Circular polarization reversal of half-vortex cores in polariton condensates

Vortices are topological objects carrying quantized orbital angular momentum and have been widely studied in many physical systems for their applicability in information storage and processing. In systems with spin degree of freedom the elementary excitations are so called half-vortices, carrying a quantum rotation only in one of the two spin components. We study the spontaneous formation and stability of localized such half-vortices in semiconductor microcavity polariton condensates, non-resonantly excited by a linearly polarized ring-shaped pump. The TE-TM splitting of optical modes in the microcavity system leads to an effective spin-orbit coupling, resulting in solutions with discrete rotational symmetry. The cross-interaction between different spin components provides an efficient method to realize all-optical half-vortex core switching inverting its circular polarization state. This switching can be directly measured in the polarization resolved intensity in the vortex core region and it can also be applied to higher order half-vortex states.Comment: 8 pages, 8 figure

Interactions of farming and plant biodiversity in weed control related ecosystem service provision and weed conservation

There is evidence that diverse plant communities in terrestrial ecosystems are either more stable or more productive in terms of food web support and ecosystem service provision. In agro-ecosystems, characterized by high disturbance and external inputs, plant diversity and their services can only be provided by weeds. In the first study, vegetation recordings and farmer surveys were conducted in on-farm experiments in two regions of Southwestern Germany. The aim was to examine the effects of agricultural management on weed community composition, weed biodiversity and occurrence of rare arable weed species in cereal fields. Weed biodiversity was influenced mainly by crop species, herbicide use and farming system as well as nitrogen and light availability. Weed communities were quite similar in both study regions and dominated by Alopecurus myosuroides, Galium aparine, Viola arvensis, Polygonum convolvulus and Veronica persica. A redundancy analysis revealed that the weed community was mainly shaped by crop species, tillage, location in the field and timing of herbicide application. The results highlight the erosion of weed communities due to intensive agricultural practices and emphasize the conservation of weed biodiversity per se and rare arable weed species in particular. The next aim was to examine if this biodiversity is able to support weed control related ecosystem services, like the predation of weed seeds. The objectives of this study were to investigate the connection between weed biodiversity, Carabid beetle diversity and weed seed predation as well to evaluate the role of farming intensity in this sequence. For this purpose, on-farm experiments were performed on the Eastern Swabian Alb. A positive correlation between weed biodiversity and Carabid beetle diversity was identified as well as a pattern of medium Carabid beetle diversity providing the highest weed seed predation. There was no consistent influence of farming intensity on weed seed predation. The revealed connection between weed diversity, Carabid beetle diversity and weed seed predation highlights the role of plants in food web support and subsequent ecosystem service provision. The utilization of these services depends on the promotion of biodiversity by designing appropriate management strategies. In the next step, the general principles underlying ecosystem service provision by biodiversity, were conveyed to a cover cropping system. The aim was to test single sown cover crops and species mixtures in terms of weed suppression efficacy and reliability. For this purpose, cover crop species were sown singly and as mixtures in a field experiment. Lower weed dry matter and weed densities were found predominantly in treatments with favorable establishment and above-average biomass production. Mixtures performed much more homogeneous in regard to the measured parameters compared to single sown cover crops. The results suggest that, although particular single sown cover crops are more effective to control weeds than mixtures, mixtures are more reliable under changing conditions. Altering the species composition of cover crop mixtures according to more complementary traits might further improve their weed control efficacy. The results of this dissertation demonstrate the importance of plant biodiversity in the provision and reliability of weed control related ecosystem services, either by weeds themselves or by specifically designed cover crop mixtures. Furthermore, management factors influencing weed biodiversity were determined, which can aid in the creation of more sustainable management strategies for a diverse agroecosystem and the conservation of rare arable weed species.Man nimmt