University of Kaiserslautern
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Nachhaltigkeit und Digitalisierung-Marktübersicht mit Nachhaltigkeitsanalyse von Smartphones
Get PDFUm das Smartphone als Musterbeispiel der Digitalisierung in den Kontext von Nachhaltigkeit zu setzen, befasst sich die vorliegende Ausarbeitung im ersten Teil mit der Entwicklung eines potenziellen Nachhaltigkeitskatalog für Smartphones, um diesen dann im zweiten Teil auf verschiedene, derzeit auf dem Markt befindliche Smartphone-Modelle anzuwenden.
Folgender Use Case soll hierbei als Leitfaden fungieren:
Ein Konsument möchte ein neues Smartphone erwerben. Beim Kauf sollen vor
allem Nachhaltigkeitsaspekte im Vordergrund stehen. Worauf sollte ein Smartphone-Käufer in diesem Zuge besonders achten?
Diese Ausarbeitung wird sich daher an den folgenden Forschungsfragen orientieren:
1) Welche Merkmale sollte ein Nachhaltigkeitskatalog für Smartphones enthalten?
2) Wie sind die derzeit auf dem Markt angebotenen Smartphones unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten
einzuschätzen und zu bewerten?
Im Rahmen der Bearbeitung dieser zwei Forschungsfragen soll aufgezeigt werden, wo das Kommunikationsmedium Smartphone derzeit Nachhaltigkeitsdefizite aufweist, wo die Herausforderungen liegen und wie mögliche Lösungsansätze aussehen können
Heusler compounds for magnonic and spintronic applications
Get PDFThis thesis explores the potential of -based Heusler compounds for bridging the gap between nonlinear magnonic and spintronic applications, with a particular focus on the half-metallic . The overarching goal positions this work right at the heart of state-of-the-art research efforts towards overcoming timely societal challenges linked to the increasing importance of Artificial Intelligence and the resulting exploding demand in computation power and unconventional computing approaches.
A key potential for unconventional computing lies in the field of magnetism, notably in the sub-fields of magnonics and spintronics, where the intrinsic nonlinearity of the magnetisation dynamics promises vast possibilities for a natural device functionality beyond the conventional CMOS technology. Hereby, research in magnonics is centred around spin waves, the collective excitations of an ordered magnetic system, and their application for information transport and processing. Spintronic applications make use of spin-dependent electron transport in the form of spin (polarised) currents and its interaction with the magnetisation of a material.
Recently, sub-communities in both fields have increasingly developed towards an exploitation of the intrinsic nonlinearity, notably in the direction of nonlinear spin wave dynamics in magnonics, and nonlinear magnetisation dynamics driven by spin (polarised) currents in spintronic oscillators. Advances in both fields promise great potential for neuromorphic computing approaches. Naturally, the two fields increasingly intertwine and many promising advances and preliminary device prototypes aim at combining the "best of both worlds". This request for a combination naturally comes with a few challenges and open issues to address.
Notably, the concept of spin polarisation and its implications in combination with magnonic spin transport becomes increasingly important for research at the intersection between both fields, an open issue which is particularly timely also in view of the recently increasing interest in the spin polarisation of altermagnets and its fundamental implications.
An ideal model system intrinsically positioned at the intersection of magnonics and spintronics is given by half-metals, magnetic materials which present a full spin polarisation linked to their peculiar band structure. In particular the Heusler compound promises great potential for nonlinear applications combining desirable key parameters with the experimentally proven full spin polarisation, and additionally the high saturation magnetisation and a record-low magnetic damping for metallic films. Yet, while exploration has been done on the spintronics side, research on the magnonics side is still scarce.
In view of this context, this thesis is dedicated to an evaluation of the suitability of the half-metallic Heusler compound for an exploitation towards nonlinear magnonic and spintronic applications.
To this aim, several key aspects are addressed, resulting in a few major conclusions:
(1) Record-low nonlinear threshold powers are obtained in a microsized device with experimentally verified half-metallicity.
(2) A significant signature of the self-induced nonlinear shift is observed and can enable a frequency selective self-enhancement/self-capping behaviour as commonly sought-after in neuromorphic circuits.
(3) A defect-less device fabrication preserving an impeccable -order is achieved, showcasing the successful patterning of structures down to the smallest intended structure sizes of waveguide width.
(4) A significant cubic anisotropy is determined, not only defining the nonlinear instability ranges, but also pointing towards a significant second order term with a peculiar fingerprint on the expectable spin wave characteristics.
With these major findings, the thesis consolidates the potential of the half-metallic Heusler compound as a model system even at the nanoscale. Moreover, the results pave the way for a future exploitation in hybrid magnonic and spintronic applications, and outline several promising perspectives for future work in this freshly opened field of half-metal magnonics.Cette thèse explore le potentiel des composés de Heusler à base de pour combler le fossé entre les applications magnoniques non linéaires et spintroniques, en mettant particulièrement l'accent sur le demi-métallique. L'objectif global place ce travail au cœur des efforts de recherche de pointe visant à relever les défis sociétaux actuels liés à l'importance croissante de l'intelligence artificielle et à l'explosion de la demande en puissance de calcul et en approches informatiques non conventionnelles qui en résulte.
