Vorträge im SS 2011

Prof. Dr. Stefan Blügel, Forschungszentrum Jülich und JARA

The Spin-Orbit Physics at Metal Surfaces (19. Juli 2011)

Most physicists bump at least once during their lectures into the spin-orbit interaction and may remember it is really a tiny quantity. In condensed matter physics, this interaction has left a trace of effects coined after some illustrative names in physics: Dzyaloshinskii-Moriya interaction, Elliot-Yafet, D’yakonov-Perel or Bir-Aronov-Pikus mechanism, Bychkov-Rasbha and Dresselhaus effect, to name a few. New physical insights, new mathematical techniques, new theoretical concepts and new experimental discoveries, such as the topological insulators, the spin-Hall insulator, the topological insulator, the Chern insulator, the spin and the quantum spin-Hall effect have made this field to one of the most active one in condensed matter physics today. In this colloquium talk I will touch upon these new discoveries in the context of metal surfaces and I will discuss topological magnetic phases in real space in contrast to topological phases of the momentum space of electrons as in topological insulators.
 
Prof. Dr. Hartmut Buhmann, Physikalisches Institut, Universität Würzburg

HgTe a topological insulator (12. Juli 2011)

The increasing understanding of topological phases in condensed matter physics, which was initiated by the quantum Hall effect, has inspired the search for further topological states, especially, in the absence of magnetic fields. As an example a new topological insulator state, the quantum spin Hall (QSH) effect, was proposed for two-dimensional electron system with strong spin-orbit coupling. This new state is characterized by an insulating bulk and two counter-propagating helical edge states. These so-called Kramers pairs account for a quantized conductance and propagate spin currents without dissipation. After the successful experimental demonstration of the QSH effect3), the concept of topological insulators was extended to three-dimensional systems4) where Dirac-like surface states dominate electronic and optical excitations resulting in new exotic properties. In this presentation, the material system of mercury-telluride (HgTe) is introduced. The first experimental realization of a two-dimensional topological insulator (TI) state is shown and the first transport characterization of a three-dimensional TI is presented. Furthermore, it is possible to show evidence for the spin polarization of the QSH edge channels in an all-electrical measurement which demonstrates the potential of the QSH effect for spin injection and detection in spintronics applications.
 
Prof. Dr. Marius Potgieter, North-West University Campus Potchefstroom, South Africa Festkolloqiuum aus Anlass des 80. Geburtstages von Herrn Prof. Dr. Gerd Wibberenz

Modulation of Galactic Cosmic Rays (5. Juli 2011)

The global modulation of galactic cosmic rays in the inner heliosphere is determined by four major mechanisms: convection, diffusion, particle drifts (gradient, curvature and current sheet drifts), and adiabatic energy losses. When these processes combine to produce modulation, the complexity increases significantly especially when one wants to describe how they evolve spatially in all three dimensions throughout the heliosphere, and with time, as a function of solar activity over at least 22 years. In this context also the global structure and features of the solar wind, the heliospheric magnetic field, the wavy current sheet, and of the heliosphere and its interface with the interstellar medium, play important roles. Space missions have contributed significantly to our knowledge during the past decade. In the inner heliosphere, Ulysses and several other missions have contributed to establish the relative importance of these major mechanisms, leading to renewed interest in developing more sophisticated theories and numerical models to explain these observations, and to understand the underlying physics that determines galactic cosmic ray modulation at Earth. An overview is given of some of the observational and modeling highlights over the past decade.
 
Prof. Dr. Hynek Biedermann, Karls-Universität Prag

Plasma polymers applied in nanocomposite and nanostructured films (21. Juni 2011)

Plasma polymers have been investigated intensively for several decades. In spite of using the word polymer, the plasma polymer means a new class of organic material that is rather irregular, disordered and usually amorphous in contrary to conventional polymers. Plasma polymers are usually prepared when organic gas or vapor passes through an electric (glow) discharge. However, RF sputtering of a polymer target may also be used. Application of a plasma polymer as a matrix for the incorporation of a metal or metal oxide is discussed and the properties of these nanocomposite films reviewed. Nanostucturing by means of GLAD (Glancing Angle Deposition) is shown. The application of nanoclusters and nanoparticles (metal and plasma polymer) prepared by means of gas aggregation cluster source are described for the both cases: nanostructured and nanocomposite films. Examples of possible applications are also concisely given.
 
Prof. Dr. Alfred Leitenstorfer, Universität Konstanz

Ultrafast Quantum Photonics (7. Juni 2011)

At the beginning of the talk, modelocked Er:fiber systems with extremely broadband spectral coverage are introduced as enabling tools for our work in ultrafast nano-optics and terahertz quantum physics. Femtosecond coherent excitation and readout of a single electron in a CdSe/ZnSe quantum dot serves as a starting point. This experiment has allowed us to manipulate the number of photons in an ultrashort laser pulse by exactly ±1. In order to control the quantum statistics of few-photon wave packets, the coupling of broadband light fields to solid-state nanosystems has to be maximized. To this end, lateral metal nanoantennas are developed which may be combined with vertical dielectric microresonators. The plasmonic parts of these devices represent deeply sub-wavelength local emitters of ultashort coherent pulses. The dephasing of optical antennas is measured directly with attosecond temporal resolution. We find that the dynamics is dominated by radiation damping. This fact enables functional design of nonlinear efficiencies and few-femtosecond response times via structuring in the 10-nm range. The talk will focus on the emerging subject of terahertz quantum optics. We have recently demonstrated non-adiabatic switching of ultrastrong coupling between intersubband dipoles in GaAs/AlGaAs quantum wells and a terahertz waveguide microcavity.
 
