Vorträge im WS 2000/2001

Prof. Dr. Klaus Rith, Physikalisches Institut, Universität Erlangen

"Woher kommt der Spin des Protons? (13. Februar 2001)"

Seit der Beobachtung der Europäischen Myon Kollaboration (EMC), dass - entgegen den Erwartungen des Quark Modells - der Spin des Nukleons nur zu einem geringen Teil auf den Spin der Quarks zurueckgeführt werden kann, wurde die innere Spinstruktur des Nukleons durch eine Reihe von polarisierten tiefunelastischen Lepton-Nukleon-Streuexperimenten im Detail untersucht. Nach einer Einführung in die Spinstruktur des Nukleons im Rahmen des Quark-Modells gibt der Vortrag einen Überblick über diese Experimente, und die aktuellen experimentellen Resultate. Das gegenwärtige Verständnis über die Zusammensetzung des Nukleonenspins aus den Beiträgen der Spins von Quarks und Gluonen und von Bahndrehimpulsanteilen wird erläutert. Der Vortrag schließt mit einem Ausblick auf die nächste Generation dieser Experimente, deren Datennahme in diesem Jahr beginnt.
 
Dr. Norbert Esser, Technische Universität Berlin, Institut für Festkörperphysik, Berlin

"Optische Spektroskopie an Oberflächen und epitaktischen Schichten: Von der Prozesskontrolle zur Oberflächenphysik", (1. Februar 2001)

Obwohl in der Oberflächentechnologie sehr weit verbreitet, spielen optische Verfahren in der Oberflächenphysik noch eine untergeordnete Rolle. Optische Verfahren sind zwar, im Gegensatz zu den "traditionellen" elektronenspektroskopischen Methoden der Oberflächenanalyse, nicht nur im Ultrahochvakuum, sondern in sehr verschiedenen Umgebungen anwendbar. Entscheidend ist jedoch die Frage, welche Informationen über mikroskopische Eigenschaften, wie z.B. atomare und elektronische Struktur von Grenzflächen, mittels optischer Spektroskopie konkret gewonnen werden können. In meinem Vortrag möchte ich zeigen, dass man elektronische und phononische Anre-gungen an Grenzflächen und in epitaktischen Schichten nachweisen, die Resultate in den üblichen Modellen der Oberflächenphysik (elektronische Bandstruktur, lokale Bin-dungen, Oberflächenphononen) verstehen und zur Oberflächencharakterisierung her-anziehen kann. Beispiele dafür betreffen ein weites Spektrum von Materialien: Wide-Bandgap-Halbleiter, Halbleiter- und Metalloberflächen, epitaktische Schichten wie z.B. auch Chalkopyritschichten, die zur Herstellung von Solarzellen verwendet werden. Ausgehend von Grenzflächenuntersuchungen im Ultrahochvakuum möchte ich auch diskutieren, wie mittels optischer Spektroskopie technologisch relevante Schichtsysteme, wie z.B. CuInSSe-Schichten und Heterostrukturen, charakterisiert und optimiert werden können.
 
Dr. Uwe Klemradt, Universität München, Sektion Physik und Center for Nanoscience (CeNS)

"Phasenumwandlungen in intelligenten Materialien unter dem Einfluß von Grenzflächen", (1. Februar 20001)