Le magnétisme, et plus particulièrement les sous-domaines de la magnonique et de la spintronique, offre un potentiel clé pour l'informatique non conventionnelle. En effet, la non-linéarité intrinsèque de la dynamique de l'aimantation ouvre de vastes possibilités pour la mise au point de dispositifs dépassant naturellement les capacités de la technologie CMOS conventionnelle. La recherche en magnonique est centrée sur les ondes de spin, qui sont des excitations collectives d'un système magnétique ordonné, et sur leur application au transport et au traitement de l'information. Les applications spintroniques utilisent le transport d'électrons dépendant du spin sous forme de courants de spin (polarisés) et son interaction avec l'aimantation d'un matériau.
Récemment, des sous-communautés dans ces deux domaines se sont de plus en plus orientées vers l'exploitation de la non-linéarité intrinsèque, notamment dans le sens de la dynamique non linéaire des ondes de spin en magnonique et de la dynamique non linéaire de l'aimantation induite par des courants de spin (polarisés) dans les oscillateurs spintroniques. Les progrès réalisés dans ces deux domaines sont très prometteurs pour les approches de calcul neuromorphique. Naturellement, ces deux domaines s'entremêlent de plus en plus et de nombreuses avancées prometteuses et dispositifs préliminaires visent à combiner « le meilleur des deux mondes ». Cette demande de combinaison s'accompagne naturellement de quelques défis et questions ouvertes à résoudre. Notamment, le concept de polarisation de spin et ses implications en combinaison avec le transport de spin magnonique devient de plus en plus important pour la recherche à l'intersection des deux domaines, une question ouverte qui est particulièrement d'actualité compte tenu de l'intérêt croissant récent pour la polarisation de spin dans l'altermagnétisme et ses implications fondamentales.
Les demi-métaux, matériaux magnétiques qui présentent une polarisation de spin totale liée à leur structure de bande particulière, constituent un système modèle idéal, intrinsèquement situé à l'intersection de la magnonique et de la spintronique. En particulier, le composé de Heusler offre un grand potentiel pour des applications non linéaires combinant des paramètres clés souhaitables avec une polarisation de spin de 100% prouvée expérimentalement, ainsi qu'une aimantation à saturation élevée et un amortissement magnétique record-bas pour les films métalliques. Cependant, si des recherches ont été menées dans le domaine de la spintronique, celles portant sur la magnonique sont encore rares.
Dans ce contexte, cette thèse est consacrée à l'évaluation de l'adéquation du composé de Heusler demi-métallique pour une exploitation dans des applications magnoniques et spintroniques non linéaires. À cette fin, plusieurs aspects clés sont abordés, qui aboutissent à quelques conclusions majeures :
(1) Des puissances de seuil non-linéaires les plus basses jamais reportées sont obtenues dans un dispositif de taille microscopique avec une demi-métallicité vérifiée expérimentalement.
(2) Une signature significative du décalage de fréquence non-linéaire auto-induit est observée et peut permettre un comportement d'auto-amélioration/auto-limitation sélectif en fréquence, très recherché dans les circuits neuromorphiques.
(3) La fabrication des dispositifs sans défaut préservant un ordre parfait a été réalisée, démontrant la réussite de la structuration jusqu'aux plus petites tailles prévues de de largeur de guide d'onde.
(4) Une anisotropie cubique significative a été déterminée, définissant non seulement les plages d'instabilité non-linéaire, mais indiquant également un terme d'ordre deux significatif avec une empreinte particulière sur les caractéristiques attendues des ondes de spin.
Grâce à ces découvertes majeures, la thèse consolide le potentiel du composé demi-métallique Heusler en tant que système modèle, même à l'échelle nanoscopique. De plus, les résultats ouvrent la voie à une exploitation future dans des applications hybrides magnoniques et spintroniques, et esquissent plusieurs perspectives prometteuses pour les travaux futurs dans ce nouveau domaine de la magnonique demi-métallique.Diese Arbeit untersucht das vielversprechende Potenzial von -basierten Heusler-Legierungen für die Überbrückung der Lücke zwischen nichtlinearen magnonischen und spintronischen Anwendungen, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der 100% spin-polarisierten Heusler-Legierung liegt. Das übergeordnete Ziel positioniert diese Arbeit im Herzen der aktuellen Forschungsbemühungen zur Bewältigung heutiger gesellschaftlicher Herausforderungen besonders im Zusammenhang mit der zunehmenden Bedeutung der künstlichen Intelligenz und dem daraus resultierenden explosionsartigen Bedarf an Rechenleistung und unkonventionellen Rechenansätzen.
