Vorträge im SS 2000

(presentation by Dr. Herma Büttner) Prof. Dr. G. J. Kearley, Interfacultair Reactor Instituut, Delft

"A quantum cure for frustration a computer-animated presentation" (11. Juli 2000))

There is considerable interest in the rather complex rearrangements of molecular systems that may be useful for devices such as "molecular motors". Recently there have also been reports of systems in which a molecular group undergoes continuous uni-directional rotation. This is based on careful ´tuning´ of classical systems. Quantum systems, however, show some interesting curiosities which seem to defeat even the most basic concepts of mechanical systems. Closed three-dimensional systems of rotors cannot turn in a cooperative cogwheel fashion. They are frustrated. The most common simple molecular rotors are CH3 and NH3; they undergo quantum free rotation at liquid-helium temperature - how? The first hint at how this might occur came from a closely related classical situation which seemed to show that the triangle of 3 H-atoms in NH3 groups actually looks square when time-averaged - an observation which was found laughable at the time. Now the crystallographic and spectroscopic data are coming together with numerical simulations to provide a clearer picture of the underlying dynamics, its origin, and how this might be manipulated. This talk will take the form of a review in which I will use some computer animations to help non-experts to understand the significance of the dynamics and its interplay with structural aspects. 
 
Prof. Dr. Thomas Müller, Institut für Experimentelle Kernphysik, Universität Karslruhe

"Die Suche nach den fundamentalen Bausteinen der Natur" (4. Juli 2000)

Nach heutigen Kenntnissen sind die fundamentalen Bausteine der Materie Fermionen: Quarks und Leptonen, die durch die starke bzw elektroschwache Wechselwirkung Kräfte aufeinander ausüben. Die Fermionen kommen laut dem Standardmodell der Elementarteilchenphysik in 3 Generationen mit insgesamt 12 Quarks und Leptonen vor, deren schwerstes, das Topquark, erst vor wenigen Jahren am Tevatronspeicherring bei Chicago entdeckt wurde. Auch wenn das Periodensystem der Teilchen komplett ist, bleiben viele wichtige Fragen der Teilchen-Physik noch unbeantwortet, für deren Beantwortung der im Bau befindliche "Large Hadron Collider" die Voraussetzungen schaffen soll.
 
Prof. Dr. Wolf-Dieter Schneider, Institute de Physique de la Matiere Condensee, Université de Lausanne, Schweiz

"Ein Rätsel aus der Nanophysik: Wo treffen sich Quanteninterferenzen und Fata Morgana" (20. Juni 2000)

Ein charakteristischer Fingerabdruck der Quantenstruktur der Materie ist die Fano-Resonanz - ein Phänomen, das auf der Interferenz eines diskreten elektronischen Zustands mit einem Kontinuum von Zuständen beruht. Diese Resonanzen wurden in so verschiedenen Gebieten wie der Atomphysik, der Festkörperphysik und der Oberflächenphysik, zum Beispiel mittels der photoemission, beobachtet, und die Analyse ihrer Linienform hat viel zum Verständnis der elektronischen Struktur der Materie beigetragen. Kürzlich ist dieses Phänomen im Zusammenhang mit dem Kondo-Effekt, der Wechselwirkung eines magnetischen Moments eines einzigen Adatoms mit den Leitungselektronen des metallischen Substrats, mittels Raster-Tunnelspektroskopie bei tiefen Temperaturen nachgewiesen worden. Diese Beobachtung eröffnet überraschend neue Perspektiven zur Konstruktion, zur Charakterisierung und zum Verständnis magnetischer Nanostrukturen.
 
Priv.-Doz. Dr. Uwe Czarnetzki

"Plasmadiagnostik mit Methoden der nichtlinearen Laserspektroskopie" (13. Juni 2000)

Seit den frühen Tagen der Plasmaphysik dient das vom Plasma emittierte Licht nicht nur als charakteristisches Kennzeichen einer Entladung, sondern ist auch als wertvolle Informationsquelle über die im Plasma ablaufenden Prozesse genutzt worden. Quantitative Aussagen sind jedoch schwierig und setzen in der Regel umfangreiche Modellrechnungen voraus. Methoden der Laserspektroskopie erlauben hingegen meist eine direktere und unzweideutigere Interpretationen der Messergebnisse bei gleichzeitigen Vorteilen in der Empfindlichkeit sowie der Orts- und Zeitauflösung. Nichtlineare optische Verfahren haben in den letzten Jahren dazu beigetragen, die Grenzen der so diagnostisch erfaßbaren Plasmagrößen weiter auszudehnen. Dies betrifft unter anderem die Messung der Dichten und Temperaturen von leichten Radikalen, die Untersuchung von Entladungsvorgängen über die Messung von elektrischen Feldern sowie die Bereitstellung von kurzwelliger Strahlung im Vakuum-UV, die wiederum für lineare wie auch nichtlineare Spektroskopie genutzt werden kann. Als Verfahren sind z.B. zu nennen: Zweiphotonenanregung, Vierwellenmischung, Fluoreszenz-Dip-Spektroskopie sowie stimulierte Raman-Streuung. Wasserstoff kommt in diesem Zusammenhang eine besondere Bedeutung zu. Er eignet sich hervorragend als Medium für die genannten spektroskopischen Methoden und ist vor allem sowohl in der Hoch- wie der Niedertemperaturplasmaphysik von großer Bedeutung.
 