In der anwendungsorientierten Grundlagenforschung haben intelligente Materialien in den letzten Jahren wegen ihrer ungewöhnlichen physikalischen Eigenschaften stetig wachsende Aufmerksamkeit gefunden. In diesem Vortrag werden "Smart Materials" aus dem Bereich der Ferroelastika und Ferroelektrika vorgestellt, deren Funktionalität auf strukturellen Phasenumwandlungen mit kooperativem, diffusionslosem Charakter beruht. Beide Materialklassen zeigen bemerkenswerte Parallelen in ihren Gitterinstabilitäten und weisen ein hohes Anwendungspotential auf, das bereits in der Mikromechanik bzw. bei nichtflüchtigen Speichern genutzt wird. Diffusionslose Phasenumwandlungen sind typischerweise von erster Ordnung. Der Zusammenhang zwischen Fluktuationen, Vorläufereffekten und dem Nukleationsprozess der Tieftemperaturphase wird diskutiert, wobei der Schwerpunkt auf dem Einfluss von Grenzflächen und äußeren Feldern liegt, der bei weiterer Miniaturisierung bis hin zur Nanoskala ein limitierender Faktor sein wird. Es wird gezeigt, wie moderne Synchrotronstrahlungsmethoden zur experimentellen Untersuchung dieser Fragestellungen beitragen können. Die Verwendung komplementärer Streuverfahren unter streifenden Winkeln erlaubt dabei sowohl die Erfassung von Vorgängen im atomaren Bereich als auch auf mesoskopischen Skalen. Volumen- und Oberflächeneigenschaften ausgewählter Formgedächtnislegierungen werden im Hinblick auf strukturelle und gitterdynamische Signaturen des Umwandlungsprozesses verglichen. Es werden neuartige Oberflächen-Vorläufereffekte vorgestellt, die einen starken Einfluss der Oberfläche in Materialien mit ausgeprägten Phononen-Anomalien (Soft Modes) belegen. Darüber hinaus werden Experimente an ferroelektrischen dünnen Filmen besprochen.
 
Prof. Dr. Thomas Martinetz, Institut für Neuro- und Bioinformatik, Universität Lübeck

"Modelling Evolutionary Extinction" (30. Januar 2001)

Seit Darwin wissen wir, dass neben dem genetischen Random-Walk der Mutation der Selektionsdruck durch die Umwelt entscheidend ist für die Entstehung solch komplexer Strukturen wie lebender Systeme. Der Preis ist hoch: permanent müssen ganze Spezies dafür aussterben, und man vermutet, dass mehr als 99,9% aller Spezies, die die Evolution hervorgebracht hat, mittlerweile nicht mehr existieren. Neueste fossile Daten legen charakteristische Gesetzmäßigkeiten für die Lebensdauer von Spezies und für die Grösse von Aussterbeereignissen in einer Population nahe. Bislang dachte man, diese Gesetzmäßigkeiten nur durch sogenannte "self-organized-criticality" Modelle, die die Wechselwirkungen der verschiedenen Spezies berücksichtigen, nachbilden zu können. Der Vortrag stellt neben der Einführung in die Problemstellung ein wesentlich einfacheres Modell vor, welches die beobachteten Skalengesetze allein durch die Einwirkung globaler Ereignisse erklären kann.
 
Prof. Dr. Reinhard Koch, Multimedia Information Processing

"3D-Oberflächenrekonstruktion aus unkalibrierten Kamerabildfolgen" (23. Janaur 2001)

Dieser Vortrag diskutiert ein System zur Oberflächenrekonstruktion von 3D-Szenen aus unkalibrierten Bildfolgen. Ziel der Rekonstruktion ist eine möglichst naturgetreue geometrische und photometrische Nachbildung der Szenenobjekte aus Freihandaufnahmen mit einer Kamera. Im Falle einer unkalibrierten, freibewegten Kamera müssen sowohl die 3D-Kameraposition und die internen Kameraparameter als auch die 3D-Oberflächenbeschreibung gleichermaßen aus der Bildfolge extrahiert werden. Das Rekonstruktionsproblem wird in drei Schritten gelöst. In einem ersten Schritt werden die Kameraparameter (intrinsic und extrinsic) aus den Bildern selbst kalibriert. Bildfeatures werden über die Sequenz verfolgt und daraus eine projektive Rekonstruktion erstellt. Eine Selbstkalibrierung bestimmt die internen Kameraparameter. Die kalibrierte Sequenz wird dann stereoskopisch zu dichten Tiefenkarten ausgewertet. Schließlich werden die unterschiedlichen Ansichten zu einem konsistenten, photorealistischen 3D-Oberfächenmodell fusioniert. Das System wurde u.a. bei der Rekonstruktion von Teilen einer archäologischen Ausgrabungsstätte in der Türkei getestet.
 