Ein wesentliches Potenzial für unkonventionelles Computing liegt im Bereich des Magnetismus, insbesondere in den Teilgebieten Magnonik und Spintronik, wo die intrinsische Nichtlinearität der Magnetisierungsdynamik enorme Möglichkeiten für eine natürliche Funktionalität jenseits der herkömmlichen CMOS-Technologie verspricht. Dabei konzentriert sich die Forschung in der Magnonik auf Spinwellen, die kollektiven Anregungen eines geordneten magnetischen Systems, und deren Anwendung für den Transport und die Verarbeitung von Informationen. Spintronische Anwendungen hingegen nutzen den spinabhängigen Elektronentransport in Form von Spinströmen und spinpolarisierten Strömen und deren Wechselwirkung mit der Magnetisierung eines Materials.
In den letzten Jahren haben sich Subfelder in beiden Bereichen zunehmend auf die Nutzung der intrinsischen Nichtlinearität konzentriert, insbesondere in Richtung nichtlinearer Spinwellen-Dynamik in der Magnonik und Spinstrom-getriebener nichtlinearer Magnetisierungsdynamik in spintronischen Oszillatoren. Fortschritte in beiden Bereichen versprechen ein großes Potenzial für neuromorphe Computing-Ansätze. Dementsprechend verflechten sich die beiden Bereiche zunehmend, und einige vielversprechende Fortschritte zielen darauf ab, das „Beste aus beiden Welten” zu vereinen. Dieser Wunsch nach einer Kombination bringt einige Herausforderungen und offene Forschungsfragen mit sich. Insbesondere das Konzept der Spinpolarisation und seine Auswirkungen in Kombination mit dem magnonischen Spintransport gewinnen für die Forschung an der Schnittstelle beider Bereiche zunehmend an Bedeutung – eine offene Frage, die auch angesichts des zuletzt gestiegenen Interesses an der Spinpolarisation von Altermagneten und ihren grundlegenden Auswirkungen besonders aktuell ist.
Ein ideales Modellsystem, das sich intrinsisch an der Schnittstelle zwischen Magnonik und Spintronik befindet, sind halb-metall-magnetische Materialien, die aufgrund ihrer besonderen Bandstruktur eine vollständige Spinpolarisation aufweisen. Insbesondere die Heusler-Verbindung verspricht großes Potenzial für nichtlineare Anwendungen, da sie wünschenswerte Schlüsselparameter mit der experimentell nachgewiesenen vollständigen Spinpolarisation sowie einer hohen Sättigungsmagnetisierung und einer rekordverdächtig niedrigen magnetischen Dämpfung für metallische Schichten kombiniert. Während auf der Seite der Spintronik bereits einige Untersuchungen an diesem Material durchgeführt wurden, sind auf der Seite der Magnonik noch kaum Forschungsarbeiten zu verzeichnen.
Vor diesem Hintergrund widmet sich diese Arbeit der Bewertung der Eignung der halbmetallischen Heusler-Verbindung für nichtlineare magnonische und spintronische Anwendungen. Zu diesem Zweck werden mehrere Schlüsselaspekte untersucht, die zu einigen wichtigen Schlussfolgerungen führen:
(1) In einem mikrodimensionierten -Wellenleiter mit experimentell nachgewiesener 100% Spinpolarisation werden rekordverdächtig niedrige nichtlineare Schwellenleistungen erzielt.
(2) Es wird ein deutliches Anzeichen für eine selbstinduzierte nichtlineare Verschiebung beobachtet, die ein frequenzselektives Selbstverstärkungs-/Selbstbegrenzungsverhalten ermöglichen könnte, wie es in neuromorphen Anwendungen häufig angestrebt wird.
(3) Es wird eine erfolgreiche Mikrostrukturierung unter Beibehaltung einer einwandfreien -Ordnung erreicht, die die Strukturierung bis hin zu den kleinsten vorgesehenen Strukturgrößen mit einer Wellenleiterbreite von demonstriert.
(4) Es wird ein signifikanter kubischer Anisotropiebeitrag bestimmt, der nicht nur die Bereiche der nichtlinearen Instabilität definiert, sondern auch auf einen nicht vernachlässigbaren Term zweiter Ordnung mit besonderen Auswirkungen auf die zu erwartenden Spinwellencharakteristika hinweist.
