeln genähert werden. Die
beiden Terme der GNLS - zweite Ableitung und nichtlineares Potential - werden durch unterschiedliche
Projektionen auf das endlich-dimensionale System diskretisiert. Bei der Diskretisierung hat man noch
beträchtliche Wahlmöglichkeiten; ich habe explizit die Gauss-Hermite-Diskretisierung und die trigonometrische
Diskretisierung behandelt. Beim ersten Verfahren häufen sich die Stützstellen gemäß den Nullstellen der Hermite-
Polynome im Zentrum, was zunächst für die Approximation von Solitonen besonders vorteilhaft erscheint. Die
Stützstellen der trigonometrischen Polynome sind hingegen äquidistant; dafür kann man in diesem Fall die zweite
Ableitung der Wellenfunktion durch eine schnelle Fouriertransformation (FFT) berechnen.
Der zweite Schritt besteht in der numerischen Integration der durch die Diskretisierung erzeugten Hamiltonschen
Gleichungen. Hier bieten sich so genannte symplektische Integratoren in Verbindung mit Suzuki-Trotter-
Zerlegungen an. Alternativ kann man ein nicht-symplektisches Runge-Kutta-Verfahren verwenden, das sich
überraschenderweise als durchaus konkurrenzfähig erweist. Durch die Kombination beider Schritte ergibt sich
eine Vielzahl von Möglichkeiten für numerische Integratoren, von denen ich 16 ausgewählt und hinsichtlich ihrer
Güte und Laufzeit verglichen habe. Das entscheidende Kriterium ist dabei die Abweichung der numerischen
Lösungen von den exakten Lösungen (1, 2, 4-Solitonenlösungen im kubischen Fall und semi-analytische
Lösungen im Sättigungsfall). Anschließend habe ich die Ergebnisse des Vergleichs zusammengefasst und
diskutiert. Ich stellte dabei fest, dass mit steigender Anzahl der Stützstellen das Split-Step-Fourierverfahren (SSF)
den Zeitvorteil der FFT immer stärker ausnutzen kann und daher für hohe Genauigkeitsansprüche meistens am
schnellsten ist.
Bei der Darstellung der Ergebnisse ergab sich folgendes Problem: Ein Vergleich von 16 Verfahren bei 4
"Experimenten" in Hinblick auf 2 Kriterien (Genauigkeit und Laufzeit) erzeugt eine kaum überschaubare
Datenmenge, die dennoch in kompakter Form präsentiert werden musste. Ich habe dieses Problem so gelöst,
1
Damit die wissenschaftl. Leistungen angemessen beurteilt werden können, empfehlen wir, auf Umstände hinzuweisen, die zu
einer Beeinträchtigung der wissenschaftl. Arbeit geführt haben könnten. So können Sie die Gutachterinnen und Gutachter
über längere Krankheitszeiten, Behinderungen oder Kinderbetreuungszeiten informieren.

PETER HAGE 63
dass ich im Haupttext meiner Dissertation zunächst eine grobe Auswertung (Tabelle 3.2) vorgenommen und die
Ergebnisse auf wenigen Seiten zusammengefasst und diskutiert habe. Die detaillierten Resultate werden dann
auf ca. 30 Seiten im Anhang dargestellt und besprochen.
Als Ergebnis meiner Arbeit hat sich zwar kein neues und überlegenes Verfahrens ergeben, aber man versteht
jetzt den Erfolg des SSF-Verfahrens besser, weil man die Probleme alternativer Verfahren überblickt. Die Arbeit
mit dem Titel „Berechnung von Solitonen-Lösungen der generalisierten nichtlinearen Schrödingergleichung mit
symplektischen Integratoren“ wurde erfolgreich fertiggestellt und am 24. September 2008 abgegeben und positiv
begutachtet.
Der Abschluss der Promotion und die Veröffentlichung der Arbeit sind aus persönlichen Gründen und auf Grund
der oben erwähnten Erkrankung ungewiss.
Abbildung: Absolutbetrag |u(x, t)| einer exakten Zwei-Solitonen-Lösung u(x, t) der kubischen
Schrödingergleichung, die zum Vergleich der numerischen Verfahren verwendet wurde.
Tabelle: Relative Norm-Abweichung zwischen numerischer und exakter Lösung bei fester
Laufzeit für 16 verschiedene numerische Verfahren.
3. Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs: Vorlesungen, Seminare
4. Eigene Publikationen
• J. Schnack, P. Hage, and H.-J. Schmidt, Efficient implementation of the Lanczos method for
magnetic systems, J. Comput. Phys. 227 (2008) 4512-4517
• K. Bärwinkel, P. Hage, H.-J. Schmidt, J. Schnack, Quantum numbers for relative ground
states of antiferromagnetic Heisenberg spin rings, Phys. Rev. B 68 (2003) 054422

64 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Urs Heine
Einzelbericht des Doktoranden Urs Heine
Projektnummer: GRA / Hei
Vor- und Nachname der Doktorandin bzw. des Doktoranden: Urs Heine
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: „Untersuchung des Schaltverhaltens ferroelektrischer Domänen in
Calcium-Barium-Niobat und deren Einfluss auf die optischen Eigenschaften.“
Name der Betreuerinnen/Betreuer: apl. Prof. Dr. Klaus Betzler
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.10.2007 bis 30.09.2010
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.10.2007 bis 30.09.2010)
(voraussichtl.) Zeitpunkt der Promotion: September 2010
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 26
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Das Hauptthema der Dissertation ist die Untersuchung der neuartigen tetragonalen Wolframbronze
Calcium-Barium-Niobat (CBN) mit verschiedenen Methoden der optischen sowie elektrischen
Messtechnik. Im Vordergrund stehen hierbei die Charakterisierung der ferroelektrischen Eigenschaften,
Untersuchungen zum Verhalten am Phasenübergang und optische Transmissionsmessungen.
CBN wird als optisch qualitativ hochwertiger Einkristall erst seit 2002 am Institut für Kristallographie der
Universität zu Köln gezüchtet. Somit sind über viele physikalische Eigenschaften des Materials bisher
kaum Daten vorhanden.
Abb.1: Messprinzip der k-Raum-Spektroskopie. Die Verteilung frequenzverdoppelten Lichtes in einer
Ebene senkrecht zur Kristallographischen c-Achse wird zur Detektion der Verteilung im Kristall
vorhandenen Domänengrößen verwendet.
Die in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Betzler entwickelte Methode der k-Raum-Spektroskopie (s. Abb.1)
ermöglicht eine Untersuchung mikroskopischer Domänenmuster im Kristall. Durch anwenden dieser
Methode ist es gelungen, charakteristische Merkmale des Phasenübergangsverhaltens von CBN
herauszuarbeiten, sowie bereits veröffentlichte Daten zu verifizieren.
Untersuchungen im Temperaturbereich des Phasenübergangs zeigten eine ausgeprägte Abhängigkeit des
Kristallverhaltens vom Polungszustand. Wurde die Probe vor der Messung durch Anlegen eines externen
elektrischen Feldes in einen gepolten Zustand gebracht, ergab sich am Phasenübergang ein
charakteristischer Peak in den Messdaten (s .Abb.2).
In Abbildung 2 links zu sehen ist die Verteilung der harmonischen Intensität im Temperaturbereich des
Phasenübergangs bei etwa 255 °C. Es ist gut zu erkennen, dass die Intensität unterhalb des
Phasenübergangs über die Messgröße |k g| nahezu gleichverteilt ist. Am Phasenübergang klingt sie dann
für alle |k g| homogen ab.

URS HEINE 65
Abb.2: Links: Verteilung der harmonischen Intensität einer ungepolten Probe im Bereich des
Phasenübergangs. Rechts: Harmonische Intensität im Bereich des Phasenübergangs einer Probe, die vor
der Messung mit 1.2 kV/mm gepolt wurde.
Im rechten Teil von Abbildung 2 ist die gleiche Messung mit einer Probe durchgeführt worden, die zuvor
mit einem externen elektrischen Feld von 1.2 kV/mm in einen gepolten Zustand versetzt wurde. Es ist eine
deutlich inhomogenere Verteilung der harmonischen Intensität unterhalb des Phasenübergangs
erkennbar, mit höheren Werten für kleine |k g|. Dies deutet darauf hin, dass im Kristall vorwiegend große
Domänenstrukturen vorhanden sind. Da die Probe vorher mit einem externen elektrischen Feld behandelt
wurde, entspricht dies den Erwartungen an einen gepolten Zustand.
Im Bereich des Phasenübergangs ist ein deutlicher Anstieg der Intensität für fast alle, im Speziellen aber
für große Werte von |k g| zu erkennen. Dies deutet auf einen Zerfall der großen Domänenstrukturen im
Bereich des Phasenübergangs hin, welcher sich in einem Anstieg der Dichte kleinerer Strukturen äußert.
Die Messungen am Phasenübergang werden im Rahmen der Dissertation zusätzlich durch
Computersimulationen gestützt.
Neben den Untersuchungen zum Phasenübergangsverhalten wurde durch periodische Schaltprozesse der
internen Domänenstruktur mittels elektrischer Felder ein mikroskopisches Alterungsverhalten
nachgewiesen, was in ähnlichen Materialien wie Strontium-Barium-Niobat (SBN) bisher nur makroskopisch
möglich war (s. Abb.3).
Abb.3: Alterungsverhalten einer CBN-Probe bei mehrmaligem Schalten der Polarisation. Im Bereich
kleiner |k g| ist die Ausbildung permanenter harmonischer Intensität zu erkennen.
Im Hinblick auf zukünftige Anwendungen von CBN stellt dies einen wichtigen Punkt im Bereich der
grundlegenden Materialeigenschaften dar. Auch hier wurden / werden im Rahmen der Dissertation
Computersimulationen durchgeführt, um die Interpretation der Messdaten zu untermauern.
Ein weiterer Punkt der momentanen Untersuchungen ist das temperaturabhängige Verhalten der
Bandkante in CBN. Die Verschiebung in den Bereich längerer Wellenlängen bei höheren Temperaturen
lässt sich als Gelbfärbung bereits mit dem bloßen Auge erkennen. Detaillierte Messungen zu diesem
Thema stehen noch aus (s. Abb.4).
Abb.4: Gelbfärbung einer CBN-Probe. Links: 30°C, rechts: 280 °C
Ebenfalls Gegenstand aktueller und zukünftiger Untersuchungen ist ein Trübungseffekt, der während des
Polungsprozesses bei Raumtemperatur auftritt (s. Abb.5). Dieser ist in seiner Entwicklung abhängig von
der Stärke des angelegten elektrischen Feldes, sowie der Temperatur.

66 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Abb.4: Eintrübung einer CBN-Probe während des Polungsvorgangs. a) die getemperte Probe, b) nach 15
Min. bei 400 V/mm, c) nach 50 Min. bei 400 V/mm und d) 10 Min. nach dem Abschalten des Feldes.
Zur genaueren Untersuchung des Trübungsverhaltens eines CBN-Kristalls unter dem Einfluss elektrischer
Felder oder Hitzezufuhr wird die transmittierte Intensität eines Lasers mit der Wellenlänge 532 nm
gemessen. Erste Auswertungen der gemessenen Daten deuten auf Rayleigh-Streuung an spannungsinduzierten
Brechwertschwankungen im Bereich der Domänenwände hin.
3. Stellungnahme zum Qualifizierungsprogramm und der Betreuung:
Die Betreuung durch Herrn Prof. Dr. Betzler war zu jeder Zeit meiner Mitgliedschaft im Graduiertenkolleg
absolut vorbildlich. Die ständige Diskussionsbereitschaft und die bereitwillige Beantwortung aller
aufkommenden Fragen trugen einen großen Teil zum Gelingen der Experimente und zum Erreichen der
bisherigen Ziele bei. Ebenso stand Herr Prof. Dr. Betzler auf verwaltungstechnischer Ebene bei der
Abwicklung sämtlicher Formalitäten wie Beschaffungsanträgen oder Dienstreisen mit Rat und Tat zur
Seite, sodass einer Konzentration auf das wissenschaftliche Arbeiten zu jeder Zeit nichts im Wege stand.
Insgesamt lässt sich die Betreuung im Graduiertenkolleg als außerordentlich gut und der fristgerechten
Fertigstellung der Dissertation absolut förderlich beschreiben.
Das wissenschaftliche Kolloquium bot die Möglichkeit, einen Einblick in die Themengebiete der anderen
Kollegsmitglieder zu bekommen und führte in aller Regel zu anregenden Diskussionen nach den
Vorträgen. Eingeladene Vorträge ermöglichten zudem einen Blick über die Grenzen des Kollegs hinaus in
teils gänzlich andere Bereiche aktkueller Forschung.
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs: Wissenschaftliches Kolloquium
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• DPG Frühjahrstagung Berlin, 2008 - Beitrag: Poster Investigation of the uniaxial relaxor calcium barium
niobate by k-space spectroscopy and pyroelectric methods: a comparison to strontium barium niobate
• Arbeitskreistagung der DGKK, 2008 – Beitrag: Vortrag k-Raum Spektroskopie an CBN-Einkristallen
• Eingeladener Vortrag, Universität zu Köln, 2009 k-space spectroscopy investigations of the relaxor
ferroelectric CBN
• DPG Frühjahrstagung Dresden, 2009 – Beitrag: Vortrag k-space spectroscopy on calcium barium
niobate single crystals
• Photorefractives, Bad Honnef , 2009
• Nonlinear Optics, Honolulu (Hawaii, USA), 2009 – Beitrag: Vortrag Investigating the domain-size
dependent ferroelectric switching behaviour of CBN with k-space spectroscopy
4. Eigene Publikationen:
• Urs Heine, Uwe Voelker, Klaus Betzler, Manfred Burianek, Manfred Muehlberg. The
Ferroelectric Phase Transition of Calcium Barium Niobate: An Experimental Evidence of
Smolenskii’s Model for Diffuse Phase Transitions? (New Journal of Physics, 11 (2009) 083021
(9pp))
• Uwe Voelker, Urs Heine, Christoph Goedecker, Klaus Betzler. Domain size effects in a uniaxial
ferroelectric relaxor system: The case of SBN (Journal of Applied Physics, 102 (2007) 114112

BURKHARD HILLING 67
Einzelbericht Burkhard Hilling
Einzelbericht des Doktoranden Burkhard Hilling
Projektnummer: GRA / Hil
Vor- und Nachname. des Doktoranden: Burkhard Hilling
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: Space-charge waves in dielectrics
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. Mirco Imlau
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.02.2008 bis 31.12.2010
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.02.2008 - 31.12.2010)
(voraussichtl.) Zeitpunkt der Promotion: Herbst/Winter 2010
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 25
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Beschreibung des Promotionsvorhabens
Im Rahmen dieses Projekts soll eine neue Methodik zur Anregung von Raumladungswellen realisiert und erprobt
werden. Raumladungswellen werden als Eigenschwingungen einer Raumladungsdichtemodulation in halbisolierenden
Materialien in einem externen elektrischen Feld beschrieben [1]. Anhand ihres Dispersionsverhaltens
gliedern sich Raumladungswellen wiederum in verschiedene Typen [2]. Dabei können sowohl nichtlineare Wechselwirkungen
von Raumladungswellen untereinander studiert werden, als auch diejenigen Parameter bestimmt
werden, die den Ladungstransport innerhalb des untersuchten Materials bestimmen.
Die Anregung von Raumladungswellen geschieht üblicherweise durch die Beleuchtung der Probe mittels eines
optischen Interferenzmusters bei gleichzeitigem Anlegen eines elektrischen Feldes. Eine etablierte und weitreichend
erforschte Methode nutzt ein oszillierendes Interferenzmuster sowie ein statisches elektrisches Feld zur
Anregung [3]. Hierbei erfolgt eine resonante Anregung der Raumladungswelle, wenn Oszillationsfrequenz und
Wellenzahl des Interferenzmusters mit denjenigen der Welle übereinstimmen. Das oszillierende Muster lässt sich
mathematisch als Überlagerung eines statischen sowie zweier in entgegengesetzte Richtungen laufender Muster
gleicher Wellenzahl beschreiben. Mit der Wechselwirkung des statischen mit einem laufenden Gitter in der Probe
lässt sich das Auftreten eines Wechselstroms erklären. Dieser Wechselstrom kann als Amplitude der Welle detektiert
werden, so dass auch nicht-photorefraktive Materialien untersucht werden können. Da das oszillierende
Lichtmuster jedoch keine ausgezeichnete Bewegungsrichtung besitzt, lässt sich mit dieser Methode keine Aussage
über die Art der angeregten Ladungsträger treffen.
Zielsetzung ist nun, eine neue Methode zu realisieren und auf ihre Funktion und Anwendbarkeit zu testen. Diese
Methode ist als Verbesserung derjenigen zu sehen, die ein oszillierendes Lichtmuster zur Anregung nutzt, da sie
mit zwei getrennten Interferenzmustern arbeitet. Diese zwei Muster besitzen die gleiche Wellenzahl, wovon eines
ein statisches ist, während das andere als laufendes Muster verwendet wird [4]. Bei dieser Methode kann eine
resonante Anregung der Raumladungswelle erfolgen, wenn die Wellenzahlen der Muster mit derjenigen der Welle
übereinstimmen und das laufende Muster die Phasengeschwindigkeit der Welle aufweist. Durch die Wechselwirkung
des statischen mit dem laufenden Gitter in der Probe ist auch hier ein Wechselstrom zu erwarten. Da es hier
nur ein laufendes Muster gibt, dessen Richtung relativ zum angelegten elektrischen Feld gewählt werden kann,
kann die Art der beteiligten Ladungsträger bestimmt werden bzw. im Fall bipolarer Leitfähigkeit der Probe können
selektiv beide Arten angeregt werden.
Stand des Promotionsvorhabens
Der Aufbau zur neuen Methodik wurde realisiert und erfolgreich getestet. Um den Vergleich zur Methode mit
oszillierendem Muster zu erhalten, wurde eine Referenzprobe unter äquivalenten experimentellen Bedingungen
mit beiden Methoden untersucht und die Ergebnisse verglichen [4]. Als Probe kam dabei das photorefraktive
Material BGO (Bi 12GeO 20) aus der Gruppe der Sillenite zum Einsatz. Bei diesen Untersuchungen stellte sich heraus,
dass die neue Methode ebenso wie die etablierte zur Anregung von Raumladungswellen geeignet ist, darüberhinaus
jedoch einige Verbesserungen und zusätzliche Informationen bietet. Im Vergleich zum oszillierenden
Muster konnte eine Verbesserung des Gütefaktors, der das Verhältnis von Eigenfrequenz und Dämpfung einer 9

68 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
zuführen, da das oszillierende Muster mit seinem Spektrum an Geschwindigkeiten zur Anregung einer Schar von
Raumladungswellen mit verschiedenen Phasengeschwindigkeiten führt. Dagegen wird mit der neuen Methodik
nur eine Welle mit einer ganz bestimmten Phasengeschwindigkeit angeregt, was in einer gesteigerten Effizienz
resultiert. Des Weiteren lies sich eine Anregung nur für eine bestimmte Laufrichtung des Interferenzmuster relativ
zum elektrischen Feld feststellen, aus der auf die Art der Ladungsträger geschlossen werden konnte. Das Ergebnis
liegt in Übereinstimmung mit den bisher bekannten Daten für BGO und zeigt, dass diese Methode zur Bestimmung
der Ladungsträgerart geeignet ist. Ein zusätzliches Wechselstromsignal trat bei kleinen Geschwindigkeiten
des laufenden Musters auf, welches bei höheren zerfällt. Als Ursache hierfür konnte eine zeitliche Modulation
der Photoleitfähigkeit bestimmt werden. Diese Modulation resultiert aus der Abhängigkeit der aus der Überlagerung
des statischen und laufenden Musters entstehenden Intensitätsverteilung am Ort der Probe vom Grad der
Phasenmodulation.
Weitere Untersuchungen an BGO-Proben haben ergeben, dass die Charakteristik der Raumladungswellen nicht
von der Kristallachse abhängig ist, entlang derer das elektrische Feld angelegt wird. Zusätzliche Messungen mit
Proben im Dickenbereich von 0,12 mm bis 2,0 mm aus dem gleichen Kristallboule ergaben weiterhin, dass die
Dicke der Probe ebenfalls keinen Einfluss hat.
Ausblick
Nach dem erfolgreichen Test der neuen Methodik zur Raumladungswellenanregung soll die Klasse der untersuchten
Materialien erweitert werden. Dies wären z.B. dünne Halbleiter-Schichten, die im Bereich der Energiekonversion
in Solarzellen von großer Bedeutung sind. Für die Optimierung dieser Materialien ist eine detaillierte
Kenntniss der Prozesse beim Ladungstransport nötig, wozu die Untersuchung mittels Raumladungswellen einen
Beitrag leisten kann.
Als Erweiterung der experimentellen Methoden ist die Realisierung des sog. „Time of flight“- oder auch „Haynes-
Shockley“-Experiments geplant. Mit dieser Methode lassen sich die Mobilitäten von Elektronen und Löchern in
einem Material untersuchen. Dazu werden auf der Oberfläche der Probe an einem Punkt mit einem elektrischen
Puls oder einem kurzen, intensiven Laserpuls freie Ladungsträger erzeugt, die in einem angelegten elektrischen
Feld driften. An einem weiteren Punkt in bekanntem Abstand lassen sich diese Ladungsträger mit einer Metallsonde
nach einer bestimmten Driftzeit detektieren. Aus diesen Parametern lässt sich dann die Mobilität der Ladungsträger
berechnen, so dass zusammen mit der Methode der Raumladungswellen detaillierte Informationen
über den Ladungstransport gesammelt werden können.
Literatur
[1] R. F. Kazarinov, R. A. Suris, B. I. Fuks, Sov. Phys. Semicond. 6, 500 (1972)
[2] V. V. Bryksin, M. P. Petrov, Phys. Solid State 48, 1234 (2006)
[3] M. Lemmer, B. Hilling, M. Wöhlecke, M. Imlau, A. A. Lebedev, V. V. Bryksin, M. P. Petrov, Eur. Phys. J. B
60, 9 (2007)
[4] B. Hilling, T. Schemme, K.-M. Voit, H.-J. Schmidt, M. Imlau, Phys. Rev. B. 80, 205118 (2009)
Kooperationen
Ioffe Physico-Technical-Institute, St. Petersburg, Russland
3. Stellungnahme zum Qualifizierungsprogramm und der Betreuung
Innerhalb des Seminars zum Graduiertenkolleg erhielten alle Doktoranden die Gelegenheit, ihr jeweiliges Projekt
vorzustellen und es zu diskutieren. Dadurch ergab sich ein hilfreicher Informations- und Ideenaustausch. Gleichzeitig
wurde so das Halten von Vorträgen verinnerlicht. Durch die Möglichkeit, nationale wie internationale Tagungen
zu besuchen, konnten außerdem einige interessante Kontakte geknüpft werden und Eindrücke vom Tätigkeitsfeld
für eine eventuelle spätere Hochschulkarriere gewonnen werden.
Die generelle Betreuung während der Promotion durch Herrn Prof. Dr. Imlau war und ist stets sehr gut. Zusätzlich
zur regulären Arbeit während der Promotion können auch viele Erfahrungen auf Tagungen sowie aus der Zusammenarbeit
mit Firmen aus der Wirtschaft gesammelt werden.
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Seminar zum Graduiertenkolleg
Forschungsaufenthalte oder Praktika bei anderen Einrichtungen im In- und Ausland; bei IGKs zusätzlich: Aufenthalte
an der Partnerinstitution:
• Aufenthalt am Ioffe Physico-Technical Institute, St. Petersburg, Russland (3.9.2009 – 13.9.2009)

BURKHARD HILLING 69
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• DPG Frühjahrstagung 2007 (Poster, Regensburg, März. 2007)
• Photorefractives 2007 (Poster, Kalifornien, USA, Okt. 2007)
• DPG Frühjahrstagung 2008 (Vortrag, Berlin, Feb. 2008)
• ICOOPMA 2008 (Vortrag, Edmonton, Kanada, Juli 2008)
• DPG Frühjahrstagung 2009 (Vortrag und Poster, Dresden, März 2009)
• Photorefractives 2009 (Vortrag, Bad Honnef, Juni 2009)
• Vortrag am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, 17.11.09
4. Eigene Publikationen:
• B. Hilling, M. Lemmer, M. Wöhlecke, M. Imlau, M. P. Petrov, V. V. Bryksin,
„Interactions of space-charge waves with magnetic fields in the semiconductor InP:Fe“, Controlling Light
with Light: Photorefractive Effects, Photosensitivity, Fiber Gratings, Photonic Materials and More (PR)
TOPS, MB17 (2007)
• M. P. Petrov, V. V. Bryksin, M. Lemmer, B. Hilling, M. Wöhlecke, M. Imlau,
„Interactions of optically generated space-charge waves with magnetic fields in semi-insulating InP:Fe
single crystals“, Phys. Rev. B 76, 033202 (2007)
• M. Lemmer, B. Hilling, M. Wöhlecke, M. Imlau, A. A. Lebedev, V. V. Bryksin, M. P. Petrov,
„Trap-recharging waves versus damped, forced charge-density oscillations in hexagonal silicon carbide“
Eur. Phys. J. B, 60, 9 (2007)
• M. P. Petrov, V. V. Bryksin, B. Hilling, M. Lemmer, M. Imlau, „Trap saturation in InP:Fe by optical interband
excitation”, Phys. Rev. B 78, 085121 (2008)
• D. V. Petrov, M. P. Petrov, B. Hilling, M. Lemmer, M. Imlau, „Large scale magnetic field influence on trap
recharging waves in InP:Fe and GaAs:Cr“, Appl. Phys. B 95, 483 (2009)
• B. Hilling, T. Schemme, K.-M. Voit, H.-J. Schmidt, M. Imlau, „Space-charge wave excitation by superposition
of static and moving interference patterns“, Phys. Rev. B 80, 205118 (2009)
• B. Hilling, M. Lemmer, M. Imlau, „Resonant space-charge wave excitation in amorphous silicon films“, J.
Holography and Speckle, accepted (2009)
• A. Shumelyuk, V. Dieckmann, B. Hilling, H. Brüning, T. Schemme, A. Rüdiger, O. F. Schirmer, M. Imlau,
S. Odoulov, „Temperature dependence of photorefractive response of Tin Hypothiodiphospate“, J. Holography
and Speckle, accepted (2009)
• D. Petrov, B. Hilling, M. Lemmer, M. Imlau, „Properties of space-charge waves in the presence of a
magnetic field“, J. Holography and Speckle, accepted (2009)

70 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Mehmet Kadiroglu
Einzelbericht des Doktoranden Mehmet Kadiroglu
Projektnummer: GRA / Kad
Vor- und Nachname des Doktoranden: Mehmet Kadiroglu
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: „Transport und Relaxation in Quantenmodellen“
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Jun.-Prof. Dr. Jochen Gemmer
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.08.2005 bis 31.03.2009
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.08.2005 - 31.07.2008)
Zeitpunkt der Promotion: 30.11.2009
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 25
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Das Transport- und Relaxationsverhalten verschiedener Quantenmodelle wird untersucht. Den ersten Teil
der vorliegenden Arbeit bildet die Untersuchung der Transporteigenschaften von speziellen finiten
modularen Quantensystemen bzgl. einer Boltzmann-Gleichung (BG). Diese Systeme, in denen unter
bestimmten Bedingungen diffusiver Transport beobachtet werden kann, wurden mit verschiedenen
Methoden zur Beschreibung von Quantentransport untersucht. Dabei zeigt sich, dass sich das diffusive
Transportverhalten in diesen Systemen aus der zugrunde liegenden Schrödinger Dynamik heraus
beschreiben lässt. Ob die diffusive Dynamik in diesen Systemen ebenfalls auf der Basis einer BG
beschrieben werden kann, wird analytisch und numerisch untersucht.
Im zweiten Teil wird die Relaxationsdynamik in quantenmechanischen Vielteilchensystemen untersucht.
Speziell wird versucht, die Lebensdauern von angeregten Elektronen (Löchern) in Metallen, welche mit
dem Fermi-See der Elektronen wechselwirken, mittels der zeitfaltungsfreien Projektionsoperator-Methode
(TCL) zu bestimmen. Letztere liefert einen analytischen Ausdruck für die Dämpfungsrate (inverse
Lebensdauer), welche temperaturabhängig ist und im Rahmen von Standard-Streuprozessen interpretiert
werden kann. Um dieses analytische Ergebnis zu testen, wird es angewendet, um die Lebensdauern
angeregter Elektronen (Löcher) in Aluminium zu bestimmen, für das ein Jellium Modell verwendet wird.
Die Ergebnisse, die man über Monte-Carlo-Integration erhält, werden mit experimentellen und
theoretischen Daten aus Selbstenergie-Rechnungen verglichen. Des Weiteren werden die Lebensdauern
angeregter Elektronen in Kupfer ermittelt, für das ein Tight-Binding-Modell verwendet wird.
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Seminar des Graduiertenkollegs
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• DPG-Tagung in Dresden 2006
• 382. Wilhelm und Else Heraeus-Seminar Thermal Transport and Relaxation: Foundation and Perspectives
8.-10. January 2007 in Bad Honnef
• DPG-Tagung in Regensburg 2007
• DPG-Tagung in Berlin 2008

MEHMET KADIROGLU 71
4. Eigene Publikationen:
• K. Kuepper, M. Kadiroglu, A.V. Postnikov, K.C. Prince, M. Matteucci, V.R. Galakhov, H.
Hesse, G. Borstel, M. Neumann J. Phys.: Condens. Matter 17, 4309 -4317 (2005).
• M. Kadiroglu, J. Gemmer, Eur. Phys. J. Special Topics 151, 127 (2007).
• M. Kadiroglu, J. Gemmer, Phys. Rev. B 76, 024306 (2007).
• M. Kadiroglu, J. Gemmer, Phys. Rev. B 79, 134301 (2009).

72 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Aliaksei Krasnoberski
Einzelbericht des Doktoranden Aliaksei Krasnoberski
Projektnummer: GRA / Kra
Vor- und Nachname des Doktoranden: Aliaksei Krasnaberski
Titel des Promotionsprojektes: “Nonlinear optical properties of modified bacteriorhodopsins”
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Heinz-Jürgen Steinhoff
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.04.2004 - 31.03.2007
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.04.2004 - 31.03.2007); wiss. Mitarbeiter am FB Physik (01.04. bis 30.09.2007)
Zeitpunkt der Promotion: Januar 2008
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 23
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Aufgrund seiner optischen und photochemischen Eigenschaften ist das Membranprotein
Bakteriorhodopsin (BR) für den Einsatz in der optischen Informationsspeicherung und -
verarbeitung, der Energieumwandlung und der Optoelektronik geeignet. BR zeigt z.B. eine sehr
effiziente Lichtausnutzung und extrem schnelle Schaltzeiten (< 0.5ps). Diese Eigenschaften sind
durch die Wechselwirkung des Retinals mit der Proteinumgebung bedingt. Eine Aufklärung dieser
Chromophor-Protein-Wechselwirkung ist nicht nur für das bessere Verständnis der Proteinfunktion
notwendig, sie ist auch für die mögliche Entwicklung technischer Anwendungen von großem
Interesse. Das Ziel der Arbeit von Herrn Aliaksei Krasnaberski war es, die Einflüsse der
Proteinmatrix auf die nichtlinearen optischen Eigenschaften des Retinals theoretisch wie auch
experimentell zu untersuchen. Die Hyperpolarisierbarkeit sollte für unterschiedliche BR-
Konstrukte im Grundzustand, wie auch während des sogenannten Photozyklus analysiert werden.
Mittels QM/MM-Methoden wurden die linearen und nichtlinearen optischen Eigenschaften
verschiedener BR-Varianten (W86F, W189F, W182F, W138C, Y185F, und Y83F) berechnet und
mit experimentell ermittelten Werten verglichen. Die beobachteten Verschiebungen des
Absorptionsmaximums und der Hyperpolarisierbarkeit des Retinals können quantitativ auf dessen
Wechselwirkung mit aromatischen Aminosäuren zurückgeführt werden. Die experimentell
beobachtete pH-Abhängigkeit der Hyperpolarisierbarkeit ist dem Protonierungsgleichgewicht der
Aminosäure D85 zuzuordnen. Der Photozyklus des Bakteriorhodpsins wird erstmals über eine
zeitaufgelöste Messung der Hyperpolarisierbarkeit charakterisiert. Dabei wird eine in der optischen
Absorptionsspektroskopie unsichtbare Relaxation im ms-Bereich beobachtet, die auf eine durch
Ladungsverschiebung oder Konformationsänderung hervorgerufene Änderung der
kurzreichweitigen Ordnung der Membranplättchen zurückzuführen ist.
4. Eigene Publikationen:
• Matusevich, V., Krasnoberski, A., Khmelnitski, D., Kiessling A., and Kowarschik, R. Some
aspects of fanning, self-focusing and self-defocusing in a photorefractive Ba0.77Ca0.23TiO3
crystal. J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 5 (2003).
• Bordignon, E., Klare, J.P., Holterhues, J., Martell, S., Krasnaberski, A., Engelhard, M.,
Steinhoff, H.-J. Analysis of Light-Induced Conformational Changes Natronomonas pharaonis
Sensory Rhodopsin II by Time Resolved Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy.
Photochem. and Photobiol. 83: 263–272 (2007)

TIMO KUSCHEL 73
Einzelbericht Timo Kuschel
Einzelbericht des Doktoranden Timo Kuschel
Projektnummer: GRA / Kus
Vor- und Nachname des Doktoranden: Timo Kuschel
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: “Correlations between the atomic structure and magnetic properties of
ultrathin ferromagnetic films”
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. Joachim Wollschläger
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.10.2007 bis 30.06.2008
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.10.2007 - 30.06.2008); wiss. Mitarbeiter am Fachbereich Physik der Universität
Osnabrück seit 01.07.2008
(voraussichtl.) Zeitpunkt der Promotion: 01.10.2010
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 26 Jahre
ggf. Beschäftigung seit Ausscheiden aus dem Graduiertenkolleg:
• wiss. Mitarbeiter am Fachbereich Physik der Universität Osnabrück seit 01.07.2008
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
The discovery of the Giant Magneto Resistance (GMR) in 1988 by Peter Grünberg [1] and Albert Fert [2]
was one of the most important prerequisite for the development of magnetooptical devices. Along with the
Tunnel Magneto Resistance (TMR) detected in 1975 by Michel Julliere [3] these effects are used in hard
drives and spintronic applications like Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM). Well-defined
ultrathin ferromagnetic films are required to generate these effects. Thus the structural and magnetic
properties of these films have to be studied.
In this work amorphous and polycrystalline Co films on glass and epitaxial Fe films on MgO(001) are
analyzed. The films are assembled by Molecular Beam Epitaxy (MBE) under UHV conditions. All Fe films
are capped by amorphous silicon to avoid oxidation after leaving the UHV chamber. Also the thinner Co
films are capped, because the magnetic properties are kept only for Co films of thicknesses above 4.5 nm
after being a period of time under ambient conditions [4]. The magnetic properties are investigated by
Magneto Optical Kerr-Effekt (MOKE) at the Universität Osnabrück, whereas the structural characterization
included X-Ray Reflectivity (XRR) and X-Ray Diffraction (XRD) measurements using the synchrotron
sources at DESY in Hamburg with a photon energy of 10.5\,keV and at DELTA in Dortmund with a photon
energy of 15.5\,keV.
Co on glass
The magnetization curves of the MOKE measurements for Co on glass show magnetic easy and hard inplane
axes (figure 1a). After plotting the magnetic remanence M R against the azimuthal sample angle Φ,
an in-plane two-fold magnetic anisotropy is examined in all Co films (figure 1b) as already reported before
[5]. The direction of the magnetic easy axis differ for each sample and can not be correlated to film
thicknesses, substrate constitution or preparing conditions [6]. Therefore, we studied the Co films by
means of synchrotron radiation to investigate correlations between atomic structure and magnetic
properties.
Figure 2 shows the XRR measurement of the thickest investigated Co film, which is uncapped. The
detected intensity of the reflected light is plotted against the magnitude of the scattering vector q. The
analyze tool iXRR programmed by Florian Bertram is used for simulating the data [7]. This programm is
based on the Parratt algorithm [8]. The data can be fitted using a Co film thickness of 83 nm and a 6 nm
oxide film on top due to the missing capping layer. Furthermore 15 and 50 nm Co films were also analyzed.

74 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Figure 1: MOKE measurement of 50 nm Co on glass. a: magnetization curve of magnetic easy and hard
in-plane axes. b: magnetic remanence plotted against the azimuthal sample angle Φ.
Figure 2: XRR measurement of Co on glass. The simulation curve is due to a model of a 83 nm Co film.
It has been reported that the crystallite size varies depending on the thickness of the Co films [9]. Different
measurements of the diffraction pattern with a 2D-MAR-detector were made to varify this behavior. The
incident angle was 0.5°, which is above the critical angle of 0.22°. The thinnest film is amorphous, which is
pointed out by the missing diffraction rings in figure 3a. In contrast to this, the 50 and 83 nm films show
rings in the diffraction patterns (figure 3b). This indicates a polycrystalline structure. The integrated
intensity of the upper 30° section (limited by the white lines in figure 3a and 3b) is plotted in figure 3c. The
scattering angles of the rings fit to the { 1010
}, { 0002 } and { 1011} reflexes of hexagonal Co crystallites.
The broad peak is due to the amorphous glass substrate.
Figure 3: XRD measurement of Co on glass using a 2D-MAR-detector. a: 15 nm Co film. b: 83 nm Co film.
c: integrated intensity of the upper 30° section limited by white lines in figure a and b.
In order to test for texture effects as the origin of the magnetic anisotropy, some more measurements with
the 2D-MAR-detector were done for different azimuthal sample angles Φ. The analysis of the
measurements is still in progress.
Fe on MgO
The measured magnetization curves by MOKE show an untypical characteristic as presented in figure 4a.
This can be explained by an overlap of linear and quadratic magneto optical Kerr-effects [10]. After plotting
the magnetic remanence M R of the linear part against the azimuthal sample angle Φ, an in-plane four-fold

TIMO KUSCHEL 75
magnetic anisotropy is examined in all Fe films (figure 4b). Fe grows in the bcc structure and is 45° rotated
in-plane to the rock salt structure of the MgO(001) substrate, so Fe(100) || MgO(110) and Fe(001) ||
MgO(001) [11]. The four-fold magnetic anisotropy results from the cubic Fe system [12].
Figure 4: MOKE measurement of 7 nm Fe on MgO(001). a: measured magnetization curve of a magnetic
hard in-plane axis. b: magnetic remanence plotted against the azimuthal sample angle Φ.
The linear MOKE is proportional to the in-plane M x component of the magnetization vector, which is
parallel to the external magnetic field H r . This is true for neglecting an out-of-plane M z component
because of the shape anisotropy of thin films. In order to measure the MOKE signal proportional to the inplane
M y component, the magnet and the sample have to be rotated by 90°, so H r ||M y [13]. The results for
the hard axis are shown in figure 5a. After measuring M x and M y and assuming that M z is neglectable, one
can calculate the magnitude and angle of the magnetization vector M r as done in figure 5b and 5c. The
magnitude is constant for greater magnetic fields and collapses during the reversal process, because of
the domain splitting (inset in figure 5b). The angle illustrates the change in direction for the whole process.
The black horizontal line in figure 5c is the direction of H r , the red one is the magnetic easy axis and the
blue one is the magnetic hard axis.
Figure 5: a: linear part of the MOKE signal of 7 nm Fe on MgO(001) for both in-plane directions. b:
M r calculated from M x and M y of figure a. c: angle of M r calculated from M x and M y of figure a.
Figure 6: Illustration of the reversal process of 7 nm Fe on MgO(001) by plotting the magnitude of the
magnetization vector against the angle of this vector using polar coordinates. a: magnetic easy axis. b:
magnetic hard axis. c: sample direction 5° next to the magnetic hard axis.