Dr. Johannes Voit, Theoretische Physik I, Universität Bayreuth

"Physikalische Modelle in Finanzwirtschaft und Wirtschaftswissenschaften" (16. Januar 2001)

Beziehungen zwischen Statistischer Physik und Finanzwirtschaft haben eine lange Geschichte: Bereits vor über hundert Jahren wurde im Rahmen einer Theorie spekulativer Investitionen die Brownsche Molekularbewegung zum ersten Mal vollständig und korrekt beschrieben. Mein Vortrag beschreibt sowohl dieses Standardmodell der quantitativen Finanzwirtschaft und seine Anwendungen im Financial Engineering als auch neue Entwicklungen wie z. B. Analogien zwischen hydrodynamischer Turbulenz und Devisenmärkten. Ich diskutiere ferner empirische Untersuchungen des Wachstums der deutschen Volkswirtschaft und Ansätze zur theoretischen Modellierung des Wirtschaftswachstums.
 
Dr. Christian Theis, Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Universität Kiel

"Galaxien und Gene oder wie modelliert man wechselwirkende Galaxien" (9. Januar 2001)

Wechselwirkende Galaxien zählen zu den spektakulärsten Objekten im Universum. Neben ihrer ästhetischen Faszination, die sich in Beschreibungen wie "Brücken", "Armen" oder "Feuerrädern" ausdrückt, liefern sie eine einzigartige Möglichkeit, anderweitig kaum zugängliche Größen wie die 3-dimensionale Kinematik oder die detaillierte Struktur einer Galaxie zu bestimmen. Insbesondere beeinflusst die nach wie vor nicht genau verstandene, lediglich gravitativ wirkende Dunkle Materie Wechselwirkungsprozesse nachhaltig. Entsprechend groß war in den letzten Dekaden das theoretische Interesse an diesen Vorgängen, wobei neben besonderen Galaxienmorphologien auch neue Prozesse wie das Verschmelzen von Galaxien oder auch "Galaxien-Kannibalismus" gefunden wurden. Während schnell das Wissen um prinzipielle Effekte bei Galaxienbegegnungen zunahm, wurden aber vergleichsweise selten konkret beobachtete Systeme modelliert. Letzteres ist auf die Schwierigkeiten zurückzuführen, die mit dem ausgedehnten Parameterraum einerseits und numerisch aufwendigen N-Körper-Simulationen andererseits zusammen hängen. Einen Ausweg bieten hier effiziente Suchalgorithmen gekoppelt mit schnellen Simulationsverfahren. Besonders attraktiv sind dabei evolutionäre Verfahren, die die natürliche (biologische) Entwicklung nachahmen, um zu einer Optimierung, d.h. zu einem gut an die Beobachtungen angepaßten Modell zu gelangen. Am Beispiel eines genetischen Algorithmus wird die Anwendbarkeit eines solchen Verfahrens demonstriert. Diese Bestimmung des "interessanten" Parameterbereichs ist freilich nur ein erster Schritt bei der Modellierung wechselwirkender Sternsysteme, dem im Einzelfall selbst-konsistente stellar- und hydrodynamische Rechnungen folgen müssen.
 
PD Dr. Gerd Bacher, Technische Physik Universität Würzburg

"Hochorts- und zeitaufgelöste optische Spektroskopie an Halbleiter-Nanostrukturen" (21. Dezember 2000)

Die optische Spektroskopie in ihrer breiten Vielfalt stellt ein machtvolles Instrument zur Analyse von Halbleiter-Nanostrukturen mit neuartigen elektronischen, optischen und magnetischen Eigenschaften dar. Dies wird im Vortrag durch einige ausgewählte Beispiele demonstriert. Halbleiter-Quantenpunkte finden aktuell ein breites Interesse aufgrund vielfältiger Anwendungsmöglichkeiten u.a. in der Optoelektronik oder, etwas visionär, in der Quanteninformationsverarbeitung. Letztere erfordert ein Verständnis elementarer Prozesse, wie z.B. der Austausch-Wechselwirkung oder der Spinkohärenz, im Quantenpunkt. Mittels hochortsaufgelöster optischer Spektroskopie (Ortsauflösung ≈ 50 nm) gelang es, die Wechselwirkung zwischen individuellen Spins in einem einzelnen Halbleiter-Quantenpunkt zu studieren. Experimente mit kombinierter Orts- und Zeitauflösung (10 ps) erlauben darüberhinaus einen direkten Zugriff auf die Kopplung eines einzelnen Elektron-Loch Paares an das Strahlungsfeld. Einen völlig anderen und sehr viel konkreteren Anwendungsaspekt zeigen zeitaufgelöste Lumineszenz-Messungen an CuInSe2-Dünnschichtsolarzellen: Die von uns gefundene Korrelation zwischen Träger-Lebensdauer und Solarzellen-Leerlaufspannung macht die optische Spektroskopie als on-line Charakterisierungsmethode für die Bauelement-Entwicklung interessant.
 