Prof. Dr. Thomas Beth, Institut für Algorithmen und Kognitive Systeme, Universität Karlsruhe

"Quanteninformatik: Parallele Algorithmen, (fast) diskrete Mathematik und Quantenphysik" (6. Juni 2000)

Durch neueste Fortschritte der Quantenphysik und der Informatik ist die Konstruktion eines Quantenrechners denkbar geworden, der möglicherweise geeignet ist, heute noch nahezu exponentiell hart erscheinende Probleme innerhalb polynomialer Raum-Zeit-Schranken lösbar zu machen. Nach einer Einführung in die Quantenalgorithmik und ihren Zusammenhang mit verschiedene Methoden der Signalverarbeitung, Gruppentheorie und Kryptologie wird die Notwendigkeit der Fehlerstabilisierung verschränkter Quantensysteme als zentrales Forschungsproblem behandelt. Dazu werden neue Ergebnisse über Quantenfehlerkorrigierende Codes für Quantensysteme erläutert.
 
Dr. B. Scott , Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, EURATOM Association, Garching

"Nichtlineare Fluiddynamik und Turbulenz in magnetisierten Plasmen" (30. Mai 2000)

Plasmas are magnetically confined if the orbits of the charged particles around the magnetic field lines are small compared to the system size. Nevertheless, particles and energy can still be lost as a result of the fluidlike drifts of these orbits across the magnetic field. Low frequency fluid dynamics involves a two-dimensional, nearly in-compressible flow in planes, perpendicular to the magnetic field. This system deve-lops to dissipatively coupled turbulence. The qualitative character of the turbulence can be understood by statistical diagnosis of computational results within simplified model equations. Computation with a more complete system of equations in the ma-gnetic geometry of fusion devices shows turbulence bearing a similar statistical cha-racter and transport level to experimental observations. Computations in a dipole magnetic field show turbulence which may be relevant to charged particle popula-tions in the terrestrial magnetic field.
 
Prof. Dr. Richard Bausch, Theoretische Physik, Universität Düsseldorf

"Gleitbewegungen von Liniendefekten" (23. Mai 2000)

Zunächst werden einfachste Typen von Liniendefekten in kristallinen Festkörpern vorgestellt. Ihre Rolle in der makroskopischen Physik geht oft weit über die von Schmutzeffekten idealer Kristalle hinaus. Beispiel eines nichtrivialen makroskopi-schen Effekts ist das Fließen von Gletschern, dass durch Gleitbewegungen von Versetzungslinien erst ermöglicht wird. Aus theoretischer Sicht ist die Bewegung einer Defektlinie in einer Gleitebene auch durch ihre Ähnlichkeit mit dem Wachstumsprozess einer Phasengrenzlinie von Interesse. Tatsächlich ist die Bewegungsgleichung einer Versetzungslinie in einem weiten Anwendungsbereich eine Kardar-Pari-si-Zhang (KPZ)-Gleichung. Nahe einem kristallinen Phasenübergang bilden sich entlang Versetzungen zylindrische Keime einer Minoritätsphase, die in Experimenten eindrucksvoll sichtbar gemacht werden können. Sie führen zu Reibungskräften in der KPZ-Gleichung, die ungewöhnliche Forminstabilitäten der Defektlinien zur Folge haben.
 
Thomas Maroutian, CEA Saclay, Frankreich

"Unstable growth on vicinal surfaces" (Sonderkolloquium, 19. Mai 2000)

A systematic study of the growth of Cu in the step flow mode on vicinal Cu-surfaces is presented, which puts forward intrinsic instabilities in these homoepitaxial, unreconstructed systems. Scanning tunneling microscopy and helium-atom beam scattering are used for the investigation of the kinetics and the structural analysis of the growth morphology. At low growth temperature, the investigated surfaces all exhibit a collective meandering of steps. The origin of this instability is traced back to an excess energy barrier for diffusion over descending steps (the Ehrlich-Schwöbel barrier), as first pointed out by Bales and Zangwill. Normally, the presence of this barrier should stabilize against step bunching. Nevertheless, above room temperature, a faceting instability is evidenced, whose conceivable origins are discussed.
 
