Vorträge im WS 2010/2011

Prof. Dr. Wolfhard Möller, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Selbstorganisierte Bildung von Nanostrukturen unter Ionenbeschuss (8. Februar 2011)

Die kontrolliert-selbstorganisierte Bildung von Nanostrukturen durch "Bottom-up"-Prozesse ist ein Forschungsgegenstand hoher Aktualität und könnte neue, effiziente und kostengünstige Wege zur Herstellung funktioneller Nano-Systeme eröffnen. Der Vortrag wird zeigen, dass der Beschuss von Oberflächen mit schnellen Ionen zu periodischen Nanostrukturen sowohl an der Oberfläche als auch in der Tiefe führen kann. Unter Ionenerosion können auf einer Vielzahl von Materialien laterale Wellen-, Punkt- oder Lochmuster erzeugt und durch Wahl der Bestrahlungsparameter z.B. in ihrer Periodizität kontrolliert werden. Zur Erklärung der Musterbildung sind eine Reihe von Mechanismen, wie z.B. die Abhängigkeit der Erosion von der Oberflächenkrümmung in der Bilanz mit der Oberflächendiffusion, vorgeschlagen worden. Jedoch fehlt bis heute ein allgemeines Verständnis des Phänomens, zumal die Interpretation vieler experimenteller Resultate durch einen kürzlich bewiesenen wesentlichen Einfluss von Verunreinigungen erschwert wird. Für mögliche Anwendungen leiden die Strukturen bisher unter mangelnder Regelmäßigkeit. Dennoch konnte gezeigt werden, dass ionenerzeugte Wellenmuster als Template für nachträglich aufgebrachte Schichten mit neuen anisotropen optischen, elektrischen oder magnetischen Eigenschaften dienen können. Unter Bedingungen der ionenstrahlgestützten Schichtabscheidung kann es in Systemen, die zur Phasenausscheidung neigen, zur selbstkontrollierten Ausbildung von Multilagen-Strukturen kommen, wie anhand von Metall-Kohlenstoff-Kompositen demonstriert wird...
 
Dr. Phivos Mavropoulos, Institute for Advanced Simulation, Forschungszentrum Jülich and JARA

Magnetic nanostructures on metallic surfaces: electronic structure, exchange interactions and spin dynamics (1. Februar 2011)

Advances in experimental techniques allow the controlled fabrication and probing of nanostructured patterns consisting of only a few atoms deposited on surfaces. Such nanostructures are interesting, on the one hand, for fundamental research, as they offer the possibility to observe the evolution of inter-atomic interactions and excitations as a function of size and shape. On the other hand, there is strong interest from an applied-research point of view, in hope that they can offer the possibility of information storage and processing at a minimal size, especially in the case of spin-polarized structures in view of magnetic storage. In the present seminar we will review some theoretical work, based mainly on density-functional calculations, on the magnetism of nanostructures on metallic substrates. We will discuss the formation of atomic magnetic moments and their exchange interactions, leading to ferromagnetic, antiferromagnetic or even non-collinear magnetic states. We will see how the sign of the interaction constants depends on the occupancy of the atomic levels, and how the interaction strength is affected by the geometry of the structure via the shape of the atomic orbitals. Furthermore we will discuss the effect of the metallic surface on the nanostructure magnetism, but also the effect of the nanostructure magnetization on the electronic structure of the substrate and the resulting long-range Friedel oscillations. The specific systems of study are transition metal atoms deposited on Cu, Ni, Fe and Pt surfaces. We will proceed with a discussion of the stability of the magnetic state against thermal fluctuations. Spin-orbit coupling leads to magnetocrystalline anisotropy, pinning the magnetization of nanostructures in a particular direction. At higher temperatures, however, the pinning is lost and fluctuations lead to a "loss of memory" of the initial state. Using an atomistic spin-dynmics method we study the mechanism and time-scale for this to occur.
 
Prof. Dr. Uwe Bovensiepen, Universität Duisburg Essen

Ultrafast quasiparticle dynamics in metallic quantum well structures and high-temperature conductors (25. Januar 2011)

Femtosecond time- and angle-resolved photoemission using ultrashort laser pulses is well established for the analysis of excited states and their relaxation in the time domain. This approach has been very successfully applied to metal and semiconductor surfaces, as well as interfaces between adatoms or molecular layers on metal substrates. In order to investigate electron dynamics in the bulk of materials transport effects of the optically excited charge carriers have to be considered. In this talk exemplary approaches using time-resolved photoelectron spectroscopy that aim at bulk dynamics are presented. (i) Epitaxial growth of Pb on Si(111) facilitate within the substrate‘s band gap a spectral window to analyze electron dynamics in the metallic layer with suppressed transport effects. At larger energies the competition between transfer across the interface will be discussed. (ii) Layered materials like cuprates can be cleaved in vacuum and the obtained surfaces can give good estimates for bulk dynamics. Since particular cuprates are high-temperature superconductors, an analysis of ultrafast quasiparticle dynamics can then be studied directly in the time domain. In the talk the momentum dependence of the quasiparticle population and the rate of Cooper pair recombination will be discussed.
 