Dr. Wolfgang Donner, X-ray Physics, Department of Physics, University of Houston

"Phasenübergänge und Defekte in dünnen Metallschichten" (19. Dezember 2000)

Sowohl die thermischen Fluktuationen, die einen Phasenübergang begleiten, als auch die Verzerrungsfelder, die durch Defekte hervorgerufen werden, werden durch langreichende Wechselwirkungen vermittelt. In dünnen Schichten werden diese Wechselwirkungen in einer Richtung durch die endliche Ausdehnung der Probe "abgeschnitten". Zudem werden die oben erwähnten kooperative Phänomene durch die Oberflächenbzw. Grenzflächen der dünnen Schichten beeinflusst. Der Vortrag stellt neue Ergebnisse zu Ordnungs- Unordnungs Phasenübergängen in dünnen binären Legierungen als Modellsystem für "Abschneideeffekte" vor. Weiterhin werden Ergebnisse von Streuexperimenten und Simulationen zu Linien- und Punktdefekten in dünnen Schichten vorgestellt. Auch hier zeigen sich charakteristische Unterschiede zu Messungen in Volumenproben; so tritt z.B. Braggstreuung und diffuse Streuung gleichzeitig auf, wo in Volumenproben nur diffuse Streuung beobachtet werden kann.
 
HD Dr. Johannes Boneberg, Universität Konstanz

"Unkonventionelle Methoden zur Nanostrukturierung von Oberflächen" (14. Dezember 2000)

Im Vortrag werden die zugrundliegenden Prozesse und mögliche Anwendungen von vier unkonventionellen Methoden zur Nanostrukturierung von Oberflächen aus den Bereichen Elektrochemie, Nanooptik, Kolloidphysik und Oberflächenphysik vorgestellt: Dabei handelt es sich zunächst um zwei Verfahren, bei denen eine lokale Veränderung von Feldern zur Nanostrukturierung eingesetzt wird. Im einen Fall wird das unter der Spitze eines Rastersondenmikroskops modifizierte elektrische, im anderen Fall das optische Nahfeld von submikroskopischen Teilchen ausgenutzt. In beiden Fällen kann die Strukturierung gezielt gesteuert werden, wobei die dabei ablaufenden Mechanismen völlig verschieden sind: Im ersten Fall wird am Beispiel von Metalldichalkogenidoberflächen gezeigt, wie ein elektrochemischer Prozess auf Nanometerskala gesteuert werden kann. Im zweiten Fall wird die Oberfläche durch Einwirkung intensiver Laserpulse modifiziert. Zwei weitere Nanostrukturierungsverfahren beruhen auf Selbstorganisation: Im ersten Fall (Kolloid- monolagenlithographie) werden wieder submikroskopische Teilchen zur Strukturierung benutzt. Dabei wird eine Monolage der Teilchen, die sich unter geeigneten Bedingungen per Selbstorganisation bildet, als Maske verwendet. Schließlich handelt es sich beim Volmer-Weber-Wachstum (auch Inselwachstum genannt) um einen selbst organisierten Wachstumsprozeß von kleinen Nanostrukturen der beim Aufdampfen immer dann auftritt, wenn die Bindungsenergien zwischen Substrat- und Adsorbatatomen klein sind im Vergleich zu den Bindungsenergien der Substratatome untereinander. Wesentliche Eigenschaften dieses Verfahrens werden am Beispiel Metallwachstum auf Metalldichalkogenidoberflächen erläutert.
 