Priv.-Doz. Dr. Rainer Spurzem, Astronomisches Rechen-Institut, Heidelberg

"Monte-Carlo-Methoden in der klassischen Mechanik" (16. Mai 2000)

Die Lösung der Newtonschen Bewegungsgleichungen für Probleme der Astrophysik (Sternhaufen) und Himmelsmechanik (Planetensystem) profitiert von einer Synthese komplexer mathematisch-physikalischer Verfahren mit der numerischen Lösung der sich ergebenden speziellen Bewegungsgleichungen, eine Schnittstelle zwischen klassischer Hamiltonscher Mechanik und Computational Physics. Ähnlich wie in der Quantenmechanik zeigt sich, dass die komplexe Dynamik stellarer Vielkörpersysteme und der in ihnen stattfindenden Streuprozesse sehr effizient mit einer Monte Carlo-Methode simuliert werden kann. Es werden neueste Resultate diskutiert, welche erstmals die Entwicklung von 30.000 Doppelsternen in einem Kugelsternhaufen selbstkonsistent wiedergeben.
 
Prof. Dr. Hartmut Zohm, MPI für Plasmaphysik, Garching

"Die Physik magnetischer Inseln in Kernfusionsplasmen" (9. Mai 2000)

In Fusionsexperimenten vom Typ Tokamak wird ein heißes Plasma in axisymmetrisch toroidaler Magnetfeldgeometrie eingeschlossen. Ein Teil des hierzu benötigten Magnetfelds wird durch einen starken toroidalen Plasmastrom erzeugt, der zu stromgetriebenen Instabilitäten und damit zur Änderung der Topologie der internen Magnetfeldstruktur führen kann. Dies äußert sich im Auftreten sogenannter magnetischer Inseln, welche die Einschlußqualität des Plasmas beeinträchtigen und somit den Betriebsbereich von Tokamakexperimenten begrenzen. Der Vortrag diskutiert die verschiedenen Bildungsmechanismen solcher Inseln und geht auf die dadurch hervorgerufenen Einschränkungen des Tokamakbetriebs ein. Durch neuere Messungen von Struktur und Dynamik der Inseln lassen sich theoretische Modellvorstellungen weitgehend bestätigen. Darauf aufbauend werden kürzlich erzielte Ergebnisse zur aktiven Kontrolle magnetischer Inseln dargestellt. Diese haben weitreichende Implikationen für die Kontrolle und Erweiterung des Betriebsbereiches zukünftiger Fusionsexperimente wie z.B. ITER-FEAT.
 
Prof. Dr. R. Berndt, Institut für Experimentelle und Angewandte Physik

"Heiße Löcher leben länger - Spektroskopie und Chemie mit einem 5 Kelvin Tunnel-Mikroskop" (Antrittsvorlesung - 18. April 2000)

Halbleiter und Metalle lassen sich einfacher beschreiben, wenn man neben den negativen Elektronen auch so genannte Quasiteilchen einführt, zum Beispiel positive Löcher. Diese Löcher, insbesondere solche, die sich an Kristalloberflächen aufhalten, sind sehr kurzlebig. Kürzlich gelang eine präzise Messung ihrer Lebensdauer und eine mit den Messwerten konsistente theoretische Berechnung.
 
Dr. W. Wurth, II. Institut für Experimentalphysik, Universität Hamburg

"Neue Möglichkeiten hochaufgelöster Röntgenspektroskopie" (11. April 2000)

Moderne Synchrotronstrahlungsquellen der dritten Generation, bei denen die Strahlung mit Hilfe von periodischen Magnetstrukturen (Undulatoren, Wigglern) erzeugt wird, übertreffen die bisherigen Quellen in Photonenfluß und Brillanz um mehrere Größenordnungen. In der Spektroskopie mit weicher Röntgenstrahlung eröffnen sich dadurch eine Reihe neuer Möglichkeiten. Im Vortrag werden einige Beispiele aus dem Bereich der Oberflächenphysik diskutiert, die dies veranschaulichen sollen. Dabei werde ich zunächst Ergebnisse zur Röntgenabsorption metallischer Nanoteilchen präsentieren. Danach möchte ich auf Experimente zur resonanten Röntgenemission an Molekülen auf Oberflächen eingehen, die detaillierte Aussagen über die lokale elektronische Struktur von Adsorbatkomplexen erlauben. Zuletzt werde ich Untersuchungen zur Femtosekundendynamik von Ladungstransferprozessen diskutieren, die auf einer Kombination von hochaufgelöster resonanter Röntgenabsorption und Rumpflochzerfallsspektroskopie unter Ausnutzung des resonanten Auger Raman Effekts beruhen.