an, dass artenreichere Pflanzengesellschaften eine stabilere Unterstützung des Nahrungsnetzes gewährleisten und produktiver in der Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen sind. In Agrarökosystemen, die sich durch hohe Störungsfrequenzen und externe Inputs auszeichnen, können Pflanzenvielfalt und deren Leistungen nur durch Unkräuter bereitgestellt werden. In der ersten Studie wurden Vegetationsaufnahmen in On-Farm-Experimenten und Umfragen unter Landwirten in zwei Regionen Südwestdeutschlands durchgeführt. Ziel war es, die Auswirkungen der landwirtschaftlichen Bewirtschaftung auf die Zusammensetzung der Unkrautgesellschaften, die Unkraut-Biodiversität und das Vorkommen seltener Ackerunkräuter in Getreidefeldern zu untersuchen. Die Biodiversität von Unkräutern wurde hauptsächlich durch die Kulturpflanzenart, den Einsatz von Herbiziden und das Anbausystem sowie Stickstoff- und Lichtverfügbarkeit beeinflusst. Die Unkrautgesellschaften waren in beiden Studienregionen sehr ähnlich zusammengesetzt und wurden von Alopecurus myosuroides, Galium aparine, Viola arvensis, Polygonum convolvulus und Veronica persica dominiert. Eine Redundanzanalyse ergab, dass die Unkrautgesellschaft hauptsächlich durch Kulturpflanzenart, Bodenbearbeitung, Lage der Aufnahmefläche im Feld und Zeitpunkt der Herbizidanwendung geprägt wurde. Die erzielten Ergebnisse weisen auf einen Rückgang der Diversität von Unkrautgesellschaften durch intensive landwirtschaftliche Praktiken hin. Weiterhin verdeutlichen sie die Notwendigkeit der Erhaltung der Unkrautbiodiversität an sich und den Schutz seltener Unkrautarten im Besonderen. Nachdem die wichtigsten Faktoren für das Zustandekommen von Unkrautbiodiversität identifiziert wurden, sollte untersucht werden, ob diese biologische Vielfalt in der Lage ist, Ökosystemdienstleistungen, die zur Unkrautbekämpfung beitragen, zu unterstützen. Eine wichtige regulierende Ökosystemdienstleistung, die durch die Nahrungskette bereitgestellt wird, ist der Verzehr von Unkrautsamen durch wirbellose Tiere und Wirbeltiere. Die Studie hatte zum Ziel, den Zusammenhang zwischen Unkrautbiodiversität, Laufkäferdiversität und Unkraut-Samenprädation zu untersuchen sowie die Rolle der landwirtschaftlichen Intensität in dieser Abfolge zu bewerten. Zu diesem Zweck wurden im Ostalbkreis On-Farm-Experimente angelegt und, unter Verwendung von Vegetationsaufnahmen, Bodenfallen und Samenkarten, die Unkrautbiodiversität, Laufkäferdiversität und Unkraut-Samenprädation gemessen. Es wurde ein positiver Zusammenhang zwischen der Unkrautbiodiversität und der Laufkäferdiversität festgestellt. Die Ergebnisse zeigten, dass eine mittlere Laufkäferdiversität (2-8 Arten) das höchste Level an Unkraut-Samenprädation aufwies. Die Bewirtschaftungsintensität hatte keinen einheitlichen Einfluss auf die Unkraut-Samenprädation. Der festgestellte Zusammenhang zwischen Unkrautvielfalt, Laufkäferdiversität und Unkraut-Samenprädation verdeutlicht die Rolle von Pflanzen in Nahrungsnetzen und deren Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen. Um diese Dienstleistungen zu nutzen, muss Biodiversität durch die Gestaltung geeigneter Bewirtschaftungssysteme gefördert werden. In der dritten Studie wurden die grundlegenden Prinzipien der Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen durch Biodiversität auf den Anbau von Zwischenfrüchten übertragen. Das Ziel dabei war, Artenmischungen und Zwischenfrüchte in Reinsaat auf die Wirksamkeit und Zuverlässigkeit der Unkrautunterdrückung zu testen. Zu diesem Zweck wurden sechs Zwischenfruchtarten einzeln und als Mischungen in einem Feldversuch ausgesät und in der Herbstsaison untersucht. Behandlungen mit guter Etablierung der Zwischenfrüchte und überdurchschnittlicher Biomasseproduktion wiesen überwiegend die geringsten Unkrauttrockenmassen und -dichten auf. Die Mischungen verhielten sich, in Bezug auf die gemessenen Parameter, wesentlich einheitlicher als die Zwischenfrüchte in Reinsaat. Obwohl bestimmte Zwischenfrüchte in Reinsaat effektiver bei der Unkrautbekämpfung waren, deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Mischungen unter wechselnden Bedingungen zuverlässiger sind. Eine Änderung der Artenzusammensetzung der Zwischenfruchtmischungen durch Auswahl von sich ergänzenden Pflanzeneigenschaften könnte deren Wirksamkeit in der Unkrautbekämpfung weiter verbessern. Die Ergebnisse der vorliegenden Dissertation veranschaulichen die Bedeutung der pflanzlichen Biodiversität für die Bereitstellung und Zuverlässigkeit von Ökosystemdienstleistungen mit Unkrautbekämpfungscharakter. Diese werden dabei entweder durch Unkräuter selbst oder durch speziell entwickelte Zwischenfruchtmischungen bereitgestellt. Diese Arbeit hatte zum Ziel, die Wechselwirkungen zwischen landwirtschaftlicher Praxis, Artenvielfalt der Pflanzen und Ökosystemdienstleistungen zu untersuchen und das gewonnene Wissen zur Optimierung von Naturschutzbemühungen und zur Entwicklung biologischer Unkrautbekämpfungsstrategien zu nutzen