PD Dr. Olaf Magnus Magnussen, Abteilung Oberflächenchemie und Katalyse, University Ulm

"Mikroskopische Struktur und Dynamik von Metall-Elektrolyt-Grenzflächen" (12. Dezember 2000)

In situ Untersuchungen von Grenzflächen zwischen Metallen und Elektrolytlösungen mittels moderner, strukturempfindlicher Methoden werden diskutiert. Abhängig vom Elektrodenpotential bilden sich auf der Metalloberfläche geordnete Monoschichten chemisorbierter Anionen aus, die ein komplexes Phasenverhalten aufweisen. Wie am Beispiel von Kupfer in Salzsäurelösung gezeigt wird, können diese geordneten Anionen-Adschichten sowohl die Oberflächenmorphologie als auch die Mechanismen von Metallauflösung und -wachstum stark beeinflussen. STM Experimente mit hoher Orts- und Zeitauflösung (Video-STM) erlauben es, die atomare Struktur der lokalen Reaktions zentren für Auflösung und Wachstum sowie die mikroskopischen Raten dieser Prozesse zu bestimmen. Weiterhin werden Untersuchungen zur Adsorption einfacher molekularer Spezies auf strukturell wohldefinierte AuPd Legierungselektroden vorgestellt, die die Abhängigkeit der Adsorptionsgeometrie von der lokalen Oberflächenstruktur zeigen.
 
PD Dr. Hermann Nienhaus, Laboratorium für Festkörperphysik, Gerhard-Mercator-Universität Duisburg

"Heiße Ladungsträger in Metall- und Halbleiteroberflächen: direkter Nachweis und Anwendungen" (7. Dezember 2000)

Heiße Ladungsträger in Festkörperoberflächen entstehen durch Energietransferprozesse, die elektronische Anregungen hervorrufen. Zwei aktuelle Beispiele und ihre Bedeutung für die praktische Anwendung sollen vorgestellt werden: 1.Exotherme chemische Reaktionen auf Metalloberflächen können Elektron-Loch-Paare erzeugen. Die entstehenden heissen Elektronen und Löcher wurden vor kurzem direkt mit Dünnschicht-Metall-Halbleiter-Kontakten (Schottky-Dioden) nachgewiesen. Die Ladungsträger bewegen sich dabei ballistisch von der Metalloberfläche zur Grenzfläche und können als "Chemostrom" in der Diode gemessen werden. Solche Ströme wurden erstmals bei der Adsorption von atomarem Wasserstoff auf Ag-, Cu- und Fe-Oberflächen beobachtet. Der zeitliche Verlauf des Chemostroms spiegelt die Kinetik der Oberflächenreaktion wider. Die Experimente liefern einen ersten direkten Nachweis von nicht-adiabatischen Prozessen während der Adsorption auf Übergangsmetalloberflächen und weisen einen neuen Weg in die Gassensorik mit elektronischen Bauelementen.

2. Die Emission angeregter Elektronen aus Halbleiteroberflächen ins Vakuum ist besonders effektiv im Falle negati ver Elektronenaffinitäten (NEA). Neue Resultate versuchen die aktuelle Kontroverse zu klären, ob das Phänomen der NEA an reinen Oberflächen von Gruppe-III-Nitrid- Halbleitern, insbesondere von AlN(0001), auftritt.
 
Dr. Angela Rizzi, ISI-Forschungszentrum Jülich und Universität Modena, Italien

"Nitrid Heterostrukturen: Grenzflächenphysik mit Blick auf die Anwendung" (5. Dezember 2000)