76 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
We develop a programm for the analysis of the MOKE curves to separate linear and quadratic part
automatically and calculate all properties of M r
[14]. One can use these data to illustrate the reversal
process of M r in polar coordinates as done for the magnetic easy axis (figure 6a), the magnetic hard axis
(figure 6b) and a sample direction 5° next to the magnetic hard axis (figure 6c) [16].
Figure 7 shows the XRR measurement of one Fe film. The simulation is done with the same programm as
for Co on glass. The data can be fitted using a 5.0 nm Fe film with a roughness of 2 Å. Furthermore Fe
films of thicknesses between 1.5 and 12 nm were also analyzed.
Figure 7: XRR measurement of Fe on MgO(001). The simulation curve is due to a model of a 5.0 nm Fe
film.
XRD measurements were made using ϑ − 2ϑ
-scans. Thus the (0 0 1) and (0 0 2) reflex of MgO as well as
the (0 0 1) reflex of Fe can be analyzed for the 00-rod of the reciprocal space. The layer distance of Fe can
be calculated by fitting the XRD data as done for the 5.0 nm Fe film for example (figure 8). Here the layer
distance is reduced to 2.80 Å, compared to the bulk value of 2.87 Å. The FWHM of the Fe peak amounts
ΔL= 0.04 due to a film thickness of 5.3 nm, which is in good agreement to the thickness calculated for the
XRR data. Because of the absence of fringes beside the Fe Bragg reflex, the film seems to be very rough.
This is contrary to the calculated roughness of the XRR results and to the GIXRD measurements of the
(10)-rod, where fringes are present beside the Fe (1 0 1) reflex (inset in figure 8). This discrepancy
between XRR and XRD results is still under investigation and has to be clarified.
Figure 8: XRD measurement of 5.0 nm Fe on MgO(001). The (0 0 1) reflex of iron is at L = 1.5. Therefore
the layer distance of iron is 2.80 Å. Inset: GIXRD measurement of the (10)-rod.
Also correlations between the quadratic MOKE and the structure of Fe will be examined in the future.
Acknowledgements
The author would like to thank Prof. Dr. Paul Fumagalli from the Freie Universität Berlin and his group for
providing the uncapped 50 nm and 83 nm Co films and Dr. Jaroslav Hamrle from the Technische
Universität Kaiserslautern for the intensive discussion on MOKE measurements and techniques.
References
[1] BINASCH, G., P. GRüNBERG, F. SAURENBACH, and W. ZINN. Phys. Rev. B, 39(7):4828– 4830, 989.
[2] BAIBICH, M. N., J. M. BROTO, A. FERT, F. NGUYEN VAN DAU, F. PETROFF, P. EITENNE, G.
CREUZET, A. FRIEDERICH, and J. CHAZELAS. Phys. Rev. Lett., 61(21):2472–2475, 1988.
[3] JULLIERE, M. Phys. Let. A, 54(3):225–226, 1975.
[4] PIEPER, HANS HERMANN. Bachelorarbeit, Universität Osnabrück, 2007.

TIMO KUSCHEL 77
[5] WEDDING, J. B., M. LI, and G.-C. WANG. J. Magn. Magn. Mater., 204:79–89, 1999.
[6] BECKER, TOBIAS. Diplomarbeit, Universität Osnabrück, 2008.
[7] BERTRAM, FLORIAN. Bachelorarbeit, Universiät Osnabrück, 2007.
[8] PARATT, L.G. Phys. Rev., 95(2):359–369, 1954.
[9] PRESA, B., RAFAEL MATARRANZ, MARI CARMEN CONTRERAS, JAVIER FERNNDEZ CALLEJA,
LUIS EUGENIO FERNANDEZ-OUTON, and KEVIN OGRADY. IEEE Trans. Magn., 44:2788–
2791, 2008.
[10] POSTAVA, K., H. JAFFRES, A. SCHUHL, F. NGUYEN VAN DAU, M. GOIRAN, and A.R. FERT. J.
Magn. Magn. Mater., 172:199–208, 1997.
[11] LAWLER, J.F., R. SCHAD, S. JORDAN, and H. VAN KEMPEN. J. Magn. Magn. Mater., 165:224–226,
1997.
[12] COSTA-KRÄMER, J.L., J.L. MENÈNDEZ, A. CEBOLLADA, F. BRIONES, D. GARCÌA, and A.
HERNANDO. J. Magn. Magn. Mater., 210:341–348, 2000.
[13] DABOO, C., J.A.C. BLAND, R.J. HICKEN, A.J.R. IVES, and M.J. BAIRD. Phys. Rev. B, 47(18):11852–
11859, 1993.
[14] SCHUBERT, ROBIN. Bachelorarbeit, Universität, 2009.
[15] BARDENHAGEN, HAUKE. Diplomarbeit, Universität Osnabrück, 2009.
3. Stellungnahme zum Qualifizierungsprogramm und der Betreuung:
Da ich nur über 9 Monate zu Beginn meiner Arbeit vom Graduiertenkolleg unterstützt wurde, war ich nicht
so stark eingebunden. Thematisch gab es zu dem Zeitpunkt so gut wie keine Überschneidungen mit
anderen Arbeiten aus dem Kolleg.
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Seminar des Graduiertenkollegs, Surface Science Seminar
Forschungsaufenthalte oder Praktika bei anderen Einrichtungen im In- und Ausland:
• Messzeit am Hasylab (DESY) in Hamburg im Sept. 2009, 0kt. 2009 und Dez. 2009
• Messzeit am DELTA in Dortmund im Mai 2008, Nov. 2008, Juli 2009 und Sept. 2009
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• Workshop „Magnetism in Solids and Molecules“ in Osnabrück im Nov. 2007
• 2nd German-Danish meeting on Interface Related Phenomena in Sonderborg, Dänemark, im Juli 2008
• WE-Heraeus-Seminar „Magnetism meets Semiconductors“ im Physikzentrum Bad Honnef im Jan. 2009
• DPG Frühjahrstagung in Dresden im März 2009
• SPA-LEED-Workshop in Osnabrück im Okt. 2009
4. Eigene Publikationen: -

78 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Michaela Lemmer
Einzelbericht der Doktorandin Michaela Lemmer
Projektnummer: GRA / Lem
Vor- und Nachname der Doktorandin: Michaela Lemmer
Titel des Promotionsprojektes: “Space-charge wave spectroscopy of wide bandgap semiconductors”
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. M. Imlau, apl. Prof. Dr. M. Wöhlecke
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.10.2005 – 30.09.2008
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.10.2005 - 30.09.2008)
Zeitpunkt der Promotion: 24.10.2008
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 25
ggf. Beschäftigung seit Ausscheiden aus dem Graduiertenkolleg:
• Wissenschaftliche Mitarbeiterin im MExLab Physik der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, Projekt
Light up your life - Für Girls mit Grips
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Introduction
The aim of this thesis is to introduce the investigation of the space-charge wave (SCW) behaviour as a tool
for material analysis, namely the SCW spectroscopy. As an example, several "classical" semiconductors,
in detail hexagonal SiC, CdTe:Ge, α -Si, InP:Fe, and GaAs:Cr, are investigated.
Results
Space-charge wave (SCW) spectroscopy is based on resonant excitation of SCW in a semi-insulating
material, for instance, high resistive semiconductors. This promising new technique allows to examine
important photoelectric parameters a wide variety of materials.
Space-charge waves are defined as eigenmodes of spatial-temporal oscillations of a space-charge density
appearing in semi-insulating semiconductors at the presence of an external electric field [1]. Here, only the
effects associated with the low-frequency branch of SCW, the so-called trap-recharging waves (TRW), are
investigated. For SCW spectroscopy, the SCW are excited via an oscillating interference pattern and a
static electric field.
For SCW excitation, the sample is exposed to a light pattern oscillating around an equilibrium position.
This is realized with a two-beam Mach-Zehnder interferometer, where one of the beams is sinusoidally
phase-modulated with an electro-optic phase-modulator. A scheme of the excitation setup is shown in fig.
1.
Figure 1: Scheme of the experimental setup. LP: combination of a half-wave plate and a polarizer, BS:
beam splitter, R: reference beam, S: signal beam, PM: phase modulator, FG: function generator, BE:
beam expander, BP: beam splitter plate, M: mirror, HV: high-voltage source.

MICHAELA LEMMER 79
As a result of the different characteristics of the studied semiconductors, the excited SCW exhibit
different behaviours. The physical phenomena causing these performance are studied and interpreted.
For instance, the investigation of silicon carbide (SiC), which is an important material for semiconductor
industry, yields information about the influence of a limited number of traps on the SCW behaviour. The
dispersion behaviours as well as the amplitude dependence on the spatial frequency K of a 4H- and a
6H-SiC sample are seen in the figure below.
Figure 2: a) Dependence of the resonance frequency Ω R on the applied electric field E 0 for 4H-and 6H-SiC
with K = 1.7·10 3 cm -1 . b) Dependence of the normalized amplitude at the resonance frequency on the
spatial frequency K for 4H- and 6H-SiC with E 4H 0 = 3.5 kV/cm and E 6H 0 = 1.0 kV/cm. Circles ( ) and
triangles ( ): experimental values; lines: theoretical calculations.
The dispersion behaviours found for the 4H sample indicate the existence of trap recharging waves and
yield the product of mobility and lifetime μτ and the effective trap density N eff, which can be directly
determined by the maximum in the amplitude dependence. The data set of the 6H polytype indicates a
comparably smaller effective trap density, but an unambiguous assignment to the existence of trap
recharging waves fails. Taking into account the general classification of material parameters which
provides the existence for SCW, the particular case of damped, forced charge-density oscillations can be
concluded.
If the effect of trap saturation is joined by a comparatively low product of the mobility and the lifetime of the
free carriers, low-frequency SCW with a linear dispersion law will be excited. This unusual SCW behaviour,
which was first theoretically analyzed for ferroelectrics in 1995 [2], is presented at the example of the
photorefractive semiconductor cadmium telluride doped with germanium (cf. fig. 3).
Figure 3: Dependence of the resonance frequency Ω R on the applied electric field E 0 with
K = 3.2 · 10 3 cm -1 . The line is a theoretical calculation.
It is demonstrated, that SCW spectroscopy is not only applicable to crystalline bulk materials, but is also
convenient for materials providing no long-range order like α-silicon.
The precise determination of the ordinary magnetoresistance (OMR), which is related to the GMR [3,4], is
important for the improvement of magnetic semiconductor devices. The analysis of the interactions of SCW
with magnetic fields in III-V semiconductors with magnetic centers like InP:Fe and GaAs:Fe, offers a
promising tool estimate the OMR.
The influence of the OMR becomes visible in the amplitude change of the SCW resonance
signal (see fig. 4). In the case of InP:Fe, a drop in the signal amplitude is observed, whereas a
distinct increase is see in the case of GaAs:Cr.

80 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Figure 4: a) Normalized ac signal amplitude over the modulation frequency for E 0 = 4.0 kV/cm and
K = 6.9 ·10 3 cm -1 with and without magnetic field. b) Normalized ac signal amplitude over the modulation
frequency with K = 1.6 · 10 3 cm -1 and E 0 = 0.5 kV/cm with and without magnetic field. Symbols:
experimental values; lines: theoretical calculations.
References
[1] R. F. Kazarinov, R. A. Suris, and B. I. Fuks. "Thermal-current" instabilities in compensating
semiconductors. Sov. Phys. - Semicond. 6, 500 (1972).
[2] B. I. Sturman, E. Shamonina, M. Mann, and K. H. Ringhofer. Space-charge waves in photorefractive
ferroelectrics. J. Opt. Soc. Am. B 12, 1642 (1995).
[3] G. Binasch, P. Grünberg, F. Saurenbach, and W. Zinn. Enhanced magnetoresistance in layered
magnetic structures with antiferromagnetic interlayer exchange. Phys. Rev. B 39, 4828 (1989).
[4] M. N. Baibich, J. M. Broto, A. Fert, F. Nguyen van Dau, F. Petroff, P. Eitenne, G. Creuzet, A. Friederich,
and J. Chazelas. Giant Magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr Magnetic Superlattices. Phys. Rev. Lett. 61,
2472 (1988).
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• March 26-31, 2006 DPG Frühjahrstagung in Dresden; talk: Space-charge waves in silicon carbide. M.
Lemmer, M. Imlau, M. P. Petrov, V. V. Bryksin, and A. A. Lebedev
• March 26-30, 2007 DPG Frühjahrstagung in Regensburg; talk: Space-charge waves in SiC. M. Lemmer,
M. Imlau, M. Wöhlecke, M. P. Petrov, and V. V. Bryksin
• July 29 - August 04, 2007 International conference of Nonlinear Optics: Materials, Fundamentals, and
Applications in Kona, Hawaii, USA; poster: Nonlinear interaction of space-charge waves in semiinsulating
materials. M. Lemmer, M. Wöhlecke, M. Imlau, and M. P. Petrov
• February 24-28, 2008 DPG Frühjahrstagung in Berlin; talk: Space-charge waves of the low-frequency
branch with a linear dispersion law. M. Lemmer, M. Imlau, M. Wöhlecke, M. P. Petrov, and K. Shcherbin
4. Eigene Publikationen:
• M. P. Petrov, V. V. Bryksin, A. A. Lebedev, M. Lemmer, and M. Imlau. Space-charge waves in silicon
carbide. J. Appl. Phys. 98, 083706 (2005).
• M. P. Petrov, V. V. Bryksin, K. Shcherbin, M. Lemmer, and M. Imlau. Trap-recharging wave mode with a
linear dispersion law for SCW in CdTe:Ge. Phys. Rev. B 74, 085202 (2006).
• M. P. Petrov, V. V. Bryksin, M. Lemmer, B. Hilling, M. Wöhlecke, and M. Imlau. Interactions of optically
generated SCW with magnetic fields in semi-insulating InP:Fe single crystals. Phys. Rev. B 76, 033202
(2007).

MICHAELA LEMMER 81
• M. Lemmer, B. Hilling, M. Wöhlecke, M. Imlau, A. A. Lebedev, V. V. Bryksin, and M. P. Petrov. Traprecharging
wave versus damped, forced charge-density oscillations in hexagonal silicon carbide. Eur.
Phys. J. B 60, 9 (2007).
• M. Lemmer, M. Wöhlecke, M. Imlau, M. Petrov, Nonlinear interaction of space-charge waves in semiinsulation
materials, in Nonlinear Optics: Materials, Fundamentals and Applications 2007 Technical
Digest (The Optical Society of America, Washington, DC, 2007), WE26. ISBN: 1-55752-843-8.
• B. Hilling, M. Lemmer, M. Wohlecke, M. Imlau, M. P. Petrov and V. V. Bryksin, Interactions of Spacecharge
Waves with Magnetic Fields in the Semiconductor InP:Fe, in Controlling Light with Light:
Photorefractive Effects, Photosensitivity, FiberGratings, Photonic Materials and More on CD-ROM (The
Optical Society of America, Washington, DC, 2007), MB17. ISBN: 1-55752-848-9.
• M. P. Petrov, V. V. Bryksin, B. Hilling, M. Lemmer, and M. Imlau. Trap saturation in InP:Fe by interband
optical excitation. Phys. Rev. B 78, 085121 (2008).
• D. V. Petrov, M. P. Petrov, B. Hilling, M. Lemmer, and M. Imlau. Large scale magnetic field influence on
trap-recharging waves in InP:Fe and GaAs:Cr in Special Issue: "Photorefractive Materials, Effects, and
Devices: Control of Light and Matter", Ed. K. Buse, C. Denz, and W. Krolikowski. Appl. Phys. B 92, 123
(2008).
• M. P. Petrov, M. Lemmer, D. V. Petrov, B. Hilling and M. Imlau. Unreckoned galvanomagnetic effect
related to trap-recharging waves in Gallium Arsenide. in preparation.
• B. Hilling, M. Lemmer, M. Wöhlecke, and M. Imlau. Resonant space-charge wave excitation in
amorphous silicon films. in preparation.

82 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Jannis Lübbe
Einzelbericht des Doktoranden Jannis Lübbe
Projektnummer: GRA/Lüb
Vor- und Nachname des Doktoranden: Jannis Lübbe
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: „Untersuchung von dielektrischen Systemen mit einem auf höchste Meßempfindlichkeit
optimierten Nichtkontakt-Rasterkraftmikroskop“
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. Michael Reichling
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.04.2008 bis 31.12.2010
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.04.2008 - 31.12.2010)
voraussichtlicher Zeitpunkt der Promotion: April 2011
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 25
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Das wesentliche Ziel des Projekts ist es, ein Nichtkontakt-Rasterkraftmikroskop der Firma RHK für höchstauflösende
Messungen zu optimieren.
In der Nichtkontakt-Rasterkraftmikroskopie (NC-AFM) wird die zu untersuchende Oberfläche mit einer
scharfen Spitze, welche sich am Ende eines Cantilevers befindet, abgerastert. Dabei wird der Cantilever
bei seiner Resonanzfrequenz zur Schwingung angeregt. Wechselwirkungen zwischen Spitze und Probe
führen zu einer Verschiebung der Resonanzfrequenz (df-Signal), die mit Hilfe eines PLL-Demodulators
nachgewiesen wird, während ein Amplitudenregelkreis die Schwingungsamplitude des Cantilevers konstant
hält. Im constant-height-Modus wird der Abstand zur Probe konstant gehalten, und die Änderung des
df-Signals aufgezeichnet. Im constant-df-Modus wird hingegen mit einem weiteren Regelkreis das df-
Signal konstant gehalten, indem der Abstand zur Probe variiert wird. Diese Abstandsregelung wird dann
als Topografiesignal aufgezeichnet.
Das Rauschen im df-Signal, welches die Messempfindlichkeit des Systems begrenzt, setzt sich aus mehreren
Komponenten zusammen [1]. Ein wesentlicher Beitrag ist durch das thermische Rauschen des Cantilevers
gegeben, während sich das Untergrundrauschen im Detektionssystem ebenfalls auf das Rauschen
im df-Signal auswirkt.
Das thermische Rauschen des Cantilevers wird durch seine Resonanzfrequenz, Federkonstante und Güte
bestimmt. Während Federkonstante und Resonanzfrequenz vom Hersteller der Cantilever mit einer Genauigkeit
von 20% vorgegeben werden, treten bei der Güte wesentlich größere Schwankungen auf. Es
wurden Gütemessungen an Cantilevern in verschiedenen AFM-Systemen und einem speziell zur Gütemessung
konstruierten Testsystem vorgenommen und mit theoretischen Modellen aus der Literatur verglichen
[2]. Es konnte entgegen früherer Vermutungen gezeigt werden, dass die Beobachtung stark unterschiedlicher
Güten bei Verwendung kommerzieller Cantilever aus dem gleichen Batch nicht durch Produktionsschwankungen
verursacht wird. Die Schwankungen entstehen in der Regel durch eine schlechte mechanische
Ankopplung des Cantilever-Chips an den Cantilever-Halter bzw. des Cantilever-Halters an den
Modulationspiezo. Das Aufkleben der Cantilever-Chips mit Silber-Epoxy-Kleber auf den Cantilever-Halter
hat nahezu keinen Einfluß auf die effektive Güte des Cantilevers.
Eine weitere wichtige Eigenschaft des Cantilevers ist seine Federkonstante. Einerseits ist ihre genaue
Kenntnis erforderlich, um die Kräfte zwischen Spitze und Probe zu quantifizieren. Andererseits hat auch
die Federkonstante einen wesentlichen Einfluß auf die Rauscheigenschaften des Cantilevers. Eine im Bereich
der an Luft arbeitenden AFM-Systeme gebräuchliche Methode zur Bestimmung der Federkonstante
ist das Messen der thermisch angeregten Cantileverschwingung [3]. Während an Luft thermisch angeregte
Resonanzpeaks mit einer Breite von mehreren kHz gemessen werden können, sind die Peaks im UHV lediglich
einige Hz breit. Zur Messung ist ein Spektrumanalysator mit hoher Frequenzauflösung erforderlich.
Um die mit dieser Methode ermittelten Federkonstanten zu verifizieren, findet ein Vergleich mit berechneten
Werten statt, die anhand der geometrischen Abmessungen der Cantilever ermittelt wurden [4,5]. Zudem
sollen die Federkonstanten der im UHV vermessenen Cantilever anschließend in einem an Luft betriebenen
Veeco-AFM in Kooperation mit Sebastian Rode aus der AG Kühnle erneut gemessen werden.

JANNIS LÜBBE 83
Neben dem Rauschbeitrag des Cantilevers begrenzen die Rauscheigenschaften des Detektionssystems
die Meßempfindlichkeit. Es werden Messungen des Rauschuntergrundes im Detektionssystem durchgeführt
und deren Einfluß auf das Frequenzrauschen im df-Signal mit Modellen aus der Literatur verglichen.
Das Rauschen im df-Signal ist neben dem Untergrundrauschen des Detektionssystems von der Schwingungsamplitude
des Cantilevers und der Bandbreite des PLL abhängig. Das Untergrundrauschen wird
sowohl unter Verwendung verschiedener Photodiodenvorverstärker, als auch verschiedener Laserstrahlquellen
durchgeführt. Neben einer einfachen Pigtail-Laserdiode (Auslieferungszustand des RHK-Systems)
werden eine temperaturstabilisierte Superlumineszenzdiode mit Faradayisolator (Leihgabe der Firma
Schäfter+Kirchhoff) sowie eine hochfrequenzmodulierte Laserdiode verwendet. Unter Verwendung der
Superlumineszenzdiode und des AFM100-Vorverstärkers wurde ein Rauschniveau gemessen, welches
erheblich unter dem des zum Vergleich herangezogenen Omicron UHV AFM/STM liegt.
Die vertikale Auflösung des Systems wird auf kurzer Zeitskala durch das Ausgangsrauschen der HV-
Verstärker begrenzt, welche die Piezoelemente des Scankopfes ansteuern. Hier kann eine Begrenzung
der Ausgangsbandbreite durchgeführt werden, um das Rauschen zu reduzieren.
Auf längerer Zeitskala findet thermische Drift statt, welche dazu führt, dass der Abstand zwischen Spitze
und Probe im constant-height-Modus nicht konstant bleibt. Hier konnte erfolgreich eine feed-forward-
Technik zur Driftkompensation eingeführt werden. Die laterale Auflösung ist ebenfalls sowohl durch Ausgangsrauschen
der HV-Verstärker, als auch durch thermische Drift begrenzt. Neben einer Filterung der
HV-Ausgänge soll hier eine atom-tracking-Technologie verwendet werden, die von Masayuki Abe (Osaka
University, Japan) entwickelt wurde und für dieses Projekt zur Verfügung steht [6].
[1] F. J. Giessibl, Rev. Mod. Phys., 75, 949 (2003).
[2] K. Naeli et al., Journal of Applied Physics 105, 014908 (2009).
[3] S. M. Cook et al., Nanotechnology 17, 2135 (2006).
[4] C. J. Chen, Introduction to Scanning Tunneling Microscopy (Oxford University Press, New York,
1993).
[5] J. Cleveland et al., Rev. Sci. Instrum. 64, 403 (1993).
[6] M. Abe et al., Appl. Phys. Lett. 87, 173503 (2005).
3. Stellungnahme zum Qualifizierungsprogramm und der Betreuung:
Die im Graduiertenkolleg angebotenen Veranstaltungen waren sinnvoll, um einen Überblick über die im
Rahmen des Kollegs durchgeführten Projekte zu erhalten und Kontakte zu knüpfen. Anregende und wertvolle
Kontakte fanden vor allem mit den auf dem Gebiet der Photonik tätigen Arbeitsgruppen statt. Diese
Kontakte waren zur Auswahl einer verbesserten Laserstrahlquelle für das Detektionssystem des Rasterkraftmikroskops
von großem Nutzen. Zudem fand ein intensiver Erfahrungsaustausch mit der ebenfalls im
Bereich der Rasterkraftmikroskopie tätigen Arbeitsgruppe Kühnle statt. Der Umfang der Veranstaltungen
war angemessen. Die Möglichkeit zur Mitgestaltung war jederzeit gegeben, die Organisation lag in dem
Händen von Prof. Klaus Betzler. Die Betreuung fand durch Prof. Michael Reichling statt, der ein motivierendes
und produktives Arbeitsklima schuf. Besonders die vorhandene Expertise der Arbeitsgruppe auf
dem Gebiet der Rasterkraftmikroskopie war für den Erfolg der bisherigen Ergebnisse von besonderer Bedeutung.
Neben diesem Umfeld trugen auch die im Kolleg vorhandenen Kompetenzen auf dem Gebiet der
Photonik entscheidend zur zügigen Durchführung der bisherigen Arbeiten bei.
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Seminar des Graduiertenkollegs 695 im Wintersemester 2008/2009
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• J. Lübbe, S. Torbrügge, L. Tröger, M. Cranney, T. Eguchi, Y. Hasegawa, M. Reichling, Significant performance
of a commercial dynamic scanning force microscope (Poster), International Conference on
NC AFM, 16.-19.09.2008, Madrid (Spanien)
• J. Lübbe, S. Torbrügge, L. Tröger, M. Reichling, Measuring and optimising quality-factors Q of cantilevers
used in dynamic force microscopy (Poster), International Conference on NC AFM, 16.-
19.09.2008, Madrid (Spanien)
4. Eigene Publikationen:
• J. Lübbe, L. Tröger, S. Torbrügge, R. Bechstein, A. Kühnle, M. Reichling, Controlling effective Q-factors
of cantilevers for non-contact atomic force microscopy in the ultra-high vacuum, (eingereicht bei Review
of Scientific Instruments)
• J. Lübbe, F. Loske P. Rahe, S. Rode, A. Kühnle, M. Reichling, Noise measurement and cantilever spring
constant determination in non-contact atomic force microscopy in ultra-high vacuum, (in Vorbereitung)

84 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Julia Nickel
Einzelbericht der Doktorandin Julia Nickel
Projektnummer: GRA / Nic
Vor- und Nachname der Doktorandin bzw. des Doktoranden: Julia Nickel
Titel des Promotionsprojektes: “Elliptic solutions to some nonlinear wave and evolution equations and their
superposition”
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. Schürmann
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.01.04 – 31.12.06
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.01.2004 - 31.12.2006)
Zeitpunkt der Promotion: Oktober 2006
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 25
ggf. Beschäftigung seit Ausscheiden aus dem Graduiertenkolleg:
• Studienreferendarin (01.11.2006 - 31.10.2008)
• Studienrätin an einem Gymnasium ( seit 01.11.2008)
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Results
Inspired by a large number of ad hoc methods for solving nonlinear partial differential equations in physics,
a further ad hoc approach is suggested that covers most of the familiar ad hoc methods and, that therefore,
unifies this kind of approaches. In particular, the well-known tanh method and the sech-function method
are subcases of the approach proposed here. They occur as limiting cases of the general solution that can
be expressed in terms of the Weierstrass' elliptic function ℘.
I. Outline of the method
The approach applied in the thesis can be outlined as follows [1]. The starting point is a nonlinear wave
and evolution equation
k m
(1)
τ
( ) (
[ ψ ( x) , ψ '( x) , ψ ''( x) ,..., ψ ,..., ψ )
( x)
] = t( ψ )
where τ is a function of ( x)
( k )
x j, ψ (x) denotes the collection of mixed derivative terms of order k and ( ψ )
function in ψ or t ( ψ ) = 0
outline.
ψ and its partial derivatives, the independent variable x has n components
t is a trigonometric
. For notational simplicity the independent variables x, y, t will be used in this
Equation (1) describes a certain dynamical system by means of a (wave) function ψ ( x)
ansatz
( kx + ly − vt)
ψ → f
,
. A travelling wave
(2)
where
f
is supposed to obey the nonlinear differential equation
( z)
⎛ df
⎜
⎝ dz
2
⎞
⎟
⎠
(with real α , β , γ , δ , ε ,
4 3 2
= αf
+ 4βf
+ 6γf
+ 4δf
+ ε ≡
z = kx + ly − vt , f ( z)
equation into an equation of one of the following types
R( f )
,
(3)
) transforms the nonlinear wave and evolution

JULIA NICKEL 85
P ( f ) = 0 ,
R ( f ) Q( f ) = 0 ,
( f ) + R( f ) Q( f ) = 0
P ,
where P and denote polynomials in and R f is given by equation (3). Obtaining type (4) or type
Q f ( )
(5) vanishing coefficients in the polynomial equation P( f ) = 0 and Q( f ) = 0
(4)
(5)
(6)
1 , respectively, lead to
equations which partly determine the coefficients α , β , γ , δ , ε in equation (3). If the third type
occurs, vanishing coefficients in the "squared" form of equation (6).
2
2
( f ) − R( f ) Q( f ) = 0
P ,
(7)
as to be considered to determine the coefficients in equation (3).
In general, the coefficients depend on the structure and parameters of the nonlinear wave and evolution
equation and, finally, on the parameters of the transformation ψ → f .
Thus, the problem of finding a solution to the nonlinear wave and evolution equation is reduced to finding
an appropriate transformation that leads to equation (3), which, in this sense, is the basis of the following
analysis (for reference purposes it is called the ''basic equation'' of the associated nonlinear wave and
evolution equation).
As is well known [2,3] the solutions f ( z)
of (3) can be expressed in terms of Weierstrass' elliptic
function℘. It reads
f
( z)
R
( f )
d℘
( z;
g , g )
( f ) ℘( z;
g , g ) − R''
( f ) + R( f ) R''
'( f )
2 3
0
0
2 3
0
0 0
dz
⎢
24 ⎥ 24
= f
⎣
⎦
0
+
,
2
⎡
2⎢
℘
⎣
+
( z;
g , g ) − R''
( f ) − R( f ) R''''
( f )
2
1
2
R'
3
⎡
1
24
0
⎤
⎥
⎦
1
1
48
0
⎤
0
1
(8)
where the primes denote differentiation with respect to f and 0 is any constant, not necessarily a real
root of R( f ). If there exists a simple root f
0 of R ( f ), equation (8) can be simplified to
( z)
+
⎡
4
⎢
℘
⎣
( f )
0
f = f
0
.
⎤
( z;
g , g ) − R''
( f ) ⎥⎦
2
R'
The invariants g
2 , 3 of Weierstrass' elliptic function
R( f )
by [4]
3
1
24
g ℘( z; g g )
2
g
2
= αε − 4βδ
+ 3γ
2 3 2
g = αγε + βγδ − αδ − γ − .
f
2
,
3
2 εβ
3
0
(9)
are related to the coefficients of
(10)
(11)
The discriminant (of ℘ and R [4])
3 2
Δ = g
2
− 27g
3 ,
is suitable to classify the behaviour of f ( z)
. The conditions [5]
(12)
Δ ≠ 0 or = 0
g > 0 0
2
Δ , , g
3
> .
(13)
1 It can be assumed that ( f ) ≠ 0
to equation (3) ( ( f ) f '
R , because otherwise only constant solutions can be evaluated according
R ≠ ). These are not of interest.
f

86 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
lead to periodic solutions, whereas the conditions
Δ = 0 , g ≥ 0 2 , g 0
3
≤
(14)
are associated with solitary wave-like solutions. Solitary wave-like solutions that are robust against
perturbations and demonstrate a particlelike behavior are called "solitons" [6]. Considerations about
stability are disregarded here.
Physical solutions f ( x)
must be real and bounded. Considering the phase diagram of R( f ) [7] one
obtains conditions, expressed in terms of the coefficients of the basic equation, that determine physical
solutions. For convenience these conditions are referred to as the phase diagram condition (PDC) in the
following.
In order to find explicit analytical expressions for solutions of the NLWEE, equation (8) or equation (9) must
be evaluated. If an appropriate (with respect to PDC) f
0 in equation (8) or an appropriate simple root f
0
in equation (9) has been identified, the evaluation is straightforward.
II. Generalizations of the ansatz
Generalizations of ansatz (2) are the expansion ansatz (cf. reference [8])
M
∑
i
ψ → g = a i
f , ∈
i=
0
M |N
(15)
and the mixed type ansatz (cf. reference [9])
M
∑
i
4 3 2
j
ψ → g = a f + αf
+ 4βf
+ 6γf
+ 4δf
+ ε b f , ∈
i=
0
i
N
∑
i=
0
j
M |N
(16)
To determine the parameter M and the parameters M, N in equations (15), (16), respectively, a balancing
principle has been evaluated (cf. reference [9]).
III. Relation of the approach to different superposition
Three different extensions of the foregoing procedure are presented in the thesis:
The relationship between solutions found with the method explained at the beginning and the start
solutions for the superposition principle of Khare and Sukhatme [10] is developed. Starting from solutions
according to equation (9) general expressions, which are suitable for applying the superposition principle,
are obtained [11]. These expressions only depend on the coefficients of the basic equation (3). By applying
the Khare-Sukhatme superposition principle new periodic solutions are obtained [11].
Secondly, a new linear superposition method developed by Yuanxi and Jiashi [12] and proposed to
construct 1-solitary wave-like solutions to the Korteweg-de Vries-Burgers equation is introduced. Solitary
wave-like solutions evaluated according to equation (9) can be used as a basis for the procedure described
in [12]. Furthermore, it can be shown that for a special type of nonlinear wave and evolution equations the
superposition method of Yuanxi and Jiashi is not restricted to construct 1-solitary wave-like solutions. A
new 2-solitary wave-like solution to the Novikov-Veselov equation has been evaluated [13].
Finally, the relation between the solitary solutions found by the procedure described at the beginning and
the Hirota's-method [14] is discussed briefly in the thesis. Combining the foregoing approach with the
Hirota's-method leads to multi-solitary wave-like solutions.
IV. Conclusion
To sum up, in the thesis,
• a direct approach for solving nonlinear partial differential equations has been developed (cf.
reference [11]);
• the approach has been generalized to enlarge the range of applications (cf. reference [9]);
• the approach has been combined with different superposition principles to enlarge the solution set
(cf. reference [13]);
• three physically interesting examples have been solved and discussed in detail (cf. references
[9,11,15]);
• further results show the fruitfulness of the proposed approach (cf. reference [11]).
References
[1] For a brief outline cf. reference [11]

JULIA NICKEL 87
[2] K. Weierstrass. Mathematische Werke V. Johnson, New York, 1915. pp. 4-16
[3] E. T. Whittaker and G. N. Watson. A course of Modern Analysis. Cambridge University Press,
Cambridge, 1927, p. 454
[4] K. Chandrasekharan. Elliptic Funktions. Springer, Berlin, 1985, p. 44.
[5] H. W. Schürmann. Traveling-wave solutions to the cubic-quintic non-linear Schrödinger equation. Phys.
Rev. E, 54 (4-B):4312-4320, 1996.
[6] H.W. Schürmann and V. S. Serov. Criteria for existence and stability odf solutions of the cubic-quintic
non-linear Schrödinger equation. Phys. Rev. E, 62(2):2821-2826, 2000
[7] P. G. Drazin, Solitons. Cambridge University Press, Cambridge, 1983. p. 15.
[8] J. Nickel, V. S. Serov and H. W. Schürmann. Some elliptic traveling wave solutions to the Novikov-
Veselov equation. In Proceedings Progress in Electromagnetics Research Symposium, pages 519-526,
Cambridge/MA, USA, 2006
[9] J. Nickel. Travelling wave solutions to the Kuramoto-Sivashinsky equation. Chaos, Solitons and
Fractals, 2006. Published online 20 March 2006.
[10] F. Cooper, A. Khare and U. Sukhatme. Periodic solutions of nonlinear equations obtained by linear
superposition. J. Phys. A: Math. Gen., 35:10085-10100, 2002
[11] H. W. Schürmann, V. S. Serov and J. Nickel. Superposition in nonlinear wave and evolution equations.
Int. J. Theor. Phys.., 45(6):1057-1073, 2006
[12] X. Yuanxi and T. Jiashi. New solitary wave solutions to the KdV-Burgers equation. Int. J. Theo. Phys.,
44(3):293-301, 2005.
[13] J. Nickel and H. W. Schürmann. 2-soliton-solution of the Novikov-Veselov equation. Int. J. Theo.
Phys., 2006. Published online 16 May 2006.
[14] P. G. Drazin and R. S. Johnson. Solitons: an Introduction. Cambridge University Press, Cambridge,
1996.
[15] J. Nickel, V. S. Serov and H.W. Schürmann. Some elliptic traveling wave solutions to the Novikov-
Veselov equation. PIER, 61:323-331, 2006.
[16] j. Nickel, V.S. Serov and H. W. Schürmann. Some elliptic travelling wave solutions to the Novikov-
Veselov eqaution. In Proceedings of the International Seminar Days on Diffraction, pages 177-186, St.
Petersburg, Russia, 2005.
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• The photorefractive nonlinearity (E. Krätzig, E. Shamonina and M. Fally)
• Nonlinear wave equations (H. J. Schmidt)
• Quantum optics (J. Gemmer)
• Electrical properties of modern materials: fundamentals and applications (E. Shamonina, O.
Zhuromskyy)
• Waves and quasiparticles in the electrodynamics of continuous media (E. Shamonina, O. Zhuromskyy)
• Seminars of the Graduate College 695
• Seminar of Theoretical Physics, University of Osnabrück.
• Mini-Workshop "Non-linear light scattering", June 11, 2004
Forschungsaufenthalte oder Praktika bei anderen Einrichtungen im In- und Ausland; bei IGKs zusätzlich:
Aufenthalte an der Partnerinstitution:
• Visiting Prof. Dr. Valery Serov. September, 17-21, 2006. Department of Mathematical Sciences,
University of Oulu, PO Box 3000, FIN-90014, Finland.

88 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• DFG-Workshop "Wissenschaft für Laien verständlich", Summer 2004
• "With confidence to conferences" - A series of language and communication workshops; contribution:
talk "Elliptic solutions of some nonlinear wave and evolution equations"
• June 27 -- July 2, 2004, 54. Meeting of Nobel Laureates in Lindau, Germany
• November 4-11, 2004, Physikerinnentagung Aachen, Germany
• December 15-17, 2004, The 10th Inverse Days, Sodankylä, Finland (contribution: talk Elliptic and (linear)
superposition solutions to certain nonlinear wave and evolution equations)
• March 4-9, 2005, DPG-Tagung Berlin, Germany (contribution: poster presentation Elliptic solutions to
some nonlinear wave and evolution equations and their linear superposition)
• June 28 -- July 1, 2005, Days On Diffraction 2005, Saint Petersburg, Russia (contribution: talk Some
elliptic traveling wave solutions to the Novikov-Veselov equation
• March 26-29, 2006, Progress In Electromagnetics Research Symposium PIERS 2006, Cambridge, MA,
USA (contribution: invited talk Some elliptic traveling wave solutions to the Novikov-Veselov equation)
• April 7, 2006, The Cooper Union for the Advancement of Science and Art, Albert Nerken School of
Engineering, New York, NY, USA (contribution: invited talk Some elliptic traveling wave solutions to
the Novikov-Veselov equation)
• September 19, 2006, Seminar on Analysis and Inverse Problems, University of Oulu, Oulu, Finland
(contribution: invited talk Elliptic solutions to some nonlinear wave and evolution equations and their
superposition)
4. Eigene Publikationen:
• H. W. Schürmann, V. S. Serov, J. Nickel, Superposition in nonlinear wave and evolution equations,Int. J.
Theor. Phys. 45, 1057-1073 (2006).
• J. Nickel, H. W. hürmann, 2-Soliton-solution of the Novikov-Veselov equation (published online in Int. J.
Theor. Phys.) (2006) .
• J. Nickel, Travelling wave solutions to the Kuramoto-Sivashinsky equation (published online in Chaos,
Solitons & Fractals}) (2006).
• J. Nickel, V. S. Serov, H. W. Schürmann, Some elliptic traveling wave solutions to the Novikov-Veselov
equation, PIER 61, 323-331 (2006).
• J. Nickel, V. S. Serov, H. W. Schürmann, Some elliptic traveling wave solutions to the Novikov-Veselov
equation, Proceedings of Progress In Electromagnetics Research Symposium (PIERS), Cambridge/MA,
USA 26.03.-29.03.2006, 519-523 (2006).
• J. Nickel, H. W. Schürmann, Comment on "Exact solutions of the derivative nonlinear Schrödinger
equation for a nonlinear transmission line",Phys. Rev. E} (2006) (accepted)
• J.Nickel, Elliptic solutions to a generalized BBM equation, (2006) (submitted)
• J. Nickel, V. S. Serov, H. W. Schürmann, Some elliptic traveling wave solutions to the Novikov-Veselov
equation, Proceedings of the International Seminar Days On Diffraction 2005, Saint Petersburg, Russia,
28.06.-01.07.2005, 177-186 (2005).