Mit diesen wichtigen Erkenntnissen festigt die Arbeit das Potenzial der 100% spinpolarisierten Heusler-Verbindung als Modellsystem sogar im Nanobereich. Darüber hinaus ebnen die Ergebnisse den Weg für eine zukünftige Nutzung in hybriden magnonischen und spintronischen Anwendungen und die Schlussfolgerungen skizzieren werden mehrere vielversprechende Perspektiven für zukünftige Forschungsarbeiten in dem neu begründeten Forschungsfeld der Halb-Metall-Magnonik
Produktion von Polyhydroxyalkanoaten aus nährstoffreichen Vakuumtoilettenabwässern und Küchenabfällen
Get PDFPHA sind mikrobiologisch abbaubare Polymere und können aus Sekundärrohstoffen hergestellt werden. Schwarzwasser aus Vakuumtoiletten und Küchenabfälle sind aufgrund ihres Kohlenstoffgehalts potenziell geeignete Substrate. Hohe Nährstoffgehalte und eine komplexe Substratmatrix stellen jedoch Hürden dar, da diese nach der Literatur die PHA-Produktion inhibieren. Die Kombination mit Verfahren zur Nährstoffrückgewinnung ist eine vielversprechende Technologie, um diesem Problem zu begegnen. In dieser Dissertation wurden sowohl nährstoffreiche als auch nährstoffreduzierte Substrate in einem dreistufigen Prozess aus anaerober Versäuerung, Biomasseslektion und PHA-Akkumulation unter-sucht. Dabei war das Ziel herauszufinden unter welchen Betriebsbedingungen eine PHA-Produktion aus Schwarzwasser und Küchenabfällen möglich ist.
In der anaeroben Versäuerung werden komplexe organische Moleküle bakteriell zu organischen Säuren umgewandelt, die als Substrat für die PHA-Produktion dienen. In Batchversuchen mit Schwarzwasser und Küchenabfällen wurden der pH-Wert, die Temperatur und die Konzentration der Küchenabfälle variiert, um die geeigneten Betriebsparameter für hohe Versäuerungsgrade und eine Beeinflussung des Produktspektrums zu finden. Die höchsten Versäuerungsgrade von 53% konnten bei Konzentrationen der Küchenabfälle von 62,5 g/L im mesophilen und pH-ungeregelten Betrieb erzielt werden. Essigsäure war in allen Versuchen dominierend, durch den pH-Wert konnte das weitere Produktspektrum jedoch beeinflusst werden. Bei pH 5 fand eine Lösungsmittelgärung statt, bei pH 6 eine Buttersäuregärung und bei pH 8 eine Propionsäuregärung. Dadurch können die produzierten PHA bereits teilweise in der Versäuerung beeinflusst werden.
Die Selektion einer Bioasse, die reich an PHA-produzierenden Bakterien ist, kann durch ein Feast-Famine-Regime erreicht werden. Während eines zeitlich begrenzten Substratüberschusses können diese Bakterien Energie als PHA speichern und haben während des darauffolgenden längeren Substratmangels einen Selektionsvorteil. Als Substrat kamen hier sowohl nährstoffreiche als auch nährstoffreduzierte Substrate zum Einsatz. Mit beiden Substraten konnte erfolgreich eine PHA-produzierende Biomasse selektiert werden. Mit nährstoffreduzierten Substraten gelang es im besten Fall innerhalb von 8 Tagen 71% PHA-Produzenten mit PHA-Zellgehalten von bis zu 67% zu erreichen, im Gegensatz zu 38% Zellgehalt mit nährstoffreichem Substrat. Eine vorausgehende Nährstoffrückgewinnung ist für die Biomasseselektion somit von Vorteil, auch wenn gezeigt werden konnte, dass hohe Nährstoffkonzentrationen der PHA-Produktion nicht entgegenstehen.
In der PHA-Akkumulation erfolgt ein dauerhafter Substratüberschuss, der die selektierten Bakterien zur PHA-Produktion anregt. In zahlreichen Versuchen kamen nährstoffreiche, nährstoffreduzierte und nährstofffreie reale und synthetische Substrate aus Schwarzwasser und Küchenabfällen zum Einsatz. Die Nutzung des gleichen Substrats wie in der Biomasselektion führte zu PHA-Zellgehalten von bestenfalls 45% und PHA-Konzentrationen von 449 mg/L. Durch ein phosphorfreies Substrat konnte der PHA-Zellgehalt weiter auf 60% gesteigert werden. Die PHA-Konzentration war mit 1.085 mg/L jedoch in einem zwar stickstoffreduzierten jedoch phosphorreichen Substrat am höchsten. Die Skalierung des Prozesses auf einen halbtechnischen Maßstab war mit 47% PHA-Zellgehalt ebenfalls erfolgreich.PHAs are microbiologicall degradable polymers that can be produced from secondary raw materials. Black water from vacuum toilets and kitchen waste are potentially suitable substrates due to their high carbon content. However, high nutrient concentrations and a complex substrate matrix could possibly inhibit the production of PHA according to the literature. The combination with nutrient recovery processes could be a promising technology to tackle this problem. In this thesis, both nutrient-rich and nutrient-reduced substrates were investigated in a three-stage process consisting of an anaerobic acidification, a biomass selection and a PHA-accumulation. The objective was to demonstrate the general suitability of black water and kitchen waste as substrates and to determine good operating conditions.
