Graphene on the C-terminated SiC (000 1ˉ\bar{1}) surface: An ab initio study

The atomic and electronic structures of a graphene layer on top of the $(2\times2)$ reconstruction of the SiC (000$\bar{1}$) surface are studied from ab initio calculations. At variance with the (0001) face, no C bufferlayer is found here. Si adatoms passivate the substrate surface so that the very first C layer presents a linear dispersion characteristic of graphene. A small graphene-substrate interaction remains in agreement with scanning tunneling experiments (F.Hiebel et al. {\it Phys. Rev. B} {\bf 78} 153412 (2008)). The stacking geometry has little influence on the interaction which explains the rotational disorder observed on this face.Comment: 4 pages, 3 figures, additional materia

Novalis

Originally published in 1954, Hiebel's "Novalis" was the first critical evaluation in English of the life and works of Novalis (1772-1801), the German Romantic poet of the Blue Flower, since Thomas Carlyle's essay in 1829. This book presents not only a fully rounded picture of the man, the philosopher and scientist, the writer of beautiful fairy tales, the mystic poet of Christianity, but also a thoughtful commentary on one of the most influential and fruitful periods in German intellectual life. Hiebel combines the exactness required of the scholar with the creative writer's intuitive appreciation of a great poet's works

Contextual Bandit Modeling for Dynamic Runtime Control in Computer Systems

Modern operating systems and microarchitectures provide a myriad of mechanisms for monitoring and affecting system operation and resource utilization at runtime. Dynamic runtime control of these mechanisms can tailor system operation to the characteristics and behavior of the current workload, resulting in improved performance. However, developing effective models for system control can be challenging. Existing methods often require extensive manual effort, computation time, and domain knowledge to identify relevant low-level performance metrics, relate low-level performance metrics and high-level control decisions to workload performance, and to evaluate the resulting control models. This dissertation develops a general framework, based on the contextual bandit, for describing and learning effective models for runtime system control. Random profiling is used to characterize the relationship between workload behavior, system configuration, and performance. The framework is evaluated in the context of two applications of progressive complexity; first, the selection of paging modes (Shadow Paging, Hardware-Assisted Page) in the Xen virtual machine memory manager; second, the utilization of hardware memory prefetching for multi-core, multi-tenant workloads with cross-core contention for shared memory resources, such as the last-level cache and memory bandwidth. The resulting models for both applications are competitive in comparison to existing runtime control approaches. For paging mode selection, the resulting model provides equivalent performance to the state of the art while substantially reducing the computation requirements of profiling. For hardware memory prefetcher utilization, the resulting models are the first to provide dynamic control for hardware prefetchers using workload statistics. Finally, a correlation-based feature selection method is evaluated for identifying relevant low-level performance metrics related to hardware memory prefetching

Impact of local stacking on the graphene-impurity interaction: theory and experiments

We investigate the graphene-impurity interaction problem by combining experimental - scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS) - and theoretical - Anderson impurity model and density functional theory (DFT) calculations - techniques. We use graphene on the SiC(000-1)(2x2)_C reconstruction as a model system. The SiC substrate reconstruction is based on silicon adatoms. Graphene mainly interacts with the dangling bonds of these adatoms which act as impurities. Graphene grown on SiC(000-1)(2x2)_C shows domains with various orientations relative to the substrate so that very different local graphene/Si adatom stacking configurations can be probed on a given grain. The position and width of the adatom (impurity) state can be analyzed by STM/STS and related to its local environment owing to the high bias electronic transparency of graphene. The experimental results are compared to Anderson's model predictions and complemented by DFT calculations for some specific local environments. We conclude that the adatom resonance shows a smaller width and a larger shift toward the Dirac point for an adatom at the center of a graphene hexagon than for an adatom just on top of a C graphene atom.Comment: 13 pages, 6 figures, Accepted for publication in Phys. Rev.

Novalis

Originally published in 1954, Hiebel's "Novalis" was the first critical evaluation in English of the life and works of Novalis (1772-1801), the German Romantic poet of the Blue Flower, since Thomas Carlyle's essay in 1829. This book presents not only a fully rounded picture of the man, the philosopher and scientist, the writer of beautiful fairy tales, the mystic poet of Christianity, but also a thoughtful commentary on one of the most influential and fruitful periods in German intellectual life. Hiebel combines the exactness required of the scholar with the creative writer's intuitive appreciation of a great poet's works

Individual differences in working memory : investigating the Influence of cognitive control

