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We present best practice guidelines for certification and verification of Neural Networks, as well as defense techniques against evasion, poisoning, backdoor, and privacy attacks. Moreover, we provide readers with a broad literature study of the aforementioned fields, enabling them to navigate these broad and fast-paced fields of research.

ML based AI applications are increasingly used in various fields and domains. Despite the enormous and promising capabilities of ML, the inherent lack of robustness, explainability and transparency limits the potential use cases of AI systems. In particular, within every safety or security critical area, such limitations require risk considerations and audits to be compliant with the prevailing safety and security demands. Unfortunately, existing standards and audit schemes do not completely cover the ML specific issues and lead to challenging or incomplete mapping of the ML functionality to the existing methodologies. Thus, we propose a generalized audit framework for ML based AI applications (GAFAI) as an anticipation and assistance to achieve auditability. This conceptual risk and requirement driven approach based on sets of generalized requirements and their corresponding application specific refinements as contributes to close the gaps in auditing AI.

Optics express 30(15), 27858 - 27867 (2022). doi:10.1364/OE.460915, We present a compact, few-cycle, short-wave infrared light source delivering 13 $µ$J, carrier-envelope phase (CEP) stable pulses around 2 µm, operating at 200 kHz repetition rate. Starting from an ytterbium fiber amplifier, the seed is produced via white-light generation followed by difference frequency generation, and later amplified in two BiBO nonlinear crystals. A pulse duration of 15.8 fs is measured with the dispersion scan technique, while the CEP stability is assessed via a monolithic spectral interferometry scheme. We demonstrate the potential of the system to drive strong-field experiments by performing high-order harmonic generation in argon gas., Published by Soc., Washington, DC