In the anaerobic acidification, bacteria convert complex organic molecules into organic acids, which serve as a substrate for PHA production. In batch tests involving black water and kitchen waste, pH value, temperature, and kitchen waste concentration were varied to determine suitable operating parameters for achieving high acidification levels and influencing the product spectrum. The highest acidification level of 53% was achieved with a kitchen waste concentration of 62.5 g/L under mesophilic conditions with an unregulated pH. Acetic acid was dominant in all tests, but the pH value influenced the remainder of the pro-duct spectrum. Solvent fermentation occurred at pH 5, butyric acid fermentation at pH 6, and propionic acid fermentation at pH 8, meaning that PHA produced in the later processes can partially be influenced during the acidification.
The selection of a biomass rich in PHA-producing bacteria can be achieved by a feast-famine regime. During periods of temporary substrate surplus, these bacteria have the capacity to store energy as PHA, which brings them a selection advantage during the subsequent prolonged period of substrate deficiency. Here, both nutrient-rich and nutrient-reduced substrates were used. The selection of a PHA-producing biomass was successfully achieved with both substrates. In the best case, 71% PHA producers with PHA cell contents of up to 67% were achieved within 8 days with nutrient-reduced substrates, in contrast to 38% cell content with nutrient-rich substrates. Prior nutrient recovery is therefore advantageous for biomass selection, even if it could be shown that high nutrient concentrations do not inhibit PHA production.
In the process of the PHA accumulation, a permanent excess of substrate stimulates the selected bacteria to produce PHA. Nutrient-rich, nutrient-reduced and nutrient-free real and synthetic substrates of blackwater and kitchen waste were used in numerous experiments. The use of the same substrate as in the biomass selection resulted in PHA cell contents of 45% at best and PHA concentrations of 449 mg/L. Using a phosphorus-free substrate, the PHA cell content could be further increased to 60%. However, the PHA concentration of 1,085 mg/L was found to be highest in a nitrogen-reduced but phosphorus-rich substrate. Finally, the process was successfully scaled up to a semi-industrial scale, yielding a PHA cell content of 47%
Establishment of the Ribo-Seq method and Exploration of the Translatome in Chlamydomonas reinhardtii
Get PDFTranslation is a ubiquitous, yet enigmatic process central to all cellular life on earth. Despite being a subject of research for many decades, its enormous complexity makes it difficult to study translation. The development of the Ribo-Seq technique, a combination of classical ribosome profiling and next generation sequencing, enabled scientists to get a closer view at translating ribosomes than ever before. This technique allows to investigate the topic with unprecedented detail and to generate deep insights into the mechanics and regulation of translation. In this study, a Ribo-Seq protocol for C. reinhardtii and a Python module for the analysis of Ribo-Seq data was presented. The data generated was analyzed translatome-wide and its quality was assessed regarding sequencing depth, the RPF’s frame preference and their length distribution. The data delivered deep insights into the mixotrophic translatome, clearly demonstrating the dominance of anabolism-related transcripts. Analysis of 5’-P-site offsets shed light on the mechanics of cytosolic translation revealing a clear tri-nucleotide periodicity of cytosolic RPFs. It was shown that ribosome profiles reproducibly reflect the dynamics of translation and can be utilized to refine genomic annotations. The appearance of an RNAi-related ribosome-binding protein (VIG1) among the 150 top-translated transcripts, together with the frequent observation of extreme RPF-coverage within initiation regions indicates that regulation of cytosolic translation in C. reinhardtii may be more complex than previously anticipated. Analysis of chloroplast RPFs indicated that chloroplasts evolved highly specific mechanisms to fine-tune translation and that translational activity in the chloroplast may be regulated on a high level by the titers or ribosomal proteins Rpl20 and PRPL7. An analysis of the translatome of a knock-down mutant of uS11c revealed four transcripts depending on the protein for translation as well as a list of transcripts putatively involved in the formation of palmelloid colonies. Additionally, a seRP approach suggested psaB and ftsH as targets of a transient co-translational interaction of cpSRP54 with the chloroplast ribosome and pointed towards the protein’s involvement in a putative co-translational protein import pathway into the chloroplast. Parts of this study have been published previously in a scientific Journal in the publication “Utilizing high-resolution ribosome profiling for the global investigation of gene expression in Chlamydomonas” (Gotsmann et al., 2024). Furthermore, the RPF coverage of genes in the C. reinhardtii genome, version 6.1 was published on the Phytozome platform (Goodstein et al., 2012) to enable the scientific community to compare existing genomic annotations against Ribo-Seq data
A Developmental Investigation of Core Priming Effects on the Dative Alternation in German-Speaking Monolingual and Bilingual Children and Adults
Get PDFThis dissertation investigates the developmental trajectory of abstract and lexically dependent syntactic representations in monolingually and bilingually raised children. To examine the nature of these representations, the dissertation employs the structural priming paradigm—the tendency to reproduce previously encountered syntactic structures independent of specific lexical items (Bock, 1986). Structural priming provides a powerful methodological tool for investigating how syntactic knowledge develops and how structural representations are shaped by linguistic experience.