Externally Controlled Lotka-Volterra Dynamics in a Linearly Polarized Polariton Fluid

Spontaneous formation of transverse patterns is ubiquitous in nonlinear dynamical systems of all kinds. An aspect of particular interest is the active control of such patterns. In nonlinear optical systems this can be used for all-optical switching with transistor-like performance, for example realized with polaritons in a planar quantum-well semiconductor microcavity. Here we focus on a specific configuration which takes advantage of the intricate polarization dependencies in the interacting optically driven polariton system. Besides detailed numerical simulations of the coupled light-field exciton dynamics, in the present paper we focus on the derivation of a simplified population competition model giving detailed insight into the underlying mechanisms from a nonlinear dynamical systems perspective. We show that such a model takes the form of a generalized Lotka-Volterra system for two competing populations explicitly including a source term that enables external control. We present a comprehensive analysis both of the existence and stability of stationary states in the parameter space spanned by spatial anisotropy and external control strength. We also construct phase boundaries in non-trivial regions and characterize emerging bifurcations. The population competition model reproduces all key features of the switching observed in full numerical simulations of the rather complex semiconductor system and at the same time is simple enough for a fully analytical understanding of the system dynamics.Comment: 11 pages, 8 figure

Effects of cover crop in pure stands and in mixtures on weed control and performance of maize (Zea mays)

Zwischenfruchtreinsaaten und Mischungen werden in landwirtschaftlichen Produktionssystemen aufgrund ihrer vielfältigen Dienstleistungen, die sie für die Landwirte erbringen, zunehmend eingesetzt. Ihr Beitrag zur Unkrautbekämpfung ist eine der offensichtlichsten Dienstleistungen. Allelopathische Substanzen der Zwischenfrüchte (ZF) können jedoch nicht nur Unkräuter, sondern auch Kulturpflanzen negativ beeinflussen. Wir haben die Auswirkungen von reinen ZF-Beständen und -Mischungen auf die nachfolgende Maiskultur im Hinblick auf die Auflaufgeschwindigkeit der Kulturpflanzen und den Unkrautdruck im Jahr 2018 untersucht. Im Rahmen eines Feldversuchs wurden 10 verschiedene ZF-Arten sowie spezielle Mischungen von vier Arten mit erhöhtem (i) allelopathischem Potenzial, (ii) Biomasseproduktion oder (iii) Auflaufgeschwindigkeit sowie (iv) eine Mischung mit allen 10 Arten untersucht. Das Auflaufverhalten des Mais war zwischen den ZF-Reinbeständen heterogener als zwischen den Mischungen. Allerdings war das Auflaufverhalten von Mais in den Mischungsvarianten im Vergleich zu den reinen ZF-Beständen etwas verzögert. Die ZF Hafer, Senf und Lein in Reinsaat konnten das Auflaufen der Kulturpflanze deutlich beschleunigen. Roggen und Wicke reduzierten im Juni 2018 die Anzahl der Unkräuter und die Unkrautdeckung sehr effektiv. Die Gesamtbiomasse des Mais unterschied sich jedoch nicht wesentlich zwischen den Behandlungen. Obwohl die Mischungen für verschiedene Zwecke konzipiert waren, zeigten sie in Bezug auf die Unkrautbekämpfung eine recht einheitliche Wirkung. Neben der Fähigkeit zur Unkrautbekämpfung sollten zusätzliche Kriterien in Betracht gezogen werden, um geeignete vielseitige ZF-Mischungen herzustellen.Pure stands of cover crops (CC) and species mixtures raise increasing consideration in agricultural production systems due to the manifold services they provide to farmers. Their contribution to weed control is one of the most obvious services. However, especially allelochemicals can affect both weeds and crop plants. We examined the carry-over effects of CC stands, pure and in mixtures, on the subsequent maize crop in terms of crop establishment speed and weed pressure in 2018. Within a field trial, 10 different CC species, as well as particular mixtures of four species with either enhanced allelopathic potential, biomass production or emergence speed as well as a mixture with all 10 species were examined. The emergence pattern of the maize crop was more heterogeneous between the pure CC stands than across the mixtures. However, the time of emergence was slightly delayed in the latter in comparison to the pure CC stands. The single CC oat, mustard and flax were able to accelerate crop emergence significantly. Rye and vetch were the most effective treatments in the reduction of weed density and coverage in June 2018. However, total maize biomass did not differ considerably between the treatments. Although designed for different purposes the mixtures performed quite uniform in regard to weed control. Additional criteria besides weed control ability should therefore be considered to create appropriate multifunctional CC mixtures