Im Rahmen dieser Arbeit wurden GaInP/GaAs/GaInNAs 3J-Mehrfachsolarzellen in einem MBE/MOVPE-Hybridprozess hergestellt und untersucht. Der verwendete Hybridprozess, bei dem nur die GaInNAs-Teilsolarzelle mittels MBE hergestellt wird, kombiniert diese beiden Technologien und setzt sie entsprechend ihrer jeweiligen Vorteile ein. Die gezeigten Ergebnisse bestätigen grundsätzlich die Machbarkeit des Hybridprozesses, denn eine Degradation des mittels MBE hergestellten GaInNAs-Materials durch die Atmosphäre im MOVPE-Reaktor konnte nicht festgestellt werden. Dieses Resultat wurde von im Hybridprozess hergestellten 3J-Mehrfachsolarzellen, die GaInNAs-Teilsolarzellen enthalten, bekräftigt. Die offene Klemmspannung einer gezeigten Solarzelle erreichte bereits 2,59 V (AM1.5d) bzw. 2,48 V (AM0) und liegt damit jeweils über einer als Referenz hergestellten 2J-Mehrfachsolarzelle ohne GaInNAs. Die mittlere interne Quanteneffizienz der enthaltenen GaInNAs-Teilsolarzelle liegt bei 79 %. Die Berechnungen auf Grundlage dieser Effizienz unter Beleuchtung mit AM1.5d und unter Beleuchtung mit AM0 zeigten, dass nicht die enthaltene GaInNAs-Teilsolarzelle Strom limitierend wirkt, sondern die mittels MOVPE gewachsene GaInP-Teilsolarzelle. Die experimentell bestimmte Kurzschlussstromdichte der hergestellten Mehrfachsolarzelle ist wegen dieser Limitierung etwas geringer als die der 2J-Referenzsolarzelle. Der MOVPE-Überwachsvorgang bietet zwar noch weiteres Verbesserungspotential, aber es ist naheliegend, dass der Anwachsvorgang auf dem MBE-Material soweit optimiert werden kann, dass die aufgewachsenen GaInP- und GaAs-Schichten frei von Degradation bleiben. Damit bietet der Hybridprozess perspektivisch das Potential günstigere Produktionskosten in der Epitaxie von Mehrfachsolarzellen mit verdünnten Nitriden zu erreichen als es ausschließlich mittels MBE möglich ist. Im Vorfeld zur Herstellung der 3J-Mehrfachsolarzellen wurden umfassende Optimierungsarbeiten des MBE-Prozesses zur Herstellung der GaInNAs-Teilsolarzelle durchgeführt. So wurde insbesondere festgestellt, dass das As/III-Verhältnis während dem Wachstum einen entscheidenden Einfluss auf die elektrisch aktive Dotierung des GaInNAs-Materials besitzt. Die elektrisch aktive Dotierung wiederum beeinflusst sehr stark die Ausdehnung der Raumladungszone in den als p-i-n-Struktur hergestellten GaInNAs-Solarzellen und hat damit einen direkten Einfluss auf deren Stromerzeugung. In der Tendenz zeigte sich eine Zunahme der Stromerzeugung der GaInNAs-Teilsolarzellen bei einer gleichzeitigen Abnahme ihrer offenen Klemmspannung, sobald das As/III-Verhältnis während des Wachstums reduziert wurde. Durch eine sehr exakte Kalibration des As/III-Verhältnisses konnte ein bestmöglicher Kompromiss zwischen offener Klemmspannung und Stromerzeugung gefunden werden. Eine gezeigte GaInNAs-Einfachsolarzelle erreichte eine mittlere interne Quanteneffizienz von 88 % und eine offene Klemmspannung von 341 mV (AM1.5d) bzw. 351 mV (AM0). Berechnungen auf Grundlage der Quanteneffizienz ergaben, dass diese Solarzelle integriert in eine 3J-Mehrfachsolarzelle unter dem Beleuchtungsspektrum AM1.5g eine Stromdichte von 14,2 mA/cm^2 und unter AM0 von 17,6 mA/cm^2 erzeugen würde. Diese Stromdichten sind so hoch, dass diese GaInNAs-Solarzelle die Stromproduktion der GaInP- und GaAs-Teilsolarzellen in einer gängigen Mehrfachsolarzelle erreicht und keine Ladungsträgerverluste auftreten würden. Aufgrund ihrer höheren offenen Klemmspannung gegenüber einer Ge-Teilsolarzelle bietet diese GaInNAs-Teilsolarzelle das Potential die Effizienz der Mehrfachsolarzelle zu steigern. Messungen der Dotierkonzentration in der GaInNAs-Schicht dieser Solarzelle ergaben extrem geringe Werte im Bereich von 1x10^14 1/cm^3 bis 1x10^15 1/cm^3 (p-Leitung). In Ergänzung zu den Optimierungen des As/III-Verhältnisses konnte gezeigt werden, dass sich ein Übergang von p- zu n-Leitung im GaInNAs mit der Verringerung des As/III-Verhältnisses erzeugen lässt. Nahe des Übergangsbereiches wurden sehr geringe Dotierungen erreicht, die sich durch eine hohe Stromproduktion aufgrund der Ausbildung einer extrem breiten Verarmungszone gezeigt haben. Durch eine reduzierte offene Klemmspannung der bei relativ geringen As/III-Verhältnissen hergestellten Solarzellen mit n-leitendem GaInNAs konnte auf das Vorhandensein von elektrisch aktiven Defekten geschlossen werden. Generell konnten die gemessenen elektrisch aktiven Dotierkonzentrationen im Bereich von üblicherweise 10^16 1/cm^3 mit hoher Wahrscheinlichkeit auf elektrisch aktive Kristalldefekte im GaInNAs zurückgeführt werden. Eine Kontamination des Materials mit Kohlenstoffatomen in dieser Größenordnung wurde ausgeschlossen., In scope of this work GaInP/GaAs/GaInNAs 3J multi-junction solar cells have been produced by a MBE/MOVPE hybrid process and were investigated. The applied hybrid process, which only produces the GaInNAs sub cell by means of MBE, combines both technologies and uses them according to their advantages. The shown results confirm the feasibility of the hybrid process in principle, because a degradation of the GaInNAs material grown by MBE could not be found. This result was reconfirmed by 3J multi-junction solar cells, which contain GaInNAs sub cells. The open circuit voltage of one shown solar cell already reached 2.59 V (AM1.5d) and 2.48 V (AM0), respecitvely and outperformed in terms of voltage a produced 2J multi-junction solar cell without GaInNAs. The averaged internal quantum efficiency of the included GaInNAs sub cell reached 79 \%. The calculations based on this efficiency under illumantion with AM1.5d and under illumination with AM0 showed that not the included GaInNAs sub cell is limiting the current but the by means of MOVPE grown GaInP sub cell. The short current density under experimental conditions is somewhat lower than the one of the 2J reference solar cell due to this limitation. The MOVPE overgrowth indeed offers further potential for optimization, however, it is plausible that the initial growth procedure running on the MBE material can be optimized far enough to the point that the overgrown GaInP and GaAs layer remain degradation free. Thereby, the hybrid process offers perspectively the potential to reach lower production costs in the epitaxy of multi-junction solar cells including diluted nitrides as it is possible with the MBE method only. \newline Previous to the production of the 3J multi-junction solar cells comprehensive optimizations of the MBE process to produce the GaInNAs sub cell have been performed. First and foremost it was found that the As/III ratio during the growth has a critical influence on the electrical active doping of the GaInNAs material. However, the electrical active doping affects the extension of the depletion layer in the as p-i-n structure produced GaInNAs solar cells very strongly, which is directly related to their current generation. In general it was found that the increase of the current generation of the GaInNAs sub cell comes along with a decrease of its open circuit voltage as soon as the As/III ratio during the growth was lowered. Due to a very precise calibration of the As/III ratio a best possible compromise between the open circuit voltage and the current generation was found. A shown GaInNAs single-junction solar cell reached an averaged internal quantum efficiency of 88 \% and an open circuit voltage of 341 mV (AM1.5d) and 351 mV (AM0), respectively. Calculations based on the quantum efficiency showed that this solar cell integrated in a 3J multi-junction solar cell would produce a current density of 14.2 mA/cm$^{2}$ under the illumination spectrum AM1.5g and a current density of 17.6 mA/cm$^{2}$ under AM0. With such high current densities the GaInNAs solar cell reaches the current generation of the GaInP and GaAs sub cells in a current multi-junction solar cell and no charge carrier loss would occur. Due to its increased open circuit voltage, compared to a Ge sub cell, this GaInNAs sub cell indeed offers the potential to increase the efficiency of the multi-junction solar cell. Doping concentration measurements of the GaInNAs layer showed extremly low doping densities in the range between 1x10$^{14}$ 1/cm$^{3}$ and 1x10$^{15}$ 1/cm$^{3}$ (p-conductivity). In addition to the optimization of the As/III ratio we were able to show that a transition of p- to n-type conductivity of the GaInNAs material by reducing the As/III ratio can be induced. Close to the transition region a very low doping was achieved indicated by a high current generation due to the formation of an extreme broad depletion zone. Finding that the open circuit voltage of solar cells with n-type GaInNAs produced with relatively low As/III ratios is reduced, proved the existance of electrical active defects. So we can state, that the measured electrical active doping concentration in the range of typically 1x10$^{16}$ 1/cm$^{3}$ can be traced back to electrical active crystal defects in the GaInNAs layers with high probability. A contamination of the material with carbon atoms in this range was excluded. \newline