Gruppe III-Nitrid-Heterostrukturen wurden in einer rasanten Entwicklung in den letzten 10 Jahren sehr erfolgreich in optoelektronischen Bauelementen, Stichwort ”blaue Leuchtdioden und blaue Laser”, eingesetzt. Außerdem besitzen AlGaN-basierte Heterostruktur-Feldeffekttransitoren ein großes Potential für die Hochfrequenzleistungselektronik. Einige neue physikalische Eigenschaften unterscheiden III-N Wurzit- Heterostrukturen von den klassischen III-V Zinkblende Halbleitern: (i) GaN basierte Systeme haben grosse piezoelektrische Konstanten, so dass starke piezoelektrische Felder in verspannten Schichtstrukturen auftreten; (ii) mit der niedrigen Wurzitsymmetrie ist ausserdem eine spontane Polarisation verbunden, die grosse (≈ MV/cm) elektrostatische Felder in Schichtstrukturen, auch in Abwesenheit von Verspannung, verursacht. Die physikalischen Grundlagen der Polarisationsfelder in Nitrid-Heterostrukturen werden diskutiert. Die starken elektrischen Felder beeinflussen die optischen, elektrischen und elektronischen Eigenschaften solcher Heterostrukturen; einige daraus resultierende Effekte werden vorgestellt. Als elektronische Parameter für die Heterostrukturen sind insbesondere Banddiskontinuitäten und die Lage des Fermi-Niveaus an der Oberfläche interessant. Information hierüber wurde in-situ mittels Photoemissionsspektroskopie an MBE-deponierten Nitrid-Heterostrukturen gewonnen. Abschließend werden die Ergebnisse in Hinblick auf Bauelementanwendungen diskutiert.
 
Dr. Frank Schreiber, Max-Planck-Institut für Metallforschung, Stuttgart

"Wachstum, Struktur und Anwendungen kristalliner organischer Schichten" (30. November 2000)

Schichtsysteme aus organischen Molekülen erfahren in den letzten Jahren aufgrund ihrer besonderen strukturellen und funktionellen Eigenschaften zunehmendes Interesse. In diesem Vortrag werden organische Molekularstrahlepitaxie, selbstorganisierende Systeme und organisch-anorganische Heterostrukturen diskutiert. Es werden zunächst verschiedene Wachstumsszenarien organischer Schichten und deren in-situ-Beobachtung behandelt. Ferner werden die resultierenden Strukturen, die epitaktischen Relationen, Benetzungsaspekte, Fragen des Polymorphismus sowie Phasenübergänge besprochen. Es wird gezeigt, wie durch die Kontrolle des Wachstums der elektrische Transport sowie die optischen und chemischen Eigenschaften beeinflusst werden können. Abschliessend werden existierende und zukünftige Anwendungen dieser Materialien erläutert.
 
Prof. Dr. Willy Kley, Institut für Theoretische Astrophysik, Universität Tübingen

"Extrasolare Planeten und Planetenentstehung" (21. November 2000)

Bis heute sind etwa 50 extrasolare Planeten um andere sonnenähnliche Sterne entdeckt worden. Deren Eigenschaften wie Masse, Abstand vom Zentralstern und die Exzentrizität der Bahn weichen zum Teil stark von denen unseres eigenen Sonnensystems ab. Diese Beobachtungsergebnisse verlangen eine Revision der gängigen Theorie der Planetenentstehung. In dem Vortrag werden kurz die wesentlichen Beobachtungsergebnisse extrasolarer Planeten dargestellt. Der Entstehungsmechanismus von Planeten wird erläutert, und Rechnungen zur Entwicklung von Protoplaneten innerhalb von protostellaren Scheiben werden vorgestellt. Damit wird ein besseres Verständnis dieser neuentdeckten Planeten erreicht.
 
Dr. Stefan Blügel, Institut für Festkörperforschung, Forschungszentrum Jülich

"Nanomagnetismus im Zeitalter der Magnetoelektronik" (14. November 2000)

Nanomagnetismus, Magnetoelektronik und Spinelektronik sind drei neue und sich rapide entwickelnde Forschungsgebiete der Festkörperphysik mit einem grossen Anwendungspotential in der Datenspeicherung und der Elektronikindustrie. Am Anfang meines Vortrages gebe ich eine kleine Einführung in diese drei miteinander verwobenen Felder mit dem Schwerpunkt auf Nanomagnetismus. Ich werde eine Auswahl von derzeit diskutierten Problemen vorstellen. Dann werde ich mich auf 2 Themen im Detail konzentrieren: "Magnetismus und magnetische Struktur in ultradünnen Filmen" und "Potential des spin-polarisierten Rastertunnelmikroskops für die Auflösung magnetischer Strukturen auf atomarer Skala". Ich möchte Ihnen zeigen, wie das Potential der modernen Quantentheorie, d.h. der Dichtefunktionaltheorie, genutzt werden kann, um erstens neue magnetische Grundzustände für frustrierte Spin-Systeme in zwei Dimensionen z.B. Mn/Cu(111), die nicht durch konventionelle Spin-Modelle erklärt werden können, vorherzusagen. Wie man zweitens durch Kenntnis der elektronischen Struktur in der Lage ist, neue Experimente vorzuschlagen.
 