ALEXANDER NIEMER 89
Einzelbericht Alexander Niemer
Einzelbericht des Doktoranden Alexander Niemer
Projektnummer: GRA / Nie
Vor- und Nachname des Doktoranden: Alexander Niemer
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: „Nichtlineare Lichterzeugung und Lumineszenz an Störstellen in
Strontium Barium Niobat“
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. Klaus Betzler
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
15.11.2008 bis 31.12.2009
Finanzierung (Art, Zeitraum): Stipendium des Kollegs seit 15.11.2008
Stipendium des Kollegs (15.11.2008 - 31.12.2009)
(voraussichtl.) Zeitpunkt der Promotion: Ende 2010 Anfang 2011
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 24
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Darstellung des Projektes
Das Projekt beschäftigt sich mit der Untersuchung der nichtlinearen Lichterzeugung und der Lumineszenz
an Störstellen in Strotium Barium Niobat (SBN). Hierbei sind vor allem die Anregung der Lumineszenz mit
Hilfe von SHG-Licht, die Untersuchung der Fokussierbarkeit von radial polarisiertem Licht, sowie das
Quantum Cutting von Interesse. Weiter soll der zeitliche Verlauf der Lumineszenz gemessen werden um
Rückschlüsse auf die im Material ablaufende Prozesse zu erlauben. Als Störstellen werden die Ionen
verschiedener seltener Erden verwendet (Erbium, Ytterbium, Europium). Weiter wurde zur
Vervollständigung der bisherigen Daten Cer dotiertes Calcium-Barium-Niobat (CBN) mit Hilfe von
dielektrischen Messungen untersucht.
Dielektrische Messungen an Cer dotiertem Calcium-Barium-Niobat
Zu Begin des Projektes wurden zur Ergänzung der bisher vorhandenen Daten zu Calcium-Barium-Niobat
und SBN dielektrische Messungen an CBN:Cer durchgeführt. Dabei zeigten sich deutliche Unterschiede
zu den bisher von CBN bekannten Ergebnissen. So sorgt die Dotierung mit Cer dafür, dass sich der
Phasenübergang wie bereits von SBN bekannt zu niedrigeren Temperaturen verschiebt. Gleichzeitig ist
jedoch eine deutliche Veränderung der Charakteristik zu beobachten (siehe Abbildung 1), so führt die
Dotierung mit Cer zu einem ausgeprägten Relaxorverhalten, welches so von undotiertem CBN nicht
bekannt ist.
Abbildung 1: Verlauf der Kapazität in Abhängigkeit von der Temperatur für undotiertes und mit Cer dotiertes CBN.

90 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Erzeugung und Fokussierung von radial polarisiertem Licht
Mit Hilfe von Strontium Barium Niobat oder Calcium Barium Niobat ist es möglich bei Einstrahlung entlang
der kristallographischen c-Achse radial polarisiertes frequenzverdoppeltes bzw. frequenzverdreifachtes
Licht zu erzeugen. Dieses lässt sich der Theorie nach besser fokussieren als linear oder azimutal
polarisiertes Licht. Es konnte bisher ein Unterschied in der Breite der Strahltaille von ca. 10%
nachgewiesen werden. Das azimutal polarisierte Licht ist dabei mit Hilfe zweier λ/2-Platten wie in
Abbildung 2 beschrieben aus dem radial polarisierten Licht erzeugt worden erzeugt worden.
Abbildung 2: Erzeugung von beliebig zylindrisch polarisiertem Licht aus radial polarisiertem Licht, 1 Laserstrahl, 2
Kristall, 3 Konus aus radial polarisiertem Licht, 4 Kollimator, 5 paralleles radial polarisiertes
Lichtbündel, 9 und 10 λ/2-Platten
Abbildung 3: Verlauf der Strahltaille für radial und azimutal polarisiertes Licht
Im weiteren Verlauf soll hier noch eine weitere Verbesserung durch eine Optimierung des verwendeten
Linsensystems erreicht werden. Theoretisch ist ein maximal um 30% verkleinerter Fokus zu erwarten,
wobei jedoch nicht fest steht, dass ein solcher Wert auch unter den gegebenen Umständen zu erreichen
ist. Mit Hilfe des mit einem optisch parametrischen Oszillators erzeugten Laserlichtes ist es möglich, durch
Frequenzverdopplung und Frequenzverdreifachung in SBN Licht zu erzeugen, welches Komponenten im
roten, grünen und blauen Spektralbereich enthält und somit als radial polarisiertes Weißlicht verwendet
werden kann.
Einfluss der Stärke der Dotierung mit Erbium auf das 1.55 μm Lumineszenzband
Bei der Untersuchung, welchen Einfluss die Stärke der Dotierung mit Erbium auf die Lumineszenz bei 1.55
μm hat, zeigte sich, dass sich die Absorption nicht mit der Dotierung ändert, wohingegen bei der
Lumineszenz eine Verbreiterung mit zunehmender Dotierung auftritt. Mit Hilfe der Messung des
Lumineszenzspektrums bei Anregung in verschiedenen Tiefen des Materials war es möglich zu zeigen,
das die wahrscheinliche Ursache für die Verbreiterung die Reabsorption und Umverteilung der
Anregungsenergie auf niedrigere Niveaus ist.
Lumineszenzanregung mit frequenzverdoppeltem (SHG) Licht
Hier war es möglich zu zeigen, dass in mit Erbium dotiertem SBN eine Anregung der Lumineszenz mit
Hilfe von SHG bzw. THG (frequenzverdreifachtem) Licht möglich ist. Für die Anregung wurde Laserlicht
mit einer Wellenlänge von 1620 nm verwendet, welches für die Anregung des Grundzustandes von Er3+
zu wenig Energie besitzt, da das niedrigste Niveau bei ca. 1.53 μm eine Absorptionsbande aufweist (siehe
Abbildung 4). Trotzdem lässt sich Lumineszenz bei 550 nm, 670 nm beobachten. Diese dürfte auf
Anregung mit SHG- bzw. THG-Licht zurückzuführen sein.

ALEXANDER NIEMER 91
Abbildung 4: Messung der Lumineszenz bei 1.55 μm für verschiedene Dotierungsstärken (durchgezogene Linien) und
bei Anregung in ca. 5 mm Tiefe (gestrichpunktete Linie). Die gestrichelten Linien zeigen zum Vergleich
das Absorptionsspektrum von zwei Proben.
Abbildung 5: Messung der auftretenden Lumineszenz bei Anregung mit 1.62 μm.
Weitere Planung des Projektes
Im weiteren Verlauf des Projektes soll die Lumineszenz an Störstellen noch näher untersucht werden.
Hierzu sind unter Anderem weitere Messungen des zeitlichen Verlaufs und der Intensität in Abhängigkeit
von der Anregungsenergie geplant. Weiter soll versucht werden zu verstehen, welche Prozesse für die
Lumineszenz an den verschiedenen Störstellen verantwortlich sind. Auch soll das Projekt zeigen, ob die
Störstellen in SBN eine effiziente Möglichkeit zum Quantum Cutting bieten und ob es möglich ist, mit Hilfe
des Lumineszenzlichtes SHG zu betreiben.
3. Stellungnahme zum Qualifizierungsprogramm und der Betreuung:
Die Veranstaltungen des Graduiertenkollegs waren insofern hilfreich, da sie einen guten Überblick über die
weiteren Forschungsprojekte boten und es somit möglich war, sich in verschiedenen Richtungen
weiterzubilden. Der Umfang der Veranstaltungen war sinnvoll und angemessen.
In die Gestaltung des Programms war ich in Form eines Seminarvortrags eingebunden.
Die Betreuung innerhalb des Graduiertenkollegs gestaltet sich sehr gut. So ergibt sich innerhalb des
Kollegs eine sehr gute Betreuung durch die Professoren und den Mitgliedern stehen genügend
Möglichkeiten für die Forschung offen. Besonders zu erwähnen ist hier auch das Engagement von Herrn
Prof. Dr. K. Betzler, der immer Unterstützung durch fachliche Diskussionen bot und auch bei
verwaltungstechnischen Fragen immer Rat wusste.
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Seminar des GRK 695

92 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• DGKK-Tagung, 2008
• Arbeitstreffen mit Prof. Dr. Mühlberg, Köln, 2009
• DPG-Tagung, Dresden, 2009
• PR, Bad Honnef, 2009
4. Eigene Publikationen:
• Isabella-Ioana Oprea, Uwe Voelker, Alexander Niemer, Rainer Pankrath, Sergey Podlozhenov, Klaus
Betzler: Influence of erbium doping on phase transition and optical properties of strontium barium
niobate. Optical Materials 32:30-34 (2009)

MANUEL PRINZ 93
Einzelbericht Manuel Prinz
Einzelbericht des Doktoranden Manuel Prinz
Projektnummer: GRA / Pri
Vor- und Nachname des Doktoranden: Manuel Prinz
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: „X-ray spectroscopic and magnetic investigations of selected
manganese- containing molecular high-spin-complexes“
Name der Betreuerinnen/Betreuer: apl. Prof. Dr. M. Neumann
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
Beispiel: 01.10.2005 bis 31.03.2006
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.10.2005 - 31.03.2006); Stipendiat im Promotionsprogramm “Synthesis and
Characterisation of Surfaces and Interfaces assembled from Clusters and Molecules” (01.04.06. bis 31.03.2008)
Zeitpunkt der Promotion: 30.06.2009
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 25
ggf. Beschäftigung seit Ausscheiden aus dem Graduiertenkolleg:
• Stipendiat des Promotionsprogramms „“Synthesis and Characterisation of Surfaces and Interfaces
assembled from Clusters and Molecules”“
• Weiterbildung zum Medizinphysiker
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Besides continuously required smaller and faster processors developed by top-down semiconductor
technology, i.e. carbon-based and molecular electronics that provide alternative solutions, non-volatile
data storage and robust media with an ultra-high storage density is necessary.
The basic principles of digital storage in magnetic media have remained essentially unchanged, but the
size of one single digital bit has shrunk from a few mm 2 to about 1000 nm 2 and allows magnetic storage
densities of about 50 Gbit per square inch commercially available in the todays hard disks.
The initial start-up is to have a magnetic molecule ∝ 1 nm in size that is able to retain magnetic
information. Such molecular nanomagnets, or high-spin molecules can comprise both ferro- and
antiferromagnetic intramolecular coupling, leading to a high- or low-spin ground state. Some of the most
technologically promising molecular materials are molecular magnets comprising transition metal ions that
provide the localized magnetic moment and organic bridges acting as exchange pathways. The
investigated polynuclear complexes display an interesting electronic and magnetic structure. A
fundamental understanding of the intimate relationship between spin coupling, molecular and
corresponding electronic structure that determine the magnetism of polynuclear transition metal complexes
is essentially necessary for the development of synthetic routes that can provide high nuclear metal
complexes with high spins in a controlled fashion leading to the above mentioned applications.
This project is devoted to selected manganese containing molecular organo metallic high-spin complexes.
The goal of the investigations is to fully characterize the electronic structure and magnetic properties of
selected manganese containing tetranuclear high-spin molecules by means of various X-ray
spectroscopic, magnetic and theoretical methods. The research on the electronic and magnetic properties
is necessary for the development of novel synthetic routes in a controlled fashion to synthesize high
nuclear transition metal clusters. These new molecular materials incl. SMM may feature a higher blocking
temperature and are therefore more suitable for future technologies, such as ultra-high density data
storage and quantum computing.
The investigations of the star-shaped molecule of Mn II 4O 6 core with an S t = 10 high-spin have lead to a
number of interesting results. Magneto-chemical studies exhibit very weak exchange coupling constants
between the four Mn 2+ ions, leading to complicated low lying states in which the ground state is not well
separated, resulting from a dominant weak ferromagnetic coupling and a giant moment of up to 20 µ B/f.u.
XMCD measurements revealed that almost the complete magnetic moment is located around the Mn 2+

94 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
ions. This is in agreement with only a few charge transfer states found within the detailed X-ray absorption
spectroscopic study leading to a rather ionic bond of the Mn 2+ ions. Finally, electronic structure calculations
confirm that the exchange interactions are much smaller than for related compounds like the “ferric star”
molecule.
After the successful investigations of the homonuclear Mn 4 molecule, a star-shaped heteronuclear
Cr III Mn II 3 species and its precise electronic and magnetic structure has been precisely investigated. With
XPS the homovalency of Mn II and the Cr III valence states have been verified. The XA-spectra of the
manganese and chromium L edges were measured and compared to earlier investigated Mn 2+ 4 molecule
spectra or modeled within the ligand field multiplet model, respectively. Due to the combination highmagnetic
field magnetic measurements and element selective X-ray magnetic circular dichroism of the Mn
and Cr L edges together with quantum model calculations based on an anisotropic Heisenberg
Hamiltonian, it was possible to understand the complete magnetic structure of the CrMn 3 magnetic core.
Besides frustrated antiferromagnetically coupled spins the manganese single-ion anisotropy is the
dominating feature in the magnetic structure of the CrMn 3 molecule. In particular the unquenched
manganese orbital moment may be correlated to the chlorine ions attached to each manganese ion
leading to a large manganese anisotropy.
Further investigation will be performed on mixed valent Mn II /Mn III /Mn IV clusters. Therefore we verified the
valence state of a pure Mn III compound: Mn III 6O 2Salox 6. The +III valence state of the six manganese
ions has been verified. From X-ray diffraction, typical Jahn-Teller distorted oxygen octahedra have been
found for Mn(III) ions. Comparisons of XPS and XAS spectra of the complex to LaSrMn III O 4 and a
tetranuclear manganese(II) cluster it was definitely possible to identify [Mn III 6 (µ 3-O) 2(Salox) 6(CH 3CH 2-
OH) 4{(CH 3) 3CCOO} 2] as a pure Mn 3+ compound. The soft X-ray spectroscopic investigation of this
polynuclear complex, revealing a pure and stable Mn(III) valence state can be regarded as the first core
level XPS, and XAS reference spectra of polynuclear complexes comprising Mn(III) ions octahedral
surrounding.
Actually, all the findings during this project are essential to characterize the electronic and magnetic
structure of further heteronuclear and/or mixed-valent organo-metallic systems.
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Seminarvorträge des Graduiertenkollegs
Forschungsaufenthalte oder Praktika bei anderen Einrichtungen im In- und Ausland; bei IGKs zusätzlich:
Aufenthalte an der Partnerinstitution:
• Oktober 2006, Februar 2007, Oktober 2007, April 2008, August 2008: Advanced Light Source (ALS),
Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA, USA
• April 2006 BESSY II, Berliner Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlung , Berlin
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• „2nd German-Danish meeting on Interface Related Phenomena“, Sønderborg, Dänemark, Juli 2008
• DPG Frühjahrstagung, Berlin, Februar 2008
• Workshop „Magnetism in solids and molecules“, Osnabrück, November 2007
• „15th International Conference on Vacuum Ultraviolet Radiation Physics“, Berlin, August 2007
• DPG Frühjahrstagung, Regensburg, März 2007
• ALS Users Meeting, Berkeley, CA, USA, Oktober 2006
• DPG Frühjahrstagung, Dresden, März 2006
• DPG Frühjahrstagung, Berlin, März 2005 (WE-Heraeus-Förderprogramm)
4. Eigene Publikationen:
• M. Prinz, K. Kuepper, C. Taubitz, M. Raekers, S. Khanra, B. Biswas, T. Weyhermüller, M. Uhlarz, J.
Wosnitza, J. Schnack, A. V. Postnikov, C. Schröder, S. J. George, M. Neumann, and P. Chaudhuri,
„A Star-shaped Heteronuclear Cr III Mn II 3 Species and Its Precise Electronic and Magnetic Structure:
Spin Frustration Studied by X-ray Spectroscopic, Magnetic and Theoretical Methods.“, Inorganic
Chemistry (2009) submitted
• H. Schäfer, K. Hickmann, P. Ptacek, M. Prinz, M. Neumann, and M. Haase, „Investigation of KYF 4:
Yb, Er // KYF 4 Nanocrystals – Mechanism of the KYF 4 Formation“, Russian Journal of Inorganic
Chemistry (2009) 54 (12) 1-6.

MANUEL PRINZ 95
• M. Prinz, M. Raekers, M. Neumann, K. Kuepper, S. Khanra, T. Weyhermüller, and P. Chaudhuri,
„Synthesis, structure, and valency verification of a Mn III 6O 2-cluster“, Zeitschrift für Physikalische
Chemie (2009) 223 145–155
• S. Khanra, K. Kuepper, T. Weyhermüller, M. Prinz, M. Raekers, S. Voget, A. V. Postnikov, F. M. F.
de Groot, S.J. George, M. Coldea, M. Neumann, and P. Chaudhuri, „Star-Shaped Molecule of
Mn II 4O 6 Core with an S t = 10 High-Spin State. A Theoretical and Experimental Study with XPS,
XMCD, and Other Magnetic Methods“, Inorganic Chemistry (2008) 47 (11) 4605–4617
• L.-H. Bi, S. S. Mal, N. H. Nsouli, M. H. Dickman, U. Kortz, S. Nellutla. N. S. Dalal, M. Prinz, G.
Hofmann, M. Neumann, „Mixed-Valence 24-Vanadophosphate Decorated with Six Ru II (dmso) 3
Groups: [{Ru II 3(dmso) 9PV V 11V IV Ru III O 37(OH) 3} 2] 8- “, Journal of Cluster Science (2008) 19 259–273
• V. Simon, A. Colceriu, C. Prejmerean, M. Moldovan, M. Prinz, M. Neumann, „X-ray photoelectron
spectroscopic study of composite glass fillers“, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials
(2007) 9 (11) 3350-3353.
• S. Möller, Ä. Andresen, C. Merschjann, B. Zimmermann, M. Prinz, M. Imlau, “Insight to UV-induced
formation of laser damage on LiB 3O 5 optical surfaces during long-term sum-frequency generation”,
Optics Express (2007) 15 (12) 7351-7356.
• V. R. Galakhov, O. B. Prokhorova, S. N. Shamin, A. S. Shkvarin, A. V. Korolyov, M. Raekers, M.
Prinz, A. F. Takacs, M. Neumann, G. V. Bazuev, O. I. Gyrdasova, T. P. Chupakhina and Yu S.
Dedkov, „X-ray spectra and spin states of manganese and cobalt ions in complex oxides
La 1xCa xMn 0.5Co 0.5O 3“, Phase Transitions, Ordered States and Novel Materials (2006) 11 (2) 1-3.
• L.-H. Bi, U. Kortz, M. H. Dickman, S. Nellutla, N. S. Dalal, B. Keita, L. Nadjo, M. Prinz, M. Neumann,
„Polyoxoanion with octahedral germanium(IV) hetero atom: Synthesis, structure, magnetism, EPR,
electrochemistry and XPS studies on the mixed-valence 14-vanadogermanate [(GeV IV 12V V 2O 40)] 8- “
Journal of Cluster Science (2006) 17 (2) 143-165.
• M. Prinz, A. F. Takacs, J. Schnack, I. Balasz, E. Burzo, U. Kortz, K. Kuepper, M. Neumann,
„Magnetic and electronic properties of the iron-containing polyoxotungstate [Fe 4(H 2O) 10(β-
SbW 18O 33) 2] 6- “, Journal of Applied Physics (2006) 99 (8), 08J505.
• V. R. Galakhov, A. S. Shkvarin, A. F. Takacs, M. Raekers, M. Prinz, M. Neumann, A. V. Korolyev,
G. V. Bazuev, O. I. Gyrdasova, T. I. Chupakhina, D. V. Vyalykh, Yu. S. Dedkov, and S. L.
Molodtsov, „Cobalt and manganese valence states in complex oxides La 0.75Ca 0.25Co 0.5Mn 0.5O 3“,
BESSY, Annual Report 2005 (2005) 251253

96 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Pavel Ptacek
Einzelbericht des Doktoranden Pavel Ptacek
Projektnummer: GRA / Pta
Vor- und Nachname des Doktoranden: Pavel Ptacek
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: „Kristallfeldanaylse Europium dotierter nanokristalliner Materialien“
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. Markus Haase
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
04.08.2005 – 31.07.2008
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (04.08.2005- 31.07.2008)
Zeitpunkt der Promotion: 31.12.2008
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 27 Jahre
ggf. Beschäftigung seit Ausscheiden aus dem Graduiertenkolleg:
• HIWI-Vertrag Anorganische Chemie I vom 01.08.-31.12.2008
• Osram Berlin
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Ziel des Projektes war die Synthese und die Untersuchung der nichtlinearen optischen Eigenschaften von
dotierten MLnF 4-Nanokristallen (M = Alkalimetall, Ln= Seltenerdion). Die Ergebnisse der Arbeit sind in vier
wissenschaftlichen Veröffentlichungen beschrieben, von denen drei bereits publiziert sind und eine weitere
zur Veröffentlichung akzeptiert ist. Zwei Arbeiten beschreiben die Synthese von NaGdF 4, NaGdF 4:Eu und
NaEuF 4-Nanokristalle und zeigen, wie die kubische α-Phase oder die hexagonale β-Phase gezielt
hergestellt werden können. Eine weitere Arbeit beschreibt die Oberflächenmodifikation von NaYF 4:Yb,Er-
Partikeln und den Einfluss dieser Modifikation auf die optischen Eigenschaften der Partikel sowie ihre
Löslichkeit in polaren Lösungsmitteln. Eine vierte Arbeit behandelt die Synthese von KYF 4:Yb,Er-Partikeln,
deren Umhüllung mit undotiertem Material (Kern-Schale-Partikel) und die daraus resultierenden optischen
Eigenschaften.
3. Stellungnahme zum Qualifizierungsprogramm und der Betreuung:
Alles in allem war eine positive Erfahrung.
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• Tagung Deutsche Physikergesellschaft 2007
• Bunsentagung in Saarbrücken 01.-04.05.2008
• Vortrag anlässlich der Tagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft in Regensburg 25.-26.03.2007
4. Eigene Publikationen:
• Crystal Phase Control of Luminescing NaGdF 4 :Eu 3+ Nanocrystals, Adv. Func. Mat.,
17(18),3843-3848 (2007)
• Lanthanoide-doped α-NaYF 4 nanocrystals in aqueous solution displaying strong upconversion
Emission, Chem. Mat., 19, 1396-1400 (2007)

PAVEL PTACEK 97
• Crystal Phase Control of Eu 3+ -doped NaGdF 4 nanocrystals II: Influence of the fluoride
concentration and molar ratio between NaF and GdF 3 ,eingereicht bei Cryst. Growth and
Design
• Synthesis and optical properties of KYF 4 : Yb, Er nanocrystals and their surface modification
with undoped KYF 4 , Adv. Func. Mat., 2913-2918 (2008)

98 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Michael Räkers
Einzelbericht des Doktoranden Michael Räkers
Projektnummer: GRA / Rae
Vor- und Nachname der Doktorandin bzw. des Doktoranden: Michael Raekers
Titel des Promotionsprojektes: “An x-ray spectroscopic study of novel materials for electronic applications”
Name der Betreuerinnen/Betreuer: apl. Prof. Dr. M. Neumann
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.09.05 – 31.08.08
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.09.2005 – 31.08.2008)
Zeitpunkt der Promotion: 29.05.09
ggf. Beschäftigung seit Ausscheiden aus dem Graduiertenkolleg:
• Physiker, Genehmigung, URENCO
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
The electronic and magnetic structure of the colossal magneto resistance material La 1-xSr xMnO 3, the
high-k and strain tailoring compounds REScO 3 (Sm, Gd, Dy) and the multiferroic LuFe 2O 4 was
investigated by means of x-ray spectroscopic techniques.
SQUID measurements of La 1-xSr xMnO 3 (x = 0.125, 0.17, 0.36) were compared with XMCD results. The
very good agreement between these two experiments proofs the applicability of the correction factor for
the spin magnetic moment and the importance of charge transfer. The magnetic moment measured by
SQUID and that determined from XMCD proofs that the magnetic moment is completely localized at the
Mn ions for different temperatures and magnetic fields. For x = 0.125 the orbital magnetic moment
determined from XMCD corresponds to the structural changes in the phase diagram. Additionally the
measured orbital moments correspond to anomalies in magnetization versus temperature curves.
The magnetic and electronic structure of the rare earth scandates (SmScO 3, GdScO 3 and DyScO 3 were
investigated by means of XPS, XES, XAS, SQUID and neutron powder diffraction. The magnetic
measurements reveal antiferromagnetic coupling at low temperatures in agreement with neutron
diffraction data. With XAS and XES at the O K-edge in comparison with band structure calculations of
the unoccupied oxygen states, the band gaps of REScO 3 were determined and it was found that these
values are corresponding to the Sc-O mean distances.
The electronic and magnetic structure of LuFe 2O 4 was presented. The valence state of Fe ions was
determined to 50% 2+ and 50% 3+ by XPS of Fe 2p and 3s levels. The big orbital magnetic moment
found by XMCD could explain a discrepancy between the magnetic measurements and the spin
configuration, which was confirmed by XMCD.
4. Eigene Publikationen:
• M. Raekers, K. Kuepper, C. Taubitz, M. Prinz, C. Derks, A. Postnikov, S. J. Blundell, D. Prabakharan, S.
George and M. Neumann. Investigation of the electronic structure of LuFe2O4 by means of XPS, XAS,
XES, XMCD and calculations, in preparation
• M. Raekers, K. Kuepper, C. Taubitz, M. Prinz, M. Uhlarz, F. M. F. de Groot, E. Ahrenholz, V. R.
Galakhov, Ya. M. Mukovskii, and M. Neumann. Magnetism of La 1-xSr xMnO 3 by means of XMCD and
magnetometry, in preparation
• M. Prinz, K. Kuepper, C. Taubitz, M. Raekers, B. Biswas, T. Weyhermller, M. Uhlarz, J. Wosnitza, J.
Schnack, A. V. Postnikov, C. Schröoder, S. J. George, M. Neumann, and Phalguni Chaudhuri. A starshaped
heteronuclear Cr IIIMn 3 II species and its precise electronic and magnetic structure: Spin frustration
studied by X-ray spectroscopic, magnetic and theoretical methods, in preparation

MICHAEL RÄKERS 99
• C. Taubitz, K. Kuepper, M. Raekers, V. R. Galakhov, V. Felea, V. Tsurkan and M. Neumann.
Reinvestigation of the Fe, Cu and Cr valences in (FeCu)Cr 2S 4 spinels. physica status solidi (b),
pssb.200945057 (2009)
• M. Raekers, K. Kuepper, S. Bartkowski, M. Prinz, A. V. Postnikov, K. Potzger, S. Zhou, A. Arulraj, N.
Stüßer, R. Uecker, W. L. Yang, and M. Neumann. Electronic and magnetic structure of RScO 3 (R = Sm,
Gd, Dy) from x-ray spectroscopies and first-principles calculations. Phys. Rev. B 79, 125114 (2009)
• M. Prinz, M. Raekers, M. Neumann, K. Kuepper, S. Khanra, T. Weyhermuller and P. Chaudhuri.
Synthesis, Structure, and Valency Verification of a Mn III 6O 2 – Cluster. Z. Phys. Chem. 223, 145-155
(2009)
• K. Kuepper, M. Raekers, C. Taubitz, H. Hesse, M. Neumann, A. T. Young, C. Piamonteze, F. Bondino
and K. C. Prince. Fe valence state of Sr 2FeMoO 6 probed by x-ray absorption spectroscopy: The sample
age matters. J. Appl. Phys. 104, 1 (2008)
• S. Khanra, K. Kuepper, T. Weyhermuller, M. Prinz, M. Raekers, S. Voget, A. V. Postnikov, F. M. F. de
Groot, S. J. George, M. Coldea, M. Neumann, P. Chaudhuri. Star-Shaped Molecule of Mn II 4O 6 Core with
an S t=10 High-Spin State. A Theoretical and Experimental Study with XPS, XMCD, and Other Magnetic
Methods. J. Appl. Phys. 104, 1 (2008)
• V. R. Galakhov, M. A. Melkozerova, T. P. Chupakhina, G. V. Bazuev, M. Raekers, M. Neumann, S. L.
Molodtsov. Valence states of 3d ions in lanthanum magneto-cobaltites determined by means of X-ray
spectroscopy methods. Bulletin of Russian Academy of Science: Physics 72, 10, 1483-1485 (2008)
• R. Pacurariu, M. Coldea, M. Neumann, V. Pop, O. Isnard, M. Raekers. X-ray photoelectron spectroscopy
and magnetism of MnPd 1-xSb x. alloys phys. stat. sol. (b), 244, 9, 3190 (2007)
• V. R. Galakhov, O. B. Prokhorova, S. N. Shamin, A. S. Shkvarin, A. V. Korolyov, M. Raekers, M. Prinz,
A. F. Takacs, M. Neumann, G. V. Bazuev, O. I. Gyrdasova, T. P. Chupakhina, Yu. S. Dedkov. X-ray
spectra and spin states of manganese and cobalt ions in complex oxides La 1-xCa xMn 0.5Co 0.5O 3 Phase
transitions, ordered states and novel materials 2006.11.02. P.1-3
• V. R. Galakhov, N. A. Ovechkina, A. S. Shkvarin, S. N. Shamin, E. Z. Kurmaev, K. Kuepper, A. F.
Takács, M. Raekers, S. Robin, M. Neumann, G.-N. Gavrilá, A. S. Semenova, D. G. Kellerman, T.
Käämbre, and J. Nordgren. Electronic structure and x-ray spectra of defective oxides Li xCoO 2. Phys.
Rev. B 74, 045120(6) (2006)
• M. Raekers, K. Kuepper, H. Hesse, I. Balasz, I. G. Deac, S. Constantinescu, E. Burzo, M. Valeanu, and
M. Neumann. Investigation of chemical and grain boundary effects in highly ordered Sr 2FeMoO 6: XPS
and Mössbauer studies, J. Opt. Ad. Mat., 8, 2, 455, (2006)
• V. R. Galakhov, A. S. Shkvarin, A. F. Takács, M. Raekers, M. Prinz, M. Neumann, A. V. Korolyev, G. V.
Bazuev, O. I. Gyrdasova, T. I. Chupakhina, D. V. Vyalykh, Yu. S. Dedkov, and S. L. Molodtsov. Cobalt
and manganese valence states in complex oxides La 0.75Ca 0.25Co 0.5Mn 0.5O 3. BESSY -- Annual Report
2005, 251 – 253
• V. R. Galakhov, A. S. Shkvarin, S. N. Shamin, K. Kuepper, A. F. Takàcs, M. Raekers, S. Robin, M.
Neumann, G.-N. Gavrilá, A. S. Semenova, and D. G. Kellerman. Hole localization and phase separation
in cobaltites Li xCoO 2: X-ray absorption and photoelectron study. BESSY -- Annual Report 2004, 129 -
131

100 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Vasile Rednic
Einzelbericht des Doktoranden Vasile Rednic
Projektnummer: GRA / Red
Vor- und Nachname des Doktoranden: Vasile Rednic
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: „ Investigation of electronic and magnetic structure of advanced magnetic
materials “
Name der Betreuerinnen/Betreuer: apl. Prof. Dr. Manfred Neumann
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.04.2007 – 30.09.2007
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.04.2007 - 30.09.2007)
Zeitpunkt der Promotion: 18.01.2010
Alter bei Eintritt in das Kolleg:26
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
The understanding and prediction of the properties of mater at atomic level represents one of the great
achievements of the last years in science. In this content, the advantage of photoelectron spectroscopy,
in the study of electronic structure and properties of matter is due to progress in both, experimental and
in relevant theory. Photoemission techniques have been developed sufficiently to become a major tool
for the experimental studies of solids. These techniques are also attractive for the study of changes in, or
destruction of, crystalline order. The fine details of the relationship between the electronic structure and
the magnetic properties of matter represent a state of the art challenge in the solid state physics. The
link is evident even from a didactic approach: electrons are the ’carriers’ of spin magnetic moments and
their movement around nucleus gives rise to orbital momentum i.e. orbital contribution to the magnetic
moments. From a more sophisticated point of view, the information on the electronic structure turns up to
be essential for the understanding of magnetic behavior.
The aim of my PhD project was to study the changes in the crystallographic, electronic and magnetic
structure of the Al-Mn-Ni ternary metallic system by modifying the concentration of the constituent
elements.
The structural, electronic and magnetic properties of the alloys and compounds were investigated by X-
ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, band structure calculations, magnetization and
magnetic susceptibility measurements. During my studentship at Osnabrück University I’ve performed an
important part of the XPS measurements which were included in my PhD thesis.
The XPS spectra give information on the electrons binding energies, the valence band and the density of
states at the Fermi level, the hybridization between orbitals, the ions valence states and the charge
transfer between the elements. The energy position and the width of the valence band, the comparison
between the valence band and the calculated band structure, the splitting of the 3s core level, the
presence of the satellite structures to the valence band and 2p core levels give information on the
localization degree of the 3d electrons, the occupation of the 3d band, the spin and valence fluctuations

VASILE REDNIC 101
effects, which are the basic elements in explaining the magnetic properties of metallic systems based on
3d elements.
The Mn 3s and Mn 2p core level spectra present a multiplet splitting due to the exchange interaction
between the core hole created during the photoemission process and the total spin of d band. This is a
direct evidence for the existence of local magnetic moments confined to the Mn sites for all Mn-Ni-Al
alloys and compounds.
Ni 2p XPS spectra, in almost all the investigated alloys, show a satellite structure at about 6 eV higher
binding energy than the main line. This suggest that Ni atoms could carry a small magnetic moments
but, the Anderson condition for the existence of a local magnetic moment at Ni sites, in the ordered
magnetic state, is fulfilled only for Mn 1-xAl xNi 3 alloys. Ni atoms bring their contribution to the effective
magnetic moment in the paramagnetic state. In many cases their contribution is small but, for some of
the investigated alloys, temperature induced spin fluctuations at Ni sites were evidenced.
The hybridization between Ni 3d and Al 3sp states leads, in most of the cases, to a partial filling of Ni 3d
band, but for Mn 1-xAl xNi system. At high Al concentration this leads to a complete filling, as indicated by
XPS core level and valence band spectra.
XPS and magnetic measurements evidenced that Mn 3d band in Mn 1-xAl xNi 3 and Mn 1-xAl xNi systems
is not affected by hybridization with Al 3sp states while in Ni 1-xMn xAl and Ni 0.7-xAl xMn 0.3 systems Mn 3d
band is strongly affected. This depends on the interatomic distances.
The profound understanding of the magnetic phenomena and the correct interpretation of the magnetic
properties of the alloys and intermetallic compounds based on transition elements can be achieved only
through the correlation of obtained data from XPS, XRD and magnetic measurements, corroborated with
the band structure calculations.
4. Eigene Publikationen:
• V. Rednic, R. Pacurariu, L. Rednic, V. Pop, M. Neumann, M. Coldea; Magnetism and
X-ray Photoelectron Spectroscopy of AlNi 1-x Mn x Alloys; Studia Universitatis Babes
Bolyai, Physica, LI, 2 (2006) 20 – 26.
• L. Rednic, R. Pacurariu, V. Rednic, L.G. Pascut, V. Pop, M. Neumann, M. Coldea; X-
ray photoelectron spectroscopy and magnetism of AlMnNi 6 and Al 7 Mn 3 Ni 30, , J.
Optoelectron. Adv. Mat. 9 (2007) 568 – 571.
• N. Aldea, P. Marginean, V. Rednic, S. Pintea, B. Barz, A. Gluhoi, B.E. Nieuwenhuys,
Xie Yaning, F. Aldea, M. Neumann; Crystalline and Electronic Structure of Gold
Nanoclusters determined by EXAFS, XRD and XPS Methods, J. Optoelectron. Adv.
Mat. 9(5) (2007) 1555.
• V. Rednic, R. Pacurariu, L.G. Pascut, V. Pop, M. Neumann, and M. Coldea; X-Ray
Photoelectron Spectroscopy and Magnetism of Al 2 MnNi and Al 5 Mn 3 Ni 2 , Moldavian
Journal of the Physical Sciences, vol. 6 (2007) 86-91.
• M. Coldea, R. Pacurariu, M. Neumann, L. G. Pascut, V. Rednic, Spectroscopic
studies on powdered CeNi5 oxidized in air, AIP Conference Proceedings 899 (2007)
636.
• E.Burzo, N.Bucur, P.Vlaic and V.Rednic, Magnetic properties and electronic
structures of R-Ni-B compounds where R is a heavy rare earth, J. Phys.: Condens.
Matter 20 ( 2008) 7

102 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
• V. Rednic, L. Rednic, M. Coldea, V. Pop, M. Neumann, R. Pacurariu, A. R. Tunyagi,
X-ray Photoelectron Spectroscopy and Magnetism of Mn 1-X Al x Ni 3 Alloys, Cent. Eur.
J. Phys. 6(3) (2008) 434-439
• L. Rednic, M. Coldea, V. Rednic, M. Neumann, D. Benea, X-ray Photoelectron
Spectroscopy of MnSb1-xBix (x=0, 0.2, 0.5), Studia Universitatis Babes-Bolyai,
Physica, LIII, 2, (2008) 65 – 72
• V Rednic, M. Coldea, V. Pop, M. Neumann, L. Rednic and A.R. Tunyagi, X-ray
Photoelectron spectroscopy and magnetism of Mn1-xAlxNi alloys, Proceedings of
Joint International Conference Materials for Electrical Engineering (2008) 128-131.
• S. Pintea, P. Marginean, Stefan Gergely, V. Rednic, N. Aldea, “Supported nickel
catalysts investigated by temperature programmed reduction method”, Studia
Universitatis Babes-Bolyai, Physica, L III, 2, (2008) 89-95.
• R. Pacurariu, V. Rednic, M. Coldea, D. Benea, V. Pop, O. Isnard, and M. Neumann;
Effects of substitution of Ni by Sb in MnNi; Phys. stat. sol. (b), 246 (2009) 50-55
• S. Pintea, V. Rednic, P. Marginean, N. Aldea, X. Yaning, H. Tiandou, Z. Wu and M.
Neumann, Crystalline and electronic structure of Ni nanoclusters supported on Al2O3
and Cr2O3 investigated by XRD, XAS and XPS methods, Superlattices and
Microstructures, 46 (2009) 130-136
• N. Aldea, V. Rednic, S. Pintea, P. Marginean, B. Barz, M. Neuman, A. Gluhoi, B. E.
Nieuwenhuys, X. Yaning and F. Matei, Local, global and electronic structure of
supported gold nanoclusters determined by EXAFS, XRD and XPS methods,
Superlattices and Microstructures, 46 (2009) 141-148
• V. Rednic, M. Coldea, S. K. Mendiratta, M. Valente, V. Pop, M. Neumann and L.
Rednic, X-ray Photoelectron Spectroscopy and Magnetism of Mn 1-x Al x Ni Alloys, J.
Mag. Mag. Mat 321 (2009) 3415–3421
• N. Aldea, S. Pintea, V. Rednic, F. Matei and X. Yaning, Comparative study of EXAFS
spectra for close-shell systems, J. Optoelectron. Adv. Mat. 11 (2009) 2167
• L. Rednic, I. Deac, E. Dorolti, M. Coldea, V.Pop, V. Rednic and M. Neumann,
Magnetic Cluster Developement in In1-xMnxSb alloys, Cent. Eur. J. Phys, DOI
10.2478/s11534-009-0140-7
• N. Aldea, S. Pintea, V. Rednic, F. Matei, H. Tiandou and X. Yaning, Local structure
information by EXAFS analysis using two algorithms for Fourier transform calculation,
Journal of Physics: Conf Series, 182 (2009) 012056
• V. Rednic, M. Coldea, L. Rednic, L. G. Pascut, N. Aldea, S. Pintea and M. Neumann,
X-ray photoelectron spectroscopy and magnetism of AlDyNi, AlDyNi 4 and AlDy 3 Ni 8
compounds, Journal of Physics: Conf Series, 182 (2009) 012077
• S. Pintea, V. Rednic, M. Petru, X. Yaning and N. Aldea, Temperature influence on the
global and local structure of the chromia supported nickel catalysts, Journal of
Physics: Conf Series, 182 (2009) 012052

INA RIANSARI 103
Einzelbericht Ina Riansari
Einzelbericht der Doktorandin Ina Riansari
Projektnummer: GRA / Ria
Vor- und Nachname der Doktorandin bzw. des Doktoranden: Ina Rianasari
Arbeitstitel des Promotionsprojektes: „Inkjet Structuring on electrode surfaces“
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. L. Walder
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.01.2006 – 31.12.2008
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.01.2006 - 31.12.2008); wiss. Mitarbeiter bzw. Mitarbeiterin am Institut für Chemie (01.01.
bis 30.11.2009)
(voraussichtl.) Zeitpunkt der Promotion: 30.11.2009
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 27 Jahre
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
a. Ausgangsfragen und Zielsetzung des Projekts
i. The modifications of the inkjet printer to allow non-ink printing jobs
ii. The formulation of the ink to fit the modified inkjet printer
iii. The properties of inkjetted films
iv. The morphology of inkjetted structures
v. Applications of the inkjetted structures
b. aktueller Stand der Arbeit
The work is already in the final stage.
c. Darstellung der bisher erzielten Ergebnisse, ggf. Angaben über das geplante weitere Vorgehen
The results suggest the potential applications of inkjet printer not only in the Lab scale but also industrial
scale. Two or more different materials can be delivered by this technique simultaneously, which are
demonstrated in this work. The composition of different materials delivered simultaneously can be easily
adjusted.
3. Stellungnahme zum Qualifizierungsprogramm und der Betreuung:
a. Inwieweit waren die Veranstaltungen für Sie und Ihre Arbeit hilfreich, war der Umfang
angemessen?
I find the presentations or events held in the Graduate College are useful in expanding my knowledge in
Natural sciences.
b. Wie waren Sie in die Gestaltung oder Organisation des Programms eingebunden?
I was a member of Graduiertenkolleg 695 "Nichtlinearitäten optischer Materialien"
c. Was könnte noch verbessert/ergänzt werden?
According to my opinion, the program is good. Seminars given by the GK’s members should be kept that
way. However, it might be better if the professors also give the seminars about their expertise or about a
scientific theme related to their research interests.