The empirical focus of the dissertation is the dative alternation in German, which contrasts double-object constructions (e.g., Dora sent Boots the rabbit) with prepositional-object constructions (e.g., Dora sent the rabbit to Boots). Importantly, the prepositional-object construction is strongly dispreferred in German and rarely occurs in the linguistic input to young children. Evidence for this distribution is established through a corpus analysis of child-directed speech from the CHILDES database as well as an acceptability judgment and elicited production study with adult speakers.
Building on these findings, Chapter 5 presents two structural priming experiments examining the production of the German dative alternation in monolingual and bilingual children across three age groups (3–4 years, 5–6 years, and 7–8 years) as well as in adults. The results reveal robust immediate and cumulative structural priming effects across all age groups. However, these effects are strongest in the youngest children and gradually decrease with age. This pattern suggests that syntactic representations in younger children are less stable than in adults and therefore more susceptible to adaptation both immediately and over time, potentially due to stronger surprisal when encountering less expected structures.
In contrast, lexical boost effects were absent in the youngest group but emerged gradually with increasing age. This developmental pattern may reflect limitations in younger children’s working-memory capacity, which may constrain their ability to temporarily maintain lexical information that could strengthen priming effects. Alternatively, it may reflect still-developing links between verbs and their associated argument structures in the mental lexicon, which may become more firmly established with increasing age.
Taken together, the findings support the Implicit Learning Account of structural priming, according to which syntactic representations are continuously updated through exposure to structural input via prediction-error mechanisms. The results suggest that structural learning mechanisms are particularly active early in development, whereas lexically dependent priming effects emerge only later as children’s cognitive and linguistic systems mature. More broadly, the dissertation contributes to our understanding of how syntactic representations develop in both monolingual and bilingual acquisition and how structural frequency and lexical information interact in shaping children’s syntactic choices
Die Wirkung von Metaphern im systemischen Coaching: Ein Werkzeug zur Veränderung von Denkmustern, Emotionen und Handlungsspielräumen
Get PDFDie Arbeit untersucht die Möglichkeit einer gezielten Einsetzbarkeit von Metaphern im systemischen Coaching im Hinblick auf die mögliche Unterstützung im Rahmen von individuellen Veränderungsprozessen. Die kognitive als auch emotionale Wirkung von Metaphern im Coachingprozess wird analysiert.
Es erfolgt eine theoretische Fundierung des Metaphernbegriffs unter Einbezug verschiedener disziplinärer Ansätze sowie die Untersuchung der Wirkmechanismen von Metaphern in Bezug auf Kognition, Emotion, körperliche Prozesse und Verhalten. Der menschliche Veränderungsprozess wird in Beziehung zur Metaphernarbeit gesetzt sowie die Berücksichtigung des Einflusses von Glaubenssätzen, Werten und Emotionen.
Das systemische Coaching wird von anderen Beratungsansätzen abgegrenzt und die Eignung von Metaphern innerhalb des systemischen Ansatz diskutiert mit Schwerpunkt auf Perspektivwechsel und Anschlussfähigkeit.
Es wird der Frage nachgegangen, inwieweit Metaphern im systemischen Coaching als wirksames Instrument im individuellen Veränderungsprozess betrachtet werden können und die Nutzung klient:inseitiger und coach:inseitiger Nutzung untersucht. Auf dieser Grundlage wird ein Modell zur systematischen Integration von Metaphern entwickelt
Transferförderliche Methoden für die Hochschullehre - Ein Methoden-Reader
Get PDFDer vorliegende Methoden-Reader bietet eine praxisnahe Sammlung von Lehr-Lern-Methoden, die speziell darauf abzielen, den Transfer von Wissen und Kompetenzen in der Hochschullehre zu fördern. Im Mittelpunkt stehen Formate, die Lernprozesse aktivieren, Inhalte vertiefen und die Anwendung des Gelernten in unterschiedlichen Kontexten unterstützen.
Die Methoden sind vielseitig einsetzbar – in Vorlesungen, Seminaren oder Workshops – und eignen sich besonders für eine Lehrpraxis, die Studierende zur aktiven Auseinandersetzung mit Inhalten anregen möchte. Die Bandbreite reicht von diskussionsorientierten und kollaborativen Formaten bis hin zu spielerischen oder digitalen Elementen.