Entwicklung und Charakterisierung Strontium-modifizierter CaP-Knochenzemente zur Behandlung osteoporotischer Knochendefekte

Für die Behandlung von Knochendefekten überkritischer Größe stehen seit einigen Jahren zahlreiche resorbierbare Materialien zur Verfügung, die eine Defektheilung bis hin zur vollständigen knöchernen Regeneration erlauben. Im Fall systemischer Knochenerkrankungen, insbesondere im osteoporotischen Knochen, ist jedoch die Selbstheilungskapazität des Gewebes stark eingeschränkt, was neben der Defektbehandlung eine knochenanabole sowie resorptionshemmende Therapie erfordert. Diese kann beispielsweise durch die Gabe von Strontium-haltigen Präparaten erreicht werden, da der duale Wirkmechanismus der Strontium-Ionen zu vermehrter Knochenneubildung bei gleichzeitig verminderter Knochenresorption führt. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Strontium-haltigen Knochenzements, welcher eine Freisetzung von Strontium-Ionen spezifisch im jeweiligen Knochendefekt und somit eine lokale Stimulation der Knochenneubildung ermöglicht. Basierend auf einem etablierten Calciumphosphat-Knochenzement wurden Strontium-haltige Zementvarianten hergestellt und ausgiebig charakterisiert. Im Gegensatz zu den meisten bislang verfolgten Methoden konnten Zemente mit deutlich verbesserten mechanischen Eigenschaften hergestellt werden, welche weiterhin Strontium-Ionen in physiologisch relevanten Konzentrationen freisetzen. Durch Zellkulturuntersuchungen an humanen Zellen sowohl der osteoblastären- als auch osteoklastären Linie konnte eine Stimulation der für den Knochenaufbau verantwortlichen Zellen sowie eine Hemmung der den Knochen resorbierenden Zellen durch die entwickelten Zemente nachgewiesen werden

Sprachbildung als Aufgabe aller Fächer und Lernbereiche. Erfahrungen mit Sprachberatung an Ganz-In-Gymnasien

Dieser Praxisband gibt Hinweise zur Umsetzung eines Konzepts zur durchgängigen Sprachbildung an ausgewählten Ganz-In-Gymnasien mit qualifizierten Sprachberaterinnen und Sprachberatern. Zunächst werden die Inhalte der Qualifizierungsmaßnahmen zur Professionalisierung der ausgewählten Lehrkräfte dargestellt und im Anschluss deren Arbeit mit den Schulen und die unterschiedlichen Zugehensweisen beschrieben. Aus den Erfahrungen dieser Arbeit werden Empfehlungen und Herausforderungen im Prozess der Implementation eines Konzepts zur durchgängigen Sprachbildung aufgezeigt sowie für Orientierung und Planung nützliche Hinweise gegeben. (Verlag

Structuring co- and counter-flowing currents of polariton condensates in concentric ring-shaped potentials

We investigate the current flow of microcavity polariton condensates loaded into concentric ring-shaped potentials. The tunneling of the condensates between different potential rings results in different phase-locked states, depending on the separation of the potential rings. As a consequence, the condensate currents in different rings can flow either in the same or opposite direction depending on the specific configuration of the ring-shaped potentials. In two concentric standard ring-shaped potentials, the condensates always circulate in the same direction (co-flowing current) and the vortices formed in the two rings share the same topological charge because of the azimuthally uniform distribution of their phase difference. In this case, increasing the number of the potential rings enables the excitation of Bessel-like solutions. If the two ring-shaped potentials are engineered into an eye shape with the inner ring being standard ring-shaped and the outer ring being elliptically ring-shaped, the phase differences of the condensates in the two rings along the major and minor axes of the ellipse can be opposite, which gives rise to a counter-flowing condensate currents