104 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
d. Wie gestaltete sich die Betreuung?
The assistance from the professor as well as from the GK is good. As a student, I have enough flexibility
in conducting researches. Amount of literatures are available in the Uni’s internet connections.
Possibilities to collaborate with other institutes or research groups help to gain well – confined results.
The group seminars held for the research group allow discussing further about reaseach directions,
problems, and possibilities solutions.
e. Weitere Anmerkungen? bei IGKs: Wie beurteilen Sie die Aufenthalte an der ausländischen
Partnerinstitution, welche Kenntnisse haben Sie dort erworben?
I was in the Denmark for a symposium. I find a more integrations between the institutions. We
exchanged knowledge.
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs: Semester-Seminare
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• 2nd German-Danish meeting on Interface Related Phenomena, 14-16 July 2008,Sønderborg, Denmark.
• Innovations in Inkjet: Polymers, Biomaterials and Nanoparticles, 27 – 29 June 2007, Eindhoven, The
Netherlands.
4. Eigene Publikationen:
• Ina Rianasari, Lorenz Walder, Malte Burchardt, Izabella Zawisza, Gunther Wittstock
Inkjet-Printed Thiol Self-Assembled Monolayer Structures on Gold: Quality Control and Microarray
Electrode Fabrication, Langmuir 2008, 24, 9110-9117
• Rianasari, L. Walder, Presentation: “Inkjet Printing Thiols on Gold”. 2nd German-Danish meeting on
Interface
Related Phenomena, 14-16 July 2008,Sønderborg, Denmark.
• Rianasari, L. Walder, M. Burchardt, I. Zawisza, G. Wittstock, Poster: “Lateral Structuring of Gold
Electrodes
Using Ink-Jet Technology”, Innovations in Inkjet: Polymers, Biomaterials and Nanoparticles, 27 – 29
June 2007, Eindhoven,The Netherlands.

SEBASTIAN RODE 105
Einzelbericht Sebastian Rode
Einzelbericht des Doktoranden Sebastian Rode
Projektnummer: GRA / Rod
Vor- und Nachname. des Doktoranden: Sebastian Rode
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: “High-resolution imaging of functionalized surfaces in air and liquids”
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. Angelika Kühnle
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.03.2008 bis 30.09.2009
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.03.2008 - 30.09.2009); wiss. Mitarbeiter am Institut für Physikalische Chemie der
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (ab 01.10.2009)
voraussichtlicher Zeitpunkt der Promotion: Februar 2011
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 25
ggf. Beschäftigung seit Ausscheiden aus dem Graduiertenkolleg: wissenschaftlicher Mitarbeiter
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Das wesentliche Ziel dieses Projekts ist die Implementierung der frequenzmodulierten Rasterkraftmikroskopie
in Flüssigkeiten. Die frequenzmodulierte Rasterkraftmikroskopie wird bereits seit einigen Jahren
sehr erfolgreich im Ultrahochvakuum angewendet und dient inzwischen zur routinemäßigen Untersuchung
von nichtleitenden Oberflächen mit atomarer Auflösung [1]. Dass diese Technik auch in Flüssigkeiten
durchführbar ist, ist erst im Jahre 2005 in der Arbeitsgruppe von Prof. Hirofumi Yamada demonstriert worden
[2]. Der wesentliche Aspekt ist hierbei eine konsequente Reduktion der Rauschquellen im Mikroskop,
um trotz eines hohen thermischen Rauschens, das auf Grund der Messung in Flüssigkeiten unvermeidbar
ist, noch sensitiv genug messen zu können, um atomare Auflösung zu ermöglichen [3]. Im Rahmen dieses
Projekts sollte ein kommerzielles Gerät der Firma Veeco Intruments so modifiziert werden, dass auch mit
diesem Gerät atomare Auflösung in Flüssigkeiten erzielt werden kann. Motivation dieses Vorhabens ist einerseits,
biologische Moleküle in ihrer natürlichen Umgebung untersuchen zu können. Hierbei liegt ein besonderes
Augenmerk auf der Adsorption funktioneller Proteine zur Oberflächenfunktionalisierung. Darüber
hinaus stellen Flüssigkeiten auch eine anwendungstechnisch relevante Umgebung dar, so wird zum Beispiel
die Wirkungsweise vieler Polyelektrolyte durch das umgebende Medium entscheidend beeinflusst.
Zur Einarbeitung in das Thema und zur Durchführung von Messungen in Flüssigkeiten wurde zu Beginn
des Promotionsprojektes ein zweimonatiger Forschungsaufenthalt in den Arbeitsgruppen von Prof. Hiroshi
Onishi (Kobe, Japan) und Prof. Hirofumi Yamada (Kyoto, Japan) durchgeführt. Im Rahmen dieses Aufenthalts
war es möglich, erste Messungen an der Spaltfläche von Calcit durchzuführen und atomare Auflösung
in Flüssigkeiten zu erzielen [4]. Neben den Ergebnissen von T. Fukuma auf Mica [2] ist dies weltweit
die zweite Oberfläche, die mit frequenzmodulierter Rasterkraftmikroskopie in Flüssigkeiten atomar aufgelöst
werden konnte.
Nach dieser Einarbeitungsphase hat im Sommer 2008 der Umbau eines kommerziellen Gerätes (Veeco
Mulitmode) an der Universität Osnabrück begonnen. Die Arbeiten werden in einer Kooperation mit der
BASF SE durchgeführt, die das Gerät finanziert hat. Die vorgenommenen Modifikationen umfassen den
Neubau eines Scankopfes, den Einbau einer externen Lichtquelle über eine Glasfaser, den Bau einer
rauscharmen Flüssigzelle sowie Design und Konstruktion einer Isolationskammer. Die durchgeführten
Veränderungen reduzierten das Rauschen des Geräts von einem Ausgangswert von rund 150 fm/√Hz auf
jetzt rund 15 fm/√Hz in Flüssigkeiten. Dieser Wert ist niedrig genug, um atomare Auflösung erzielen zu
können. Dies konnte im Rahmen dieses Projekts erfolgreich an atomarer Auflösung sowohl auf Glimmer
(0001) als auch Calcit (10-14) demonstriert werden. Mit diesen Messungen ist das wesentliche Ziel des
Promotionsprojektes, die Reduktion des Rauschniveaus zur Ermöglichung von atomarer Auflösung in
Flüssigkeiten, erreicht.
Neben den hochaufgelösten Messungen reiner Oberflächen werden jetzt auch nanopartikuläre Systeme
der Arbeitsgruppe von Prof. Haase untersucht. Hier liegt ein Fokus auf der Fragestellung, inwieweit die

106 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Dispergierung dieser Partikel durch Adsorption von in der Arbeitsgruppe von Prof. Beginn (Chemie UOS)
hergestellten Polymeren verbessert werden kann. Diese Thematik wurde in einer kürzlich abgeschlossenen
und im Rahmen dieses Projekts betreuten Bachlorarbeit behandelt.
Abbildung 1: links: Atomar aufgelöste CaCO 3-Oberfläche; rechts: Atomar aufgelöste Glimmeroberfläche
Im Folgenden soll es jetzt bis zum Abschluss der Promotion im Februar 2011 darum gehen, die Technik
für hochauflösende Messungen in Flüssigkeiten einzusetzen. Ein Schwerpunkt werden auf verschiedenen
Oberflächen adsorbierte Polymere darstellen, die im neuen Umfeld, dem Institut für Physikalische Chemie
der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, hergestellt werden.
Darüber hinaus sollen biologische Systeme in ihrer natürlichen Umgebung untersucht werden. Hierzu sind
erste Kontakte zu biologisch orientierten Arbeitsgruppen (Prof. Steinhoff, Prof. Brandt (Biologie UOS)) aufgebaut.
[1] F. J. Giessibl, Science 267, 68 (1995).
[2] T. Fukuma et al., Appl. Phys. Lett. 87, 034101 (2005).
[3] T. Fukuma et al., Rev. Sci. Instrum. 76, 053704 (2005).
[4] S. Rode et al., Langmuir 25, 2850 (2009).
3. Stellungnahme zum Qualifizierungsprogramm und der Betreuung:
Die im Graduiertenkolleg angebotenen Veranstaltungen waren sinnvoll, um einen Überblick über die im
Rahmen des Kollegs durchgeführten Projekte zu erhalten und Kontakte zu knüpfen. Anregende und wertvolle
Kontakte fanden vor allem mit den auf dem Gebiet der Photonik tätigen Arbeitsgruppen statt. Diese
Kontakte waren zur technischen Weiterentwicklung des Scankopfs von großem Nutzen. Enger Kontakt
entstand darüber hinaus zur Arbeitsgruppe von Prof. Haase, dessen Nanopartikel im Rahmen dieses Projekts
untersucht wurden. Der Umfang der Veranstaltungen war angemessen. Die Möglichkeit zur Mitgestaltung
war jederzeit gegeben, die Organisation lag in dem Händen von Prof. Klaus Betzler. Die Betreuung
fand durch Prof. Angelika Kühnle statt, die Kontakte zu Experten auf dem Gebiet herstellte und ein motivierendes
und produktives Arbeitsklima schuf. Besonders die vorhandene Expertise der Arbeitsgruppe auf
dem Gebiet der Rasterkraftmikroskopie war für den Erfolg der bisherigen Ergebnisse von besonderer Bedeutung.
Neben diesem Umfeld trugen auch die im Kolleg vorhandenen Kompetenzen auf dem Gebiet der
Photonik entscheidend zur zügigen Durchführung der bisherigen Arbeiten bei.
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Seminar des Graduiertenkollegs 695 im Wintersemester 2008/2009
Forschungsaufenthalte oder Praktika bei anderen Einrichtungen im In- und Ausland; bei IGKs zusätzlich: Aufenthalte
an der Partnerinstitution:
• Zweimonatiger Forschungsaufenthalt in Kobe und Kyoto (Japan) in den Arbeitsgruppen von Prof. Hiroshi
Onishi und Prof. Hirofumi Yamada

SEBASTIAN RODE 107
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• S. Rode, N. Oyabu, K. Kobayashi, H. Yamada, A. Kühnle, Atomic-resolution FM-AFM imaging on calcite
(10-14) in liquids (Poster), International Conference on NC AFM, 16.-19.09.2008, Madrid (Spanien)
4. Eigene Publikationen:
• S. Rode, N. Oyabu, K. Kobayashi, H. Yamada, A. Kühnle, True atomic-resolution imaging of (10-14) calcite
in aqueous solution by frequency modulation atomic force microscopy, Langmuir 25 (2009) 2850

108 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Bettina Schoke
Einzelbericht der Doktorandin Bettina Schoke
Projektnummer: GRA / Sch
Vor- und Nachname der Doktorandin bzw. des Doktoranden: Bettina Schoke
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: „Optisch erzeugte kleine Polaronen in Lithiumniobat – Untersuchungen
zum Einfluss homogener und periodisch modulierter Konzentrationen von intrinsischen und extrinsischen Defekten
auf das Zeitverhalten der transienten polaronischen Absorption“
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. Mirco Imlau
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.10.2006 bis 31.12.2009
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.10.2006 – 31.03.2008);
wiss. Mitarbeiterin in der Arbeitsgruppe Nichtlineare Molekül- und Festkörperoptik (01.04.2008 – 31.12.2009)
(voraussichtl.) Zeitpunkt der Promotion: Januar/Februar 2010
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 24
ggf. Umstände, die zu einer Beeinträchtigung der wissenschaftlichen Arbeit geführt haben könnten:
• Organisation der Physikerinnentagung 2007 (Planungsphase neben der Promotion: 15.11.06 – 15.11.07)
ggf. Beschäftigung ab Ausscheiden aus dem Graduiertenkolleg:
• wiss. Mitarbeiterin in der Arbeitsgruppe Nichtlineare Molekül- und Festkörperoptik (ab 01.01.2010)
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Beschreibung des Promotionsvorhabens
Kleine Polaronen, die aus einem Überschuss-Ladungsträger und einer selbstinduzierten Verzerrung des
umgebenden Gitters bestehen [1], sind für Anwendungen von Lithiumniobat (LiNbO 3) in der nichtlinearen
Optik, beispielweise bei der Frequenzkonversion oder der Zwei-Farben-Holographie, von zentraler Bedeutung.
Dabei begünstigt die ausgeprägte intrinische Defektstruktur von LiNbO 3 mit Li-Vakanzen und Nb Li-
Fremdplatzdefekten die Bildung von vier verschiedenen kleinen Polaronen [2]. So lassen sich kleine freie
Nb 4+ Nb- und kleine gebundene Nb 4+ Li-Elektronpolaronen sowie kleine gebundene O - -Lochpolaronen optisch
metastabil anregen, während kleine gebundene Nb 4+ Li:Nb 4+ Nb-Bipolaronen durch Reduktionsbehandlung
stabil erzeugt werden können. Das Auftreten der genannten kleinen Polaronen wird von breiten optischen
Absorptionsbanden im sichtbaren und nahe infraroten Spektralbereich begleitet. Sie bestimmen dadurch
vor allem die photochromen Eigenschaften von LiNbO 3 und können sich störend bei der Frequenzkonversion
auswirken. Außerdem werden kleine Polaronen im Zusammenhang mit der Entstehung des photorefraktiven
optischen Schadens diskutiert, der sich nach inhomogener Beleuchtung eines photorefraktiven
Materials aufgrund der Entstehung von Brechungsindexinhomogenitäten in einer Strahldeformation äußert.
Der zugrunde liegende photorefraktive Effekt lässt sich andererseits jedoch auch in positiver Weise für holographische
Anwendungen ausnutzen. So haben kleine gebundene Polaronen und Bipolaronen in der
Zwei-Farben-Holographie Bedeutung erlangt.
Um die mit kleinen Polaronen verbundenen optischen Eigenschaften von LiNbO3 gezielt nutzen bzw. unterdrücken
zu können, ist daher neben einem detaillierten Verständnis ihrer Anregungs- und Relaxationsmechanismen
sowie ihres lichtinduzierten Ladungstransports die Kenntnis der Wirkung äußerer Einflussfaktoren
notwendig.
Im Rahmen dieses Promotionsvorhabens wurde der Einfluss homogener und periodisch mo-dulierter Konzentrationen
von intrinsischen und extrinsischen Defekten auf die mit dem Auf-treten kleiner Polaronen
verbundene lichtinduzierte Absorption mittels lichtinduzierter Ab-sorptionsspektroskopie (LIAS) untersucht.
Dabei stand einerseits die Frage im Vordergrund, wie sich das Zeitverhalten der transienten polaronischen
Absorptionserscheinungen durch Änderung der Stöchiometrie oder aufgrund von Dotierung mit optisch un-

BETTINA SCHOKE 109
empfindlichen extrinsischen Defekten beeinflussen lässt. Andererseits sollte studiert werden, wie sich eine
räumlich periodische Dichtemodulation kleiner Polaronen auf ihr Anregungs- und Rekombinationsverhalten
auswirkt.
Erzielte Forschungsergebnisse
Mittels lichtinduzierter Absorptionsspektroskopie wurden unterschiedlich präparierte LiNbO 3- Proben mit
intensiven grünen Laserpulsen (τ = 8 ns, λ = 532 nm) bestrahlt. Durch die damit verbundene Anregung
kleiner metastabiler Polaronen kommt es zu einer Änderung der Absorption des Materials. Diese wird zeitaufgelöst
über die transmittierten Intensitäten I tast(t) dreier Dauerstrichlaser mit Wellenlängen im blauen, roten
und nahe infraroten Spektralbereich bei λ = 488 nm, 785 nm und 1310 nm mittels geeigneter Photodioden
simultan detektiert. Die Wellenlängen der Tastlaser sind dabei auf die Maximalabsorptionen der in
LiNbO 3 bekannten Polaronen abgestimmt. So lassen sich kleine Bipolaronen sowie kleine Lochpolaronen
mit ihrem Absorptionsmaximum bei λ max, BP = λ max,LP ≈ 500 nm vor allem im blauen Spektralbereich beobachten,
während sich die Existenz kleiner gebundener Polaronen mit λ max, GP ≈ 760 nm und die kleiner
freier Polaronen mit λ max, GP ≈ 1250 nm im nahe infraroten Spektralbereich zeigen sollte [2]. Die lichtinduzierte
Absorptionsänderung α li(t) ergibt sich wellenlängenspezifisch aus den transmittierten Tastlichtintensitäten
vor (I tast(t ≤ 0)) und während bzw. nach der zusätzlichen Pumplichteinstrahlung (I tast( t )) entsprechend
der Dicke d des Kristalls zu α li(t) = - 1/d ln[I tast( t ) / I tast(t ≤ 0)] .
Um die Wirkung verschiedener Einflussfaktoren analysieren zu können, wurden die für die einzelnen Proben
aufgenommenen lichtinduzierten Absorptionsspektren mit bereits aus der Literatur bekannten Spektren
[3] von nominell reinem, kongruent schmelzendem LiNbO 3 in zwei Reduktionszuständen verglichen.
(1) Unterschiedliche, homogene intrinische Defektkonzentrationen
Der Einfluss der intrinischen Defektkonzentration wurde in drei unreduzierten undotierten LiNbO 3-Proben
mit unterschiedlicher Kristallzusammensetzung studiert. Neben der kongruenten Referenzprobe standen
ein subkongruenter Kristall mit erhöhter Dichte an Li-Va-kanzen und Nb Li-Fremdplatzdefekten und ein nahe-stöchiometrischer
Kristall mit verminderter intrinsischer Defektdichte zur Verfügung. In allen drei Proben
zeigte sich u. a. nach homogener Lichtbestrahlung das Auftreten einer positiven lichtinduzierten Absorption
im blauen, roten und infraroten Spektralbereich, die der optischen Erzeugung kleiner gebundener Nb 4+ Li-
Elektronpolaronen und O - -Lochpolaronen zugeschrieben werden konnte (N li,LP(t), N li,GP(t) > 0). Die Zerfallszeit
der Absorptionsänderungen, die mit der Rekombination beider Polaronen einhergeht, hängt dabei
stark von der Kristallzusammensetzung ab. Es wurde gefunden, dass eine Erhöhung der Nb Li-
Fremdplatzdefektdichte wie in subkongruentem LiNbO 3 gegenüber dem kongruenten Fall zu einer Verkürzung
der Zerfallszeit der polaronischen Absorptionsänderung führt, während eine Reduktion der Anzahldichte
dieser Zentren in nahe-stöchiometrischem LiNbO 3 die Lebensdauer kleiner gebundener Polaronen,
die mit Lochpolaronen rekombinieren, verlängert. Damit konnte die aus der Literatur bekannte entsprechende
Beobachtung für Eisen dotiertes, nahe-stöchiometrisches LiNbO 3 [4] auf undotierte, subkongruente
Proben erweitert und die maßgebliche Rolle der Nb Li-Defekte aufgezeigt werden.
(2) Homogene extrinische Defektkonzentration in LiNbO 3:Y
Der Einfluss einer homogenen extrinischen Defektkonzentration wurde in thermisch reduziertem, Y-
dotiertem LiNbO 3 untersucht. Yttrium ist dabei ein optisch unempfindliches Fremdion. Durch die thermische
Reduktion werden Nb 4+ Li:Nb 4+ Nb-Bipolaronen im Material stabil an Nb Li-Fremdplatzdefekten erzeugt, die vor
allem eine Absorption im blauen Spektralbereich verursachen. Ihre optische Dissoziation zugunsten von
kleinen gebundenen Nb 4+ Li-Polaronen kann im lichtinduzierten Absorptionsspektrum nach Lichtbestrahlung
durch eine negative Absorptionsänderung im blauen Spektralbereich (N li,BP(t) < 0) und eine positive Absorptionsänderungen
im roten und infraroten Spektralbereich (N li,GP(t) > 0) beobachtet werden. Die Yttrium-Dotierung
wirkt sich dabei lediglich auf die Zerfallszeit der Absorptionsänderungen aus. Es konnte gefunden
werden, dass Yttrium eine ähnliche Wirkung wie eine Erhöhung der Stöchiometrie hat: es verlängert
die Lebensdauer kleiner gebundener Polaronen, die zu Bipolaronen relaxieren. Die Beobachtungen
lassen sich konsistent unter der Annahme erklären, dass sich Yttrium auf Li-Plätze in die Kristallstruktur
einbaut (Y Li) und so die Dichte an Nb Li-Fremdplatzdefekten vermindert.
(3) Räumlich modulierte extrinsische Defektkonzentration in PPLN:Y
Der Einfluss einer räumlich modulierten extrinsischen Defektdichte konnte in periodisch gepoltem, Y-
dotiertem LiNbO 3 (PPLN:Y) nach thermischer Reduktion studiert werden. Dabei kommt die periodische Dotierung
durch das spezielle Polungsverfahren zustande. So wurde der vorliegende PPLN:Y-Kristall während
des Kristallwachstums mittels modifiziertem Czochralskiverfahren in einem asymmetrischen Temperaturfeld
periodisch strukturiert [5]. Dies ist jedoch nur möglich, wenn der Kristallschmelze Fremdionen, wie
in diesem Fall Yttrium, beigemischt werden, die sich durch die asymmetrischen Bedingungen periodisch
mit einer sägezahnförmigen Verteilung der Konzentration in die Kristallstruktur einbauen [5].
Die Messungen der lichtinduzierten Absorptionsänderung zeigen, dass sich das Zerfallsverhalten von α li(t)
vor allem im blauen Spektralbereich aufgrund von periodischer Dotierung mit Yttrium stark ändert. So beobachtet
man in PPLN:Y nicht nur die nach Reduktion erwartete Dissoziation von Bipolaronen (N li,BP(t) < 0)
zugunsten von kleinen gebundenen Polaronen (N li,GP(t) > 0), sondern auch das Auftreten kleiner Lochpolaronen
(N li,LP(t) > 0), die bisher nur in unreduzierten bis schwach reduzierten Proben direkt beobachtet wurden
[3]. Zusätzlich ist ihre Lebensdauer gegenüber der Bipolaronenrelaxationszeit deutlich verlängert.

110 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Die Beobachtungen können durch eine räumlich periodische Modulation der intrinsischen Defektdichte in
Kombination mit einer Modulation des Reduktionsgrades erklärt werden. So führt der periodische Einbau
der Y-Dotierung unter der Annahme, dass sich Yttrium auf Li-Plätzen in die Kristallstruktur einbaut, zu einer
periodisch reduzierten Dichte an Nb Li-Fremd-platzdefekten und somit zu einer verbesserten Stöchiometrie
in hochdotierten Kristallbereichen. Da sich stöchiometrisches LiNbO 3 jedoch nur schlecht reduzieren
lässt, wird der Grad der Reduktion, der durch die Dichte an erzeugten Bipolaronen bestimmt wird [3], ebenfalls
aufgrund der inhomogenen Dotierung moduliert. In Kristallbereichen mit hoher Y-Dotierung und geringem
Reduktionsgrad ist somit die Anregung kleiner Lochpolaronen begünstigt, deren Lebensdauer aufgrund
der erhöhten Stöchiometrie verlängert ist. Der bipolaronische Absorptionsanteil kann hingegen auf
Kristallbereiche mit geringer Y-Dotierung, aber hohem Reduktionsgrad zurückgeführt werden. Ihre Lebensdauer
ist aufgrund der annähernd unveränderten intrinsischen Defektdichte gegenüber der Referenzprobe
nahezu unverändert. Bei den in PPLN:Y beobachteten Spektren handelt es sich somit um eine Ü-
berlagerung von unterschiedlichen Absorptionsbeiträgen aus verschiedenen Kristallbereichen.
(4) Räumlich modulierte intrinsische Defektkonzentration im Holographiexperiment
Eine räumlich modulierte intrinsische Defektkonzentration lässt sich über die periodische Anregung kleiner
Polaronen durch eine modulierte Polaronendichte simulieren. Eine periodische Anregung von thermisch
reduziertem, undotiertem LiNbO 3 wurde dabei in einem Holographieexperiment realisiert, zu welchem
Zweck der Aufbau zur lichtinduzierten Absorptionsspektroskopie entsprechend abgewandelt wurde. Der
Einfluss einer periodischen intrinsischen Defektdichte kann dadurch zum einen durch direkte Beugungsexperimente
und zum anderen durch Messung der lichtinduzierten Absorption unter beugungsungünstigen
Bedingungen studiert werden.
Die Beugungsexperimente zeigen, dass neben den für kleine Polaronen erwarteten Absorptionsgittern
auch Brechungsindexbeiträge der beobachteten transienten Beugungssignale berücksichtigt werden müssen.
Ein photorefraktiver Effekt aufgrund einer Eisenverunreinigung kann jedoch als Ursache für die beobachteten
Brechungsindexgitter ausgeschlossen werden. Vielmehr deuten die Beobachtungen auf einen
photovoltaischen Effekt kleiner gebundener Polaronen hin, der in Kombination mit dem elektrooptischen
Effekt als intrinsischer photorefraktiver Effekt bezeichnet werden kann. Der photovoltaische Effekt kleiner
gebundener Polaronen tritt als Ladungstransportmechanismus offensichtlich erst durch die periodische Anregung
gegenüber dem ansonsten dominierenden, diffusiven Ladungstransport in den Vordergrund. Dies
führt dazu, dass sich auch die Zerfallszeit der lichtinduzierten Absorptionsänderung durch periodische Bestrahlung
in Abhängigkeit von der Gitterperiode verlängert. Dabei wirkt sich dieser Effekt aufgrund verschiedener
Anregungsmechanismen unterschiedlich stark auf die Relaxation kleiner gebundener Bipolaronen
und kleiner gebundener Lochpolaronen aus.
Referenzen
[1] I. G. Austin, N. F. Mott, Polarons in Crystalline and Non-Crystalline Materials. Adv. Phys. 18, 41-102
(1969).
[2] O. F. Schirmer, M. Imlau, C. Merschjann, B. Schoke, Electron small polarons and bipolarons in LiN
bO 3., J. Phys.: Condens. Matter 21, 123201 (2009).
[3] C. Merschjann, B. Schoke, M. Imlau, Influence of chemical reduction on the particular number densities
of light-induced small electron and hole polarons in nominally pure LiNbO 3. Phys. Rev. B 76, 085114
(2007).
[4] D. Berben, K. Buse, S. Wevering, P. Herth, M. Imlau, Th. Woike, Lifetime of Small Polarons in Iron-
Doped Lithium Niobate Crystals. J. Appl. Phys. 87, 1034-1041 (2000).
[5] N. F. Evlanova, I. I. Naumova, T. O. Chaplina, S. V. Lavrishchev, S. A. Blokhin, Periodic Domain Struc
ture in Czochralski-Grown LiNbO 3:Y Crystals. Phys. Sol. State 42, 1727-1730 (2000).
3. Stellungnahme zum Qualifizierungsprogramm und der Betreuung:
Die Einbettung des Promotionsvorhabens in ein Graduiertenkolleg habe ich als positiv und promotionsfördernd
empfunden. Durch die regelmäßig abgehaltenen Report-Seminare fand ein reger Austausch unter
den Doktoranden statt, in denen neue Forschungsergebnisse präsentiert und diskutiert wurden. Man erhielt
damit nicht nur einen guten Überblick über die anderen Promotionsprojekte, sondern konnte sich in
ungezwungenem Rahmen im Präsentieren, vor allem in englischer Sprache, üben. Neben dem Report-
Seminar fand ein Englischkurs statt, der auf Wunsch der Doktoranden ins Leben gerufen wurde. Hier wurden
spezielle Fragestellungen bzgl. der Promotion im englischsprachigen Kontext besprochen (Veröffentlichungen
verfassen, Diskussion auf Konferenzen etc.) .
Die Betreuung durch Herrn Prof. Dr. M. Imlau während der Promotion kann als sehr gut und intensiv betrachtet
werden. So stand Herr Imlau stets als direkter Ansprech- und Diskussionspartner zur Verfügung,
der nicht nur bei der Planung und Durchführung des Promotionsvorhabens oder der Überprüfung der Ausrichtung
der Arbeit behilflich war, sondern auch den wissenschaftlichen Austausch im Rahmen von Konferenzteilnahmen,
Auslandsaufenthalten etc. gefördert hat.

BETTINA SCHOKE 111
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• SS 2006 Ringvorlesung zum GRK: Electrical Properties of Modern Materials (E. Shamonina)
• WS 06/07 bis WS 08/09 Berichtsseminar des Graduiertenkollegs (Vorträge im WS 06/07 und WS 08/09)
• WS 06/07 bis WS 07/08 Seminar Fachsprache Englisch für Doktoranden
• WS 06/07 Ringvorlesung zum GRK: Festkörpertheorie (M. Rohlfing)
• WS 08/09 Vorlesung Optische Spektroskopie (S. Schlücker)
Forschungsaufenthalte oder Praktika bei anderen Einrichtungen im In- und Ausland; bei IGKs zusätzlich: Aufenthalte
an der Partnerinstitution:
• Forschungsaufenthalt an der Montana State University in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. G. Malovichko
in Bozeman, Montana, USA (01.08.07 – 01.09.07)
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• DGKK e.V. Arbeitskreistagung 2006 (Vortrag, Hamburg, September 2006)
• DPG Physikerinnentagung 2006 (Berlin, November 2006)
• DPG Frühjahrstagung 2007 (Vortrag, Regensburg, März 2007)
• Nonlinear Optics (NLO) 2007 (Vortrag, Hawaii, USA, Juli 2007)
• DPG Physikerinnentagung 2007 (Organisation, Osnabrück, November 2007)
• DPG Frühjahrstagung 2008 (Vortrag + Poster, Berlin, Feb. 2008)
• ICOOPMA 2008 (Poster, Edmonton, Kanada, Juli 2008)
• DGKK e.V. Arbeitskreistagung 2008 (Vortrag, Osnabrück, September 2008)
• DPG Physikerinnentagung 2008 (Münster, November 2008)
• DPG Frühjahrstagung 2009 (Vortrag und Poster, Dresden, März 2009)
• DGKK e.V. Arbeitskreistagung 2009 (Vortrag, Berlin, September 2009)
Konferenzen ohne aktive Teilnahme, jedoch mit Beitragseinreichung (Vertretung durch Kollegen):
• ECAPD 2008 (Poster, Rom, Italien, Juli 2008)
• Photorefractives (PR) 2009 (Poster, Bad Honnef, Juni 2009)
4. Eigene Publikationen:
• B. Schoke, M. Imlau, H. Brüning, C. Merschjann, G. Corradi, K. Polgár, I. I. Naumova, "Transient lightinduced
absorption in periodically poled lithium niobate: polaron hopping in presence of a spatially modulated
defect concentration.", submitted (2009).
• O. F. Schirmer, M. Imlau, C. Merschjann, B. Schoke, "Electron small polarons and bipolarons in
LiNbO3.", J. Phys.: Condens. Matter 21, 123201 (2009).
• C. Merschjann, B. Schoke, D. Conradi, M. Imlau, G. Corradi, K. Polgár, "Absorption cross sections and
number densities of electron and hole polarons in congruently melting LiNbO3.", J. Phys.: Cond. Mat. 21,
015906 (2008).
• D. Conradi, C. Merschjann, B. Schoke, M. Imlau, G. Corradi, K. Polgár, "Influence of Mg doping on the
behaviour of polaronic light-induced absorption in LiNbO3.", phys. stat. sol. (RRL) 2, 284 (2008).
• S. Torbrügge, M. Imlau, B. Schoke, C. Merschjann, O. F. Schirmer, S. Vernay, A. Gross, V. Wesemann,
D. Rytz, "Optically generated small electron and hole polarons in nominally undoped and Fe-doped
KNbO3 investigated by transient absorption spectroscopy"., Phys. Rev. B. 78, 125112 (2008).
• C. Merschjann, B. Schoke, M. Imlau, "Influence of chemical reduction on the particular number densities
of light-induced small electron and hole polarons in nominally pure LiNbO3.", Phys. Rev. B 76, 085114
(2007).
• B. Schoke, C. Merschjann, S. Torbrügge, M. Imlau, M. Rohlfing, "Influence of intrinsic and extrinsic defects
on the recombination behavior of light-induced hole polarons.", Nonlinear Optics: Materials, Fundamentals
and Applications, OSA Technical Digest (CD), paper TuB5 (2007).

112 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Simon Schwalenberg
Einzelbericht des Doktoranden Simon Schwalenberg
Projektnummer: GRA / Schwa
Vor- und Nachname der Doktorandin bzw. des Doktoranden: Simon Schwalenberg
Titel des Promotionsprojektes: „Energy transfer and light amplification with holographic scattering in
photorefractive crystals”
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. Eckhard Krätzig, Jun.-Prof. Mirco Imlau
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.01.04 – 31.12.05
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.01.0) – 31.12.05)
Zeitpunkt der Promotion: 06.12.2005
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Results
Holographic scattering has been investigated in photorefractive strontium--barium niobate (SBN) and
barium - calcium titanate (BCT) crystals. The scattering originates from light--induced photorefractive index
changes caused by one or two coherent pump beams [1]. Waves scattered from volume or surface
imperfections of the crystals interfere with the pump waves and thus can record "noisy" volume phase
gratings. Subsequently the scattered waves may be amplified or depleted either by direct two - wave
mixing of the pump and scattered waves via a shifted grating [2] or by parametric coupling of more than
two waves via more than one grating [3, 4]. The overall energy transfer from the pump waves into the
scattered waves or in opposite direction from the scattered waves into the pump waves leads to amplified
(bright) [5] or depleted (dark) [6] scattered light.
My investigations of holographic scattering have been devoted to the interesting class of parametric four -
wave mixing processes, where the crystal is illuminated by two laser beams. Fig. 1 shows a sketch of a
typical setup used for investigating parametric holographic scattering. Explanations of the symbols are
p q
given in the caption of the figure. If the wave vectors k
p 1 and k
p 2 of the pump waves p1 and p2 fulfil one
of the following phase matching conditions for an A- or B- process, respectively,
k
k
p
p1
p
p1
+ k = k + k
(1)
− k
q
p 2
q
p 2
= k
r
s1
r
s1
− k
s
s 2
s
s 2
(2)
scattering patterns (rings and lines) may build up on a screen behind the crystal.
These processes are described by the scheme T : ( pq − rs)
, where T is a type of the process (either A
or B ). I have investigated the possible (observable) scattering patterns in SBN:Cr, BCT:Rh and BCT:Fe
crystals.
As an example for holographic scattering patterns in SBN, Fig. 2a shows the scattered light distribution I
have observed on the screen behind an SBN:Cr crystal illuminated by two pump beams of extraordinary
light polarization. The marked patterns no. 1 - 6 (rings and lines) haven been identified and addressed to
the corresponding scattering processes by investigating the characteristic dependence of the apex angle
θ
s of a certain pattern on the pump angle θ
p .
I want to explain this method considering the following patterns as example: The ring no. 3 and the lines
no. 5 have been identified to belong to the parametric processes A :(ee-oe) and B: (ee-oe), respectively.
The corresponding phase matching conditions,

SIMON SCHWALENBERG 113
are illustrated in the Figs. 3a and b.
k
k
e
p1
e
p1
+ k = k + k
(3)
− k
e
p 2
e
p 2
= k
o
s1
o
s1
− k
e
s 2
e
s 2
(4)
Figure 1: Sketch of the experimental arrangement used for the investigation of parametric holographic
scattering patterns: The pump waves with the wave vectors k p1 and k p 2 impinge symmetrically at an
angle of
2 θ p (in air) upon the photorefractive crystal. The plane of incidence formed by the pump waves
is perpendicular to the c-axis of the crystal. The angle θ
s denotes the apex angle of the scattering pattern
to be investigated.
Figure 2: Photographs of the scattering patterns on a screen behind the SBN crystal for two extraordinarily
polarized pump beams. To increase the picture quality the bright pump beam spots are always blocked by
two dark absorbing discs. The numbers 1-6 mark different scattering patterns the text refers to. (a)
Isotropic and anisotropic light distribution. To simultaneously observe the light of both polarization states
the extraordinary part is weakened by the analyzer. (b) Details of the weak ring through the pump beam
spots.
Figure 3: Wave vector diagrams (a) for the A – process (ee - oe) and (b) for the B – process (ee-oe) in
e e
the plane perpendicular to the c - axis. Here k
p 1 and k
p 2 are the wave vectors of the extraordinarily
o e
polarized pump waves while ks
1 and k
s 2 are those of the scattered waves with ordinary and extraordinary
polarization, respectively. Further K1
and K
2 are the involved grating vectors.

114 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
o
From these wave vector diagrams the characteristic relation between the apex angle θ s1 of the scattered
wave s1 and the pump angle
θ
p for the A- and B- process can be determined [7, 6]:
θ
θ
o
s1
o
s1
= arcsin
= arcsin
n
2
0
−
sin θ
2 2
2
( 3no
+ no
− 4sin θ
p
)
2 2
16( n − sin θ )
p
e
2 2
no
− ne
+ ,
4sin θ
p
p
2
,
(5)
(6)
o
Figure 4: Apex angles θ s1 for ring no. 3 (○) and for line no. 5 (□) in Fig. 2a. The full lines are calculated
from Eqs. (5) and (6) representing the processes A: (ee - oe) and B: (ee – oe), respectively.
o
Fig. 4 shows the measured apex angle θ s1 for ring no. 3 (○) and the pair of lines no. 5 (□) as a function of
the pump angle θ
p . The solid curves are calculated (no free fit parameter) from Eqs. (3) and (4). As a
consequence of the good agreement between experimental results and theory the ring no. 3 and the lines
no. 5 can be addressed to the parametric processes A: (ee - oe) and B: (ee – oe), respectively. I would
like to draw the attention to a very interesting result concerning the investigation of the energy transfer in
holographic scattering: Not only bright but also dark scattering patterns have been observed as the dark
(half) ring in Fig. 2b shows. A theoretical explanation has recently been developed and will be discussed at
the end of the present report. Further scattering patterns in SBN:Cr induced by two ordinarily polarized
pump beams have been observed and identified. All in all, in our SBN:Cr crystal I have observed and
identified the following 6 out of 19 elementary parametric scattering processes: A: (ee - ee) (dark half
ring), B: (ee – ee), A: (ee - oe), B: (ee – oe), A: (oo - oe) and B: (oo – oe). Detailed descriptions and
further observations/results can be found in our corresponding publication [8].
Figure 5: Photographs of the isotropic and anisotropic scattering patterns on a screen behind (a) the
BCT:Rh crystal and (b) the BCT:Fe crystal for two extraordinarily polarized pump beams. Dark absorbing
discs are used to block the bright pump beam spots on the screen. The picture quality is additionally
improved by reducing the strong isotropic part of the diffracted light by the analyzer. The numbers 1 – 7
mark different scattering patterns referred to in the text.