Ziel dieses Readers ist es, Dozierenden unkomplizierte Anregungen zur Gestaltung transferförderlicher Lehrsituationen an die Hand zu geben und damit Impulse für eine wirksame und transferförderliche Hochschullehre zu setzen
Exploiting redox activity: Spin crossover, photoactivity and single molecule magnetism in mono-, di- and trinuclear complexes of diazapyridinophane and 2,2'-azobispyridine
Get PDFThis work describes the synthesis and characterization of mono-, di- and trinuclear complexes of first-, second- and third-row transition metal ions with the redoxactive ligand 2,2'-azobispyridine (abpy) and the macrocyclic diazapyridinophane ligands N,N'-Dimethyl-2,11-diaza[3.3](2.6)pyridinophane and N,N'-Di-tert-butyl-2,11-diaza[3.3](2.6)pyridinophane . Depending on the redox state of the ligand and the metal ions, different spin states are realized, in some case leading to thermal spin crossover. Furthermore, interesting properties could be observed, including photoactivity and single molecule magnetism. In combination with iridium(III) or ruthenium(II) ions, heterodinuclear complexes () and (M = Fe(II), Co(II); ppy = 2-phenylpyridinyl; bpy = 2,2’-bipyridine) were synthesized. The heterodinuclear low-spin complexes of the radical monoanion all display photoactive properties and were shown to undergo reductive quenching upon irradiation. This leads to complexes of the dianion and to the activation of spin crossover properties. The ruthenium(II) complex was synthesized and compared to . It could be shown that with the sterically demanding tert-butyl-substituted ligand it is possible to generate three different redox states of the azopyridine ligand in the mononuclear complexes (M = Fe(II), Co(II), Ni(II)) and . In the complexes of radical , strong coupling with the metal ions and spin state changes are observed. The second reduction leads to the very basic hydrazido ligand that in the case of is stabilized by protonation and hydrogen bonding between two complex cations. Based on this observation, trinuclear complexes (M = Fe(II), Co(II), Ni(II), Zn(II)) around a central, pseudotetrahedral cobalt(II) ion were synthesized and investigated. It was found that, depending on the peripheral metal ions, single molecule magnetism can be observed. The extent of this effect is a function of the unpaired electrons on the peripheral metal ions. Oxidation of quenches the single molecule magnetism and leads to what can be described as a rare case of pseudotetrahedral low-spin cobalt(III) complexes. Furthermore, unusual reactivities of azobispyridine complexes were observed and investigated, like the cobalt(II) half-sandwich complex (Cp = cyclopentadienyl) and aromatic hydroxylation of abpy in solid , leading to ( = 2-(pyridine-3-olato)-2'-azopyridine).Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden mono-, di- und trinukleare Komplexe von 3d-, 4d- und 5d-Übergangsmetallen mit dem redoxaktiven Liganden 2,2'-Azobispyridin (abpy) und den makrozyklischen Diazapyridinophanliganden N,N'-Dimethyl-2,11-diaza[3.3](2.6)pyridinophan und N,N'-Di-tert-butyl-2,11-diaza[3.3](2.6)pyridinophan . Je nach Metallion und Redoxzustand des Azopyridinliganden lassen sich verschiedene Spinzustände realisieren, in manchen Fällen auch Spincrossover. Weiterhin lassen sich Phänomene wie Photoaktivität und Einzelmolekülmagnetismus beobachten. In Kombination mit mit Iridium(III)- oder Ruthenium(II)-Ionen wurden die heterodinuklearen Komplexe und (M = Fe(II), Co(II); ppy = 2-phenylpyridinyl; bpy = 2,2’-bipyridin) synthetisiert. Die heterodinuklearen low-spin Komplexe des radikalischen Monoanions zeigen Photoaktivität unter reduktivem Quenching des angeregten Zustandes, was zur Aktivierung von Spincrossovereigenschaften in den photoreduzierten Komplexen führt. Der Ruthenium(II)-Komplex wurde als schweres Analogon zu synthetisiert, charakterisiert und mit verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass der sterisch anspruchsvollere, tert-butyl-substituierte Ligand es erlaubt, die mononuklearen Komplexe (M = Fe(II), Co(II), Ni(II)) und herzustellen. Die Radikalkomplexe zeigen hierbei sowohl starke Kopplungen zwischen Metallion und Radikalligand, als auch metallabhängig Spinzustandswechsel. Die zweite Reduktion von abpy im Komplex führt zum stark basischen Hydrazidoliganden , der im Fall von durch Protonierung und Wasserstoffbrückenbindungen zwischen zwei Komplexkationen stabilisiert wird. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden die trinuklearen Komplexe (M = Fe(II), Co(II), Ni(II), Zn(II)) synthetisiert, die ein zentrales, pseudotetraedrisches Cobalt(II)-Ion enthalten. Es konnte gezeigt werden, dass diese je nach verwendetem Metallion M Einzelmolekülmagnetismus aufweisen. Die Stärke dieses Effekts ist abhängig von der Anzahl der ungepaarten Elektronen in den äußeren Metallionen. Die Oxidation von führt zum Quenching des Einzelmolekülmagnetismus und zu Komplexen, die als seltene Beispiele für pseudotetraedrische low-spin Cobalt(III)-Komplexe beschrieben werden können. Weiterhin konnten außergewöhnliche Reaktivitäten von Komplexen des Azobispyridins beobachtet und untersucht werden, wie beispielsweise der Cobalt(II)-Halbsandwichkomplex (Cp = cyclopentadienyl) und die aromatische Hydroxylierung von abpy im Feststoff von , welche zu ( = 2-(pyridine-3-olato)-2'-azopyridin) führt
Anthropogenic pressures on riparian communities: insights from genomic tools
Get PDFRiparian ecosystems, situated at the interface of aquatic and terrestrial environments, support exceptionally high biodiversity and provide critical ecosystem functions, including nutrient cycling, habitat provision, and cross-boundary energy transfer. Despite their ecological importance, these systems face increasing anthropogenic pressures such as pollution, hydrological alteration, and habitat degradation, which threaten their biodiversity and functioning. Understanding how riparian communities respond to such stressors requires an integrative perspective that considers three key dimensions: organismal composition, ecological interactions, and evolutionary processes.
