http://hdl.handle.net/10900/42133 2026-05-13T16:53:32Z http://hdl.handle.net/10900/179236 The Effect of Disorder in Crystalline Materials on Structural and Spectroscopic Properties of Ln3+-Doped Alkali Yttrium Fluorides : Quantum Chemical & Experimental Assessment Conrad, Chris Steve Because of their unique optical properties, the lanthanides (Ln) are employed as do-pants in a large manifold of optoelectronic applications. The optical properties of the Ln are influenced by the local coordination environment at an atomistic level. This local environment, in turn, is linked to the (crystallographic) order or disorder present in the lattice of the host material. Energy levels, oscillator strengths, and emission spectra of lanthanides doped into either ordered or disordered host materials may, therefore, vary noticeably. For other effects, such as photon upconversion, that depend on these prop-erties, different responses are also to be expected for ordered and disordered systems. In this work, a combined theoretical and experimental investigation of the optical properties of three Ln (Er, Tm, and Yb) doped into two typical upconverting host materi-als, ordered LiYF4 and intrinsically disordered β NaYF4, is presented. The objectives of this study were to establish how crystallographic disorder influences the structure of the host material, the local symmetry of doping sites, and the optical response of Ln doped into such sites. In the first part of the study, periodic density functional theory was ap-plied to optimise the examined structures and systematically characterise the conse-quences of cation disorder in β NaYF4. The model was benchmarked by comparing its predictions with data from the literature for both LiYF4 and β NaYF4. In the second part, the optimised structures served as the basis for embedded cluster calculations to pre-dict crystal field splitting, energies, and oscillator strengths via a wavefunction-based approach for the three Ln. Results were compared to values available in the literature and showed very good agreement. In both studies, the disorder experienced by β NaYF4 was considered through a custom weighting scheme of the available disordered struc-tures. Finally, emission spectra from specifically prepared Ln-doped upconverting nano-particles were recorded and compared to those generated from the computational data sets. Great overlap between the spectra compared was observed, highlighting the va-lidity of the computational approach and the disordered nature of β NaYF4. The study demonstrated that β NaYF4 cannot be adequately described by a single representative structure. Remaining challenges are connecting the observed changes in the emission profiles to the enhanced upconversion yield observed for disordered host materials. 2026-05-13T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10900/179222 A New Apparatus for Quantum Simulation with Degenerate Mixtures of Erbium and Lithium De Martino, Alexandre Die Quantensimulation ist ein leistungsstarkesWerkzeug zur Untersuchung hoch korrelierter Systeme. Sie spielt eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung experimenteller Daten in Szenarien, in denen numerische Methoden die Komplexität von Vielteilchenproblemen nicht zuverlässig bewältigen können. In den letzten zehn Jahren haben Plattformen mit ultrakalten atomaren Gasen ihre Vielseitigkeit und Eignung als Quantensimulatoren unter Beweis gestellt. Heute liegt ein zentraler Schwerpunkt auf dem Verständnis der Hochtemperatur-Supraleitung auf mikroskopischer Ebene, wo die Fermi-Flüssigkeitstheorie und die Beschreibung der Supraleitung durch Cooper-Paare versagen. Ironischerweise sind ultrakalte Atomplattformen trotz ihrer niedrigen absoluten Temperaturen immer noch zu heiß, um das gesamte Fermi-Hubbard-Phasendiagramm zu untersuchen. Es werden weiterhin neue Wege zur Senkung der Temperaturen erforscht, um bisher unzugängliche Bereiche zu erkunden. In dieser Arbeit wird ein neues Quantengas-Experiment mit 166Er-6Li vorgestellt und die ersten experimentellen Ergebnisse präsentiert. Die Apparatur wird detailliert beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf den Er-Subsystemen liegt. Die verschiedenen Kühlstufen werden charakterisiert: Die Zeeman-Kühlung- und die “Angled slowing”, die in Kombination mit