SIMON SCHWALENBERG 115
Similar holographic scattering experiments have been performed in BCT crystals. The Figs. 5a and b show
the isotropic and anisotropic scattering patterns which appear under illumination by two extraordinarily
polarized pump beams for a BCT:Rh and a BCT:Fe sample, respectively. Systematically, the BCT crystals
have been tested for the 19 elementary scattering processes from which I have observed and identified the
following 10 processes: A: (ee - ee), B: (ee – ee), A: (ee - oe), B: (ee – oe) (including dark lines), A:
(oo- oe), B: (oo – oe), A: (oe - ee), B: (oe – ee), A: (oe - oo) and B: (oe – oo). The process B: (oe – ee)
has not yet been observed for other materials. The different dopants (Rh or Fe) of our BCT crystals can
influence the appearance of certain scattering patterns. One reason is a strong space charge field limiting
effect resulting from a finite effective trap density N eff which is characteristic for each crystal. More
detailed information can be obtained from our corresponding publication [9].
Figure 6: a) Exponential gain factor along the ring A: (ee - ee) in SBN (Fig. 2b), starting counterclockwise
from the right pump beam spot at φ = 0°
. (b) Exponential gain factor along the (right) dark line of B: (ee
– oe) in BCT (Fig. 5a), starting from the plane of incidence outwards to the border of the picture at
φ ≈ 40° . The full curves represent the overall exponential gain of the patterns while the dashed curves
are a measure for the exponential gain of the corresponding background close to the pattern.
Recently I have started a theoretical analysis of the intensity distribution of certain scattering patterns
which in the beginning is devoted to the interesting dark scattering patterns observed in SBN (dark half
ring) and BCT (dark lines). In a first approach I have presented an explanation of the contrast of these
patterns which is based on the calculation of exponential gain factors for the patterns and the
corresponding background. My calculations are based on the model for parametric four--wave mixing
processes in photorefractive media developed by Sturman et al. [10] as applied to SBN and BCT crystals. I
have taken into account many experimental and material--specific parameters as well as space charge
field limiting effects. According to the model of [10] the energy transfer between the four coupled waves is
described by the so - called interaction matrix. The structure (diagonal and non--diagonal elements) allows
to resolve the full scattering mechanism into single energy transfer processes which in the case of our dark
patterns counteract. As a result, the overall calculated exponential gain factors of the half ring in SBN (solid
curve in Fig. 6a) and the dark lines in BCT (solid curve in Fig. 6b) are lower than the exponential gain of
the corresponding scattering background (dashed curves). For SBN in particular, the gain factor for the ring
is zero which means that there is no exponential gain of the scattering ring at all. Further details are
described in a corresponding article [11].
In a second, more detailed theoretical approach I have developed a computer simulation tool in order to
calculate the output intensities of the scattered waves. The comprehensive application allows for the
simulation and visualization of all important parametric scattering processes in various materials according
to the theory of [10]. This also includes the scattering background which surrounds the scattering patterns.
The results of the calculations can be directly compared to the photographs taken in the corresponding
experiment.
As an example, Fig. 7b shows the results of my calculations for the observed dark scattering ring of the
process A: (ee - ee) in SBN:Cr. The corresponding experimental observation is given in Fig 7a. The
computer simulation confirms my previous explanation of the dark pattern based on exponential gain
factors. Further simulations have been performed for selected scattering patterns observed in SBN:Cr and
BCT:Rh. The corresponding results can be found in my publication [12].
Simulations in BaTiO 3 have demonstrated that sometimes the contrast of scattering patterns cannot be
explained just by considering exponential gain factors. The output intensities of the scattered waves also
depend on pre – exponential terms which can play the dominating role. A good example of this behavior is
the process A: (oe - oo) in BaTiO 3:Co which can be observed by illuminating the crystal with two
orthogonally polarized pump beams. The photograph of the scattering patterns is given in Fig. 8a.

116 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Figure 7: Scattered light distribution on a screen behind the SBN:Cr--crystal under illumination with two
extraordinarily polarized pump beams. (a) Photograph of the observed scattered light. (b) Computer
simulation including the process A: (ee - ee) (e--Ring Nr. 6 in (a)).
For the outer ring no. 2 corresponding to the process $\Tpro{A}{oe}{oo}$ strong exponential gain occurs
only in the region between the two pump beam spots on the screen. According to my calculations, no
considerable exponential amplification is predicted for the outer segments of this ring. Nevertheless, these
segments can be observed with an interesting contrast: The left - handed outer segment appears dark on
the brighter scattering background while the right - handed outer segment is brighter than the
corresponding background. As a result of my computation (Fig. 8b), this contrast is due to the pre -
exponential terms which also contribute to the output intensities of the scattered waves. This feature of the
process A: (oe - oo) in BaTiO 3 has not been reported in literature so far. Earlier publications have not
taken into account the contribution of the pre - exponential terms and thus could not predict the contrast of
the outer segments of the ring. My results clearly demonstrate that scattering patterns can also appear in
the absence of exponential gain.
Figure 8: Scattered light distribution on a screen behind the SBN:Cr- crystal under illumination with two
orthogonally polarized pump beams. (a) Photograph of the observed scattered light. (b) Computer
simulation including the process A: (oe – ee) (o - Ring Nr. 2 in (a)).

SIMON SCHWALENBERG 117
References
[1] R.Magnusson, T.K.Gaylord. Laser scattering-induced holograms in lithium niobate. Appl. Opt. 13, 1545
(1974).
[2] J. J. Amodei, D. L. Staebler. Coupled–wave analysis of holographic storage in LiNbO3. J. Appl. Phys.
43, 1042–1049 (1972).
[3] A. Yariv, D. Pepper. Amplified reflection, phase conjugation,and oscillation in degenerate four-wave
mixing. Opt. Lett. 1, 16 (1977).
[4] M. Cronin-Golomb, B. Fisher, J. O. White, A. Yariv. Theory and applications of four–wave mixing in
photorefractive media. IEEEJ. Quantum Electron. QE–20, 12–29 (1984).
[5] J. Neumann, G. Jäkel, E. Krätzig. Holographic scattering lines and mirrorless oscillation in BaTiO3. Opt.
Lett. 20, 1530–1532 (1995).
[6] J. Neumann, G.Jäkel, E. Krätzig. Holographic scattering lines observed with photorefractive BaTiO3.
Appl. Phys. B 63, 599–604 (1996).
[7] K. Nakagawa, T. Minemoto. Conical diffraction induced by two extra-ordinary waves. J. Opt. Soc. Am. B
11, 1639–1643 (1994).
[8] S. Schwalenberg, E. Krätzig. Parametric holographic scattering processes in photorefractive strontiumbarium
niobate. Appl. Phys. B 77, 37–41 (2003).
[9] S. Schwalenberg, E. Krätzig. Parametric holographic scattering processes in photorefractive barium–
calcium titanate crystals. J. Opt. A: Pure Appl. Opt 6, 349–356 (2004).
[10] B. I. Sturman, S. G. Odoulov, M. Yu. Goulkov. Parametric four-wave processes in photorefractive
crystals. Phys. Rep. 275, 197–254 (1996).
[11] S. Schwalenberg, E. Krätzig. Origin of dark holographic scattering patterns in photorefractive crystals.
Appl. Phys. B 79, 423–425 (2004).
[12] S. Schwalenberg. Computation of the intensities of parametric holographic scattering patterns in
photorefractive crystals. Phys. Rev. E 71, 066608 (2005).
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• The photorefractive nonlinearity (E. Krätzig, E. Shamonina and M. Fally)
• Seminar of the Graduate College 695
• Seminar Elektrooptics / Photonics
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• Origin of dark parametric holographic scattering patterns in photorefractive SBN and BCT crystals, Mini-
Workshop "Non--linear light scattering", University of Osnabrück, June 11, 2004
• Energy transfer and light amplification with holographic scattering in photorefractive crystals, Report
seminar of the graduate college, University of Osnabrück, November 19, 2004
• Ursprung dunkler parametrischer holographischer Streufiguren in photorefraktiven Kristallen, 69. Annual
Meeting of the Deutsche Physika\-lische Gesellschaft (DPG), Berlin, March 4, 2005
4. Eigene Publikationen:
• S. Schwalenberg, F. Rahe, E. Krätzig. Recording mechanisms of an isotropic holographic scattering
cones in photorefractive crystals. Opt. Commun. 209, 467 - 471 (2002).
• S. Schwalenberg, E. Krätzig. Parametric holographic scattering processes in photorefractive strontium -
barium niobate. Appl. Phys. B 77, 37 - 41 (2003).
• K. Bastwöste, S. Schwalenberg, Ch. Bäumer, and E. Krätzig. Temperature and composition
dependence of birefringence of lithium-tantalate crystals determined by holographic scattering. phys.
stat. sol. (a), 199, No. 1, R1 - R3 (2003).

118 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
• S. Schwalenberg, E. Krätzig. Parametric holographic scattering processes in photorefractive barium -
calcium titanate crystals. J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 6, 349 - 356 (2004).
• S. Schwalenberg, E. Krätzig. Origin of dark holographic scattering patterns in photorefractive crystals.
Appl. Phys. B 79, 423 - 425 (2004)
• S. Schwalenberg. Computation of the intensities of parametric holographic scattering patterns in
photorefractive crystals. Phys. Rev. E 71, 066608 (2005).

HONGTING SHI 119
Einzelbericht Hongting Shi
Einzelbericht des Doktoranden Hongting Shi
Projektnummer: GRA / Shi
Vor- und Nachname des Doktoranden: Hongting Shi
Titel des Promotionsprojektes: “Defect structure and optical properties of CaF 2”
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. G. Borstel, Dr. Eglitis
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.03.2004 – 28.02.2007
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.03.04 – 28.02.07)
Zeitpunkt der Promotion: April 2007
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 28 Jahre
ggf. Beschäftigung seit Ausscheiden aus dem Graduiertenkolleg:
• Postdoc an der Universität Uppsala / Schweden (2007-2008)
• Dozent für Physik an der Technischen Universität Peking / China (ab 2009)
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
1. Introduction
Alkaline-earth fluorides such as CaF 2 and BaF 2 whose band gaps are larger than 10 eV, are very important
for many optical applications. As an example, a recent demand for lens materials available in short
wavelength lithography is a typical application. The currently targeted wavelength is 157 nm (about 8 eV)
from an F 2-excimer laser. This wavelength is far shorter than the transparent region of quartz that is the
most popular optical material in the ultraviolet (UV) region.
Fluorite CaF 2, is a cubic Fm3m large gap insulator. The unit cell includes three ions, one cation chosen as
origin, and two anions that are situated at (¼ a 0, ¼ a 0, ¼ a 0) and (- ¼ a 0, - ¼ a 0, - ¼ a 0). The experimental
lattice constant is 5.4630 Å [1]. The direct band gap is 12.1 eV experimentally [2].
CaF 2 could become an important optical material if one could avoid or, at least, control the photoinduced
defect formation, which thus far in applications degrades its optical quality.
Two intrinsic color centers have been observed in CaF 2 by electron spin-resonance techniques. One is the
V k, or self-trapped hole, whose resonance has been reported by Hayes and Twidell [3] in X-rayed CaF 2 at
liquid-nitrogen temperatures (LNT). The other is the F center, an electron trapped in an anion vacancy,
whose resonance has been found by Arends [4] in additively colored crystals and correlated with an optical
absorption band at 3.3 eV. In this study, I performed ab initio calculations on perfect and defective CaF 2
crystals.
2. Methods
All numerical calculations dealing with the CaF 2 electronic structure were performed by the CRYSTAL-
2003 computer code [5]. In my calculations, I used several quite different methods: 'pure' HF and different
DFT type a posteriori electron correlation corrections to the total energy. In DFT computations, the local
density approximation (LDA) scheme with the Dirac-Slater exchange and Vosko-Wilk-Nusair correlation
energy functionals have been used as well as a set of generalized gradient approximation (GGA)
exchange and correlation functionals as suggested by Perdew and Wang (PW), by Perdew, Burke and
Ernzernhof (PBE), and lastly by the Becke exchange potential combined with the correlation potential by
Lee, Yang and Parr (BLYP). Also calculations using the hybrid functionals mixing the Fock exchange and
Becke's gradient corrected exchange functional have been performed. Two versions of the gradient
corrected correlation potentials together with hybrid exchange potentials have been employed: by Perdew
and Wang (B3PW), or by Lee, Yang and Parr (B3LYP).

120 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
3. Calculations on the perfect CaF 2 crystal
As a starting point of my calculations, I have tested how different methods reproduce the experimentally
observable bulk properties - the lattice constant a 0 and the bulk modulus B. According to my calculations,
the hybrid B3PW method gives the best results for a 0 (5.50Å) and B (85 GPa). The optical band gap
calculation using various functionals also shows that the hybrid B3PW method gives the best result (10.96
eV). A standard Mulliken population analysis for the effective atomic charges and bond populations
indicates that CaF 2 is high ionic crystal. I also calculated the total and partial density of states (DOS) of the
CaF 2 crystal. The conclusion is that the upper valence bands (VB) mainly consist of F p-orbitals, whereas
the conduction band (CB) bottom consists essentially of Ca d-orbitals.
Figure 1: Electronic band structure of the CaF 2 bulk calculated by means of the hybrid B3PW method.
I chose the hybrid B3PW method, which gave the best agreement with experiment for the lattice constant,
bulk modulus and optical band gap, to study the electronic structures of the CaF 2 (111), (110) and (100)
surfaces. According to my calculations, the direct optical band gap for the CaF 2 bulk (10.96 eV) are
narrowed for the (111) (10.87 eV), (110) (10.13 eV) and (100) (9.95 eV) surfaces. The DOS calculations
denote that these narrowing are essentially due to the p-orbitals of the surface F atoms. On the other hand,
the (100) surface has the strongest relaxation, whereas, the relaxations of the surface atoms in the (111)
surface are much weaker and in agreement with the low-energy-electron-diffraction (LEED) experimental
results [6]. Finally, the surface energy calculations show that the (111) surface is the energetically most
favorable one among the (111), (110) and (100) terminations and the values are 0.438 J/m 2 , 0.719 J/m 2
and 0.979 J/m 2 for the (111), (110) and (100) surfaces. My result of the (111) surface energy is in good
agreement with the experimental value of 0.45 J/m 2 [7].
4. Calculations on defective CaF 2 crystals
I used the the hybrid B3PW method to investigate the electronic structures of the F center, M center, O-V
dipole, H center and Hydrogen impurity.
• F center: An electron trapped in an anion vacancy.
The effective charge of the F center is -0.752 e, reflecting a well localized electron inside the
anion vacancy. There is a small repulsion of the four nearest Ca atoms from the F center by
0.15% of a 0. My calculated optical absorption, being due to electron transfer from the F-center
defect band to the CB bottom in α-spin states, equals to 4.24 eV, and is comparable with the
experimental result of 3.3 eV [4].
• M center: The simplest aggregate which is composed of two neighbor F centers.
Like the F-center case, two electrons are also well localized inside two neighbor anion
vacancies. There is a considerably covalent bonding between the two F centers. The optical β
band absorption observed in CaF 2 is predominantly due to the presence of M centers. This
energy transition corresponds to an electron transfer from the occupied α band to the
unoccupied β band. According to my calculation, this value is 2.22 eV, which is in good
agreement with the experimental value of 2.38 eV [8], and much smaller than the corresponding
value of 4.24 eV in the F-center case.
• O-V dipole: An O 2- ion at a fluorine site and a charge-compensating neighbor fluorine vacancy.
The optical absorption bands at §¤ point are 6.40 eV, 6.52 eV and 6.66 eV, in good agreement
with the experimental value (6.7 eV) [9] for the complex absorption bands with separation
interval of 0.48 eV. The electron transitions are from three occupied O bands, mainly consisting
of oxygen p-orbitals, which are split into three levels near the Fermi-Energy due to the broken
symmetry of the O-V dipole, to the empty vacancy level, which is composed of vacancy s-
orbitals.

HONGTING SHI 121
Figure 2: Calculated band structures for the F (left) and M centers (right) in CaF 2. α and β denote the
majority and minority spin states, respectively.
Figure 3: Calculated band structure for the O-V dipole in the CaF 2 bulk.
• Hydrogen impurity: I investigated two kinds of hydrogen impurities, namely H s - center, a fluorine
ion substituted with an H - ion at an anion site, and H i 0 center, a hydrogen atom occupying an
interstitial site.
My calculated optical absorption energy for H s - centers in CaF 2 (8.17 eV) is close to the
xperimental result of 7.65 eV [10]. I found, that the defect band induced by hydrogen impurities is
much more close to the VB top as it was for F centers in CaF 2. The relaxation of the atoms around
the hydrogen impurity in the bulk is very small, which can be explained by the fact that the
effective charge of the hydrogen impurity is close to the regular F - charges.
Figure 4: Calculated band structures for the H s - (left) and H i 0 (right) centers in CaF 2. α and β denote the
majority and minority spin states, respectively.

122 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
• H center: An hole trapped at an interstitial anion site.
My calculations show that the creation of an H center in CaF 2 is accompanied with stronger lattice
relaxation around it, than I found previously for the F-center case. The H-center orientation in the
(111) direction in the CaF 2 crystal is the energetically most favorable one, in agreement with
experiment, and by 0.69 eV more favorable than the H-center orientation in the (100) direction.
According to my investigation, the hole is mainly localized on the interstitial fluorine, fitting to the
experimental observations, and induces the empty level in the $\beta$-spin band gap of the CaF 2
crystal, located 2.97 eV above the VB top.
Figure 5: Calculated band structure for the H center in CaF 2. α (left) and β (right) denote the spin-up and
spin-down states, respectively. The dashed lines express the defect levels.
References:
[1] R. W. G. Wyckoff, Crystal Structures 9th Ed. (Interscience/ John Wiley, New York, 1963), Vol.1, 1963.
[2] G. W. Rubloff, Phys. Rev. B 5 662, 1972
[3] W. Hayes and J. W. Twidell, Proc. Phys. Soc. London 79 1295, 1962
[4] J. Arends, Phys. Stat. Sol. 7 805, 1964
[5] V. R. Saunders, R. Dovesi, C. Roetti, M. Causa, N. M. Harrison, R. Orlando and C. M. Zicovich-
Wilson, CRYSTAL-2003 User Manual, University of Torino, Italy, 2003
[6] J. Vogt, J. Henning and H. Weiss, Surf. Sci. 578 57, 2005
[7] J. J. Gilman, J. Appl. Phys. 31 2208, 1960
[8] W. Hayes, Crystals with the Fluorite Structure, (Oxford: Clarendon Press), 1974
[9] E. Radzhabov and P. Figura, Phys. Stat. Sol. (b) 136 K55, 1986
[10] J. H. Beaumont, J. V. Gee and W. Hayes, J. Phys. C, Sol. St. Phys. 3 L152, 1970
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Seminare des Graduiertenkollegs
• Ringvorlesungen des Graduiertenkollegs
4. Eigene Publikationen:
• R. Jia, H. Shi and G. Borstel: “Ab-initio calculations for SrF2 with F and M centers”,
Comput. Mat. Science 43, 980 (2008).
• R. Jia, H. Shi and G. Borstel: “First principles calculations of oxygen-vacancy dipoles and hydrogen
impurities in SrF2”, Phys. Rev. B 78, 174523 (2008).
• H. Shi, R.I. Eglitis and G. Borstel: “Ab initio calculations of the hydrogen centers in CaF 2 and BaF 2”, J.
Phys. Condensed Matter 19, 056007 (2007).
• H. Shi, R.I. Eglitis and G. Borstel: “Ab initio calculations of the oxygen-vacancy dipoles and M centers
in CaF 2”, Comput. Mat. Science 39, 430 (2007).

HONGTING SHI 123
• R.I. Eglitis, H. Shi and G. Borstel: “First-principles calculations of the CaF 2 (111), (110) and (100)
surface electronic and band structure.”, Surface Review and Letters 13, 149 (2006).
• H. Shi, R.I. Eglitis and G. Borstel: “Ab initio calculations of the BaF 2 bulk and surface F centers.”, J.
Phys. Condensed Matter 18, 8367 (2006).
• H. Shi, R.I. Eglitis and G. Borstel: “Ab initio calculations of the CaF 2 electronic structure and F
centers.”, Phys. Rev. B 72, 045109 (2005).

124 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Janis Sils
Einzelbericht des Doktoranden Janis Sils
Projektnummer: GRA / Sil
Vor- und Nachname des Doktoranden: Dr. Janis Sils
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: „Defektenspektroskopie in hochreinem und dotierten CaF 2 für optische
Anwendungen im DUV“
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. M. Reichling
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.03.2004 – 31.12.2006
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.03.2004 - 31.12.2006);
anschließend wiss. Mitarbeiter im Fachbereich Physik (01.01.2007 bis 14.11.2007)
Zeitpunkt der Promotion:30.04.2008
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 32
ggf. Beschäftigung seit Ausscheiden aus dem Graduiertenkolleg:
• Mitarbeiter der Firma Lissochenko Optik Micro-Optics GmbH, Dortmund.
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Die Arbeit befasste sich mit Untersuchungen an Defekten in optischen Materialien, die in der Laser-
Lithographie verwendet werden, speziell mit der Spektroskopie von Verunreinigungen im Kalziumfluorid.
Zum einen wurden die Eigenschaften von Sauerstoffdefekten in dotierten Proben untersucht, zum anderen
wurden Ionen von seltenen Erden in nominal reinen Proben unterschiedlicher Herkunft identifiziert. Die
Mechanismen der Aggregatbildung, Dissoziation und Rekombination sowie die Reaktionsprodukte des
Sauerstoffs wurden experimentell belegt und mit Ergebnissen anderer Autoren verglichen. Bei nominal
reinen Proben konnten anhand der Zusammensetzung des Defektenhaushaltes der seltenen Erden
Rückschlüsse auf die Herkunft des Materials und Herstellungsbesonderheiten gemacht werden. Es konnte
gezeigt werden, dass auch nominal reines Kalziumfluorid Sauerstoff in Form von Aggregaten enthält.
Die Diskussion und Kooperation mit den Partnern am Vinogradov Institute of Geochemistry hat sich als
außerordentlich fruchtbar erwiesen und lieferte wichtige Impulse, insbesondere für die Interpretation der
Ergebnisse zu Sauerstoff-Defekten in Kalziumfluorid.
Forschungsaufenthalte oder Praktika bei anderen Einrichtungen im In- und Ausland; bei IGKs zusätzlich:
Aufenthalte an der Partnerinstitution:
• Andrey Mysovsky, Evgeny Radzhabov, Institut für Geochemie, Irkutsk, (Vinogradov Institute of
Geochemistry, Academy of Sciences, Siberian Branch, Favorskii Street 1a, P.O. Box 4019 664033
Irkutsk Russia)
• Prof. E. Martynovich, Institut für angewandte Physik der Staatlichen Universität Irkutsk
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• XIII Feofolovv Symposium, Irkutsk

JANIS SILS 125
4. Eigene Publikationen:
• J. Sils, E. Radzhabov, M. Reichling, Characterisation of oxygen defects in calcium difluoride, Journal of
Physics and Chemistry of Solids 68, 420 (2007)
• J. Sils, S. Hausfeld, W. Clauß, U. Pahl, R. Lindner, M. Reichling, Impurities in synthetic fluorite for deep
ultraviolet optical applications, Journal of Applied Physics 106, 063109 (2009)

126 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Oleksiy Sydoruk
Einzelbericht des Doktoranden Oleksiy Sydoruk
Projektnummer: GRA / Syd
Vor- und Nachname der Doktorandin bzw. des Doktoranden: Oleksiy Sydoruk
Titel des Promotionsprojektes: „Wave mixing in nonlinear metamaterials“
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Dr. E. Shamonina and Dr. O. Zhuromskyy
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.09.2004 – 31.08.2007
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.09.04 – 31.08.07)
Zeitpunkt der Promotion: 31.05.2007
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 22
ggf. Beschäftigung seit Ausscheiden aus dem Graduiertenkolleg:
• 2007-2008: wissenschaftlicher Mitarbeiter, Fachbereich Physik, Uni Osnabrueck, 2008- 2009:
wissenschaftlicher Mitarbeiter, SAOT, Uni Erlangen-Nuernberg
• ab Sept. 2009: Newton Fellow, Dept. of Electrical and Electronic Engineering, Imperial College, London,
Grossbritannien
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Introduction
The idea that a slab of negatively-refracting material with an index of refraction n = –1 would act as a
perfect lens, conceived by Pendry in 2000 [1], led to increased interest in the properties of engineered
composites, whose values of electrical permittivity and magnetic permeability can change in a wide range
and might reach simultaneously negative values. These composites are now referred to as metamaterials.
Metamaterials is a topic in which many ideas and concepts experience their second youth. The prominent
example is negative refraction, which was first described more than a century ago. The phenomenon was
also pointed out by Mandelshtam and Veselago [2] but was then largely forgotten until its rediscovery in
2000 and experimental verification in 2001 [3,4].
Magnetoinductive waves is another example of resurrecting old wisdom. They are waves that propagate
on magnetically coupled resonators, and in the context of metamaterials, their existence was predicted
theoretically by Shamonina et al. [5, 6] and proven experimentally by Wiltshire et al. [7]. Potential
applications of magnetoinductive waves are based primarily on their dispersion properties and slow-wave
nature. They were considered for signal processing devices such as delay lines, resonators, couplers,
power splitters, and imagers [8-11]. The practical realisations of magnetoinductive waveguides are in the
form of one-dimensional arrays of metamaterial elements.
Most of the metamaterial research is application driven. It is natural, therefore, to search for possible
applications, the main aim of this project. We concentrated on metamaterials operating at frequencies from
10 MHz to 1 GHz. Our first goal was to understand how the properties of metamaterials should be modified
and tailored in order to satisfy the specified requirements. The next goal was to apply the developed
tailoring mechanisms to a number of effects, both linear and nonlinear, that are likely to be used in
applications for Magnetic Resonance Imaging, signal guiding and processing.
Results
A brief analysis of magnetoinductive waves propagating in simple metamaterial configurations made up by
identical elements shows that those configurations do not give the desired flexibility of tailoring the
dispersion properties. We have started, therefore, with developing versatile mechanisms for tailoring the
dispersion properties of magnetoinductive waves to the predetermined requirements.
This problem has been considered in two directions. First, we have studied in more detail the magnetic
coupling between a pair of metamaterial elements. We found that placing the elements into different
positions relative to each other, it is possible to achieve positive, negative, and zero values of the coupling
constant, and thus to influence the propagation properties of magnetoinductive waves [A3, B4, B7].

OLEKSIY SYDORUK 127
Second, we have studied configurations comprising elements with two different resonant frequencies. Our
initial idea was based on a close analogy between magnetoinductive waves and acoustic waves in solids.
It is well known that the dispersion of acoustic waves in diatomic solids has, in contrast to the monatomic
case, two branches. Our theoretical calculations [A1, B1, B3], confirmed experimentally afterwards [A6],
have shown that the dispersion characteristic of magnetoinductive waves follows the same trend: in
waveguides made up by elements with two different resonant frequencies, the dispersion of
magnetoinductive waves has two branches centered each at one of the resonant frequencies.
The idea has been further developed in Ref. [A3], where configurations of two coupled magnetoinductive
waveguides have been studied. In such configurations, the resonant frequencies of the elements as well
as the coupling between the elements can be modified in order to control their dispersion characteristics.
Our next aim was to use the developed tailoring mechanisms for a number of potential applications. First,
we have studied the transmission properties of two magnetoinductive waveguides, one of which is shifted
mechanically relative to the other [A7, B5]. It has been shown that the amount of the power transmitted
changes considerably with the shift; the maximum-to-minimum ratio reaches 60 dB.
The properties of the stop bands, rather than of the pass bands, of magnetoinductive waves have been
used when studying the subwavelength imaging by magnetic metamaterials [A9]. It has been shown that
propagation of magnetoinductive waves may play a detrimental role for imaging. This problem can be
solved by operating in the stop bands; by using the developed tailoring mechanism in the configurations
that consist of two coupled lines, one of the pass bands has been placed around the resonant frequency of
the elements. This allowed effective signal detection. It has been found that the resolution of the imaging
device is determined by the size of the elements. Since the size of the elements used in the experiments
was much smaller than the wavelength, the imaging is clearly subwavelength.
An effect that is closely related to imaging – subwavelength focusing with magnetic metamaterials – has
been studied in Ref. [A10]. We have shown that by tailoring the properties of the receiver in a transmitterlens-receiver
configuration it is possible to place a subwavelength focus in an arbitrary position in space
independently of the properties of the transmitter and the lens. Two examples studied demonstrated a
focal width of /60.
Magnetic Resonance Imaging, a technique operating in the MHz frequency range, is one of the potential
fields for application of low-frequency metamaterials. In Ref. [A4], we have proposed a novel detection
mechanism for MRI based on the rotational resonance of magnetoinductive waves. It has been shown that
an increase in the amount of the detected power can be achieved by modifying the properties of
metamaterial elements that constitute a ring with a nuclear magnetic dipole placed in the center.
A further improvement in the detection of weak signals can be achieved by means of parametric
amplification. First, we have studied parametric amplification in magnetoinductive waveguides [A8, B3, B6,
B8]. We have shown that phase-matching conditions can be satisfied both in single and in coupled
metamaterial waveguides by appropriately tailoring their properties. Then we developed a theoretical
description for parametric amplification of magnetoinductive waves in two different forms: discrete, based
of difference equations, and continuous, based on differential equations. Our analysis has further shown a
potential of parametric amplification for compensation of loss in magnetoinductive waveguides.
Second, we have applied the developed discrete model for the ring resonator structure discussed earlier.
In has been shown that parametric amplification leads to an increase of the received signal power in the
amplified case as compared to the non-amplified case; examples have shown gain of 20-30 dB.
References
[1] J. B. Pendry, Negative refraction makes a perfect lens, Phys. Rev. Lett. 85, 3966–3969 (2000).
[2] V. G. Veselago, The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of _and μ, Sov.
Phys. Usp. 10, 509–514 (1968), (translated from Usp. Fiz. Nauk 92, 517, 1967).
[3] D. R. Smith, W. J. Padilla, D. C. Vier, S. C. Nemat-Nasser, and S. Schultz, Composite medium with
simultaneously negative permeability and permittivity, Phys. Rev. Lett. 84, 4184–4187 (2000).
[4] R. A. Shelby, D. R. Smith, and S. Schultz, Experimental verification of a negative index of refraction,
Science 292, 77–79 (2001).
[5] E. Shamonina, V. A. Kalinin, K. H. Ringhofer, and L. Solymar, Magneto-inductive waveguide, Electron.
Lett. 38, 371–373 (2002).
[6] E. Shamonina, V. A. Kalinin, K. H. Ringhofer, and L. Solymar, Magnetoinductive waves in one, two, and
three dimensions, J. Appl. Phys. 92, 6252–6261 (2002).
[7] M. C. K. Wiltshire, E. Shamonina, I. R. Young, and L. Solymar, Dispersion characteristics of magnetoinductive
waves: comparison between theory and experiment, Electron. Lett. 39, 215–217 (2003).
[8] M. J. Freire, R.Marques, F. Medina, M. A. G. Laso, and F. Mart´ın, Planar magnetoinductive wave
transducers: theory and applications, Appl. Phys. Lett. 85, 4439–4441 (2004).
[9] M. J. Freire and R. Marques, A planar magnetoinductive lens for three-dimensional subwavelength
imaging, Appl. Phys. Lett. 86, 182505–1–3 (2005).

128 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
[10] I. S. Nefedov and S. A. Tretyakov, On potential applications of metamaterials for the design of
broadband phase shifters, Microw. Opt. Technol. Lett. 45, 98–103 (2005).
[11] R. R. A. Syms, E. Shamonina and L. Solymar, Magneto-inductive waveguide devices, IEE Proc.-Microw.
Antennas Propag. 153, 111-121 (2006).
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• H.-J. Schimdt: Nonlinear wave equations (WS 04/05)
• E. Shamonina and O. Zhuromskyy: Waves and quasiparticles in electrodynamics of continuous media
(SS 05)
• E. Shamonina and O. Zhuromskyy: Electrical properties of modern materials (WS 05/06)
• K. Betzler and M. Wöhlecke: Nonlinear optics (SS 06)
• M. Rohlfing: Solid-state physics (WS 06/07)
• Seminars of the Graduate College (2004-2007)
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• O. Sydoruk, O. Zhuromskyy and E. Shamonina, Phonon-like dispersion of magneto-inductive waves in
metamaterials, Latsis Symposium on Negative Refraction, Lausanne 28 February – 3 March 2005.
• O. Sydoruk, O. Zhuromskyy and E. Shamonina, Dispersion characteristics of magneto-inductive waves
made up by doubly periodic elements, SPIE-COO Symposium, Warsaw, Poland, 28 August – 1
September 2005.
• O. Sydoruk, O. Zhuromskyy, E. Shamonina and L. Solymar, Parametric amplification of
magnetoinductive waves, 12 th Int. Student Seminar on Microwave Applications of Novel Physical
Phenomena, St. Petersburg, Russia, 17–19 October 2005.
• Radkovskaya, O. Sydoruk, E. Shamonina, C. J. Stevens, D. J. Edwards and L. Solymar, Waves on
coupled lines of resonant metamaterial elements: Theory and experiments, Progress in
Electromagnetics Research Symposium PIERS 2006}, Cambridge MA, USA, 26– 29 March 2006.
• M. Shamonin, A. Radkovskaya, C. J. Stevens, G. Faulkner, D. J. Edwards, O. Sydoruk, O. Zhuromskyy,
E. Shamonina, and L. Solymar, Waveguide and sensor systems comprising metamaterial elements,
DPG-Tagung, Dresden, Germany, 26–31 March 2006.
• O. Sydoruk, O. Zhuromskyy, E. Shamonina and L. Solymar, Parametric amplification of magnetoindcutve
waves in bi-periodic metamaterial arrays, DPG-Tagung, Dresden, Germany, 26–31 March 2006.
• Radkovskaya, N. Perov, A. Granovsky, M. Shamonin, O. Sydoruk, E. Shamonina, C. J. Stevens, D. J.
Edwards, L. Solymar and O. Zhuromskyy, Magnetic metamaterials with tunable dispersion properties,
Annual Conference on New Materials, Moscow, Russia, 13–16 June 2006.
• O. Sydoruk, V. Kalinin, and E. Shamonina, Parametric amplification of magnetoinductive waves
supported by metamaterial arrays, DPG Summer School on Metamaterials, Bad Honnef, Germany,
17–22 September 2006.
4. Eigene Publikationen:
• O. Sydoruk, O. Zhuromskyy, E. Shamonina, and L. Solymar, Phonon-like dispersion curves of
magnetoinductive waves, Appl. Phys. Lett. 87, 072501-1-3 (2005).
• O. Sydoruk, O. Zhuromskyy, and E. Shamonina, Dispersion characteristics of magneto-inductive waves
made up by doubly periodic elements, Proc. SPIE 5955, 595508-1-8 (2005).
• O. Sydoruk, A. Radkovskaya, O. Zhuromskyy, E. Shamonina, M. Shamonin, C. J. Stevens, D. J.
Edwards, G. Faulkner, and L. Solymar, Tailoring the near-field guiding properties of magnetic
metamaterials with two resonant elements per unit cell, Phys. Rev. B. 73, 224406-1-12 (2006).

OLEKSIY SYDORUK 129
• L. Solymar, O. Zhuromskyy, O. Sydoruk, E. Shamonina, I. R. Young, and R. R. A. Syms, Rotational
resonance of magnetoinductive waves: basic concept and application to Nuclear Magnetic Resonance,
J. Appl. Phys. 99, 123908-1-8 (2006).
• R. R. A. Syms, O. Sydoruk, E. Shamonina, and L. Solymar, Higher order interactions in magnetoinductive
waveguides, Metamaterials 1, 44-51 (2007).
• Radkovskaya, O. Sydoruk, M. Shamonin, C. J. Stevens, G. Faulkner, D. J. Edwards, E. Shamonina, and
L. Solymar, Experimental study of a bi-periodic magnetoinductive waveguide: comparison with theory,
IET Microw. Antennas Propag. 1, 80-83 (2007).
• Radkovskaya, O. Sydoruk, M. Shamonin, C. J. Stevens, G. Faulkner, D. J. Edwards, E. Shamonina, and
L. Solymar, Transmission properties of two shifted magnetoinductive waveguides, Microw. Opt. Technol.
Lett. 49, 1054-1058 (2007).
• O. Sydoruk, V. Kalinin, and E. Shamonina, Parametric amplification of magnetoinductive waves
supported by metamaterial arrays, phys. stat. sol. (b) 244, 1176-1180 (2007).
• O. Sydoruk, M. Shamonin, A. Radkovskaya, O. Zhuromskyy, E. Shamonina, R. Trautner, C. J. Stevens,
D. J. Edwards, G. Faulkner, and L. Solymar, Mechanism of subwavelength imaging with bilayered
magnetic metamaterials: theory and experiment, J. Appl. Phys. 101, 073903-1-8 (2007).
• O. Sydoruk, E. Shamonina, and L. Solymar, Tailoring of the subwavelength focus, Microw. Opt. Technol.
Lett. 49, 2228-2231 (2007).

130 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Uwe Völker
Einzelbericht des Doktoranden Uwe Völker
Projektnummer: GRA / Voe
Vor- und Nachname des Doktoranden: Uwe Völker
Titel des Promotionsprojektes: “k-space spectroscopy to characterize ferroelectrics using the example
of strontium barium niobate“
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. K. Betzler, Prof. Dr. M. Imlau
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.07.2005 - 30.06.2008
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.07.05 – 30.06.08)
Zeitpunkt der Promotion: 10.06.2008
ggf. Beschäftigung seit Ausscheiden aus dem Graduiertenkolleg:
• wissenschaftlicher Mitarbeiter am FB Physik, Uni Osnabrück, finanziert durch das GRK (bis 05/2009)
• wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Physik, Deutsches Zentrum für Luft- und
Raumfahrt, Stuttgart (ab 06/2009)
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Introduction
The technique k-space spectroscopy is developed and applied in the present work. Using quasiphasematching
for optical second harmonic generation, the investigation of the harmonic intensity's
angular distribution allows for conclusions on the size distribution of ferroelectric domains. As an example
material, the uniaxial relaxor ferroelectric Sr 0.61Ba 0.39Nb 2O 6 (SBN) is investigated, whose phase transition
characteristics is under controversial discussion in literature.
Theory
For optical frequency doubling - second-harmonic generation (SHG) - so-called phase matching between
fundamental and harmonic can be adjusted by using an additional momentum contribution provided by the
Fourier representation of ferroelectric domain gratings (quasi-phasematching, [1]). In this case, the
momentum conservation law is given by:
k 2 = 2k 1 + k g. (1)
Here, k 1 and k 2 are the wave-vectors of the fundamental and harmonic wave, respectively, and kg denotes
the Fourier representation of ferroelectric domain gratings. Figure 1 (left) depicts the geometry, where the
fundamental beam (red) is directed perpendicular to the c-axis (blue) of a crystal exhibiting a random
distribution of domain sizes. As one can see, a layer of harmonic light perpendicular to the crystallographic
axis is leaving the material. Thus, the interacting k-vectors must be coplanar, too. The corresponding
phasematching setup is shown in the right hand part of figure 1. Deducing from the wide range of apex
angles, there must be a large set of domain grating vectors |k g| present in the crystal bulk, indicated by
gray arrows. By a variation of α, the length of k g, i. e. |k g|, is varied according to the trigonometric relation:
|k g| = (4|k 1| 2 + |k 2| 2 – 4|k 1||k 2| cos φ) ½ (2)
Thus, a continuous |k g|-range between |k 2| - 2|k 1| (for φ = 0) and |k 2|+2|k 1| (for φ = ¼) can be accessed. For
the refractive indices of strontium barium niobate and a fundamental wavelength λ 1 = 1064 nm this means
1µm -1 ≤ |k g| ≤ 50 µm -1 (3)

UWE VÖLKER 131
Figure 1: left: illuminating SBN with the fundamental beam (red) perpendicular to the crystal's c-axis (blue)
yields a layer of harmonic light. right: phase matching condition for the depicted situation. The Fourier
compounds k g of several domain gratings enable intense harmonic light in a layer which is perpendicular to
the c-axis. The fundamental waves k 1 and the harmonic wave k 2 thus span a large set of angles φ.
corresponding to a spatial scale from approximately 100nm to 5 µm. In general, k-space spectroscopy can
be applied along the crystallographic c-axis as well (angle µ). This meters Fourier compounds (anti-)
parallel to the c-axis, which represent polar structures of different lengths.
Recapitulating, the idea of k-space spectroscopy is complementary to domain-engineering applied in
optical technologies. In the latter, domain-sizes required for instance for efficient frequency doubling are
manufactured, e.g. by periodical poling of a nonlinear optical medium. The technique k-space
spectroscopy, however, monitors the Fourier representation of present domains by investigating the
harmonic intensity distribution.
Results
i) domain states
The polar state of ferroelectrics can be discriminated between poled (i.e. single-domain) and unpoled
(multi-domain). These two situations yield considerably different k-spectra, as shown in the left part of
figure 2 for SBN. For the unpoled crystal, a nearly constant spectrum is achieved, reflecting a broad
distribution of domain sizes. In the poled case (field-cooling, 200 V/mm), however, substantial harmonic
intensity is only found at small angles, i.e. small |k g|. Thus, in accordance with the expectation, mainly large
structures are present after poling. A quantitative analysis shows, that the k-spectrum of the poled crystal
can be expressed by the sinc-function (gray line). Hence, the Fourier-transform of a rectangular function,
which represents the single-domain state after poling, matches the experimental data well.
Figure 2: left: characteristic k-spectra for unpoled (dashed line) and poled SBN (black line). The gray line
is a fit of the Fourier-transform of a rect-angular function (i.e. sinc-function) to the data. right: second
harmonic intensity distribution along the c-axis for a poled and an unpoled crystal.The gray line indicates
the fundamental beam profile.
The out of plane distribution of the second harmonic intensity is depicted in the right hand part of figure 2.
Here, the harmonic intensity is plotted versus the angle µ for the poled (dots) and unpoled crystal (circles).
Additionally, the fundamental beam profile is given by the gray line. It can be deduced, that the harmonic
intensity distribution is governed by the beam profile in the poled case. Presumably, the needle-like
ferroelectric domains which SBN consists of [2] are too long and their Fourier representation too small,
respectively, to match momentum conservation requirements in poled crystals. In the unpoled case,
though, a distinctly broader distribution can be observed. Obviously, there are momentum contributions
along the c-axis detectable, which enable quasi-phasematching in such out of plane configuration. The
thus detected shorter domains with respect to the poled case are plausible by considering the role of the
internal electric fields present in SBN. Ambient dipoles might be attracted by such defects in the absence
of an external electric field (unpoled crystal), which thus enables the formation of two antipodal (i.e.
shorter) domains. The electrostatic energy of the internal fields can be exceeded by an external field's
energy and thus longer domains are formed by poling at the cost of such antipodal configuration, as
experimentally verified.

