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- ItemDevelopment of a model for ultra-precise surface machining of N-BK7® using microwave-driven reactive plasma jet machining(Hoboken, NJ : Wiley Interscience, 2019) Kazemi, Faezeh; Boehm, Georg; Arnold, ThomasIn this paper, extensive studies are conducted as key to overcoming several challenging limitations in applying fluorine-based reactive plasma jet machining (PJM) to surface machining of N-BK7®, particularly regarding the manufacture of freeform optical elements. The chemical composition and lateral distributions of the residual layer are evaluated by X-ray photoelectron spectroscopy and scanning electron microscopy/energy-dispersive X-ray spectroscopy analysis aiming at clarifying the exact chemical kinetics between plasma generated active particles and the N-BK7 surface atoms. Subsequently, a model is developed by performing static etchings to consider the time-varying nonlinearity of the material removal rate and estimate the local etching rate function. Finally, the derived model is extended into the dynamic machining process, and the outcomes are compared with the experimental results.
- ItemFinding recurrence networks' threshold adaptively for a specific time series(Göttingen : Copernicus GmbH, 2014) Eroglu, D.; Marwan, N.; Prasad, S.; Kurths, J.Recurrence-plot-based recurrence networks are an approach used to analyze time series using a complex networks theory. In both approaches-recurrence plots and recurrence networks-, a threshold to identify recurrent states is required. The selection of the threshold is important in order to avoid bias of the recurrence network results. In this paper, we propose a novel method to choose a recurrence threshold adaptively. We show a comparison between the constant threshold and adaptive threshold cases to study period-chaos and even period-period transitions in the dynamics of a prototypical model system. This novel method is then used to identify climate transitions from a lake sediment record.
- ItemAnalytical and numerical results for the elasticity and adhesion of elastic films with arbitrary Poisson’s ratio and confinement(London [u.a.] : Taylor & Francis, 2022) Müller, Christian; Müser, Martin H.We present an approximate, analytical treatment for the linearly elastic response of a film with arbitrary Poisson's ratio (Formula presented.), which is indented by a flat cylindrical punch while resting on a rigid foundation. Our approach is based on a simple scaling argument allowing the vast changes of the elastomer’s effective modulus (Formula presented.) with the ratio of film height (Formula presented.) and indenter radius (Formula presented.) to be described with a compact, analytical expression. This yields exact asymptotics for large and small reduced film heights (Formula presented.), whereby it also reproduces the observation that (Formula presented.) has a pronounced minimum for (Formula presented.) at (Formula presented.). Using Green’s function molecular dynamics (GFMD), we demonstrate that the predictions for (Formula presented.) are reasonably correct and generate accurate reference data for effective modulus and pull-off force. GFMD also reveals that the nature of surface instabilities occurring during stable crack growth as well as the crack initiation itself depend sensitively on the way how continuum mechanics is terminated at small scales, that is, on parameters beyond the two dimensionless numbers (Formula presented.) and (Formula presented.) defining the continuum problem.
- ItemGrowth kinetics, thermodynamics, and phase formation of group-III and IV oxides during molecular beam epitaxy(Berlin : Humboldt-Universität zu Berlin, 2017) Vogt, PatrickDie vorliegende Arbeit präsentiert eine erste umfassende Wachstumsstudie, und erste quantitative Wachstumsmodelle, von Gruppe-III und IV Oxiden synthetisiert mit sauerstoffplasmaunterstützter Molekularstrahlepitaxie (MBE). Diese entwickelten Modelle beinhalten kinetische und thermodynamische Effekte. Die erworbenen Erkenntnisse sind auf fundamentale Wachstumsprozesse in anderen Syntheseverfahren übertragbar, wie zum Beispiel der Laserdeposition oder metallorganische Gasphasenepitaxie. Die Wachstumsraten und Desorptionsraten werden in-situ mit Laser-Reflektometrie bzw. Quadrupol-Massenspektrometrie (QMS) bestimmt. Es werden die transparenten halbleitenden Oxide Ga2O3, In2O3 und SnO2 untersucht. Es ist bekannt, dass sich das Wachstum von Gruppe-III und IV Oxiden, aufgrund der Existenz von Suboxiden, fundamental von anderen halbleitenden Materialien unterscheidet. Es stellt sich heraus, dass die Wachstumsrate der untersuchten binären Oxide durch die Formierung und Desorption von Suboxiden flussstöchiometrisch und thermisch limitiert ist. Es werden die Suboxide Ga2O für Ga2O3, In2O für In2O3 und SnO für SnO2 identifiziert. Ein Suboxid ist ein untergeordneter Oxidationszustand, und es wird gezeigt, dass die untersuchten Oxide über einen Zwei-Stufen-Prozess gebildet werden: vom Metall zum Suboxid, und weiterer Oxidation vom Suboxid zum thermodynamisch stabilen festen Metalloxid. Dieser Zwei-Stufen-Prozess ist die Basis für die Entwicklung eines ersten quantitativen, semiempirschen MBE-Wachstumsmodells für binare Oxide die Suboxide besitzen. Dieses Model beschreibt und erklärt die gemessenen Wachstumsraten und Desorptionsraten. Es wird die Kinetik und Thermodynamik des ternären Oxidsystems (InxGa1−x)2O3 untersucht. Die gemittelten Einbauraten von In und Ga in ein makroskopisches Volumen von (InxGa1−x)2O3 Dünnschichten werden ex-situ mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie gemessen. Diese Einbauraten werden systematisch analysiert und im Rahmen kinetischer und thermodynamischer Grenzen beschrieben. Es wird gezeigt, dass Ga den In-Einbau in (InxGa1−x)2O3 aufgrund seiner stabileren Ga–O Bindungen thermodynamisch verhindert. In diesen Zusammenhang wird ein neuer katalytisch-tensidischer Effekt des In auf den Einbau von Ga gefunden. Eine Folge dieses katalytisch-tensidischen Effektes ist die Formierung der thermodynamisch, metastabilen hexagonalen Ga2O3 phase mit sehr hoher Kristallqualität. Ein thermodynamisch induziertes, kinetisches Wachstumsmodel für (InxGa1−x)2O3 wird entwickelt, mit dem sich alle makroskopischen Metall-Einbauraten und Desorptionsraten vorhersagen lassen. Mögliche (InxGa1−x)2O3 Strukturen gewachsen mit MBE werden mittels Röntgenkristallographie bestimmt. Mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse wird ein erster makroskopischer Ansatz zur Bestimmung der mikroskopischen In Konzentration X in möglichen (InXGa1−X)2O3 Phasen hergeleitet. Es werden Löslichkeitsgrenzen von In bzw. Ga in monoklinem und kubischem (InXGa1−X)2O3 bestimmt.