Dr. Christian Gutt, DESY Hamburg

Blitze von Röntgenlasern detektieren Ordnung und Unordnung in Flüssigkeiten und Ferromagneten (31. Mai 2011)

Die neuartigen Röntgenlaser FLASH am DESY und LCLS in Stanford produzieren hoch intensive Röntgenblitze, die es erlauben, Materie auf der Nanoskala mit einer Zeitauflösung von 10-100 Femtosekunden zu untersuchen. In meinem Vortrag werde ich zwei typische Anwendungen der ultraschnellen und kohärenten Rönt-genbeugung vorstellen. Zum einen können Ordnungsphänomene in Flüssigkeiten detektiert werden, die neue Einblicke in die Struktur von Flüssigkeiten und Gläsern erlauben. Zum anderen werde ich von Experimenten berichten, die zeigen wie ferromagnetische Domänen auf Zeitskalen von 100 fs ihre Ordnung verlieren und später zurückgewinnen.
 
Dr. Sönke Harm, IEAP, Uni-Kiel

Elektrische Maschinen, Leistungselektronik und Elektromobilität (24. Mai 2011)

Im Bereich der elektrischen Antriebe vollzieht sich seit einigen Jahren ein Technologiewandel, bei dem die klassischen elektrischen Maschinen für Dreh-strombetrieb mit fester Frequenz - bzw. bei Gleichstrombetrieb mit mechanischer Kommutierung des Rotorstromes - zunehmend durch Drehstrommaschinen mit elektronischer Stromkonvertierung verdrängt werden. Diese Umstellung erfolgt dabei interessanter Weise nahezu über den gesamten Leistungsbereich beginnend bei kleinen Elektromotoren z.B. für Flugmodelle mit einer Leistung von einigen Watt über Elektrofahrzeuge bzw. Hybridantriebe im 100kW-Bereich bis hin zu U-Boot-Antrieben mit Leistungen von einigen Megawatt. Ermöglicht wird diese Revolution nicht zuletzt auch durch die stetige Weiterent-wicklung elektronischer Leistungsschalter sowie neuartiger Hochleistungsmagnete; beides Entwicklungen, die auf neuesten Erkenntnissen in der Halbleiter- bzw. Festkörperphysik basieren. Der Vortrag gibt zunächst einen Überblick über die verschiedenen Bauformen und Funktionsprinzipien elektrischer Maschinen sowie ggf. der zugehörigen elektro-nischen Ansteuerung. Außerdem wird auf den grundsätzlichen leistungselektro-nischen Aufbau von Stromumrichtern eingegangen, wie sie z.B. bei der Energiever-sorgung von Drehstrommaschinen aus Akkumulatoren benötigt werden. Abschlie-ßend erfolgt eine kurze Diskussion der speziellen Gegebenheiten beim Einsatz elektrischer Maschinen in Fahrzeugen mit Hybrid- bzw. reinem Elektroantrieb. Der Vortrag beinhaltet zudem eine Reihe praktischer Vorführungen, durch die zusätzlich das anschauliche Verständnis angesprochen werden soll.
 
Dr. Oliver Arp, IEAP, Uni-Kiel

Nichtlineare Phänomene und Selbstorganisation in staubigen Plasmen (10. Mai 2011)

Staubige Plasmen bieten die einzigartige Möglichkeit, strukturbildende und dynamische Phänomene stark gekoppelter Systeme mit quasi-atomarer Auflösung zu studieren. Dabei haben erst Experimente unter Schwerelosigkeit oder die Kompensation der Schwerkraft durch andere Kräfte den Zugang zu ausgedehnten dreidimensionalen Systemen geschaffen. In diesem Vortrag stelle ich nichtlineare dynamische Vorgänge in staubigen Plasmen vor. Dabei interessiert einerseits die globale Kohärenz selbsterregter Dichtewellen im Hinblick auf die Kopplung mit dem Entladungsmechanismus, andererseits zeigt das Wellenfeld ein unerwartetes Phänomen - die Bildung von Frequenzinseln -, das nicht mit dem linearen Wellenbild nach Huygens vereinbar ist. Von fundamentaler Bedeutung ist ebenso die dynamische Reaktion eines dreidimensionalen staubigen Plasmas auf eine starke punktförmige Störung. Hierzu stelle ich Ergebnisse von Experimenten und Simulationen zur Wechselwirkung schneller Projektile mit staubigen Plasmen vor und diskutiere, wie sich die gewonnenen Modellvorstellungen von den bekannten Phänomenen in zweidimensionalen Systemen unterscheiden.
 
Dr. Uwe Kleen, Vattenfall Europe Nuclear Energy GmbH

Sicherheitskonzept und Auslegung von Kernkraftwerken vor dem Hintergrund der Ereignisse in Fukushima (19. April 2011)

In dem Vortrag wird der aktuelle Kenntnisstand über die Kernschmelze-Störfälle in Fukushima dargelegt und an den heute geltenden Grundsätzen für die Störfall-auslegung neuer Kernkraftwerke gespiegelt. Am Beispiel zweier heute in Errichtung befindlicher neuer Kernkraftwerke wird die konkrete Umsetzung aktueller Anforderungen dargelegt. Des Weiteren wird am Beispiel des Kernkraftwerkes Brunsbüttel vorgestellt, wie bestehende Kernkraft-werke an fortschreitende Anforderungen herangeführt werden.