132 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
ii) phase transition investigations
The before shown characteristic k-spectra of SBN represent domain states resulting from preparations
necessary for different investigation techniques for phase transition measurements. Some optical
techniques for monitoring the temperature dependent evolution of the polarization, for instance
measurements of the linear birefringence, do not necessitate any poling, whereas investigations based on
the pyroelectric effect for example need poled specimen. Hence, it has to be clarified if those different polar
states prior to the phase transition yield different behavior on micro scale (i.e. domain scale). Therefore,
the before shown k-spectra - unpoled and field cooled - are monitored temperature dependent. Figure 3
(left hand part) shows the typical
Figure 3: Temperature dependent k-spectra for unpoled (left) and poled (right) SBN.
evolution of k-spectra of unpoled SBN whilst heating from the ferroelectric to the paraelectric phase.
Starting at room temperature, the identified domain-size distribution (cf. figure 2 left) is maintained
throughout the investigated temperature region. Above the phase transition (≈ 350 K), second harmonic
generation is forbidden due to the material's centric symmetry. In contrast to this constant k-spectrum, the
poled crystal (200 V/mm, figure 3, right hand part) shows an exceptional phase transition behavior on k-
scale. Starting with a typical poled fingerprint at roomtemperature, the phase transition temperature region
(so-called curie region) shows a noticeable broadening of the k-spectrum. Large |k g|-values show a
pronounced density-peak while the crystal is heated to the high-temperature phase. Figure 4 allows for a
detailed analysis of the discussed temperature dependent k-spectra. Here, the harmonic intensity is plotted
versus |k g| for two temperatures, room temperature (T = 300 K, dots) and peak temperature from figure 4,
right hand part (T = 349 K, circles). Comparing these two k-spectra to those identified as characteristic for
the poled and unpoled state, a strong similarity becomes apparent.
Figure 4: k-spectra for two different temperatures (circles: 300 K, dots: 349 K, peak value in figure 3 right
hand part). The inset shows an analysis of the temperature dependent density of two |k g|-values.
Hence, the poled state obviously undergoes a crossover to the unpoled state, as evidenced by the
described spectra. Thus, a mechanism for such crossover, which transfers large domains bred by field
cooling into a broad distribution of domain sizes has to be identified. This mechanism is most likely domain
decay, as can be deduced by the inset in figure 4, where the harmonic intensity from two k-values is
plotted versus temperature. These two |k g| represent large (black) and small (dotted) polar structures,
respectively. The gray vertical line, however, is a tag of the inflection point of the black curve. At this
temperature, the density of such large structure abates with largest rate. Just at this temperature, the
density of the depicted small structure (large |k g|) exhibits a maximum value. This finding suggests the
mentioned decaying behavior of large polar structures into smaller ones, which is obviously triggered by
thermal energy given by the crystal temperature.
The occurrence of the mechanism of domain decay, i.e. the smallest |k g| which exhibits density peaks in
the curie-region, can be adjusted by the poling procedure of the SBN crystal: it is found, that |k g min | scales
(linearly) with the poling field, verging for zero-field on the behavior described for non-poled crystals (left
part of figure 3).

UWE VÖLKER 133
iii) reproducibility of the critical exponent β
The history of the phase transition investigation of the uniaxial relaxor system SBN reveals a large set of so
called critical exponents β (see [4] and references therein). One of the most prominent contributions to this
field is by Granzow et al., where the authors find β to increase by a factor of two for crystals with reduced
polarizations spanning from 100% to 0.8% [5]. These polarizations were achieved by the application of
sufficient external electric fields at room temperature. This finding is explained as a change in criticality,
induced by the crystal's polar state.
In order to check on this preparation-induced β -evolution, we performed similar cyclic heating to the
paraelectric phase. The reduced polarization was - however - not achieved using reduced external electric
fields, but by using the well reported effect of repoling [6]. Thus, the crystal was field-cooled once in order
to get a fully poled specimen and subsequently cycled through the phase transition in absence of any
external field. The repoling effect of SBN is quite strong and reproduces approximately 75% of the initial
polarization prior to each heating cycle.
Figure 5: Evolution of β -values for different polarizations prior to heating through the phase transition. For
further explanations, see text.
The results of both experiments are shown in figure 5. The blue squares are the data by Granzow et al.,
the circles represent our results. It can be seen, that our data is in fundamental contradiction to the
literature data, which is obviously a result of the different poling strategy.
Implications and Summary
In summary, the technique k-space spectroscopy is introduced as a method to monitor the Fourier
representation of ferroelectric domains in the crystal's bulk. As it is based on quasi-phasematching for
optical second harmonic generation, k-space spectroscopy allows for the investigation of distributions of
the Fourier representation of domains at the transition to the phase of centric symmetry, or under external
electric fields.
The behavior of domains in the ferroelectric relaxor system SBN is investigated using k-space
spectroscopy as non-integral and pyroelectric measurements as integral techniques. Results and
conclusions to be drawn include:
(1) Homogeneously-poled crystals do not undergo the ferroelectric-paraelectric phase transition in a unique
way.
(2) Neither poled nor partially-poled crystals are in a thermodynamic equilibrium state.
(3) The polarization of partially-poled and unpoled crystals varies spatially.
(4) The structural stability depends on the typical structural size.
(5) The critical exponents derived depend both on the technique used for the preparation of the sample
state and on the type of the measurement.
The so-called relaxor behavior of crystals like SBN thus must be referred to spatial inhomogeneities
caused by the crystal structure itself and/or by the defect distribution. These inhomogeneities reveal a
distribution of the energetic stability of differently-sized domain structures. As shown by the experimental
results, this stability distribution shows up in a broad Curie region and critical exponents arbitrarily tunable
by the experimental procedures used.
Our results strongly support the recently published criticism issued by Chao et al. [7] and Scott [8] who
argue that critical exponents in such systems can not be derived due to the lack of thermal equilibrium. The
phase transition in such systems is not a unique one. Instead a domain-size dependent phase transition on
a microscopic scale (figure 3, right hand part), and a preparation and approach dependent phase transition
on a macroscopic scale (figure 5) is characteristic for such materials. The distinct domain-size dependence
may be the fundamental reason for the failure of most scaling attempts in these materials.

134 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Seminare der Graduiertenkollegs
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• July 30-August 3, 2007 Nonlinear Optics: Materials, Fundamentals And Applications (NLO), Kona,
Hawaii, USA; talk: k-space spectroscopy: investigation of a size dependent phase transition behavior
of ferroelectric domains. U. Voelker, U. Heine, K.Betzler
• July 30-August 3, 2007 Nonlinear Optics: Materials, Fundamentals And Applications (NLO), Kona,
Hawaii, USA; poster: k-spectra of the uniaxial relaxor SrxBa1¡xNb2O6 (SBN). U. Voelker, U. Heine, R.
Pankrath, K.Betzler
• July 30-August 3, 2007 Nonlinear Optics: Materials, Fundamentals And Applications (NLO), Kona,
Hawaii, USA; poster: Interplay of photorefractively recorded parasitic gratings and photo-induced
ferroelectric structures. A. Selinger, U. Voelker, V. Dieckmann, M. Imlau
4. Eigene Publikationen:
• M. Imlau, K. BastwÄoste, S. MÄoller, U. Voelker, and M. Goulkov. Dispersion of the electro-optic
properties of cerium-doped S r0.61Ba 0.39Nb 2O 6. Journal of Applied Physics, 100, 053110 (2006).
• U. Voelker, K. Betzler. Domain morphology from k-space spectroscopy of ferroelectric crystals. Physical
Review B 74, 13 (2006)
• Selinger, U. Voelker, V. Dieckmann, M. Imlau, and M. Goulkov. Parametric hybrid scattering from lightinduced
ferroelectric and photorefractive structures. Optics Express, 15, 8 (2007)
• U. Voelker, U. Heine, C. Gödecker, K. Betzler, Domain size effects in a uniaxial ferroelectric relaxor
system: The case of Sr xBa 1-xNb 2O 6. Journal of Applied Physics 102, 11 (2007)

KAY-MICHAEL VOIT 135
Einzelbericht Kay-Michael Voit
Einzelbericht des Doktoranden Kay-Michael Voit
Projektnummer: GRA / Voi
Vor- und Nachname der Doktorandin bzw. des Doktoranden: Kay-Michael Voit
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: „Theoretische nichtlineare Molekül- und Festkörperoptik“
Name der Betreuer: Prof. Dr. Mirco Imlau, Prof. Dr. Heinz-Jürgen Schmidt
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.03.2009 bis 31.12.2009
Finanzierung (Art, Zeitraum):
wiss. Mitarbeiter im Fachbereich Physik (01.08.2008 bis 28.02.2009), Stipendium des Kollegs (01.03.2009 bis
31.12.2009); wiss. Mitarbeiter im Fachbereich Physik (01.01.2010 bis 31.03.2011)
(voraussichtl.) Zeitpunkt der Promotion: Mitte 2011
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 25
ggf. Umstände, die zu einer Beeinträchtigung der wissenschaftlichen Arbeit geführt haben könnten 1 : Das Projekt
wurde als Ergänzung ein Kooperation mit Prof. Dr. V. V. Bryksin und Prof. Dr. M. P. Petrov vom Ioffe Physiko
Technikol Institut Sankt Petersburg geplant. Meine Aufgabe sollte sein, zwischen den lokalen Experimentatoren
und den russischen Theoretikern zu vermitteln, sowie die aus dem Austausch gewachsenen Theorien
weiterzuentwickeln und auf hiesige Projekte anzupassen.
Leider verstarb wenige Tage nach Arbeitsbeginn Prof. Bryksin und Ende 2008 nach mehrmonatiger Krankheit
auch Prof. Petrov. Da ich selbst, wie auch mein hiesiger Theoriebetreuer Prof. Dr. H.-J. Schmidt nicht aus dem
Bereich der theoretischen Optik kommen, hat die Einarbeitung in die Materie anhand von Literatur und
Aufarbeitung der Hinterlassenschaften deutlich mehr Arbeit in Anspruch genommen als geplant und nimmt zum
Teil immer noch ein.
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Kurzdarstellung
Ziel des Promotionsprojektes ist nach wie vor (siehe „Umstände, die zu einer Beeinträchtigung der
wissenschaftlichen Arbeit geführt haben könnten“), eine Weiterentwicklung der theoretischen Basis für die
Arbeit der experimentellen Gruppe „Nichtlineare Molekül- und Festkörperoptik“.
Primärziel ist derzeit die theoretische Beschreibung von Raumladungswellen in Halbleitern unter
Berücksichtung neuer experimenteller Methoden. Der experimentelle Teil wird in enger Zusammenarbeit
mit der Theorie derzeit von Herrn Burkhard Hilling in seinem GRK-Projekt untersucht. Im ersten Jahr des
Projektes konnten verschiedene bekannte Eigenschaften unterschiedlicher photorefraktiver Systeme mit
neuen analytischen Methoden reproduziert werden. Ungeklärte – durch das neue Anregungsmuster
hervorgerufene Effekte sowie Raumladungswellen im einfacheren System der Sillenite konnten
theoretisch beschreiben werden. Weiterhin wurden die mathematischen Unterschiede zwischen Sillenitund
Halbleitermodellen untersucht. Aktueller Gegenstand der Forschung ist die Untersuchung der
nichtlinearen Differentialgleichungssystem, die bei Halbleitermodellen auftreten.
Motivation und Problemstellung
Raumladungswellen (SCW, space-charge waves) sind Eigenmoden einer Oszillation von ionisierten
Störstellen und freien Ladungsträgern in halbisolierenden Festkörpern, wenn Ladungsträger in einem
elektrischen Feld driften. Die hier verwendete Anregung durch ein bewegtes sinusoidales
Beleuchtungsmuster in Verbindung mit elektrischer Detektion ist - angesichts der Tatsache, dass es nicht
auf photorefraktive Materialien beschränkt ist - eines der universellsten SCW-Verfahren.
Im Gegensatz zum klassischen oszillierenden sinusoidalen Muster verwendet die Gruppe „Nichtlineare
Molekül- und Festkörperoptik“ innerhalb des GRK-Projektes von Herrn Burkhard Hilling eine Überlagerung
aus einem statischen und einem laufenden sinusoidalen Muster, mit dem zusätzlich zu den üblichen
1
Damit die wissenschaftl. Leistungen angemessen beurteilt werden können, empfehlen wir, auf Umstände hinzuweisen, die
zu einer Beeinträchtigung der wissenschaftl. Arbeit geführt haben könnten. So können Sie die Gutachterinnen und Gutachter
über längere Krankheitszeiten, Behinderungen oder Kinderbetreuungszeiten informieren.

136 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Messdaten die Richtung des Ladungstransports und damit die Art der Ladungsträger dargestellt werden
kann. Darüber hinaus treten einige Probleme der Approximation in der Theorie nicht auf.
Abb. 1: Experimentelle Ergebnisse der
Amplitude I 1 des Wechselstroms in BGO in
Abhängigkeit der Frequenz Ω des
Anregungsmusters. Vergleich zwischen neuem
(Laufend und statisch) und altem (oszillierenden)
Muster. Siehe unten genanntes Paper für
Details.
Der in Abb. 1 dargestellte Vergleich zwischen altem und neuem Verfahren zeigt deutliche Abweichungen
vor allem im Frequenzbereich unterhalb der Resonanz.
Bisherige Entwicklungen und aktueller Stand
Zunächst konnte innerhalb des vorliegenden Projektes mittels Bilanzrechnungen im Bändermodell gezeigt
werden, dass es sich bei dem Signal um ein quasistatisches Phänomen handelt, das nicht direkt mit
Raumladungswellen im eigentlichen Sinne verknüpft ist. Berechnete statische Leitfähigkeiten zu
unterschiedlichen Beleuchtungsphasen der neuen Anregungsmethode konnten den gemessenen
Stromschwankungen zugeordnet werden. Sie sind also ausschließlich auf die unterschiedlichen statischen
Bedingungen im Verlauf des bewegten Musters zurückzuführen.
Mit dem gleichen Bilanzmodell konnte für BGO (Bi 4Ge 3O 12) ein nach üblichen analytischen Methoden
lösbares partielles Differentialgleichungssystem aufgestellt und untersucht werden, dass die gesamte
Resonanzkurve beschreibt. Besonderes Augenmerk lag dabei auf präziser mathematischer
Vorgehensweise, um im späteren Verlauf die Methoden auf mathematisch kompliziertere Systeme
übertragen zu können.
Die Weiterentwicklung des Modells zu Halbleitern enthüllte eine deutliche Verkomplizierung des Systems,
da veränderte Verhältnisse zwischen freien Ladungsträgern und Störstellen zu einer Delinearisierung des
Gleichungssystems führen.
Die aktuelle Hauptarbeit liegt im Vergleich der neu entwickelten mathematischen Beschreibungen mit
bisherigen Theorien und Experimenten.
Ausblick
Im weiteren Verlauf des Projektes ist geplant, die für BGO entwickelten neuen theoretischen Techniken
auf Halbleiter anzuwenden. Mögliche Mittel dazu sind vor allem störungstheoretische Ansätze.
Sollten sich die nichtlinearen Systeme nicht zufriedenstellend analytisch lösen lassen, ist verstärkter
Einsatz numerischer Methoden denkbar. Weiterhin existieren von den bisherigen Überlegungen
vollständig unabhängige Ansätze, die vor einigen Jahren im Fachbereich untersucht wurde, vermutlich
aber aus personellen Gründen seitdem nicht weiter verfolgt wurden.
Auch bei Erfolg des bisher eingeschlagenen Weges ist der Vergleich mit diesen Methoden anzudenken.
3. Stellungnahme zum Qualifizierungsprogramm und der Betreuung:
Durch meinen relativ kurzen Aufenthalt im Programm ist eine umfassende Stellungnahme zu vielen
Punkten in diesem Abschnitt nur schwer möglich. Projektbezogene Veranstaltungen fanden während
dieser Zeit leider nicht statt. Der späte Einstieg erlaubte auch keine Einbindung in Gestaltung und
Organisation des Gesamtprogramms. Innerhalb meines eigenen Projektes war ich jedoch von
Planungsbeginn an involviert und habe keinerlei Beschwerden bezüglich meiner Betreuung durch Herrn
Prof. Dr. Imlau in Bereichen des Fachgebietes und Herrn Prof. Dr. Schmidt in theoretischen Fragen.

KAY-MICHAEL VOIT 137
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs: - (Durch lediglich kurze Mitgliedschaft im
Kolleg)
Forschungsaufenthalte oder Praktika bei anderen Einrichtungen im In- und Ausland; bei IGKs zusätzlich:
Aufenthalte an der Partnerinstitution: - (geplant 2010: 9 Wochen Forschungsaufenthalt an der Nankai-
Universität)
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
22. - 27. März 2009
Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft in Dresden. Präsenz mit dem mündlichen
Beitrag „Theoretical discussion of present and novel optical methods for space-charge wave analysis“
11. - 14. Juni 2009
Topical Meeting Photorefractive Materials, Effects, and Devices Control of Light and Matter in Bad
Honnef. Präsenz mit dem Poster-Beitrag „Space-charge wave properties far from resonance at low
frequencies“
12. - 19. Juli 2009
Topical Meeting Nonlinear Optics in Honolulu, Hawaii, USA.
4. Eigene Publikationen:
• B. Hilling, T. Schemme, K.-M. Voit, H.-J. Schmidt, and M. Imlau; „Space-charge wave
excitation by superposition of static and moving interference patterns“; PHYSICAL REVIEW B
80 (2009)

138 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht Kadriya Yuskaeva
Einzelberichte der Doktorandin Kadriya Yuskaeva
Projektnummer: GRA / Yus
Vor- und Nachname der Doktorandin: Kadriya Yuskaeva
(Arbeits-)Titel des Promotionsprojektes: “On the theory of TM electromagnetic waves guided by an anisotropic
nonlinear slab of three layers”
Name der Betreuerinnen/Betreuer: Prof. Dr. H. W. Schürmann
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.10.2007 bis 30.09.2010
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Stipendium des Kollegs (01.10.2007 bis 30.09.2010)
(voraussichtl.) Zeitpunkt der Promotion: November 2010
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 26
ggf. Umstände, die zu einer Beeinträchtigung der wissenschaftlichen Arbeit geführt haben könnten 1 : z. Z.
schwanger
ggf. Beschäftigung seit Ausscheiden aus dem Graduiertenkolleg:
2. Darstellung des Promotionsprojekts und der bisher erzielten Forschungsergebnisse:
Statement of the problem
We consider electromagnetic waves guided by a homogeneous, anisotropic, nonmagnetic layer filled
with a Kerr- type nonlinear dielectric medium situated between two linear semi- infinite half- spaces
and consisting of isotropic, nonmagnetic media without sources and having constant permittivities
and , respectively. Figure 1 shows the geometry of the problem.
x
z
h
0
ε 3 , cladding
ε 2 , film
ε 1 , substrate
y
Fig.1: Geometry of the problem
The (real) electrical field
satisfies Maxwell’s equations
ε
( x y,
z) ε ( x,
y,
z) cosωt
ε ( x,
y,
z) sinωt
, = + + −
(1)
rot H = −iωε
E (2)
rot E = iωμ
H , (3)
1
Damit die wissenschaftl. Leistungen angemessen beurteilt werden können, empfehlen wir, auf Umstände hinzuweisen, die zu
einer Beeinträchtigung der wissenschaftl. Arbeit geführt haben könnten. So können Sie die Gutachterinnen und Gutachter
über längere Krankheitszeiten, Behinderungen oder Kinderbetreuungszeiten informieren.

KADRIYA YUSKAEVA 139
where
is a complex amplitude.
E ( x y,
z) = ( x,
y,
z) iε
( x,
y,
z)
, ε + + −
(4)
We consider two cases for the permittivity (described by the Kerr law) inside the film:
Case I:
Case II:
⎛
2 2
⎞
⎜ε
21 + a Ex
+ b EZ
0 0 ⎟
ε = ⎜
⎟
2
0 0 0
, (5)
⎜
2 2 ⎟
0 0 ε 22 + a Ex
+ b EZ
⎝
⎠
( x)
⎛
2 2
⎞
⎜ε
21 + f + a Ex
+ b EZ
0
0
ε = ⎜
2
0
0
0
⎜
2 2
0
0 + ( ) + + ⎟ ⎟⎟⎟ , (6)
ε 22 f x a Ex
b EZ
⎝
⎠
where ε 21, ε 22 ,a, b are (real) constants and f ( x)
is a continuously differentiable real-valued function.
Electromagnetic waves must satisfy Maxwell’s equations (2) and (3), the continuity conditions of the tangential
field components at the interfaces, and the radiation condition at infinity. For the TM- polarization
E = ( E x ,0,
E z ), H = ( 0,
H y,0)
equations (2) and (3) can be evaluated to yield Ex = Ex
( x,
y)
and Ez = Ez
( x,
z)
independent on y . Since H y is expressed in terms of Ex
and Ez
, H y is also independent on y . Assum-
iγz
iγz
iγz
ing H y = H y ( x)
e , Ex
= Ex
(x) e , EZ
= Ez
( x)
e after some algebra, we obtain the system
⎧
2
d(
iEx
( x))
d EZ
( x)
2
⎪ γ − = ω ε ( )
2
zμEz
x
⎨
dx dx
⎪ 2
dEz
( x)
2
γ ( iE ( x))
− = ( iE ( x))
x γ ω ε xμ
x
⎩
dx
.
(7)
2 2
Introducing the notations k = ω με 0 , normalizing according to
~
x = kx , d = k
~ γ , γ =
dx k ,
~ ε j
ε j = ( j = 1,2, 3 ),
~ a ~ b
a = , b = (8)
ε 0
ε 0 ε 0
we set Z( ~ x)
≡ Ez
and X ( ~ x)
≡ iEx
. Omitting the tilde signs, system (7) in the normalized form reads
⎧
2
d Z dX
⎪−
+ γ = ε Z
2
z
⎨
dx dx
(9)
⎪
dZ ε x
− + γX
= X
⎪⎩
dx γ
We are looking for real solutions X , Z to (9) subject to real γ , where
for the case I and
ε
ε
x
z
⎧
⎪
= ⎨ε
⎪
⎩
⎧
⎪
= ⎨ε
⎪
⎩
21
22
ε
+ aX
+ bX
1
2
ε 3
ε
ε
1
2
3
+ bZ
+ aZ
2
2
, x < 0
,0 < x < h
, x > h
, x < 0
,0 < x < h
, x > h
.
(10)

140 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
for the case II.
ε
ε
x
z
⎧
⎪
= ⎨ε
⎪
⎩
⎧
⎪
= ⎨ε
⎪
⎩
21
22
ε
1
+ f ( x)
+ aX
ε 3
ε
1
+ f ( x)
+ bX
ε
3
2
2
+ bZ
+ aZ
2
2
, x < 0
,0 < x < h
, x > h
, x < 0
,0 < x < h
, x > h
.
(11)
Results
The system (9) for the first case is reduced to an exact differential equation
leading to a first integral
⎛ ∂ε
x ⎞ dX
− ⎜ X + ε x ⎟
⎝ ∂X
⎠ dZ
γ ε zZ
∂ε
x
=
+ X
2
( ε − γ ) X ∂Z
x
2
, (12)
⎛ ε 2 ⎞ 2 2
( , ) :
⎛
Z
X
x
G X Z = ( 0,
) ( , )
⎞
⎜ −γ
⎟ε
x X + γ ⎜
+
⎟ − 0 = 0
⎝ 2 ⎠ ⎝∫ ε Z X ζ ζdζ
∫ ε x ξ Z ξdξ
C , (13)
Z0 X0
⎠
where
⎛ ε x ( X 0,
Z0)
2 ⎞
2
C0 = ⎜ −γ
⎟ε
x ( X 0,
Z0)
X 0
(14)
⎝ 2 ⎠
with constants X 0 and Z0
.
The first integral (13) relates the two field components so that one component can be eliminated. Hence the
other one can be found by integration.
The resulting integral (obtained by using (13) and the second equation (9))
Z ( x,
y,
Z0)
dξ
γ ∫
= χ − χ
2
2 2
0
Z0 ( γ − ε 21 − aX ( ξ ) − bξ
) X ( ξ ) ,
where Z = Z( 0 ) , combined with the boundary conditions (conditions at the boundaries x = 0 and
and
0 x
ε
x = h )
1
x ( X (0 + 0, γ , Z(0)),
Z(0))
X (0 + 0, γ , Z(0))
= Z(0)
(16)
2
γ − ε1
3
ε x ( X ( h + 0, γ , Z(0)),
Z(
h,
γ , Z(0)))
X ( h + 0, γ , Z(0))
= Z(
h,
γ , Z(0))
(17)
2
γ − ε 3
is used to derive the exact dispersion relation
Z ( x,
y,
Z (0))
dξ
DR(
h,
γ , Z(0))
: = γ ∫
− h = 0 . (18)
Z
2
2
2
0 ( γ − ε 21 − aX ( ξ ) − bξ
) X ( ξ )
(18) establishes a link between the parameters of the problem (in particular between the thickness of the film,
the propagation constant, and the field intensity at the interface between the substrate and the film).
γε
γε
(15)
The problem in the second case is reduced to a system of two integral equations written in matrix form as
follows
where
r r h r r r
v(
x)
= v0 ( x)
+ ∫ M ( v)(
y)
v(
y)
dy + L(
v)(
x)
, (19)
0

KADRIYA YUSKAEVA 141
and matrix
⎛ Z0
⎞
v r ( ) = ⎜
⎟ , ⎛ Z(
x)
0 x
,
⎝ 0
⎟ ⎞
v r
⎛ 0 ⎞
r ⎜
( x)
=
⎜ L(
v)(
x)
= γε 21dZ0
( x)
⎠ ⎝ X ( x)
⎜
⎠
⎟ ⎟⎟ 2
⎝ ε x ( γ − ε 21)
dx ⎠
is given by
⎛
2
⎜
ε 21 − γ
− G(
x,
y)
~
ε z ( y)
⎜ ε
M = ⎜
21 ⎜
γ ∂G(
x,
y)
~
ε ( y)
z
⎝ ε x ( x)
∂x
(20)
γ ∂G(
x,
y)
~ ⎞
ε ⎟
x ( y)
ε ∂
⎟
2 21 y
2
∂ ( , )
⎟ , (21)
γ G x y ~
ε ( y)
⎟
2
x
ε ( x)(
− ) ∂y∂x
x γ ε 21
⎠
the Green’s function is defined by
⎧sinκx
sinκ(
y − h)
⎪
, x ≤ y
G(
x,
y)
= sin kh
⎨
sinκy
κ
, (22)
sinκ(
x − h)
⎪
, y ≤ x
⎩ κ sin kh
where κ h ≠ πl, l = 1,2,...
.
On the basis of the Banach fixed-point theorem it is shown that the solution exists in form of a uniformly convergent
sequence of iterations:
r
r
r
r
h
v j ( x)
= v0 ( x)
+
∫
M ( v j− 1)(
y)
v j−1
( y)
dy + L(
v j−1
)( x)
0
Equations (16), (17), (19) are a representation of dispersion relation. It relates h, γ , Z(0)
to the parameters
a , b,
ε1 , ε 21,
ε 22,
ε 3 and function f (x) .
r
j = 1,2,...
(23)
Teilnahme an folgenden Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Seminars of the Graduate College 695
Forschungsaufenthalte oder Praktika bei anderen Einrichtungen im In- und Ausland; bei IGKs zusätzlich: Aufenthalte
an der Partnerinstitution:
• Visiting Prof. Dr. Yuri Smirnov. October, 13-24, 2008. Department of Natural Sciences, Penza State University,
Krasnaya St. 40, 440026 Penza, Russia.
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• October 15-16, 2008, The Third International Conference on Analytical and Numerical Methods for Modeling
Natural and Social Problems, Penza, Russia (contribution: invited talk On the theory of TM electromagnetic
waves guided by an anisotropic nonlinear slab of three layers)
• August 18-21, 2009, Progress in Electromagnetics Research Symposium PIERS 2009, Moscow, Russia
(contribution: invited talks TM- Electromagnetic Guided Waves in a (Kerr-) Nonlinear Three-layer Structure,
Integral Equations Approach to TM- Electromagnetic Waves guided by a (Linear/Nonlinear) Dielectric
Film with a Spatially Varying Permittivity)
4. Eigene Publikationen:
• Kadriya A. Yuskaeva, Valeriy S. Serov, and Hans Werner Schürmann, TM-Electromagnetic Guided
Waves in a (Kerr-) Nonlinear Three-layer Structure, PIERS Online, Vol. 5, No. 8, 797-802, 2009
• Valeriy S. Serov, Kadriya A. Yuskaeva, and Hans Werner Schürmann, Integral Equations Approach to
TM-Electromagnetic Waves Guided by a (Linear/Nonlinear) Dielectric Film with a Spatially Varying Permittivity,
PIERS Online, Vol. 5, No. 8, 786-790, 2009

142 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
B.2 Einzelberichte der Postdoktorandinnen und Postdoktoranden
Auf den folgenden Seiten befinden sich die Einzelberichte der Postdoktorandinnen und
Postdoktoranden.
Stepahnie Bleicken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Mikhail Lapine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
Christoph Merschjann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
Sergey Podlozhenov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Uwe Völker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

STEPAHNIE BLEICKEN 143
Einzelbericht der Postdoktorandin Dr. Stephanie Bleicken
Projektnummer: GRA / Ble
Vor- und Nachname der Postdoktorandin: Stephanie Bleicken
(Arbeits-)Titel des Forschungsprojektes: „ESR-Spektroskopie interagierender (Bcl-2) Proteine“
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.03.2009 bis 31.06.2009
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Postdoktorandenstelle des Kollegs (01.03.09 –31.06.09)
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 31
2. Darstellung des eigenen Forschungsprojekts und der bisher erzielten
Forschungsergebnisse:
Ziel des viermonatigen Projekts war die Etablierung von Proteinpräparationen, Spinmarkierungen und ESR-
Spektroskopie interagierender Proteine (hier am Beispiel von Bcl-2 Proteinen). Das Bcl-2 Protein Bid (aus
der Maus) reagiert in aktiver Form (tBid) u.a. mit dem Bcl-2 Protein Bax und löst dessen Membraninsertion
und Oligomerisierung aus. Bax ermöglicht daraufhin den Übertritt von Cytochrom c aus den Mitochondrien
ins Cytosol, wodurch eine Signalkaskade gestartet wird, die zum apoptotischen Zelltod führt.
Bid wurde in E. coli Zellen expremiert, gereinigt, und die zwei nativen Cysteine wurden mit MTS-Spinlabel
modifiziert [2,3]. Mittels cw- und Puls-ESR Methoden wurde getestet, welchen Einfluss Faktoren wie
Liposomen, Detergenzien oder Bax (sowie Kombinationen dieser drei) auf die Struktur von Bid und tBid
haben. Mittels Puls-ESR Experimenten wurde gezeigt, dass der Abstand zwischen den beiden gebundenen
Spinlabeln nach Zugabe von Detergenz von 2 auf 4 nm steigt. Die Zugabe von Liposomen oder Bax bewirkte
im Gegensatz dazu keine Konformationsänderung. Im Vergleich dazu durchlief Bax eine nahezu vorständige
Konformationsänderung [2].
Referenzen
[1] Mcdonnell J M, Fushman D, Milliman C L, Korsmeyer S J & Cowburn D. (1999). Solution Structure of the
Proapoptotic Molecule BID: A Structural Basis for Apoptotic Agonists and Antagonists. Cell 96, 625-634.
[2] Bleicken S, Padmavathi P V L, Classen M, Zeth K, Steinhoff H-J & Bordignon E. Molecular details of Bax
activation, oligomerization and membrane insertion. JBC. (accepted).
[3] Bleicken S & Zeth K. (2009). Conformational changes and protein stability of the pro-apoptotic protein
Bax. J Bioenerg Biomembr 41, 29-40.
Forschungsaufenthalte bei anderen Einrichtungen im In- und Ausland:
• Ein einwöchiger Aufenthalt an der ETH Zürich zwecks Pulse ESR Messungen.
4. Eigene Publikationen:
• Bleicken S & Zeth K. (2009). Conformational changes and protein stability of the pro-apoptotic
protein Bax. J Bioenerg Biomembr 41, 29-40.
• Bleicken S, Padmavathi P V L, Classen M, Zeth K, Steinhoff H-J & Bordignon E. Molecular
details of Bax activation, oligomerization and membrane insertion. JBC. (accepted).

144 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht des Postdoktoranden Mikhail Lapine
Projektnummer: GRA / Lap
Vor- und Nachname des Postdoktoranden: Mikhail Lapine
(Arbeits-)Titel des Forschungsprojektes: Wave Phenomena
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
15.08.2007 -- 14.11.2007
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Postdoktorandenstelle des Kollegs (15.08.07 –14.11.07)
2. Darstellung des eigenen Forschungsprojekts und der bisher erzielten
Forschungsergebnisse:
During the period of support in the Graduate College 625, the topic of nonlinear metamaterials have been
further analyzed and developed. Research in this direction have been initiated earlier in the frame of this
graduate college. PhD project of Mikhail Lapine started in 2001 under the supervision of Prof. Dr. Klaus
Ringhofer and continued up to the successful examination under supervision of Dr. Maxim Gorkunov and
Prof. Dr. Klaus Betzler. At that time, possibilities to build up nonlinear metamaterials have been analyzed for
the first time and immediately attracted great interest of several research groups.
Later one, nonlinear metamaterials become one of the key directions in metamaterials research with
hundreds of publications available by this time. In Osnabrück University, this topic have been developed in
the group of PD Dr. Ekaterina Shamonina (PhD project of Oleksiy Sidoruk).
By 2007, publications on nonlinear metamaterials reached such a level that a careful analysis was required to
summarize the existing knowledge as well as to identify promising research directions within this field. To
accomplish this task, Dr. M. Lapine together with Dr. M. Gorkunov (University of Strathclyde, Glasgow)
prepared a chapter on Nonlinear Metamaterials for the Handbook of Artificial Materials [1]. In this work,
history of this area is reviewed, current trends are analyzed and discussed, and remarkable progress in both
theory and experiment is acknowledged.
Further search for novel nonlinear phenomena and applications offered by metamaterials was performed
together with Dr. O. Sydoruk. In earlier studies, it was assumed that all the metamaterial elements are
identical and the effects involved were typically associated with a single resonance. Later on, it was
suggested to exploit multistructural systems with, for example, two subsets of elements with different
parameters. This way, parametric amplification or harmonics generation can be easily achieved as phase
matching conditions can be satisfied for resonant dispersion characteristics. In all these considerations,
however, nonlinearity was provided explicitly on the level of individual elements, while mutual interaction
(coupling) remained linear.
We proposed a new concept to provide further flexibility and control over nonlinear processes. Conceptually
new design allows for nonlinear wave coupling directly on the level of structural elements. This way, external
fields of different polarizations and even of different propagation directions, can interact within each element
due to specific geometry. Such processes can be realized, for example, when two resonant loops, having
various resonant frequencies and lying in different planes, are connected through a diode into one element.
Adjustment of the resonance frequencies of the two loops then provide a frequency matching for the
interacting waves, while appropriate spatial arrangement of the elements allows for phase matching. Mutual
geometry of the two loops within the elements, depending on the direction of the wave vectors, offers than a
wide range of possibilities from polarization independence of interacting waves up to generation at an
arbitrary angle to the pump.
This idea was tested for parametric amplification of magnetoinductive waves in an array of bi-resonant
elements consisting of the two loops connected into one circuit through a diode, so that one loop resonates at
the pump and the other one at the signal frequency [2]. More sophisticated configurations and geometries are
the subject of further studies.
Global support to this research direction have been provided through international organizational work. In the
capacity of the Editor of the journal “Metamaterials'' (Elsevier, ISSN 1873-1988), Dr. M. Lapine together with
Prof. Ari Sihvola (Helsinki University of Technology) organized a Special Issue in connection to the
Metamaterials'2007 Congress (Rome, 22--24 October 2007), where the authors of selected presentations

MIKHAIL LAPINE 145
were invited, to cover two important areas, of general electro magnetic theory, and of nonlinear
metamaterials. Selected contributions on the latter topic form the second part of this issue [3]. R. Syms, L.
Solymar and I. Young develop extensive analysis on parametric amplification for magnetoinductive waves
and provide a successful confirmation with experiments on ring resonators. The latter work was carried out in
close collaboration with the Group of PD Dr. E. Shamonina of Osnabrück University. Then, unusual spatiotemporal
effects associated with second harmonic generation in metamaterials with negative refraction are
reported by a large group of researchers working with M. Scalora (V. Roppo et al). A. Boardman and
coauthors discuss the possibilities to achieve stable gain in active nonlinear metamaterials, and demonstrate
this through diffraction-managed solitons. Finally, H. Husu and colleagues from the group of M. Kauranen
report an important development towards nonlinear metamaterials for optical range, with experiments on
second harmonic generation on bilayers of T-shape gold nanoparticles. This special issue will play a great
role in highlighting the key recent developments.
Dr. M. Lapine is grateful to the Deutsche Forschungsgemeinschaft for the financial support during the stay
with GK - 625 in 2007 which made the above achievements possible.
References:
[1] M. Lapine, M. Gorkunov, “Nonlinear metamaterials'', in Handbook on Artificial Materials (F. Capolino,
editor), in press: Taylor and Francis, 2009.
[2] O. Sydoruk, M. Lapine, E. Shamonina, “Metamaterials with nonlinearly coupled biresonant elements'' (in
preparation).
[2] Special Issue “Metamaterials - 2007 Congress'', A. Sihvola and M. Lapine, editors, Metamaterials, 2 :2 - 3,
pp.122 - 155, 2008.