The amount of information a person can store for a certain time is highly limited. This limitation is known as the capacity of working memory (WM). The average capacity in the visual domain is assumed to be around four items. However, several studies found WM capacity to vary substantially among healthy young adults. The main aim of the current work was to disentangle causes underlying individual differences in WM. In five experiments we explored whether individual variations in WM are reflective of differences in selective attention. The main purpose of the dissertation project was to evaluate whether individuals with high and low WM capacity differ in the efficiency and speed of allocating attention on targets. We realized different versions of a cued categorization task in which different types of attention control were necessary, a more automatically triggered allocation of attention and a voluntary initiation of attention engagement. We further looked for differences in the latency of attention control. The results revealed that participants with low WM capacity were less effective in engaging voluntary attention control processes and they were also slower in doing so compared to high WM capacity individuals. However, all trials were presented in a mixed order, so that for each trial the appropriate attention control processes have to be coordinated and constantly adapted in correspondence to the current task demands. This requires coordinating changing task demands according to the current task set – a cognitive process which is called cognitive flexibility – such as engaging attention onto targets. When the trial structure did not require such coordination processes (like on single blocks) smaller individual differences related to variations in WM capacity in the time dependent efficiency of voluntary attention control were found. The interpretation that individual variations in WM capacity might not exclusively depend on the voluntary engagement of attention but also on the efficiency of cognitive flexibility was supported by further results revealing a relationship between WM capacity and indices of executive control, in particular solving competition between various processing requirements. Thus, individual variations in WM capacity seem to be related to the ability to orient attention and to flexibly coordinate the competition between changing task demands. We further developed this idea by investigating how the ability to orient attention and the efficiency to reconfigure task sets both contribute to optimal WM functioning. As WM has a very limited online capacity it is of considerable importance for the individual to control how many, and which, items are encoded into WM, a process known as gating. We used a change detection task with distractor-present trials, in which participants needed either to remember all items or (in distractor-present trials) remember only a subset of relevant items. The actual task set, however, could first be identified when the-to-be memorized stimuli were present. Only at this point participants are able to discriminate between trials where selection processes are relevant or not. Thus, the timing of task set reconfiguration strongly depends on the distractors’ presence itself and its detection. We aided task set reconfiguration processes by displaying the cue in the target color, indicating that distractors would be present, while in other trials, the cue did not reveal the current task set. In Experiments 4 and 5 we additionally realized single distractor-present blocks. Overall, participants with low WM capacity performed better in distractor-present trials when the task set could be anticipated in advance either due to the predictive task set cue or due to task context (single distractor blocks). Furthermore, and more importantly, the magnitude of this improvement and the efficiency of early selection mechanisms were both associated with the amount of available cognitive resources. Taken together, our results of this work contribute to a deeper understanding of the nature of individual differences in WM. Collectively, our findings suggests that there is a tight relationship between attention and WM, which is associated with a broad class of cognitive processes, reflecting the diverse modes of operation within each of these systems. The amount of consumed processing resources and the ability to resolve conflicts between competing processes seem to be important characteristics in this multifaceted relationship.Personen können für eine bestimmte Zeit nur eine begrenzte Anzahl an Informationen abspeichern. Im visuellen Arbeitsgedächtnis (AG) ist die Kapazitätsgrenze im Mittel bereits bei der