einer schmalbandigen magneto-optischen Falle verwendet werden, bilden den Ausgangspunkt. Der anschließende Transfer in eine optische Dipolfalle und der Transport über große Entfernungen mit einem optischen Gitter werden ebenfalls detailliert beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf dem Design und der Charakterisierung der Transportvorrichtung liegt. Die transportierten Atome werden in eine zweite optische Dipolfalle übertragen, die in einer Glaszelle localiziert ist, dort wird anschließend die exakte Vermessung einter tune-out Wellelänge von Er vorgenommen. Die Anisotropie der Ausstimmung wurde verwendet, um den Tensorwert der Polarisierbarkeit von Er zu bestimmen. Der dissipationsfreie Charakter der Falle wurde durch Lebensdauermessungen beider Spezies in ihren jeweiligen Fallen bestätigt. Schließlich wird über die erste Herstellung einer quantenentarteten Mischung aus 166Er und 6Li berichtet, die die Effizienz der sympathischen Kühlung von Li durch Er demonstriert. Dieses Ergebnis markiert den ersten Meilenstein für dieses Experiment, das darauf abzielt, mit einem Fermi-Gas ein bisher unerreichtes Maß an Entartung zu erreichen.; Quantum simulation is a powerful tool for the investigation of strongly correlated systems. Its role is critical to provide experimental data in scenarios where numerical methods cannot reliably handle the complexity of the many-body problems. Over the past decade, ultracold atomic gases platforms have demonstrated their versatility and suitability as quantum simulators. Today, a central point of interest is the understanding of high-temperature superconductivity on the microscopic scale, where the Fermi liquid theory and description of superconductivity by Cooper pairs break down. The governing Fermi-Hubbard model, which describes the behaviour of fermions in a lattice such as the electrons in a solid, is now implemented in quantum simulators built with cold atoms. Ironically, despite their low absolute temperatures, ultracold atoms platforms are sill too hot to probe the entire Fermi-Hubbard phase diagram. New routes to lower temperatures are still being explored, striving to reach previously inaccessible regimes. In this thesis, a new quantum-gas experiment of 166Er-6Li is presented along with the first experimental results. The apparatus is described in detail with a focus on the Er subsystems. The different cooling stages are characterized: the Zeeman slower and Angled Slowing stages, used in combination with a narrow-line magneto-optical trap form the starting point. The subsequent loading in an optical dipole trap and long-range transport with an optical lattice are also detailed, with an emphasis on the design and performance of the transport setup. The transported atoms are transferred in a second optical dipole trap built in a glass cell, where the measurement of Erbium’s tune-out wavelength was performed. The anisotropy of the tune-out was used to extract the tensor value of Er’s polarizability. The dissipationless character of the trap was confirmed by lifetime measurements of both species in their respective traps. Finally, the first production of a quantum-degenerate mixture of 166Er and 6Li is reported, demonstrating the efficiency of the sympathetic cooling of Li by Er. This results marks the first milestone for this experiment, in its pursuit of reaching unprecedented levels of degeneracy with a Fermi gas. 2026-05-13T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10900/179128 Artificial Vision: Testing of a Novel Electrical Stimulation Electrode Array and Optimization of Electrical Stimulation Parameters for Biomimetic Retinal Stimulation Peiroten, Lucia Electrical retinal implants aim to restore some artificial vision to patients, e.g., suffering from Retinitis Pigmentosa (RP), by electrically stimulating (e-stim) the remaining retinal network. Although implanted patients have demonstrated improvements in daily life activities, the implants face significant limitations in both temporal and spatial resolution. Over the last decade, optimizing stim paradigms has been the subject of several studies. However, many underlying mechanisms of retinal e-stim still remain unclear. Therefore, this project seeks to understand the effects of e-stim on the retina and to identify optimized stim