146 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Einzelbericht des Postdoktoranden Christoph Merschjann
Projektnummer: GRA / Mer
Vor- und Nachname des Postdoktoranden: Christoph Merschjann
(Arbeits-)Titel des Forschungsprojektes: „Photochromic effects and charge-transport properties of photoinduced
small polarons in nonlinear-optical niobate and borate crystals, investigated by means of transient
absorption spectroscopy and numerical random-walk simulations“
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.10.2007 – 31.07.2008
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Postdoktorandenstelle des Kollegs (01.10.2007 –31.07.2008)
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 28
ggf. Beschäftigung seit Ausscheiden aus dem Graduiertenkolleg:
• Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH
2. Darstellung des eigenen Forschungsprojekts und der bisher erzielten
Forschungsergebnisse:
Ausgangsfragen und Zielsetzung des Projekts:
Ziel des Projektes war es, das Anregungs- und Relaxationsverhalten kleiner freier und gebundener
Elektronen- und Lochpolaronen in oxidischen Materialien besser zu verstehen. Es war durch frühere (unter
anderem im Fachbereich Physik der Universität Osnabrück durchgeführte) Arbeiten bekannt, dass diese Art
elektronischer Quasiteilchen sich durch starke photochrome Effekte (lichtinduzierte Absorption) äußern. Dies
kann z.B. in nichtlinear-optischen Kristallen wie LiB 3O 5, β-BaB 2O 4, KNbO 3, oder LiNbO 3 zu einer
Beeinträchtigung der Frequenzkonversion bei der Erzeugung von sichtbarem bzw. ultraviolettem Laserlicht
führen. Im Extremfall wird der Konversionskristall durch die absorptionsbedingte Wärmeentwicklung zerstört.
Es ist daher von großem Interesse herauszufinden, wie kleine Polaronen im Material durch einwirkendes
Laserlicht erzeugt werden, welche lichtinduzierten Absorptionsbanden auftreten, und in welchen Zeiträumen
diese wieder zerfallen. Dieser letztgenannte Zerfall der lichtinduzierten Absorption zeichnet sich durch ein
ausgeprägt nicht-Debye’sches Verhalten aus: man beobachtet starke Abweichungen von der erwarteten
monoexponentiellen Zerfallskurve (gestreckt-exponentieller Zerfall). Hieraus lassen sich sowohl
Rückschlüsse über die Art der beteiligten Farbzentren (kleine Polaronen sowie extrinsische Defekte), als
insbesondere auch über den Ladungstransportmechanismus im Material ziehen.
Die Analysen im vorliegenden Projekt wurden an allen o.g. Materialien durchgeführt, wobei die
erfolgreichsten Untersuchungen in den Niobaten, und hier speziell in LiNbO 3 möglich waren, weshalb im
Verlauf des Projektes der Schwerpunkt auf die zeitaufgelöste Untersuchung lichtinduzierter
Absorptionsänderungen in LiNbO 3 gelegt wurde.
In diesem Material findet man unter Lichteinfluss vier Arten von kleinen Polaronen:
a)
freies Elektronpolaron (Nb 4+ Nb ), im Folgenden freies Polaron (FP) genannt,
b)
c)
gebundenes Elektronpolaron (Nb 4+ Li , gebundenes Polaron, GP),
gebundenes Elektronbipolaron (Nb 4+ Li : Nb 4+ Nb , Bipolaron, BP),
d) gebundenes Lochpolaron (O - , Lochpolaron, LP).
Alle diese Arten von Polaronen, sowie die spektralen Eigenschaften der zugehörigen Absorptionsbanden
waren im wesentlichen aus der Literatur bekannt, nicht jedoch deren Wechselwirkungen im Detail. Ziel des
Projektes war die Aufklärung eben jener Wechselwirkungen (Ladungstransport, Rekombinationsverhalten).
Um den Ladungstransportmechanismus besser zu verstehen, wurden zusätzlich numerische Simulationen
durchgeführt. Diese basieren wesentlich auf der Idee des Hopping-Ladungstransportes von lokalisierten (d.h.
nicht frei beweglichen) Ladungsträgern (Elektronen und Löchern in Form von Polaronen).
Darstellung der bisher erzielten Ergebnisse:
Im Verlauf des Projektes konnten wesentliche neue Erkenntnisse über die Natur der lichtinduzierten kleinen
Polaronen in LiNbO 3, sowie deren Ladungstransport gewonnen werden. Dieser Erfolg liegt besonders in

CHRISTOPH MERSCHJANN 147
einer Modernisierung des vorhandenen Messplatzes zur zeitaufgelösten lichtinduzierten
Absorptionsspektroskopie begründet, wobei sowohl das Signal-Rausch-Verhältnis, als auch die zeitliche
Auflösung entscheidend verbessert werden konnten.
Im Einzelnen können folgende neue Erkenntnisse genannt werden:
1. Bei der Rekombination von BP nach deren lichtinduzierter Dissoziation konnten starke Hinweise auf
einen Zweiwege-Rekombinationsprozess gefunden werden, bei dem sowohl die „Reaktion“ GP + GP →
BP, als auch die (hier erstmals beobachtete) Reaktion FP + GP → BP eine Rolle spielen [2]. Letztere
zeigt sich bei schwachen Pumplichtintensitäten. Die genauen Umstände dieser
Rekombinationsprozesse sind Gegenstand weiterführender Untersuchungen.
2. Durch gezielte thermische Reduktion konnte das Verhältnis stabiler und lichtinduzierter Polaronen (BP,
GP, LP) so eingestellt werden, dass sich lichtinduzierte Absorption und Transparenz auslöschen [4].
Damit konnte erstmals die Koexistenz von Bipolaronen, gebundenen Polaronen und Lochpolaronen
nachgewiesen werden. Ebenfalls wurde erstmals eine Koexistenz von freien Polaronen und
Lochpolaronen in hochdotiertem LiNbO 3:Mg gezeigt [6], was gleichzeitig den ersten direkten Nachweis
von lichtinduzierten FP in LiNbO 3 darstellt.
Des Weiteren bietet sich hiermit ggf. eine Möglichkeit zur Kontrolle photochromer Effekte in nichtlinearoptischen
Kristallen bei der Frequenzkonversion in Hochleistungslasersystemen.
3. Durch die Auswertung der Amplitude der lichtinduzierten Absorptionsänderung konnten erstmals
Absorptionsquerschnitte und Konzentrationen aller vier Polaronen quantitativ bestimmt werden [7],
womit diese nun mit photosensitiven Dotanden (Fe, Cu, etc.) vergleichbar sind.
4. Wesentliche Teile der o.g. Untersuchungen sind auch in den Übersichtsartikel von Prof. O. Schirmer
eingeflossen [8].
5. In KNbO 3 konnten starke Hinweise auf eine komplexe Wechselwirkung von lichtinduzierten FP und GP
mit extrinsischen Eisenionen gefunden werden [5]. Zur genaueren Aufklärung dieser Prozesse sind
weitere Untersuchungen wünschenswert.
6. Die numerische Simulation des polaronischen Ladungstransportes durch sogenannte Random-Walk-
Hopping-Prozesse zeigte, dass vermutlich mehrere Effekte zur Erklärung des scheinbaren gestrecktexponentiellen
Verlaufs der Absorptionsänderungen herangezogen werden müssen. Hierzu zählen unter
anderem Fluktuationen der thermischen Aktivierungsenergie, inhomogene Störstellenverteilung,
Fängersättigung, sowie der sog. Site-Correlation-Effekt.
Diese Ergebnisse werden momentan noch vervollständigt und sollen im Laufe des nächsten Jahres zur
Publikation gelangen.
Angaben über das geplante weitere Vorgehen:
Neben der Weiterführung der numerischen Simulationen zum Polaronischen Ladungstransport werden
derzeit die Untersuchungen zur lichtinduzierten Absorption auf periodisch gepoltes LiNbO 3:Y (PPLN)
erweitert, welches von besonderer Relevanz für die Frequenzkonversion im sichtbaren Bereich, sowie für
optisch-parametrische Prozesse (Optical Parametric Oscillator, OPO) ist. Hier konnten bereits
vielversprechende Ergebnisse erzielt werden; entsprechende Publikationen sind derzeit in Vorbereitung bzw.
zur Begutachtung eingereicht.
Des Weiteren wird die Methode auf zeitaufgelöste holographische Untersuchungen mittels Zweistrahl-
Anregung ausgebaut. Hiermit soll insbesondere geklärt werden, ob kleine Polaronen neben photochromen
auch direkt zu photorefraktiven Effekten (lichtinduzierte Brechungsindexänderungen) führen. Außerdem
sollen diese Experimente zu weiteren Erkenntnissen über die beteiligten Ladungstransportprozesse, freie
Weglängen etc. führen.
Vernetzung mit anderen Projekten:
Im abgeschlossenen Projekt gab es sehr fruchtbare Kontakte zur Arbeitsgruppe von Herrn Prof. Manfred
Neumann, wo insbesondere chemische Analysen der Oberflächen nichtlinear-optischer Kristalle mittels
ESCA(XPS) durchgeführt wurden [3].
Untersuchungen zur optischen Absorption ohne Lichteinwirkung mittels UV/VIS-Spektroskopie
(Spektralphotometer) konnten in den Arbeitsgruppen von Herrn Prof. Klaus Betzler sowie Herrn Prof. Haase
(FB Chemie) durchgeführt werden. Die Ergebnisse sind in den Arbeiten [4,5,7,8] enthalten.
3. Beschreibung der eigenen kollegspezifischen Aufgaben:
z. B. im Qualifizierungsprogramm und der Betreuung

148 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Teilnahme an bzw. Durchführung von Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Leitung des Berichtsseminars des GRK 695 im WS 2007/2008
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• International Conference on Photorefractive Effects (PR) 2007, Olympic Valley, California, USA
• DPG-Frühjahrstagung 2008, Berlin
4. Eigene Publikationen:
• D. Schaniel, Th. Woike, C. Merschjann, M. Imlau, „Transient kinetics of light-induced metastable states
in single crystals and aqueous solutions of Na2[Fe(CN)5NO]·2H2O“.Phys. Rev. B. 72, 195119 (2005).
• C. Merschjann, D. Berben, M. Imlau, M. Wöhlecke, „Evidence for Two-Path Recombination of
Photoinduced Small Polarons in Reduced LiNbO3“. Phys. Rev. Lett. 96, 186404 (2006).
• S. Möller, Ä. Andresen, C. Merschjann, B. Zimmermann, M. Prinz, M. Imlau, „Insight to UV-induced
formation of laser damage on LiB3O5 optical surfaces during long-term sum-frequency generation“.
Optics Express 15, 7351–7356 (2007).
• C. Merschjann, B. Schoke, M. Imlau, „Influence of chemical reduction on the particular number densities
of light-induced small electron and hole polarons in nominally pure LiNbO3“. Phys. Rev. B 76, 085114
(2007).
• S. Torbrügge, M. Imlau, B. Schoke, C. Merschjann, O. F. Schirmer, S. Vernay, A. Gross, V. Wesemann,
D. Rytz, „Optically generated small electron and hole polarons in nominally undoped and Fe-doped
KNbO3 investigated by transient absorption spectroscopy“. Phys. Rev. B 78, 125112 (2008).
• D. Conradi, C. Merschjann, B. Schoke, M. Imlau, G. Corradi, K. Polgár, „Influence of Mg doping on the
behaviour of polaronic light-induced absorption in LiNbO3“. phys. stat. sol. (RRL) 2, 284–286 (2008).
• C. Merschjann, B. Schoke, D. Conradi, M. Imlau, G. Corradi, K. Polgár, „Absorption cross sections and
number densities of electron and hole polarons in congruently melting LiNbO3“. J. Phys.: Condens.
Matter 21, 015906 (2009).
• O. F. Schirmer, M. Imlau, C. Merschjann, B. Schoke, „Electron small polarons and bipolarons in
LiNbO3“. J. Phys.: Condens. Matter 21, 123201 (2009).

SERGEY PODLOZHENOV 149
Einzelbericht des Postdoktoranden Sergey Podlozhenov
Projektnummer: GRA / Pod
Vor- und Nachname. des Postdoktoranden: Sergey Podlozhenov
(Arbeits-)Titel des Forschungsprojektes: Züchtung von reinen und dotierten Strontium-Barium-Niobat-Kristallen
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.02.2004 bis 31.01.2006
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Postdoktorandenstelle des Kollegs (01.02.2004 bis 31.01.2006)
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 31 Jahre
ggf. Beschäftigung seit Ausscheiden aus dem Graduiertenkolleg:
• Rubicon Technology, Franklin Park, IL 60131
2. Darstellung des eigenen Forschungsprojekts und der bisher erzielten
Forschungsergebnisse:
Zielsetzung meines Projekts war die Herstellung und Charakterisierung hochreiner Strontium-Barium-Niobat-
Kristalle (SBN) – teilweise dotiert mit Seltenerd-Ionen. Dazu wurden zunächst die im Promotionsprojekt
Growth and Characterization of Sr xBa (1-x)Nb 2O 6 des Kollegs gewonnenen Ergebnisse kritisch gesichtet und
ausgewertet. Darauf aufbauend konnten aus der kongruent schmelzenden Zusammensetzung Kristalle von
exzellenter optischer Qualität gezogen werden, die in anderen Projekten des Kollegs weiter untersucht
wurden.
In Zusammenarbeit mit Kollegen aus den Universitäten Bochum und München wurde die Kristallstruktur von
SBN im gesamten Existenzbereich der ferroelektrischen Phase erstmals mit hoher Genauigkeit bestimmt,
insbesondere konnte der Besetzungsgrad (site occupancy factor) für Strontium und Barium auf den beiden
möglichen Gitterplätzen exakt definiert werden [1].
An Kristallen mit unterschiedlicher Europium-Dotierung wurde gezeigt, dass SBN sich ganz ausgezeichnet
als Wirtskristall für Fluorenzenzdotierungen eignet. Hohe Konzentrationen sind möglich, ohne dass die
Lumineszenzeigenschaften wesentlich eingeschränkt werden. Darüber hinaus konnte durch eine numerische
Kristallfeldanalyse erstmals die genaue Einbauposition für Europium bestimmt werden [2].
[1] Sergey Podlozhenov, Heribert A. Graetsch, Julius Schneider, Michael Ulex, Manfred Woehlecke, and
Klaus Betzler. Structure of strontium barium niobate Sr xBa 1-xNb 2O 6 (SBN) in the composition range
0.32

150 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Teilnahme an bzw. Durchführung von Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Seminar des Kollegs
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• Jahrestagungen der Deutschen Gesellschaft für Kristallographie
4. Eigene Publikationen:
• Sergey Podlozhenov, Heribert A. Graetsch, Julius Schneider, Michael Ulex, Manfred
Woehlecke, and Klaus Betzler. Structure of strontium barium niobate Sr x Ba 1-x Nb 2 O 6 (SBN) in
the composition range 0.32

UWE VÖLKER 151
Einzelbericht des Postdoktoranden Uwe Völker
Projektnummer: GRA / Voel
Vor- und Nachname der Postdoktorandin bzw. des Postdoktoranden: Uwe Völker
(Arbeits-)Titel des Forschungsprojektes: Enhancing quasi-phasematching bandwidth by geometrical projection
of k-vector components
1. Allgemeine Angaben:
Zeitraum der Mitgliedschaft im Kolleg:
01.08.2008 - 31.05.2009
Finanzierung (Art, Zeitraum):
Postdoktorandenstelle des Kollegs (01.08.08 –31.05.09)
Alter bei Eintritt in das Kolleg: 28
ggf. Beschäftigung seit Ausscheiden aus dem Graduiertenkolleg:
• wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Physik, Deutsches Zentrum für Luft- und
Raumfahrt, Stuttgart (ab 06/2009)
2. Darstellung des eigenen Forschungsprojekts und der bisher erzielten
Forschungsergebnisse:
Introduction
Owing to characteristics of the dispersion of refractive indices, direct, e.g. collinear phase matching for optical
second harmonic generation is not possible in several materials. In this case, the driving polarization is not in
phase with the generated field E(2ω). As a consequence, the converted wave oscillates in a sinusoidal
manner as a function of the crystal length l and phase-mismatch Δk. To overcome this effectivenessdownsizing
problem, quasi-phasematching techniques were developed [1]. By a (periodic) modulation of the
sign of the respective X (2) tensor elements, a fixed phase relationship between the generated frequency
doubled waves is attained. By choosing adequate spatial modulation frequencies, this leads to constructive
interference of the harmonic waves generated at different sites in the nonlinear optical medium. Since the
sign of X (2) is connected to the polarization, such approach can be realized by periodical poling of
ferroelectrics. The domain grating’s wave vector kg is thus used to fulfill the momentum conservation law
between fundamental (1) and harmonic (2) wave:
k
2
= 2 k1
+ k g . (1)
Assuming the lengths of the wave vectors of the fundamental and harmonic beam to be fixed by wavelengths
and refractive indices, the length of k
g , i.e. k
g , is determined by the angle spanned between k2
and k1
.
This allows for detailed analysis of the k
g distribution in ferroelectrics (k-space spectroscopy), as
performed for the uniaxial relaxor strontium barium niobate (SBN) [2, 3]. Since the Fourier representation of
needlelike ferroelectric domains yields a harmonic light distribution strictly perpendicular to the
crystallographic c-axis [4], hitherto information was only gained in regard to domain widths (i.e. their
extension perpendicular c-axis). Here, a modification of k-space spectroscopy is reported, which
facilitates to access structural sizes, whose wave vectors are not accessible in a direct approach. Thereby, it
is possible to monitor extensions of ferroelectric domains along the c-axis in the crystal bulk.
Theory
Materials consisting of ferroelectric domains with randomly distributed sizes offer a large set of k g-vectors for
quasi-phasematching. However, by directing a fundamental beam parallel to the c-axis, a more or less sharp
cone of harmonic light appears [5], as sketched in figure 1 a). The cone’s apex angle is given by the
assumption, that only a Fourier compound perpendicular caxis is involved. For SBN, an internal angle α max of
approximately 17 ° is reported, which is determined by

152 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
cos
( 1)
2k 1 n
α
max = =
( 2)
, (2)
k2
n
and matches experimental data for the angle of the peak-intensity very well [5]. However, a sharp cone
structure will only appear, if no k-vector component parallel c-axis, i.e. k ||c , comes into play.
Figure 1: a) Sketch of experimental situation: exposure (red arrow) parallel to c-axis (blue arrow) yields a
cone of harmonic light. b) Quasiphasematching scenario: Fourier compounds along c-axis lead to a
broadening of cone structure.
If contrary is the case, a broadening or smearing of the cone has to be expected. This situation is depicted in
figure 1 b). Phasematching can be achieved for a small range of angles surrounding the peak angle αmax.
Thus, analyzing the cone’s intensity distribution, i.e. I ( k|| c
) , allows for conclusions on typical lengths of
structural sizes in ferroelectric crystals.
As can be seen in figure 1 b), k || c can be calculated as a function of the apex angle α by
k c
= ± k m k cosα ,
||
2
1 2
⋅
(3)
for angles larger and smaller than α max, respectively. The sharpest possible cone structure is determinated by
both, the diameter of fundamental beam 2 and the crystal length d along c-axis. The latter can be easily
understood by assuming the quasi-phasematching process to appear on several sites along d, which ”shifts”
the second harmonic cone laterally along the crystallographic axis. Thus, the SH-cone has an extend b on
the exit face, given by
b ,
= d ⋅ tanα max
(4)
Therefore, a dependency of the cone’s width on the thickness of the crystals with a slope of tan(17 °) ≈ 0.30
has to be expected, at least in a system where the domain lengths do not provide for momentum
contributions.
Results
Figure 2 a) shows widths of cone structures versus sizes d of SBN crystals, generated by a pulsed Nd:YAGlaser
at room temperature. To characterize the smearing of the cones, full width at 10% of maximum intensity
was chosen, as can be seen by a typical intensity distribution in the inset. Prior to the measurements, an
electric field of 300 V/mm was applied to the crystal for 30 minutes at room temperature. This field is well
above the coercive field of SBN and yields a poled crystal. This procedure was chosen to gain the longest
polar structure in order to verify the geometrical effect given in equation 4. The gray line in figure 2 a) is a
linear fit to the data with a slope of 0.27 °/mm. This value matches the expected value remarkably wel land
shows, that the second harmonic cone can not be generated exclusively by surface domains, as claimed by
Kusnetzov et al. [6], but is a bulk effect as well. This thickness-dependency, however, is not relevant for
unpoled crystals, since for such systems the cone’s structure is dominated by quasiphasematching
processes due to (shorter) ferroelectric domains (figure 2 b)).
Figure 2 b) shows the hamonic intensity as a function of k || c for unpoled SBN crystals of nearly the same
thickness d, doped with different amounts of erbium. It can be deduced, that an increasing content of the
dopant yields larger Fourier compounds along the c-axis. This is confirmed by the inset, which gives a
detailed view of the increasing k || c -distribution with increasing amount of europium.

UWE VÖLKER 153
(a) Thickness dependence of the
cone width in poled crystals. The
inset shows a typical cone
structure with the dashed line
indicating full width at 10% of
maximum.
(b) Intensity vs. |k ||c| for
selected dopings.The inset
shows the evolution for
several doped crystals.
Conclusion
Figure 2: Results for poled SBN of different thickness and for unpoled europiumdoped
SBN.
The finding, that ferroelectric domains in SBN get shorter with growing amount of rare-earth doping can be
understood by taking the crystal structure into account. SBN exhibits so called random electric fields, which
develop due to the unfilled tungsten bronze structure. This in general disturbs the electronic structure locally,
as depicted schematically in the left hand part of figure 3. Here, one unoccupied lattice site is assumed to be
twofold.
Figure 3: Left: sketch of a domain configuration in a poled SBN crystal. right: zero field cooling leads shorter
domains.
negatively charged, since both, Strontium and Barium, are embedded twofold positively charged into SBN.
By applying sufficient external electric fields to the crystal’s c-faces, i.e. poling, the dipoles are forced to align
in accordance with such fields (red arrows). Offering a domain nucleation in the absence of external fields,
e.g. zero field cooling, can lead to a domain configuration sketched in the right hand part of the same figure.
Due to electrostatic reasons, ambient dipoles are attracted by such defects and thus form ferroelectric
domains with wall-compounds perpendicular to the c-axis. Obviously, this behavior scales linearly with
dopant concentration for bulk materials, as can be gathered from figure 2 b). Thus, the disturbance of the
local electronic structure has to be considered to be enhanced (linearly) by doping, since erbium is
embedded threefold positively charged and therefore forces a complex energy-landscape. This hints to polar
properties of SBN, which are even more complex than up to now perceived. The order parameter, i.e.
spontaneous polarization Ps, exhibits clustering in both directions, perpendicular and along the
crystallographic c-axis.
Concluding, an approach to investigate ferroelectric domain pattern, whose Fourier compounds
are not usable for quasi-phasematching for optical frequency doubling directly, is introduced by
using a geometry, where a second harmonic cone is established in the uniaxial relaxor
ferroelectric SBN. By monitoring the cone’s intensity structure, we are able to identify momentum
contributions along the crystallographic c-axis, which must be connected to different domain
lengths. This effect is demonstrated to be due to bulk domains and shows a pronounced
dependency on the amount of internal electric fields caused by rare earth doping.

154 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
References
[1] D. S. Hum, M. M. Fejer, “Quasi-phasematching,” C. R. Phys. 8, 180–198 (2006).
[2] U. Voelker, K. Betzler, “Domain morphology from k-space spectroscopy of ferroelectric crystals”, Phys.
Rev. B. 74, 132104 (2006).
[3] U. Voelker, U. Heine, C. Gödecker, K. Betzler, “Domain size effects in a uniaxial ferroelectric relaxor
system: The case of Sr xBa (1−x)Nb 2O 6”, J. Appl. Phys. 102, 114112 (2007).
[4] S. Kawai, T. Ogawa, H. S. Lee, R. C. DeMattei, R. S. Feigelson, “Second-harmonic generation from
needlelike ferroelectric domains in Sr 0.6Ba 0.4Nd 2O 6 single crystals”, Appl. Phys. Lett. 73, 768–770 (1998).
[5] A. R. Tunyagi, M. Ulex, and K. Betzler, “Noncollinear optical frequency doubling in strontium barium
niobate“, Phys. Rev. Lett. 90, 243901 (2003).
[6] K. A. Kuznetsov, G. Kh. Kitaeva, A. V. Shevlyuga, L. I. Ivleva, and T. R. Volk ,“Second Harmonic
Generation in a Strontium Barium Niobate Crystal with a Random Domain Structure“, JETP Lett. 87, 98–
102(2008).
Teilnahme an bzw. Durchführung von Veranstaltungen des Graduiertenkollegs:
• Seminare des Graduiertenkollegs
Teilnahme an Konferenzen, Tagungen etc. im In- und Ausland:
• July 12-17, 2009 Nonlinear Optics (NLO), Honolulu, Hawaii, USA; talk: Investigating the domain-size
dependent ferroelectric switching behaviour with k-space spectroscopy. U. Heine, U. Voelker, K.Betzler,
M. Burianek, M. Muehlberg
• March 22-27, 2007 Annual meeting of the German Physical Society, Dresden, Germany; talk: k-space
spectroscopy on calcium barium niobate single crystals. U. Heine, U. Voelker, K.Betzler, M. Burianek, M.
Muehlberg
4. Eigene Publikationen:
• U. Heine, U. Voelker, K.Betzler, M. Burianek, M. Muehlberg. Evidence of Smolenskii’s Model for Diffuse
Phase Transitions: The Case of Calcium Barium Niobate. submitted to New Journal of Physics (2009)
• I.-I. Oprea, U. Voelker, A. Niemer, R. Pankrath, S. Podlozhenov, K. Betzler. Influence of erbium doping
on phase transition and optical properties of strontium barium niobate. submitted to Optical Materials
(2009)
• Ä. Andresen, A.-N. Bahar, D. Conradi, I.-I. Oprea, R. Pankrath, U. Voelker, K. Betzler, M. Wöhlecke, U.
Caldino, E. Martín, D. Jaque, J. Gar´cıa Solé. Spectroscopy of Eu 3+ ions in congruently strontium barium
niobate crystals. Physical Review B 77, 214102 (2008)

C PUBLIKATIONEN 155
C
Publikationen
Die nachstehende Liste umfasst die Publikationen aus dem Graduiertenkolleg, die in der
Datenbank Science Citation Index Expanded des Web of Science, erstellt vom Institute of Scientific
Information (ISI) (heute Thomson Scientific), berücksichtigt sind. Eingereichte und geplante
Veröffentlichungen sowie Veröffentlichungen in Büchern oder Konferenzberichten
sind nicht enthalten (der Umfang würde sich dadurch in etwa verdoppeln). Als Stichtag
wurde der 31. Dezember 2009 gewählt, mithin das Ende der regulären Förderperiode. Die
jüngsten Ergebnisse aus kürzlich abgeschlossenen oder noch laufenden Projekten fehlen
daher. Diese neuesten Publikationen sind über die regelmäßig aktualisierten Publikationslisten
auf den Internetdarstellungen der beteiligten Forschungsgruppen verfügbar
(http://www.physik.uni-osnabrueck.de/Forschung/Forschungsgruppen.php).
[1] T Volk, L Ivleva, P Lykov, D Isakov, V Osiko, and M Wohlecke. Modification of the
optical and photorefractive properties of Ce-doped strontium-barium niobate by co-doping
with a nonphotorefractive La impurity. Appl. Phys. Lett. 79(6):854–856, (2001).
[2] Y Hu, E Shamonina, VP Kamenov, KH Ringhofer, VY Gayvoronsky, and VV Shepelevich.
A systematic approach to diffusion recording in photorefractive sillenite crystals.
Opt. Mater. 18(1):139–142, (2001).
[3] EV Podivilov, BI Sturman, SG Odoulov, SL Pavlyuk, KV Shcherbin, VY Gayvoronsky,
KH Ringhofer, and VP Kamenov. Attractors and auto-oscillations for feedback controlled
photorefractive beam coupling. Opt. Commun. 192(3-6):399–405, (2001).
[4] EV Podivilov, BI Sturman, SG Odoulov, S Pavlyuk, KV Shcherbin, VY Gayvoronsky,
KH Ringhofer, and VP Kamenov. Dynamics of feedback controlled photorefractive
beam coupling. Phys. Rev. A 63(5):art. no.–053805, (2001).
[5] BI Sturman, EV Podivilov, VP Kamenov, E Nippolainen, and AA Kamshilin. Vectorial
wave interaction in cubic photorefractive crystals. J. Exp. Theor. Phys. 92(1):108–122,
(2001).
[6] VP Kamenov, E Shamonina, KH Ringhofer, E Nippolainen, VV Prokofiev, and
AA Kamshilin. Photorefractive light scattering families in (111)-cut Bi12TiO20 crystals
with an external electric ac field. Phys. Rev. E 63(1, Part 2):016607, (2001).
[7] K Buse, I Nee, M Muller, and E Kratzig. Development of thermally fixed holograms in
photorefractive lithium-niobate crystals without light. Opt. Mater. 18(1):17–18, (2001).
[8] I Nee, M Muller, and K Buse. Development of thermally fixed photorefractive holograms
without light. Appl. Phys. B-Lasers Opt. 72(2):195–200, (2001).
[9] J Plenge, R Flesch, MC Schurmann, and E Ruhl. Photofragmentation of nitryl chloride
in the ultraviolet regime and vacuum ultraviolet regime. J. Phys. Chem. A 105(20):4844–
4850, (2001).
[10] M Weber, E Shamonina, KH Ringhofer, and G von Bally. Reflection holograms in
sillenite crystals for double-exposure interferometry. Opt. Mater. 18(1):119–122, (2001).
[11] AE Zagorskiy, VV Shepelevich, SF Nichiporko, NN Egorov, Y Hu, KH Ringhofer,
and E Shamonina. Energy exchange optimization in (110)-cut BTO crystal by choice of
interacting waves polarization. Opt. Mater. 18(1):131–133, (2001).

156 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
[12] VV Shepelevich, SF Nichiporko, AE Zagorskiy, NN Egorov, Y Hu, KH Ringhofer,
E Shamonina, and VY Gayvoronsky. Optimization of diffraction efficiency and gain for
two-wave mixing in cubic (111)-cut photorefractive piezocrystals. Opt. Mater. 18(1):135–
138, (2001).
[13] E Shamonina, VA Kalinin, KH Ringhofer, and L Solymar. Imaging, compression
and Poynting vector streamlines for negative permittivity materials. Electron. Lett.
37(20):1243–1244, (2001).
[14] Y Hu, KH Ringhofer, and E Shamonina. Parallel subsystem: An almost precise solution
for two-wave mixing in sillenites. J. Opt. Soc. Am. B-Opt. Phys. 18(8):1137–1143,
(2001).
[15] M Wesner, C Herden, R Pankrath, D Kip, and P Moretti. Temporal development of
photorefractive solitons up to telecommunication wavelengths in strontium-barium niobate
waveguides. Phys. Rev. E 64(3, Part 2):036613, (2001).
[16] M Wesner, C Herden, and D Kip. Electrical fixing of waveguide channels in strontiumbarium
niobate crystals. Appl. Phys. B-Lasers Opt. 72(6):733–736, (2001).
[17] M Wesner, C Herden, D Kip, E Kratzig, and P Moretti. Photorefractive steady state
solitons up to telecommunication wavelengths in planar SBN waveguides. Opt. Commun.
188(1-4):69–76, (2001).
[18] M Gorkunov, M Lapine, E Shamonina, and KH Ringhofer. Effective magnetic properties
of a composite material with circular conductive elements. Eur. Phys. J. B 28(3):263–
269, (2002).
[19] EV Podivilov, BI Sturman, MV Gorkunov, VP Kamenov, and KH Ringhofer. Theory
of critical enhancement of photorefractive beam coupling. Phys. Rev. E 65(4, Part
2B):046623, (2002).
[20] MV Gorkunov, EV Podivilov, and BI Sturman. Critical enhancement of nonlinear response
in fast photorefractive crystals. J. Exp. Theor. Phys. 94(3):470–481, (2002).
[21] LI Ivleva, TR Volk, DV Isakov, VV Gladkii, NM Polozkov, and PA Lykov. Growth and
ferroelectric properties of Nd-doped strontium-barium niobate crystals. J. Cryst. Growth
237(Part 1):700–702, (2002).
[22] IL Kislova, M Gao, SE Kapphan, R Pankrath, AB Kutsenko, and VS Vikhnin. Congruent
Sr0.61Ba0.39Nb2O6 doubly doped with Ce and Cr: Photo- and thermoluminescence
investigations. Radiat. Eff. Defects Solids 157(6-12):1015–1020, (2002).
[23] S Kapphan, B Pedko, V Trepakov, M Savinov, R Pankrath, and I Kislova. Variation of
doping-dependent properties in photorefractive SrxBa1-xNb2O6 : Ce, Cr, Ce+Cr. Radiat.
Eff. Defects Solids 157(6-12):1033–1037, (2002).
[24] IL Kislova, M Gao, SE Kapphan, R Pankrath, AB Kutsenko, and VS Vikhnin. Photoand
thermoluminescence in congruent SBN crystals doped with Ce and Cr. Ferroelectrics
273:2565–2570, (2002).
[25] VS Vikhnin, R Blinc, R Pirc, SE Kapphan, IL Kislova, and PA Markovin. A model of
polar clusters in ferroelectric relaxors of PMN-type: Polaronic and charge transfer effects.
Ferroelectrics 268:677–682, (2002).

157
[26] VS Vikhnin, I Kislova, AB Kutsenko, and SE Kapphan. Charge transfer vibronic excitons
and excitonic-type polaron states: photoluminescence in SBN. Solid State Commun.
121(2-3):83–88, (2002).
[27] M Lemmer, HW Lerner, and M Bolte. Potassium transdiaquabis(malonato)chromium(III)
trihydrate. Acta Crystallogr. Sect. E.-Struct
Rep. Online 58(Part 8):m447–m448, (2002).
[28] R Flesch, J Plenge, S Kuhl, M Klusmann, and E Ruhl. Photoionization of the primary
photoproducts of A((2)Pi)-excited ClO. J. Chem. Phys. 117(21):9663–9670, (2002).
[29] R Flesch, J Plenge, MC Schurmann, S Kuhl, M Klusmann, and E Ruhl. Single-photon
ionization of the primary photofragments of chlorine monoxide. Surf. Rev. Lett. 9(1):105–
110, (2002).
[30] MP Petrov, VV Bryksin, H Vogt, F Rahe, and E Kratzig. Overall rectification and
second harmonic generation of space charge waves. Phys. Rev. B 66(8):085107, (2002).
[31] S Schwalenberg, F Rahe, and E Kratzig. Recording mechanisms of anisotropic holographic
scattering cones in photorefractive crystals. Opt. Commun. 209(4-6):467–471,
(2002).
[32] E Shamonina, VA Kalinin, KH Ringhofer, and L Solymar. Magnetoinductive waves
in one, two, and three dimensions. J. Appl. Phys. 92(10):6252–6261, (2002).
[33] E Shamonina, VA Kalinin, KH Ringhofer, and L Solymar. Short dipole as a receiver:
effective aperture shapes and streamlines of the Poynting vector. IEE Proc.-Microw.
Antennas Propag. 149(3):153–159, (2002).
[34] VV Shepelevich, SF Nichiporko, AE Zagorskiy, NN Egorov, Y Hu, KH Ringhofer,
E Shamonina, and VY Gayvoronsky. Optimization of diffraction efficiency and
gain for two- wave mixing in cubic (111)-cut photorefractive piezocrystals. Ferroelectrics
266:305–333, (2002).
[35] E Shamonina, VA Kalinin, KH Ringhofer, and L Solymar. Magneto-inductive waveguide.
Electron. Lett. 38(8):371–373, (2002).
[36] E Shamonina, KH Ringhofer, and L Solymar. Configurations optimizing the directivity
of planar Arrays. AEU-Int. J. Electron. Commun. 56(2):115–119, (2002).
[37] D Kip, C Herden, and M Wesner. All-optical signal routing using interaction of mutually
incoherent spatial solitons. Ferroelectrics 274:135–142, (2002).
[38] J Xu, V Shandarov, M Wesner, and D Kip. Observation of two-dimensional spatial
solitons in iron-doped barium-calcium titanate crystals. Phys. Status Solidi A-Appl.
Res. 189(1):R4–R5, (2002).
[39] J Imbrock, A Wirp, D Kip, E Kratzig, and D Berben. Photorefractive properties of
lithium and copper in-diffused lithium niobate crystals. J. Opt. Soc. Am. B-Opt. Phys.
19(8):1822–1829, (2002).
[40] AR Tunyagi, M Ulex, and K Betzler. Noncollinear optical frequency doubling in strontium
barium niobate. Phys. Rev. Lett. 90(24):243901, (2003).
[41] K Bastwoste, S Schwalenberg, C Baumer, and E Kratzig. Temperature and composition
dependence of birefringence of lithium-tantalate crystals determined by holographic
scattering. Phys. Status Solidi A-Appl. Res. 199(1):R1–R3, (2003).

158 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
[42] C Baumer, C David, A Tunyagi, K Betzler, H Hesse, E Kratzig, and M Wohlecke.
Composition dependence of the ultraviolet absorption edge in lithium tantalate. J. Appl.
Phys. 93(5):3102–3104, (2003).
[43] BI Sturman and OS Filippov. Solutions for vectorial beam coupling under ac field in
cubic photorefractive crystals. Phys. Rev. E 68(3, Part 2):036613, (2003).
[44] O Filippov, KH Ringhofer, and BI Sturman. Photorefractive ac-enhanced nonlinear response
of sillenites: Low- and high-contrast effects. Eur. Phys. J. D 23(2):285–290, (2003).
[45] O Filippov, KH Ringhofer, M Shamonin, E Shamonina, AA Kamshilin, E Nippolainen,
and BI Sturman. Polarization properties of light-induced scattering in Bi12TiO20
crystals: theory and experiment for diagonal geometry. J. Opt. Soc. Am. B-Opt. Phys.
20(4):677–684, (2003).
[46] B Sturman, E Podivilov, and M Gorkunov. Origin of stretched exponential relaxation
for hopping-transport models. Phys. Rev. Lett. 91(17):176602, (2003).
[47] M Gorkunov, B Sturman, M Luennemann, and K Buse. Feedback-controlled twowave
coupling in reflection geometry: application to lithium niobate crystals subjected to
extremely high external electric fields. Appl. Phys. B-Lasers Opt. 77(1):43–48, (2003).
[48] M Lapine, M Gorkunov, and KH Ringhofer. Nonlinearity of a metamaterial arising
from diode insertions into resonant conductive elements. Phys. Rev. E 67(6, Part
2):065601, (2003).
[49] BI Sturman, V Kamenov, MV Gorkunov, and KH Ringhofer. Formation of moving
light domains during photorefractive feedback-controlled beam coupling. Opt. Commun.
216(1-3):225–231, (2003).
[50] K Barwinkel, P Hage, HJ Schmidt, and J Schnack. Quantum numbers for relative
ground states of antiferromagnetic Heisenberg spin rings. Phys. Rev. B 68(5):054422,
(2003).
[51] VV Gladkii, VA Kirikov, TR Volk, DV Isakov, and ES Ivanova. Specific features in the
ferroelectric properties of Sr0.75Ba0.25Nb2O6 crystals. Phys. Solid State 45(11):2171–
2177, (2003).
[52] T Volk, D Isakov, L Ivleva, and M Wohlecke. Ferroelectric switching of strontiumbarium-niobate
crystals in pulsed fields. Appl. Phys. Lett. 83(11):2220–2222, (2003).
[53] TR Volk, DV Isakov, and LI Ivleva. Polarization of strontium-barium niobate crystals
in pulsed fields. Phys. Solid State 45(8):1537–1542, (2003).
[54] ME Savinov, VA Trepakov, S Kamba, SE Kapphan, J Petzelt, R Pankrath, IL Kislova,
AB Kutsenko, and L Jastrabik. Dielectric and infrared response of Ba0.77Ca0.23TiO3.
Ferroelectrics 295:625–632, (2003).
[55] VS Vikhnin, SE Kapphan, IL Kislova, RI Eglitis, and PA Markovin. Manifestation of
polaronic states in ferroelectric relaxor PMN. Ferroelectrics 285:665–674, (2003).
[56] SE Kapphan, I Kislova, M Wierschem, T Lindemann, M Gao, R Pankrath, VS Vikhnin,
and AB Kutsenko. Light-induced polaronic absorption at low temperature in pure
and (Fe, Ce, Cr) doped SrxBa1-xNb2O6 or Ba1-yCayTiO3 crystals and photodissociation
of VIS centers into small polarons. Radiat. Eff. Defects Solids 158(1-6):357–362, (2003).

159
[57] VS Vikhnin, SE Kapphan, IL Kislova, and PA Markovin. Polaronic states in ferroelectric
relaxor PMN. Radiat. Eff. Defects Solids 158(1-6):387–390, (2003).
[58] ML Muller, E Soergel, and K Buse. Visualization of ferroelectric domains with coherent
light. Opt. Lett. 28(24):2515–2517, (2003).
[59] M Muller, E Soergel, and K Buse. Influence of ultraviolet illumination on the poling
characteristics of lithium niobate crystals. Appl. Phys. Lett. 83(9):1824–1826, (2003).
[60] I Nee, O Beyer, M Muller, and K Buse. Multichannel wavelength-division multiplexing
with thermally fixed Bragg gratings in photorefractive lithium niobate crystals. J. Opt.
Soc. Am. B-Opt. Phys. 20(8):1593–1602, (2003).
[61] MC Wengler, M Muller, E Soergel, and K Buse. Poling dynamics of lithium niobate
crystals. Appl. Phys. B-Lasers Opt. 76(4):393–396, (2003).
[62] MP Petrov, VV Bryksin, F Rahe, CE Ruter, and E Kratzig. Space charge wave rectification
effects in photorefractive Bi12TiO20 crystals. Opt. Commun. 227(1-3):183–192,
(2003).
[63] S Schwalenberg and E Kratzig. Parametric holographic scattering processes in photorefractive
strontium-barium niobate. Appl. Phys. B-Lasers Opt. 77(1):37–41, (2003).
[64] MCK Wiltshire, E Shamonina, IR Young, and L Solymar. Dispersion characteristics
of magneto-inductive waves: comparison between theory and experiment. Electron. Lett.
39(2):215–217, (2003).
[65] M Ulex, R Pankrath, and K Betzler. Growth of strontium barium niobate: the liquidussolidus
phase diagram. J. Cryst. Growth 271(1-2):128–133, (2004).
[66] Arthur R. Tunyagi and Klaus Betzler. Lichtquelle für radial polarisiertes Licht. Deutsches
Patent- und Markenamt Patent Nr.: 102004013284, (2004).
[67] VS Serov, HW Schurmann, and E Svetogorova. Integral equation approach to reflection
and transmission of a plane TE-wave at a (linear/nonlinear) dielectric film with spatially
varying permittivity. J. Phys. A-Math. Gen. 37(10):3489–3500, (2004).
[68] A Geisler, F Homann, and HJ Schmidt. General properties and analytical approximations
of photorefractive solitons. Opt. Commun. 238(4-6):351–361, (2004).
[69] DV Isakov, TR Volk, LI Ivleva, K Betzler, C David, A Tunyagi, and M Wohlecke. Study
of ferroelectric switching by domain-wall induced light scattering. Jetp Lett. 80(4):258–
262, (2004).
[70] C David, A Tunyagi, M Ulex, M Wohlecke, K Betzler, K Lengyel, and L Kovacs.
Structure of the OH- stretching vibrational band in SrxBa1-xNb2O6. J. Appl. Phys.
95(10):5522–5526, (2004).
[71] C Baumer, C David, K Betzler, H Hesse, K Lengyel, L Kovacs, and M Wohlecke.
Composition dependence of the OH-stretch-mode spectrum in lithium tantalate. Phys.
Status Solidi A-Appl. Res. 201(4):R13–R16, (2004).
[72] M Lapine and M Gorkunov. Three-wave coupling of microwaves in metamaterial with
nonlinear resonant conductive elements. Phys. Rev. E 70(6, Part 2):066601, (2004).
[73] M Gorkunov and M Lapine. Tuning of a nonlinear metamaterial band gap by an external
magnetic field. Phys. Rev. B 70(23):235109, (2004).