Suplementary information

Das Standardmodell der Teilchenphysik erklärt, aus welchen Bausteinen die Materie um uns herum aufgebaut ist und welche Kräfte zwischen ihnen wirken. In fester Materie, wie z. B. Kristallen, treten sehr viele dieser Teilchen miteinander in Wechselwirkung. Dann wird es ziemlich kompliziert. Genau zu beschreiben, wie die Teilchen in Verbindung stehen und welches Verhalten sich daraus ergibt, ist eine große Herausforderung. Gerade dieser Umstand macht die Festkörperphysik so spannend. In Festkörpern sind unzählig viele Atome dicht aneinander gepackt; in Kristallen folgen sie einer periodischen Ordnung. Dieser strikte Aufbau ist gerade durch die Wechselwirkung der Teilchen miteinander bedingt. Sie gibt vor, in welche Richtungen atomare Bindungen entstehen und wo sich das nächste Atom positioniert. Durch Anordnung und Kombination von verschiedenen Atomsorten entsteht eine Mannigfaltigkeit von Materialien mit ganz unterschiedlichen Eigenschaften. Sie leiten zum Beispiel Strom oder Wärme unterschiedlich gut und erscheinen in spezifischen Farben. In diesem See von Teilchen in einem Kristall entstehen in vielen Fällen sogar neue Anregungen, die sich wiederum ähnlich wie ein einzelnes Teilchen verhalten können, jedoch eigentlich nur aus der Wechselwirkung aller Partikel bestehen. Dieser eigenartig anmutende Gedanke stammt von Lev Landau, und Physiker nennen diese Anregungen„Quasiteilchen“. Dieses Konzept ist heute ein zentrales Element der Festkörperphysik, denn die Beschreibung der komplexen Prozesse in fester Materie wird dadurch ungemein erleichtert und wesentlich anschaulicher. Doch wie real sind Quasiteilchen? Handelt es sich dabei in einem gewissen Sinne um „echte“ Teilchen oder doch eher um eine gedankliche Krücke, mit der Physiker sich das Leben erleichtern? Eine raffinierte Methode, diesen Quasiteilchen auf den Zahn zu fühlen, haben wir in Zusammenarbeit mit Physikern der Universität Marburg und der University of California in Santa Barbara vor Kurzem aufgezeigt., Blick in die Wissenschaft, Bd. 26 Nr. 35/36 (2017): Blick in die Wissenschaft

OPTICA APPLICATA; 01/2013; ISSN 1429-7507