This thesis combines genomic approaches with stress-ecology experiments to investigate how riparian invertebrate communities respond to human-induced stressors across these dimensions. In Chapter I, community metabarcoding was applied to assess how exposure to the mosquito control biocide Bacillus thuringiensis israelensis (Bti) alters chironomid emergence dynamics. A novel direct PCR metabarcoding workflow was developed, providing a cost-effective and reliable tool to capture community composition. Results indicated that altered emergence patterns were less driven by strong taxon-specific sensitivities than initially hypothesized.
In Chapter II, gut content metabarcoding of riparian spiders was used to evaluate how hydrological drought reshapes trophic interactions across aquatic-terrestrial boundaries. A bleach-wash protocol was validated to remove external DNA contamination, enabling reliable dietary analyses. Results uncovered cryptic diversity within Tetragnatha spiders and showed species-specific responses to drought, suggesting that shifts in ecological niches and competition, rather than changes in prey availability, structured riparian predator populations.
In Chapter III, an experimental evolution framework was applied to Chironomus riparius populations chronically exposed to Bti and copper. Population genomic analyses revealed pollutant-specific signatures of selection, linked to midgut cell repair in Bti-exposed populations and to detoxification pathways under copper exposure. These findings provide mechanistic insights into how genomic adaptation can occur within only a few generations, even before consistent phenotypic changes are detectable.
Taken together, the findings demonstrate that genomic tools can substantially refine our understanding of riparian communities by resolving hidden diversity, clarifying mechanisms underlying ecological interactions, and uncovering genetic pathways of adaptation. Beyond methodological advances, this thesis highlights the interconnectedness of ecological and evolutionary processes in shaping community resilience under anthropogenic stress. By integrating composition, interaction, and evolution, the work provides a framework for anticipating how riparian ecosystems, and other connected habitats, may persist, reorganize, or decline under ongoing global change
Die KI-Verordnung - konkreter Handlungsbedarf
Get PDFDie Masterarbeit beleuchtet den konkreten betrieblichen Handlungsbedarf, der sich aus der KI-Verordnung für Anbieter und Betreiber von KI-Systemen ergibt. Zunächst wird dargestellt, unter welchen Voraussetzungen Unternehmen in den Anwendungsbereich der Verordnung fallen und damit von ihren Regelungen erfasst sind. Anschließend folgt eine Klassifizierung der KI-Systeme in unterschiedliche Risikoklassen, die maßgeblich für die jeweiligen Pflichten sind, ergänzt durch Praxisbeispiele zur Verdeutlichung, welcher Kategorie die in Unternehmen eingesetzten KI-Systeme unterliegen. Nach der insofern dargestellten Illustration der allgemeinen Handlungsnotwendigkeiten wird der weitergehende universelle Handlungsbedarf analysiert, der für alle von den Regelungen der Verordnung betroffenen Unternehmen relevant ist und sich in Mapping und die Sicherstellung von KI-Compliance, die unternehmensweite Vermittlung und Aufrechterhaltung von KI-Kompetenz sowie die Einführung organisatorischer Strukturmaßnahmen aufgliedert. Danach wird der risikospezifische Handlungsbedarf anhand von selektierten, wesentlichen Pflichten verschiedener Risikokategorien erörtert und praktische Umsetzungsmöglichkeiten aufgezeigt – mit einem Fokus auf dem für Hochrisiko-KI-Systeme eine zentrale Rolle einnehmenden Risikomanagementsystem (Art. 9 KI-VO) und der für KI-Systeme mit begrenztem Risiko bestehenden Deepfake-Kennzeichnungspflicht (Art. 50 Abs. 4 UAbs. 1 KI-VO). Die Ausarbeitung schließt mit einer resümierenden Darstellung der Ergebnisse und praktischen Handlungsempfehlungen, die Unternehmen eine Orientierung für den rechtskonformen und verantwortungsvollen Einsatz von KI-Systemen im Einklang mit den regulatorischen Vorgaben der KI-VO bieten