Dr. Frank Starrost, Department of Chemistry and Biochemistry, University of California, Los Angeles

"Multiscale Modeling: Neue Konzepte zur Simulation von Festkörpern in Raum und Zeit" (31. Oktober 2000)

Multiscale modeling ist ein vielversprechender Zugang zur numerischen Modellierung von Materialeigenschaften im 21. Jahrhundert. Der Terminus bezeichnet eine Art der Simulation, die Phänomene berücksichtigt, deren Längen- und/oder Zeitskalen mehrere -- möglicherweise viele -- Größenordnungen überspannen. Große Unterschiede in den Zeitskalen gibt es zum Beispiel beim Wachstum von Schichten auf Kristalloberflächen aus der Gasphase. Die elementaren Diffusionsprozesse sind sehr schnell, das Wachstum von Inseln und Lagen ist sehr viel langsamer. Sehr verschiedene Längenskalen treten zum Beispiel beim korrosionsbedingten Brechen von Festkörpern auf. Die Korrosion findet durch chemische Reaktionen auf atomarer Ebene statt, während das Brechen auf meso- oder makroskopischer Skala geschieht. Brute-force-Methoden, die riesige Systeme vollständig auf atomarer Basis zu simulieren suchen, sind hier überfordert. Oft wären sie auch verfehlt angewandt, da sehr viele Atome entweder nicht an dem untersuchten Prozess beteiligt sind oder sich ihren Nachbarn sehr ähnlich verhalten. Zukünftige Modellierungskonzepte werden durch die Verknüpfung der unterschiedlichen Längen- und Zeitskalen eine bedeutende Erweiterung der theoretisch beschreibbaren Vorgänge ermöglichen. Ich werde hier eine Reihe der in letzter Zeit entwickelten Konzepte vorstellen und über Anwendungen berichten und spekulieren.
 
Dr. Volker Bothmer, Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der Universität Kiel

"Weltraumwetter" (24. Oktober 2000)

Aktuelle Weltraummissionen zur Erforschung des erdnahen interplanetaren Raumes und der Sonne vermitteln uns zur Zeit tiefgreifende neue Erkenntnisse über die physikalischen Prozesse des Sonne-Erde Systems. Beobachtungen der Weltraumsonde SOHO und des japanischen Röntgensatelliten Yohkoh zeigen erstmals, wie variabel, im Gegensatz zur der für uns von der Erde aus gesehen gleichmässigen Erscheinung der Sonne, unser Zentralgestirn tatsächlich ist. Als Folge dieser Variabilität, deren Ursprung auf der Veränderlichkeit des Sonnenmagnetfeldes beruht, treten häufig sogar für uns direkt spürbare Folgeerscheinungen auf. Hierzu gehören z.B. die Ausfälle von Telekommunikationssatelliten und grossräumiger elektrischer Stromnetze, erhöhte Fehlerquoten in Mikrochip-Produktionsanlagen oder aber auch solch aussergewöhnliche Polarlichterscheinungen wie sie im April und Juli dieses Jahres am Himmel über Kiel zu beobachten waren. Sogar das irdische Klima scheint massgeblich durch die Sonnenaktivität beeinflusst zu werden. Das Thema Weltraumwetter hat daher in letzter Zeit grosse Aufmerksamkeit in der Öffentlichkeit auf sich gezogen. In meinem Vortrag möchte ich die wichtigsten physikalischen Zusammenhänge und neuesten Forschungsergebnisse auf diesem Gebiet zusammenfassen und die geplanten Aktivitäten der internationalen Weltraumbehörden ESA und NASA erläutern.