Speicherung von 4 Objekten erreicht. Dabei variiert die Kapazitätsgrenze bei jungen, gesunden Erwachsenen deutlich. Der Hauptfokus dieser Dissertation lag darin mögliche Ursachen individueller Unterschiede in der AG-Kapazität zu explorieren. Zu diesem Zwecke führten wir 5 Studien durch und untersuchten, in wieweit individuelle Unterschiede in der AG-Kapazität auf Unterschiede in der selektiven Aufmerksamkeit zurückzuführen sind. Im ersten Teil des Dissertationsprojektes untersuchten wir, ob sich Personen mit einer hohen und niedrigen AG-Kapazität in der Effizienz und der Geschwindigkeit mit der sie ihre Aufmerksamkeit auf relevante Objekte richten, unterscheiden. Hierzu nutzen wir zwei Versionen einer cued categorization Aufgabe, die es uns jeweils ermöglichte zwischen einer automatischen und volitionalen Aufmerksamkeitsausrichtung zu differenzieren. Des Weiteren untersuchten wir Unterschiede in der Latenz der Aufmerksamkeitssteuerung. Die Ergebnisse zeigten, dass Probanden mit einer niedrigen AG-Kapazität langsamer und weniger effizient in der volitionalen Ausrichtung der Aufmerksamkeit auf den Zielreiz im Vergleich Probanden mit einer hohen AG-Kapazität sind. Dieser Befund könnte jedoch auch eine Folge individueller Unterschiede in der Koordination des relevanten Aufmerksamkeitsprozesses sein, da alle Durchgänge randomisiert dargeboten wurden und somit der relevante Aufmerksamkeitsprozess – das automatische oder volitionale Ausrichten der Aufmerksamkeit – von Durchgang zu Durchgang entsprechend an die Aufgabenanforderungen angepasst werden musste. Dieser kognitive Prozess wird auch als kognitive Flexibilität bezeichnet. In einheitlichen Testblöcken, in denen keine Koordination von Aufmerksamkeitsprozessen notwendig war, fanden wir reduzierte individuelle Unterschiede. Dies legt nahe, dass individuelle Unterschiede in der AG-Kapazität nicht nur mit individuellen Unterschieden in der volitionalen Aufmerksamkeitskontrolle korrelieren, sondern auch von der Effizienz der kognitiven Flexibilität bedingt werden. Diese Interpretation wurde ferner durch weitere Ergebnisse gestützt, die eine Beziehung zwischen der AG-Kapazität und Indizes exekutiver Kontrolle, insbesondere der Fähigkeit flexibel den Wettbewerb zwischen konkurrierenden Prozessen zu lösen, zeigten. Somit stehen individuelle Unterschieden in der AG-Kapazität nicht nur mit der Fähigkeit die Aufmerksamkeit zu orientieren in Zusammenhang, sondern auch mit der Fähigkeit flexibel den Wettbewerb zwischen wechselnden Aufgabenanforderungen zu koordinieren. Im weiteren Verlauf differenzierten wir, inwiefern diese beiden Prozesse eine optimale Nutzung der begrenzten AG-Ressourcen begünstigen. Aufgrund der Kapazitätsgrenze des AG ist es von erheblicher Bedeutung welche, und wie viele, Objekte im AG abgespeichert werden; ein Prozess der auch als gating bezeichnet wird. Hierzu nutzten wir eine change detection Aufgabe mit Distraktoren, in der die Probanden je nach Durchgang entweder alle Objekte oder (wenn Distraktoren präsentiert werden) eine Teilmenge der Objekte merken mussten. Die jeweilige Aufgabenstellung eines Durchgangs konnte jedoch erst dann hinreichend bestimmt werden, wenn die zu merkenden Reize bereits präsentiert wurden. Erst zu diesem Zeitpunkt konnten die Probanden zwischen Durchgängen, in denen Selektionsprozesse relevant sind oder nicht, unterscheiden. In der Hälfte der Durchgänge mit Distraktoren unterstützen wir kognitive Flexibilität, in dem wir zu Beginn den Hinweisreiz in der relevanten Zielfarbe präsentierten. In den restlichen Durchgängen mit Distraktoren ließ die Farbe des Hinweisreizes keinerlei Rückschlusse auf die Aufgabenstellung zu. In den Experimenten 4 und 5 realisierten wir zusätzliche Testblöcke, in denen nur Durchgänge mit Distraktoren präsentierten wurden. Insgesamt schnitten Personen mit einer niedrigen AG-Kapazität besser in Durchgängen mit Distraktoren ab, wenn die gestellte Aufgabenanforderung im Voraus definiert werden konnte. Darüber hinaus, und von größerer Wichtigkeit, hingen das Ausmaß dieser Verbesserung und die Effizienz der frühen Selektionsmechanismen beide mit der Menge der verfügbaren kognitiven Ressourcen zusammen. Zusammenfassend trägt die vorliegende Arbeit zu einem tieferen Verständnis möglicher Ursachen individueller Unterschiede in der AG-Kapazität bei. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass es eine enge Beziehung zwischen Aufmerksamkeit und AG gibt, die mit einer Vielzahl kognitiver Prozesse assoziiert ist. Dabei scheinen die Menge der derzeit verbrauchten Verarbeitungsressourcen und die Fähigkeit, Konflikte zwischen konkurrierenden Prozessen zu lösen, wichtige Eigenschaften in dieser facettenreiche Beziehung zu sein