160 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
[74] EV Podivilov, BI Sturman, and MV Gorkunov. Theory of periodic states for feedbackcontrolled
photorefractive nonlinear systems. J. Exp. Theor. Phys. 98(5):896–907, (2004).
[75] R Demirbilek, AI Gubaev, AB Kutsenko, SE Kapphan, IP Raevski, SA Prosandeev,
B Burton, L Jastrabik, and VS Vikhnin. Optical spectra, properties and first principles
computations of Ba(Fe,Nb)O-3 and Pb(Fe,Nb)O-3. Ferroelectrics 302:525–529, (2004).
[76] S Kapphan, A Gubaev, I Kislova, A Kutsenko, R Pankrath, and V Vikhnin. Photo
dissociation of blue-light-induced VIS-centers in SBN : Ce, Cr and in BCT : Fe into small
polarons at low temperatures. Ferroelectrics 303:705–710, (2004).
[77] A Gubaev, R Demirbilek, R Pankrath, S Kapphan, I Kislova, B Pedko, and V Trepakov.
Doping-dependent properties in Photorefractive congruent SrxBa1-xNb2O6 : Ce, Cr
crystals. Ferroelectrics 303:783–786, (2004).
[78] T Volk, D Isakov, V Salobutin, L Ivleva, P Lykov, V Ramzaev, and M Wohlecke.
Effects of Ni doping on properties of strontium-barium-niobate crystals. Solid State Commun.
130(3-4):223–226, (2004).
[79] M Muller, E Soergel, and K Buse. Light deflection from ferroelectric domain structures
in congruent lithium tantalate crystals. Appl. Optics 43(34):6344–6347, (2004).
[80] M Muller, E Soergel, MC Wengler, and K Buse. Light deflection from ferroelectric
domain boundaries. Appl. Phys. B-Lasers Opt. 78(3-4):367–370, (2004).
[81] IL Oprea, H Hesse, and K Betzler. Optical properties of bismuth borate glasses. Opt.
Mater. 26(3):235–237, (2004).
[82] J Plenge, R Flesch, S Kuhl, B Vogel, R Muller, F Stroh, and E Ruhl. Ultraviolet photolysis
of the CIO dimer. J. Phys. Chem. A 108(22):4859–4863, (2004).
[83] LH Haber, J Husband, J Plenge, and SR Leone. Mobility of t-C4H9+ in polar and
nonpolar atmospheric gases. Chem. Phys. Lett. 384(4-6):219–223, (2004).
[84] MP Petrov, VV Bryksin, CE Ruter, F Rahe, A Emgrunt, M Imlau, and E Kratzig. Rectification
of space charge waves in the semiconductor InP : Fe. Phys. Rev. B 69(24):241201,
(2004).
[85] S Schwalenberg and E Kratzig. Origin of dark holographic scattering patterns in photorefractive
crystals. Appl. Phys. B-Lasers Opt. 79(4):423–425, (2004).
[86] S Schwalenberg and E Kratzig. Parametric holographic scattering processes in photorefractive
barium-calcium titanate crystals. J. Opt. A-Pure Appl. Opt. 6(4):349–356,
(2004).
[87] E Shamonina and L Solymar. Diamagnetic properties of metamaterials: a magnetostatic
analogy. Eur. Phys. J. B 41(3):307–312, (2004).
[88] MCK Wiltshire, E Shamonina, IR Young, and L Solymar. Experimental and theoretical
study of magneto-inductive waves supported by one-dimensional arrays of “swiss rolls”. J.
Appl. Phys. 95(8):4488–4493, (2004).
[89] M Shamonin, E Shamonina, V Kalinin, and L Solymar. Properties of a metamaterial
element: Analytical solutions and numerical simulations for a singly split double ring. J.
Appl. Phys. 95(7):3778–3784, (2004).

161
[90] E Shamonina and L Solymar. Magneto-inductive waves supported by metamaterial elements:
components for a one-dimensional waveguide. J. Phys. D-Appl. Phys. 37(3):362–
367, (2004).
[91] C David, T Granzow, A Tunyagi, M Wohlecke, T Woike, K Betzler, M Ulex, M Imlau,
and R Pankrath. Composition dependence of the phase transition temperature in SrxBa1-
xNb2O6. Phys. Status Solidi A-Appl. Res. 201(8):R49–R52, (2004).
[92] H Shi, RI Eglitis, and G Borstel. Ab initio calculations of the CaF2 electronic structure
and F centers. Phys. Rev. B 72(4):045109, (2005).
[93] B Sturman, E Podivilov, and M Gorkunov. Regimes of feedback-controlled beam coupling.
Phys. Rev. E 72(1, Part 2):016621, (2005).
[94] TR Volk, NR Ivanov, DV Isakov, LI Ivleva, and PA Lykov. Electro-optical properties of
strontium-barium niobate crystals and their relation to the domain structure of the crystals.
Phys. Solid State 47(2):305–311, (2005).
[95] K Kuepper, M Kadiroglu, V Postnikov, KC Prince, M Matteucci, VR Galakhov,
H Hesse, G Borstel, and M Neumann. Electronic structure of highly ordered
Sr2FeMoO6: XPS and XES studies. J. Phys.-Condes. Matter 17(27):4309–4317, (2005).
[96] MP Petrov, VV Bryksin, AA Lebedev, M Lemmer, and M Imlau. Space-charge waves
in silicon carbide. J. Appl. Phys. 98(8):083706, (2005).
[97] D Schaniel, T Woike, C Merschjann, and M Imlau. Transient kinetics of light-induced
metastable states in single crystals and aqueous solutions of Na-2[Fe(CN)(5)NO]center dot
2H(2)O. Phys. Rev. B 72(19):195119, (2005).
[98] M Muller, E Soergel, K Buse, C Langrock, and MM Fejer. Investigation of periodically
poled lithium niobate crystals by light diffraction. J. Appl. Phys. 97(4):044102, (2005).
[99] II Oprea, H Hesse, and K Betzler. Infrared-to-visible upconversion luminescence in
neodymium-doped bismuth-borate glass. Phys. Status Solidi B-Basic Solid State Phys.
242(12):R109–R111, (2005).
[100] J Plenge, S Kuhl, B Vogel, R Muller, F Stroh, M von Hobe, R Flesch, and E Ruhl.
Bond strength of chlorine peroxide. J. Phys. Chem. A 109(30):6730–6734, (2005).
[101] S Schwalenberg. Computation of the intensities of parametric holographic scattering patterns
in photorefractive crystals. Phys. Rev. E 71(6, Part 2):066608, (2005).
[102] O Zhuromskyy, E Shamonina, and L Solymar. 2D metamaterials with hexagonal structure:
spatial resonances and near field imaging. Opt. Express 13(23):9299–9309, (2005).
[103] RRA Syms, E Shamonina, and L Solymar. Positive and negative refraction of magnetoinductive
waves in two dimensions. Eur. Phys. J. B 46(2):301–308, (2005).
[104] O Sydoruk, O Zhuromskyy, E Shamonina, and L Solymar. Phonon-like dispersion
curves of magnetoinductive waves. Appl. Phys. Lett. 87(7):072501, (2005).
[105] A Radkovskaya, M Shamonin, CJ Stevens, G Faulkner, DJ Edwards, E Shamonina,
and L Solymar. Resonant frequencies of a combination of split rings: Experimental,
analytical and numerical study. Microw. Opt. Technol. Lett. 46(5):473–476, (2005).
[106] RRA Syms, L Solymar, and E Shamonina. Absorbing terminations for magnetoinductive
waveguides. IEE Proc.-Microw. Antennas Propag. 152(2):77–81, (2005).

162 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
[107] RRA Syms, E Shamonina, V Kalinin, and L Solymar. A theory of metamaterials based
on periodically loaded transmission lines: Interaction between magnetoinductive and
electromagnetic waves. J. Appl. Phys. 97(6):064909, (2005).
[108] M Shamonin, E Shamonina, V Kalinin, and L Solymar. Resonant frequencies of a splitring
resonator: Analytical solutions and numerical simulations. Microw. Opt. Technol.
Lett. 44(2):133–136, (2005).
[109] T Volk, D Isakov, N Ivanov, L Ivleva, K Betzler, A Tunyagi, and M Wohlecke. Study
of ferroelectric domain switching by domain wall induced light scattering. J. Appl. Phys.
97(7):074102, (2005).
[110] L Wischmeier, M Wesner, and E Kratzig. Domain switching in strontium-barium niobate
crystals investigated by photorefractive self-focusing. Appl. Phys. B-Lasers Opt.
80(4-5):511–515, (2005).
[111] A Wirp, C Baumer, H Hesse, D Kip, and E Kratzig. Magnesium-doped nearstoichiometric
lithium tantalate crystals for nonlinear optics. Phys. Status Solidi A-Appl.
Mat. 202(6):1120–1123, (2005).
[112] Sergey Podlozhenov, Heribert A. Graetsch, Julius Schneider, Michael Ulex, Manfred
Woehlecke, and Klaus Betzler. Structure of strontium barium niobate SrxBa1-
xNb2O6 (SBN) in the composition range 0.32

163
[122] MV Gorkunov, IV Shadrivov, and YS Kivshar. Enhanced parametric processes in binary
metamaterials. Appl. Phys. Lett. 88(7):071912, (2006).
[123] V. A. Trepakov, A. I. Gubaev, S. E. Kapphan, P. Galinetto, F. Rossella, L. A. Boatner,
P. P. Syrnikov, and L. Jastrabik. UV light-induced IR absorption and photoconductivity
in KTa1-xNbxO3. Ferroelectrics 334:113–123, (2006).
[124] A. I. Gubaev, S. E. Kapphan, L. Jastrabik, V. A. Trepakov, and P. P. Syrnikov. Photochromism
and polaronic photocharge localization in diluted KTa1-xNbxO3. J. Appl. Phys.
100(2):023106, (2006).
[125] M. V. Gorkunov, M. V. Lapine, and S. A. Tretyakov. Methods of crystal optics for studying
electromagnetic phenomena in metamaterials: Review. Crystallogr. Rep. 51(6):1048–
1062, (2006).
[126] P. Ikonen, M. Lapine, I. Nefedov, and S. Tretyakov. Vector circuit theory for spatially
dispersive uniaxial magneto-dielectric slabs. Prog. Electromagn. Res. 63:279–294,
(2006).
[127] M. P. Petrov, V. V. Bryksin, K. Shcherbin, M. Lemmer, and M. Imlau. Trap recharging
wave mode with a linear dispersion law for space-charge waves in CdTe : Ge. Phys. Rev. B
74(8):085202, (2006).
[128] C Merschjann, D Berben, M Imlau, and M Wohlecke. Evidence for two-path recombination
of photoinduced small polarons in reduced LiNbO3. Phys. Rev. Lett.
96(18):186404, (2006).
[129] Isabella-Ioana Oprea, Hartmut Hesse, and Klaus Betzler. Luminescence of erbiumdoped
bismuth-borate glasses. Opt. Mater. 28(10):1136–1142, (2006).
[130] S Hirth, F Ostendorf, and M Reichling. Lateral manipulation of atomic size defects on
the CaF2(111) surface. Nanotechnology 17(7, Sp. Iss. SI):S148–S154, (2006).
[131] Li-Hua Bi, Ulrich Kortz, Michael H. Dickman, Saritha Nellutla, Naresh S. Dalal, Bineta
Keita, Louis Nadjo, Manuel Prinz, and Manfred Neumann. Polyoxoanion with
octahedral germanium(IV) hetero atom: Synthesis, structure, magnetism, EPR, electrochemistry
and XPS studies on the mixed-valence 14-vanadogermanate [(GeV12V2O40)-V-V-
O-IV](8-). J. Clust. Sci. 17(2):143–165, (2006).
[132] M Prinz, AF Takacs, J Schnack, I Balasz, E Burzo, U Kortz, K Kuepper, and M Neumann.
Magnetic and electronic properties of the iron-containing polyoxotungstate [Fe-
4(H2O)(10)(beta-SbW9O33)(2)](6-). J. Appl. Phys. 99(8):08J505, (2006).
[133] V. R. Galakhov, N. A. Ovechkina, A. S. Shkvarin, S. N. Shamin, E. Z. Kurmaev,
K. Kuepper, A. F. Takacs, M. Raekers, S. Robin, M. Neumann, G. N. Gavrila, A. S.
Semenova, D. G. Kellerman, T. Kaambre, and J. Nordgren. Electronic structure and
x-ray spectra of defective oxides LixCoO2. Phys. Rev. B 74(4):045120, (2006).
[134] M Raekers, K Kuepper, H Hesse, I Balasz, IG Deac, S Constantinescu, E Burzo,
M Valeanu, and M Neumann. Investigation of chemical and grain boundary effects in
highly ordered Sr2FeMoO6: XPS and Mossbauer studies. J. Optoelectron. Adv. Mater.
8(2):455–460, (2006).
[135] Juergen Schnack and Pavlo Shchelokovskyy. Solitary waves on finite-size antiferromagnetic
quantum Heisenberg spin rings. J. Magn. Magn. Mater. 306(1):79–84, (2006).

164 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
[136] O. Sydoruk, A. Radkovskaya, O. Zhuromskyy, E. Shamonina, M. Shamonin, C. J.
Stevens, G. Faulkner, D. J. Edwards, and L. Solymar. Tailoring the near-field guiding
properties of magnetic metamaterials with two resonant elements per unit cell. Phys. Rev.
B 73(22):224406, (2006).
[137] L. Solymar, O. Zhuromskyy, O. Sydoruk, E. Shamonina, I. R. Young, and R. R. A.
Syms. Rotational resonance of magnetoinductive waves: Basic concept and application to
nuclear magnetic resonance. J. Appl. Phys. 99(12):123908, (2006).
[138] K. Bastwoeste, U. Sander, and M. Imlau. Conical light scattering in strontium barium
niobate crystals related to an intrinsic composition inhomogeneity. J. Phys.-Condes.
Matter 19(15):156225, (2007).
[139] Uwe Voelker, Urs Heine, Christoph Goedecker, and Klaus Betzler. Domain size effects
in a uniaxial ferroelectric relaxor system: The case of SrxBa1-xNb2O6. J. Appl. Phys.
102(11):114112, (2007).
[140] H. Shi, R. I. Eglitis, and G. Borstel. Ab initio calculations of the oxygen-vacancy dipoles
and M centers in CaF2. Comput. Mater. Sci. 39(2):430–436, (2007).
[141] H. Shi, R. I. Eglitis, and G. Borstel. Ab initio calculations of the hydrogen centres in
CaF2 and BaF2. J. Phys.-Condes. Matter 19(5):056007, (2007).
[142] A. Selinger, U. Voelker, V. Dieckmann, M. Imlau, and M. Goulkov. Parametric hybrid
scattering from light-induced ferroelectric and photorefractive structures. Opt. Express
15(8):4684–4693, (2007).
[143] Volker Dieckmann, Andreas Selinger, Mirco Imlau, and Mikhail Goulkov. Fixed
index gratings in LiNbO3 : Fe upon long-term exposure to an intense laser beam. Opt.
Lett. 32(24):3510–3512, (2007).
[144] J. Nickel and H. W. Schurmann. Comment on “Exact solutions of the derivative nonlinear
Schrodinger equation for a nonlinear transmission line”. Phys. Rev. E 75(3, Part
2):038601, (2007).
[145] J. Nickel. Elliptic solutions to a generalized BBM equation. Phys. Lett. A 364(3-4):221–
226, (2007).
[146] J. Nickel. Travelling wave solutions to the Kuramoto-Sivashinsky equation. Chaos Solitons
Fractals 33(4):1376–1382, (2007).
[147] S. Moeller, A. Andresen, C. Merschjann, B. Zimmermann, M. Prinz, and M. Imlau.
Insight to UV-induced formation of laser damage on LiB3O5 optical surfaces during longterm
sum-frequency generation. Opt. Express 15(12):7351–7356, (2007).
[148] M. P. Petrov, V. V. Bryksin, M. Lemmer, B. Hilling, M. Woehlecke, and M. Imlau. Interactions
of optically generated space-charge waves with magnetic fields in semi-insulating
InP : Fe single crystals. Phys. Rev. B 76(3):033202, (2007).
[149] M. Lemmer, B. Hilling, M. Woehlecke, M. Imlau, A. A. Lebedev, V. V. Bryksin, and
M. P. Petrov. Trap-recharging waves versus damped, forced charge-density oscillations in
hexagonal silicon carbide. Eur. Phys. J. B 60(1):9–14, (2007).
[150] C. Merschjann, B. Schoke, and M. Imlau. Influence of chemical reduction on the particular
number densities of light-induced small electron and hole polarons in nominally pure
LiNbO3. Phys. Rev. B 76(8):085114, (2007).

165
[151] Enrica Bordignon, Johann P. Klare, Julia Holterhues, Swetlana Martell, Aliaksei
Krasnaberski, Martin Engelhard, and Heinz-Juergen Steinhoff. Analysis of lightinduced
conformational changes of Natronomonas pharaonis sensory rhodopsin II by time
resolved electron paramagnetic resonance spectroscopy. Photochem. Photobiol.
83(2):263–272, (2007).
[152] M. Kadiroglu and J. Gemmer. A Boltzmann equation approach to transport in finite
modular quantum systems. Eur. Phys. J.-Spec. Top. 151:127–133, (2007).
[153] Mehmet Kadiroglu and Jochen Gemmer. Boltzmann-equation approach to transport in
finite modular quantum systems. Phys. Rev. B 76(2):024306, (2007).
[154] C. Bartsch and P. Vidal. Statistical relaxation in closed quantum systems and the Van
Hove-limit. Eur. Phys. J.-Spec. Top. 151:29–39, (2007).
[155] C. David, A. Tunyagi, K. Betzler, and M. Woehlecke. Compositional dependence of
optical and vibrational properties of strontium barium niobate (SrxBa1-xNb2O6). Phys.
Status Solidi B-Basic Solid State Phys. 244(6):2127–2137, (2007).
[156] Frank Hesmer, Eugen Tatartschuk, Oleksandr Zhuromskyy, Anna A. Radkovskaya,
Mikahil Shamonin, Tong Hao, Chris J. Stevens, Grahame Faulkner, David J. Edwards,
Ekaterina Shamonina, Tong Hao, Chris J. Stevens, Grahame Faulkner, David
J. Edwards, and Ekaterina Shamonina. Coupling mechanisms for split ring resonators:
Theory and experiment. Phys. Status Solidi B-Basic Solid State Phys. 244(4):1170–
1175, (2007).
[157] M. Lapine and S. Tretyakov. Contemporary notes on metamaterials. IET Microw. Antennas
Propag. 1(1):3–11, (2007).
[158] V. Simon, A. Colceriu, C. Prejmerean, M. Moldovan, M. Prinz, and M. Neumann.
X-ray photoelectron spectroscopic study of composite glass fillers. J. Optoelectron. Adv.
Mater. 9(11):3350–3353, (2007).
[159] Pavel Ptacek, Helmut Schaefer, Karsten Koempe, and Markus Haase. Crystal phase
control of luminescing NaGdF4 : Eu3+ nanocrystals. Adv. Funct. Mater. 17(18):3843–
3848, (2007).
[160] Helmut Schaefer, Pavel Ptacek, Karsten Koempe, and Markus Haase. Lanthanidedoped
NaYF4 nanocrystals in aqueous solution displaying strong up-conversion emission.
Chem. Mat. 19(6):1396–1400, (2007).
[161] R. Pacurariu, M. Coldea, M. Neumann, V. Pop, O. Isnard, and M. Raekers. X-ray
photoelectron spectroscopy and magnetism of MnPd1-xSbx alloys. Phys. Status Solidi
B-Basic Solid State Phys. 244(9):3190–3197, (2007).
[162] N. Aldea, P. Marginean, V. Rednic, S. Pintea, B. Barz, A. Gluhoi, B. E. Nieuwenhuys,
Xie Yaning, F. Aldea, and M. Neumann. Crystalline and electronic structure of
gold nanoclusters determined by EXAFS, XRD and XPS methods. J. Optoelectron. Adv.
Mater. 9(5):1555–1560, (2007).
[163] L. Rednic, R. Pacurariu, V. Rednic, L. G. Pascut, V. Pop, M. Neumann, and M. Coldea.
X-ray photoelectron spectroscopy and magnetism of AlMnNi6 and Al7Mn3Ni30. J.
Optoelectron. Adv. Mater. 9(3, Sp. Iss. SI):568–571, (2007).

166 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
[164] Janis Sils, Evgeny Radzhabov, and Michael Reichling. Characterisation of oxygen
defects in calciumdifluoride. J. Phys. Chem. Solids 68(3):420–425, (2007).
[165] O. Sydoruk, E. Shamonina, and L. Solymar. Parametric amplification in coupled magnetoinductive
waveguides. J. Phys. D-Appl. Phys. 40(22):6879–6887, (2007).
[166] O. Sydoruk, E. Shamonina, and L. Solymar. Tailoring of the subwavelength focus.
Microw. Opt. Technol. Lett. 49(9):2228–2231, (2007).
[167] A. Radkovskaya, O. Sydoruk, M. Shamonin, E. Shamonina, C. J. Stevens, G. Faulkner,
D. J. Edwards, and L. Solymar. Experimental study of a bi-periodic magnetoinductive
waveguide: comparison with theory. IET Microw. Antennas Propag. 1(1):80–83,
(2007).
[168] A. Radkovskaya, O. Sydoruk, M. Shamonin, C. J. Stevens, G. Faulkner, D. J. Edwards,
E. Shamonina, and L. Solymar. Transmission properties of two shifted magnetoinductive
waveguides. Microw. Opt. Technol. Lett. 49(5):1054–1058, (2007).
[169] O. Sydoruk, M. Shamonin, A. Radkovskaya, O. Zhuromskyy, E. Shamonina,
R. Trautner, C. J. Stevens, G. Faulkner, D. J. Edwards, and L. Solymar. Mechanism of
subwavelength imaging with bilayered magnetic metamaterials: Theory and experiment. J.
Appl. Phys. 101(7):073903, (2007).
[170] Stefan Torbruegge, Michael Reichling, Atsushi Ishiyama, Seizo Morita, and Oscar
Custance. Evidence of subsurface oxygen vacancy ordering on reduced CeO2(111). Phys.
Rev. Lett. 99(5):056101, (2007).
[171] C. Mejia-Monasterio and H. Wichterich. Heat transport in quantum spin chains - Stochastic
baths vs quantum trajectories. Eur. Phys. J.-Spec. Top. 151:113–125, (2007).
[172] Hannu Wichterich, Markus J. Henrich, Heinz-Peter Breuer, Jochen Gemmer, and
Mathias Michel. Modeling heat transport through completely positive maps. Phys. Rev.
E 76(3, Part 1):031115, (2007).
[173] A. Andresen, A. N. Bahar, D. Conradi, I. I. Oprea, R. Pankrath, U. Voelker, K. Betzler,
M. Wohlecke, U. Caldino, E. Martin, D. Jaque, and J. Garcia Sole. Spectroscopy of
Eu3+ ions in congruent strontium barium niobate crystals. Phys. Rev. B 77(21):214102,
(2008).
[174] Mikhail Goulkov, Kathrin Bastwoeste, Stefan Moeller, Mirco Imlau, and Manfred
Woehlecke. Thickness dependence of photo-induced light scattering in photorefractive
ferroelectrics. J. Phys.-Condes. Matter 20(7):075225, (2008).
[175] R. Jia, H. Shi, and G. Borstel. First-principles calculations of oxygen-vacancy dipoles and
hydrogen impurities in SrF2. Phys. Rev. B 78(22):224101, (2008).
[176] R. Jia, H. Shi, and G. Borstel. Ab initio calculations for SrF2 with F- and M-centers.
Comput. Mater. Sci. 43(4):980–988, (2008).
[177] M. P. Petrov, V. V. Bryksin, B. Hilling, M. Lemmer, and M. Imlau. Trap saturation in
InP : Fe by optical interband excitation. Phys. Rev. B 78(8):085121, (2008).
[178] D. Conradi, C. Merschjann, B. Schoke, M. Imlau, G. Corradi, and K. Polgar. Influence
of Mg doping on the behaviour of polaronic light-induced absorption in LiNbO3. Phys.
Status Solidi-Rapid Res. Lett. 2(6):284–286, (2008).

167
[179] T. Weisemoeller, C. Deiter, F. Bertram, S. Gevers, A. Giussani, P. Zaumseil, T. Schroeder,
and J. Wollschlaeger. Epitaxy of single crystalline PrO2 films on Si(111). Appl.
Phys. Lett. 93(3):032905, (2008).
[180] Christian Bartsch, Robin Steinigeweg, and Jochen Gemmer. Occurrence of exponential
relaxation in closed quantum systems. Phys. Rev. E 77(1, Part 1):011119, (2008).
[181] Juergen Schnack, Peter Hage, and Heinz-Juergen Schmidt. Efficient implementation
of the Lanczos method for magnetic systems. J. Comput. Phys. 227(9):4512–4517, (2008).
[182] S. Torbruegge, J. Luebbe, L. Troeger, M. Cranney, T. Eguchi, Y. Hasegawa, and
M. Reichling. Improvement of a dynamic scanning force microscope for highest resolution
imaging in ultrahigh vacuum. Rev. Sci. Instrum. 79(8):083701, (2008).
[183] S. Torbruegge, M. Imlau, B. Schoke, C. Merschjann, O. F. Schirmer, S. Vernay,
A. Gross, V. Wesemann, and D. Rytz. Optically generated small electron and hole polarons
in nominally undoped and Fe-doped KNbO3 investigated by transient absorption
spectroscopy. Phys. Rev. B 78(12):125112, (2008).
[184] F. Ostendorf, C. Schmitz, S. Hirth, A. Kuehnle, J. J. Kolodziej, and M. Reichling.
How flat is an air-cleaved mica surface? Nanotechnology 19(30):305705, (2008).
[185] Frank Ostendorf, Stefan Torbruegge, and Michael Reichling. Atomic scale evidence
for faceting stabilization of a polar oxide surface. Phys. Rev. B 77(4):041405, (2008).
[186] Sumit Khanra, Karsten Kuepper, Thomas Weyhermueller, Manuel Prinz, Michael
Raekers, Sebastian Voget, Andrei V. Postnikov, Frank M. F. de Groot, Simon J. George,
Marin Coldea, Manfred Neumann, and Phalguni Chaudhuri. Star-shaped molecule
of (Mn4O6)-O-II core with an S-t=10 high-spin state. A theoretical and experimental
study with XPS, XMCD, and other magnetic methods. Inorg. Chem. 47(11):4605–4617,
(2008).
[187] Li-Hua Bi, Sib Sankar Mal, Nadeen H. Nsouli, Michael H. Dickman, Ulrich Kortz,
Saritha Nellutla, Naresh S. Dalal, Manuel Prinz, Georg Hofmann, and Manfred
Neumann. Mixed-valence 24-vanadophosphate decorated with six RuII(dmso)(3)
groups: [{Ru-3(II)(dmso)(9)(PV11VRuO37)-V-V-Ru-IV-O-III(OH)(3)}(2)](8-). J. Clust.
Sci. 19(1):259–273, (2008).
[188] Helmut Schaefer, Pavel Ptacek, Otmane Zerzouf, and Markus Haase. Synthesis and
Optical Properties of KYF4/Yb, Er Nanocrystals, and their Surface Modification with Undoped
KYF4. Adv. Funct. Mater. 18(19):2913–2918, (2008).
[189] K. Kuepper, M. Raekers, C. Taubitz, H. Hesse, M. Neumann, A. T. Young, C. Piamonteze,
F. Bondino, and K. C. Prince. Fe valence state of Sr2FeMoO6 probed by x-ray
absorption spectroscopy: The sample age matters. J. Appl. Phys. 104(3):036103, (2008).
[190] Ina Rianasari, Lorenz Walder, Malte Burchardt, Izabella Zawisza, and Gunther
Wittstock. Inkjet-printed thiol self-assembled monolayer structures on gold: Quality control
and microarray electrode fabrication. Langmuir 24(16):9110–9117, (2008).
[191] Vasile Rednic, Lidia Rednic, Marin Coldea, Viorel Pop, Manfred Neumann, Roxana
Pacurariu, and Arthur R. Tunyagi. X-ray photoelectron spectroscopy and magnetism of
Mn1-xAlxNi3 alloys. Cent. Eur. J. Phys. 6(3):434–439, (2008).

168 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
[192] Alexandr Shumelyuk, Alexandr VoIkov, Andreas Selinger, Mirco Imlau, and Serguey
Odoulov. Frequency-degenerate nonlinear light scattering in low-symmetry crystals.
Opt. Lett. 33(2):150–152, (2008).
[193] Stefan Torbruegge, Marion Cranney, and Michael Reichling. Morphology of step
structures on CeO2(111). Appl. Phys. Lett. 93(7):073112, (2008).
[194] Mathias Michel, Ortwin Hess, Hannu Wichterich, and Jochen Gemmer. Transport
in open spin chains: A Monte Carlo wave-function approach. Phys. Rev. B 77(10):104303,
(2008).
[195] Urs Heine, Uwe Voelker, Klaus Betzler, Manfred Burianek, and Manfred Muehlberg.
The ferroelectric phase transition of calcium barium niobate: experimental evidence
of Smolenskii’s model for diffuse phase transitions? New J. Phys. 11:083021, (2009).
[196] Isabella-Ioana Oprea, Uwe Voelker, Alexander Niemer, Rainer Pankrath, Sergey
Podlozhenov, and Klaus Betzler. Influence of erbium doping on phase transition and
optical properties of strontium barium niobate. Opt. Mater. 32(1):30–34, (2009).
[197] Sebastian Rode, Noriaki Oyabu, Kei Kobayashi, Hirofumi Yamada, and Angelika
Kuehnle. True Atomic-Resolution Imaging of (10(1)over-bar4) Calcite in Aqueous Solution
by Frequency Modulation Atomic Force Microscopy. Langmuir 25(5):2850–2853,
(2009).
[198] Volker Dieckmann, Sebastian Eicke, Jeffrey J. Rack, Theo Woike, and Mirco Imlau.
Pronounced photosensitivity of molecular [Ru(bpy)(2)(OSO)](+) solutions based on two
photoinduced linkage isomers. Opt. Express 17(17):15052–15060, (2009).
[199] D. V. Petrov, M. P. Petrov, B. Hilling, M. Lemmer, and M. Imlau. Large scale magnetic
field influence on trap recharging waves in InP:Fe and GaAs:Cr. Appl. Phys. B-Lasers
Opt. 95(3):483–488, (2009).
[200] O. F. Schirmer, M. Imlau, C. Merschjann, and B. Schoke. Electron small polarons and
bipolarons in LiNbO3. J. Phys.-Condes. Matter 21(12):123201, (2009).
[201] C. Merschjann, B. Schoke, D. Conradi, M. Imlau, G. Corradi, and K. Polgar. Absorption
cross sections and number densities of electron and hole polarons in congruently
melting LiNbO3. J. Phys.-Condes. Matter 21(1):015906, (2009).
[202] S. Gevers, T. Weisemoeller, B. Zimmermann, F. Bertram, C. Deiter, and J. Wollschlaeger.
Structural phase transition of ultra thin PrO2 films on Si(111). J. Phys.-
Condes. Matter 21(17):175408, (2009).
[203] T. Weisemoeller, F. Bertram, S. Gevers, A. Greuling, C. Deiter, H. Tobergte, M. Neumann,
J. Wollschlaeger, A. Giussani, and T. Schroeder. Postdeposition annealing induced
transition from hexagonal Pr2O3 to cubic PrO2 films on Si(111). J. Appl. Phys.
105(12):124108, (2009).
[204] T. Weisemoeller, F. Bertram, S. Gevers, C. Deiter, A. Greuling, and J. Wollschlaeger.
Effect of amorphous interface layers on crystalline thin-film x-ray diffraction. Phys. Rev.
B 79(24):245422, (2009).
[205] Mehmet Kadiroglu and Jochen Gemmer. Projection operator approach to lifetimes of
electrons in metals. Phys. Rev. B 79(13):134301, (2009).

169
[206] Christian Bartsch and Jochen Gemmer. Dynamical Typicality of Quantum Expectation
Values. Phys. Rev. Lett. 102(11):110403, (2009).
[207] Stephanie Bleicken and Kornelius Zeth. Conformational changes and protein stability
of the pro-apoptotic protein Bax. J. Bioenerg. Biomembr. 41(1):29–40, (2009).
[208] Magdalena Gellner, Karsten Koempe, and Sebastian Schluecker. Multiplexing with
SERS labels using mixed SAMs of Raman reporter molecules. Anal. Bioanal. Chem.
394(7):1839–1844, (2009).
[209] Magdalena Gellner, Bernd Kuestner, and Sebastian Schluecker. Optical properties
and SERS efficiency of tunable gold/silver nanoshells. Vib. Spectrosc. 50(1, Sp. Iss.
SI):43–47, (2009).
[210] Bernd Kuestner, Magdalena Gellner, Max Schuetz, Friedrich Schoeppler, Alexander
Marx, Philipp Stroebel, Patrick Adam, Carsten Schmuck, and Sebastian Schluecker.
SERS Labels for Red Laser Excitation: Silica-Encapsulated SAMs on Tunable Gold/Silver
Nanoshells. Angew. Chem.-Int. Edit. 48(11):1950–1953, (2009).
[211] J. Sils, S. Hausfeld, W. Clauss, U. Pahl, R. Lindner, and M. Reichling. Impurities in
synthetic fluorite for deep ultraviolet optical applications. J. Appl. Phys. 106(6):063109,
(2009).
[212] Mikhail Lapine, David Powell, Maxim Gorkunov, Ilya Shadrivov, Ricardo Marques,
and Yuri Kivshar. Structural tunability in metamaterials. Appl. Phys. Lett.
95(8):084105, (2009).
[213] Christian Motzer and Michael Reichling. High resolution study of etch figures on CaF2
(111). J. Appl. Phys. 105(6):064309, (2009).
[214] Frank Ostendorf, Carsten Schmitz, Sabine Hirth, Angelika Kuehnle, Jacek J. Kolodziej,
and Michael Reichling. Evidence for Potassium Carbonate Crystallites on Air-
Cleaved Mica Surfaces. Langmuir 25(18):10764–10767, (2009).
[215] L. Troeger, J. Schuette, F. Ostendorf, A. Kuehnle, and M. Reichling. Concept for
support and cleavage of brittle crystals. Rev. Sci. Instrum. 80(6):063703, (2009).
[216] Stefan Torbruegge, Frank Ostendorf, and Michael Reichling. Stabilization of
Zinc-Terminated ZnO(0001) by a Modified Surface Stoichiometry. J. Phys. Chem. C
113(12):4909–4914, (2009).
[217] Felix Loske, Ralf Bechstein, Jens Schuette, Frank Ostendorf, Michael Reichling, and
Angelika Kuehnle. Growth of ordered C-60 islands on TiO2(110). Nanotechnology
20(6):065606, (2009).
[218] V. Simon, S. Cavalu, S. Simon, H. Mocuta, E. Vanea, M. Prinz, and M. Neumann.
Surface functionalisation of sol-gel derived aluminosilicates in simulated body fluids. Solid
State Ion. 180(9-10):764–769, (2009).
[219] M. Raekers, K. Kuepper, S. Bartkowski, M. Prinz, A. V. Postnikov, K. Potzger,
S. Zhou, A. Arulraj, N. Stuesser, R. Uecker, W. L. Yang, and M. Neumann. Electronic
and magnetic structure of RScO3 (R=Sm,Gd,Dy) from x-ray spectroscopies and
first-principles calculations. Phys. Rev. B 79(12):125114, (2009).
[220] Manuel Prinz, Michael Raekers, Manfred Neumann, Karsten Kuepper, Sumit Khanra,
Thomas Weyhermueller, and Phalguni Chaudhuri. Synthesis, Structure, and

170 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK I GRADUIERTENKOLLEG 695
Valency Verification of a (Mn6O2)-O-III-Cluster. Z. Phys. Chemie-Int. J. Res. Phys.
Chem. Chem. Phys. 223(1-2):145–155, (2009).
[221] Helmut Schaefer, Pavel Ptacek, Henning Eickmeier, and Markus Haase. Synthesis
of Hexagonal Yb3+,Er3+-Doped NaYF4 Nanocrystals at Low Temperature. Adv. Funct.
Mater. 19(19):3091–3097, (2009).
[222] Anja Hischemoeller, Joerg Nordmann, Pavel Ptacek, Klaus Mummenhoff, and Markus
Haase. In-Vivo Imaging of the Uptake of Upconversion Nanoparticles by Plant Roots.
J. Biomed. Nanotechnol. 5(3):278–284, (2009).
[223] Christian Taubitz, Karsten Kuepper, Michael Raekers, Vadim R. Galakhov, Viorel
Felea, Vladimir Tsurkan, and Manfred Neumann. Reinvestigation of the Fe, Cu and
Cr valences in (FeCu)Cr2S4 spinels. Phys. Status Solidi B-Basic Solid State Phys.
246(7):1470–1475, (2009).
[224] K. Kuepper, M. Raekers, C. Taubitz, M. Prinz, C. Derks, M. Neumann, F. M. F. Postnikov,
A. V.and de Groot, C. Piamonteze, D. Prabhakaran, and S. J. Blundell. Charge
order, enhanced orbital moment, and absence of magnetic frustration in layered multiferroic
LuFe 2 O 4 . Phys. Rev. B 80(22):220409(R), (2009).
[225] V. Rednic, M. Coldea, S. K. Mendiratta, M. Valente, V. Pop, M. Neumann, and
L. Rednic. X-ray photoelectron spectroscopy and magnetism of Mn1-xAlxNi alloys. J.
Magn. Magn. Mater. 321(20):3415–3421, (2009).
[226] Stelian Pintea, Vasile Rednic, Petru Marginean, Nicolae Aldea, Hu Tiandou, Zhonghua
Wu, Manfred Neumann, and Florica Matei. Crystalline and electronic structure of
Ni nanoclusters supported on Al(2)O(3)and Cr2O3 investigated by XRD, XAS and XPS
methods. Superlattices Microstruct. 46(1-2):130–136, (2009).
[227] Nicolae Aldea, Vasile Rednic, Stelian Pintea, Petru Marginean, Bogdan Barz, Andreea
Gluhoi, Bernard E. Nieuwenhuys, Manfred Neumann, Xie Yaning, and Florica
Matei. Local, global and electronic structure of supported gold nanoclusters determined
by EXAFS, XRD and XPS methods. Superlattices Microstruct. 46(1-2):141–148, (2009).
[228] Roxana Pacurariu, Vasile Rednic, Marin Coldea, Diana Benea, Viorel Pop, Olivier
Isnard, and Manfred Neumann. Effects of substitution of Ni by Sb in MnNi. Phys.
Status Solidi B-Basic Solid State Phys. 246(1):50–55, (2009).
[229] O. Sydoruk, E. Tatartschuk, E. Shamonina, and L. Solymar. Analytical formulation
for the resonant frequency of split rings. J. Appl. Phys. 105(1):014903, (2009).
[230] A. Shumelyuk, M. Wesner, M. Imlau, and S. Odoulov. Wave mixing in nominally
undoped Sn2P2S6 at high light intensities. Appl. Phys. B-Lasers Opt. 95(3):497–503,
(2009).
[231] Alexandr Shumelyuk, Monika Wesner, Mirco Imlau, and Serguey Doulov. Doublephase
conjugate mirror in nominally undoped Sn2P2S6. Opt. Lett. 34(6):734–736, (2009).