strategies. By systematically investigating different stim paradigms in an appropriate RP mouse model, profound new insights were found. A newly methodical protocol was established. Degenerated mouse retinal explants were stimulated subretinally, and the evoked ganglion cell (GC) responses were recorded using Ca2+-imaging and MEA. This allowed a precise spatiotemporal analysis of the stim dependent GC activity and the investigation of the role of the neuromodulator Ca2+ in shaping GC responses. First, applying e-stim using the advanced chip layout of the RetinaSensor (dense electrode array; macro-electrodes are replaced by 6 circular arranged micro-electrodes) and activating the electrodes biomimetically could confine the GC activation spread to ~60 µm. Regarding optimized stim parameters, the systematic investigation of e-stim parameters showed the advantage of a biphasic cathodic-first pulse with the target- (stimulating) and counter- (opposite polarity as target) electrode being nearby in evoking GC responses. The significance of the target and counter-electrode positioning for future implants was further validated, as it was demonstrated that the cathode (negative electrode) elicited stronger GC responses compared to the anode (positive electrode). Moreover, applying different stim frequencies revealed a correlation between frequency, response strength and stim depth. Combined Ca2+-imaging with MEA spike recordings revealed that high-frequent stim (>5 Hz) clamped the intracellular Ca2+ electrogenically at elevated levels and lead to an outage of action potentials throughout sustained e-stim. Finally, the disintegration of the conventional 1 ms pulse into several 100 µs pulses lead to an increase in response variation within a voltage range of 0.4 V compared to e-implants, yielding higher variety in translating light intensities into e-stim. Overall, the stim strategies elaborated in this thesis combined with advanced implant design like RetinaSensor with biomimetic electrode activation will guide future studies in enhancing retinal responses spatiotemporally and be the next step to enhanced e-mediated artificial vision.; Dissertation ist gesperrt bis 22. Oktober 2027 ! 2027-10-22T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10900/179112 Entwicklung von ACKR3-spezifischen Agonisten und deren pharmakologische Wirksamkeit Kolb, Kyra Thrombozyten spielen eine zentrale Rolle in der Hämostase und Thrombose, sind jedoch auch maßgeblich an inflammatorischen Prozessen beteiligt. Neben klassischen Aktivierungsrezeptoren wurden in den letzten Jahren zunehmend Chemokinrezeptoren auf Thrombozyten beschrieben, die zur Regulation thromboinflammatorischer Prozesse beitragen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf dem atypischen Chemokinrezeptor ACKR3 (CXCR7), dessen Funktion in der Thrombozytenbiologie bislang nur unzureichend verstanden ist. Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle von ACKR3 in der Regulation thrombozytärer Funktionen zu untersuchen und die pharmakologischen Effekte neu entwickelter ACKR3-spezifischer Agonisten zu charakterisieren. Hierfür wurden verschiedene experimentelle Ansätze genutzt, darunter Durchflusszytometrie-basierte Aktivierungsanalysen, Aggregationsassays sowie Untersuchungen zur Thrombusbildung. Ergänzend wurden genetische Modelle und pharmakologische Inhibitoren eingesetzt, um zugrunde liegende Signalmechanismen zu analysieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Aktivierung von ACKR3 durch synthetische Agonisten die Thrombozytenaktivierung modulieren und thrombotische Prozesse beeinflussen kann. Im Rahmen eines Screenings wurden mehrere potenzielle ACKR3-Agonisten identifiziert, die eine Aktivierung β-Arrestin-abhängiger Signalwege induzieren und gleichzeitig thrombozytäre Aktivierungsprozesse reduzieren konnten. Darüber hinaus liefern die Daten Hinweise darauf, dass die beobachteten Effekte weitgehend unabhängig vom klassischen Chemokinrezeptor CXCR4 vermittelt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern neue Einblicke in die Funktion von ACKR3 in der Thrombozytenbiologie und unterstreichen das Potenzial dieses Rezeptors als pharmakologisches Ziel für zukünftige therapeutische Strategien zur Behandlung thromboinflammatorischer Erkrankungen. 2026-05-12T00:00:00Z