Individual differences in working memory : investigating the Influence of cognitive control

The amount of information a person can store for a certain time is highly limited. This limitation is known as the capacity of working memory (WM). The average capacity in the visual domain is assumed to be around four items. However, several studies found WM capacity to vary substantially among healthy young adults. The main aim of the current work was to disentangle causes underlying individual differences in WM. In five experiments we explored whether individual variations in WM are reflective of differences in selective attention. The main purpose of the dissertation project was to evaluate whether individuals with high and low WM capacity differ in the efficiency and speed of allocating attention on targets. We realized different versions of a cued categorization task in which different types of attention control were necessary, a more automatically triggered allocation of attention and a voluntary initiation of attention engagement. We further looked for differences in the latency of attention control. The results revealed that participants with low WM capacity were less effective in engaging voluntary attention control processes and they were also slower in doing so compared to high WM capacity individuals. However, all trials were presented in a mixed order, so that for each trial the appropriate attention control processes have to be coordinated and constantly adapted in correspondence to the current task demands. This requires coordinating changing task demands according to the current task set – a cognitive process which is called cognitive flexibility – such as engaging attention onto targets. When the trial structure did not require such coordination processes (like on single blocks) smaller individual differences related to variations in WM capacity in the time dependent efficiency of voluntary attention control were found. The interpretation that individual variations in WM capacity might not exclusively depend on the voluntary engagement of attention but also on the efficiency of cognitive flexibility was supported by further results revealing a relationship between WM capacity and indices of executive control, in particular solving competition between various processing requirements. Thus, individual variations in WM capacity seem to be related to the ability to orient attention and to flexibly coordinate the competition between changing task demands. We further developed this idea by investigating how the ability to orient attention and the efficiency to reconfigure task sets both contribute to optimal WM functioning. As WM has a very limited online capacity it is of considerable importance for the individual to control how many, and which, items are encoded into WM, a process known as gating. We used a change detection task with distractor-present trials, in which participants needed either to remember all items or (in distractor-present trials) remember only a subset of relevant items. The actual task set, however, could first be identified when the-to-be memorized stimuli were present. Only at this point participants are able to discriminate between trials where selection processes are relevant or not. Thus, the timing of task set reconfiguration strongly depends on the distractors’ presence itself and its detection. We aided task set reconfiguration processes by displaying the cue in the target color, indicating that distractors would be present, while in other trials, the cue did not reveal the current task set. In Experiments 4 and 5 we additionally realized single distractor-present blocks. Overall, participants with low WM capacity performed better in distractor-present trials when the task set could be anticipated in advance either due to the predictive task set cue or due to task context (single distractor blocks). Furthermore, and more importantly, the magnitude of this improvement and the efficiency of early selection mechanisms were both associated with the amount of available cognitive resources. Taken together, our results of this work contribute to a deeper understanding of the nature of individual differences in WM. Collectively, our findings suggests that there is a tight relationship between attention and WM, which is associated with a broad class of cognitive processes, reflecting the diverse modes of operation within each of these systems. The amount of consumed processing resources and the ability to resolve conflicts between competing processes seem to be important characteristics in this multifaceted relationship.Personen können für eine bestimmte Zeit nur eine begrenzte Anzahl an Informationen abspeichern. Im visuellen Arbeitsgedächtnis (AG) ist die Kapazitätsgrenze im Mittel bereits bei der Speicherung von 4 Objekten erreicht. Dabei variiert die Kapazitätsgrenze bei jungen, gesunden Erwachsenen deutlich. Der Hauptfokus dieser Dissertation lag darin mögliche Ursachen individueller Unterschiede in der AG-Kapazität zu explorieren. Zu diesem Zwecke führten wir 5 Studien durch und untersuchten, in wieweit individuelle Unterschiede in der AG-Kapazität auf Unterschiede in der selektiven Aufmerksamkeit zurückzuführen sind. Im ersten Teil des Dissertationsprojektes untersuchten wir, ob sich Personen mit einer hohen und niedrigen AG-Kapazität in der Effizienz und der Geschwindigkeit mit der sie ihre Aufmerksamkeit auf relevante Objekte richten, unterscheiden. Hierzu nutzen wir zwei Versionen einer cued categorization Aufgabe, die es uns jeweils ermöglichte zwischen einer automatischen und volitionalen Aufmerksamkeitsausrichtung zu differenzieren. Des Weiteren untersuchten wir Unterschiede in der Latenz der Aufmerksamkeitssteuerung. Die Ergebnisse zeigten, dass Probanden mit einer niedrigen AG-Kapazität langsamer und weniger effizient in der volitionalen Ausrichtung der Aufmerksamkeit auf den Zielreiz im Vergleich Probanden mit einer hohen AG-Kapazität sind. Dieser Befund könnte jedoch auch eine Folge individueller Unterschiede in der Koordination des relevanten Aufmerksamkeitsprozesses sein, da alle Durchgänge randomisiert dargeboten wurden und somit der relevante Aufmerksamkeitsprozess – das automatische oder volitionale Ausrichten der Aufmerksamkeit – von Durchgang zu Durchgang entsprechend an die Aufgabenanforderungen angepasst werden musste. Dieser kognitive Prozess wird auch als kognitive Flexibilität bezeichnet. In einheitlichen Testblöcken, in denen keine Koordination von Aufmerksamkeitsprozessen notwendig war, fanden wir reduzierte individuelle Unterschiede. Dies legt nahe, dass individuelle Unterschiede in der AG-Kapazität nicht nur mit individuellen Unterschieden in der volitionalen Aufmerksamkeitskontrolle korrelieren, sondern auch von der Effizienz der kognitiven Flexibilität bedingt werden. Diese Interpretation wurde ferner durch weitere Ergebnisse gestützt, die eine Beziehung zwischen der AG-Kapazität und Indizes exekutiver Kontrolle, insbesondere der Fähigkeit flexibel den Wettbewerb zwischen konkurrierenden Prozessen zu lösen, zeigten. Somit stehen individuelle Unterschieden in der AG-Kapazität nicht nur mit der Fähigkeit die Aufmerksamkeit zu orientieren in Zusammenhang, sondern auch mit der Fähigkeit flexibel den Wettbewerb zwischen wechselnden Aufgabenanforderungen zu koordinieren. Im weiteren Verlauf differenzierten wir, inwiefern diese beiden Prozesse eine optimale Nutzung der begrenzten AG-Ressourcen begünstigen. Aufgrund der Kapazitätsgrenze des AG ist es von erheblicher Bedeutung welche, und wie viele, Objekte im AG abgespeichert werden; ein Prozess der auch als gating bezeichnet wird. Hierzu nutzten wir eine change detection Aufgabe mit Distraktoren, in der die Probanden je nach Durchgang entweder alle Objekte oder (wenn Distraktoren präsentiert werden) eine Teilmenge der Objekte merken mussten. Die jeweilige Aufgabenstellung eines Durchgangs konnte jedoch erst dann hinreichend bestimmt werden, wenn die zu merkenden Reize bereits präsentiert wurden. Erst zu diesem Zeitpunkt konnten die Probanden zwischen Durchgängen, in denen Selektionsprozesse relevant sind oder nicht, unterscheiden. In der Hälfte der Durchgänge mit Distraktoren unterstützen wir kognitive Flexibilität, in dem wir zu Beginn den Hinweisreiz in der relevanten Zielfarbe präsentierten. In den restlichen Durchgängen mit Distraktoren ließ die Farbe des Hinweisreizes keinerlei Rückschlusse auf die Aufgabenstellung zu. In den Experimenten 4 und 5 realisierten wir zusätzliche Testblöcke, in denen nur Durchgänge mit Distraktoren präsentierten wurden. Insgesamt schnitten Personen mit einer niedrigen AG-Kapazität besser in Durchgängen mit Distraktoren ab, wenn die gestellte Aufgabenanforderung im Voraus definiert werden konnte. Darüber hinaus, und von größerer Wichtigkeit, hingen das Ausmaß dieser Verbesserung und die Effizienz der frühen Selektionsmechanismen beide mit der Menge der verfügbaren kognitiven Ressourcen zusammen. Zusammenfassend trägt die vorliegende Arbeit zu einem tieferen Verständnis möglicher Ursachen individueller Unterschiede in der AG-Kapazität bei. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass es eine enge Beziehung zwischen Aufmerksamkeit und AG gibt, die mit einer Vielzahl kognitiver Prozesse assoziiert ist. Dabei scheinen die Menge der derzeit verbrauchten Verarbeitungsressourcen und die Fähigkeit, Konflikte zwischen konkurrierenden Prozessen zu lösen, wichtige Eigenschaften in dieser facettenreiche Beziehung zu sein

Ein Softwarepaket zur Lösung von statisch-diskreten Standortallokationsproblemen

Series: Research Reports of the Institute for Economic Geography and GIScienc

Methods for the evaluation of waste treatment processes

Decision makers for waste management are confronted with the problem of selecting the most economic, environmental, and socially acceptable waste treatment process. This paper elucidates evaluation methods for waste treatment processes for the comparison of ecological and economic aspects such as material flow analysis, statistical entropy analysis, energetic and exergetic assessment, cumulative energy demand, and life cycle assessment. The work is based on the VDI guideline 3925. A comparison of two thermal waste treatment plants with different process designs and energy recovery systems was performed with the described evaluation methods. The results are mainly influenced by the type of energy recovery, where the waste-to-energy plant providing district heat and process steam emerged to be beneficial in most aspects. Material recovery options from waste incineration were evaluated according to sustainability targets, such as saving of resources and environmental protection