Prof. Dr. Robin Santra, CFEL Hamburg

Ultrafast x-ray processes at high itensities

After abrief introduction to x-ray-induced processes and x-ray free-electron lasers, the principles of x-ray multiphoton ionization will be discussed.\ Results from some of the first experiments carried out at the world‘s first x-ray free-electron laser, the Linac Coherent Light Source at SLAC\ National Accelerator Laboratory, will be presented and compared with theory. It will be shown that the x-rays from the LCLS are so intense that (a) an atom\ can be completely stripped of all its electrons; (b) inner-shell ionization can be as fast as the Auger decay of an inner-shell hole, thus leading to the efficient formation of double-core-hole states; and (c) the characteristics of the Auger decay process itself can be modified.
 
Prof. Dr. Helmut Dosch, DESY Hamburg

Order, Disorder, Ice, Water: Unknowns and Mysterious Things (11. Januar 2011)

H20 in its gas, liquid and solid phase is the most important chemical in our biosphere. Despite of its vital significance for life on earth, many of the fundamental properties and phenomena associated with water and ice are still rather puzzling, as the thermodynamic response functions, the melting behaviour or the interaction with hydrophobic surfaces. I present insitu x-ray experiments using the most brilliant Synchrotron radiation which shed light onto this fascinating H20 nano world and discuss how future coherent light sources (x-ray free electron-Iasers) can make the difference in our understanding of water as weIl as of disordered matter in general.
 
Prof. Dr. T. Klinger, MPI, Greifswald

Das dynamische Plasma (7. Dezember 2010)

Die moderne Physik kennt zwei großer Herausforderungen: die Welt der Quanten- physik und die komplexen physikalischen Systeme. Zu letzterem behandelt dieser Vortrag einige Aspekte der neueren Forschung auf dem Gebiet der nichtlinearen Plasmadynamik. Ausgehend von chaotischen Oszillationen in Plasmen und deren Steuerung wird der Bogen gespannt über nichtlineare Phasenraumstrukturen bis hin zur Turbulenzforschung in magnetisierten Plasmen. Der Schwerpunkt der Diskussion soll auf der Entwicklung physikalischer Bilder liegen, die an Experimenten und Simulationsrechnungen überprüft werden können. Festkolloquium aus Anlass des 60. Geburtstages von Herrn Prof. Dr. A. Piel
 
Prof. Dr. John A. Goree, Department of Physics and Astronomy, University of Iowa

Pioneering the field of dusty plasmas (7. Dezember 2010)

Until recently, plasma was usually described as a collection of electrons and ions that are not bound together in atoms. Astronomers knew, however, that plasma can also contain small particles of solid matter, which do not melt even if the rest of the plasma has a temperature of thousands of degrees. These so-called dusty plasmas are especially interesting because the dust is highly charged. The field was developed mostly by theorists until the 1990‘s, when Professor Piel was one of the pioneers who began experiments. The leading role of his laboratory in the development of this field will be reviewed. Festkolloquium aus Anlass des 60. Geburtstages von Herrn Prof. Dr. A. Piel
 
PD Dr. Friederike Braun, Universität Kiel

Können "Physiker" Frauen sein? Gleichstellung durch Sprache in Forschung und Lehre (23. November 2010)

Seit Jahren gelten in der Bundesrepublik rechtliche Regelungen, die vorschreiben, dass öffentliche Texte geschlechtergerecht zu formulieren sind. Ausdrücke wie "der Bürger", "der Antragsteller" oder "der Prüfer", die Frauen sprachlich unsichtbar machen, sollen nicht mehr als zusammenfassende Bezeichnung für Frauen und Männer verwendet werden. Tatsächlich wird diese Forderung aber nur unvollständig eingehalten, und vielfach sind Zweifel am Sinn geschlechtergerechter Formulierung geblieben: Lohnt sich der sprachliche Aufwand wirklich oder handelt es sich um eine sprachkosmetische "political correctness", die Texte unnötig kompliziert macht? Der Vortrag stellt psycholinguistische Forschungsergebnisse vor, die zeigen, was geschlechtergerechte Formulierung tatsächlich bewirkt und wie viel sie zur Gleichstellung der Geschlechter beitragen kann. Auch gibt es Forschungsergebnisse zur Lesbarkeit geschlechtergerechter Texte. Die anschließende Diskussion bietet Gelegenheit, weitere Aspekte (wie z.B. Fragen der praktischen Umsetzung) zu diskutieren.
 
Prof. Dr. Thomas Filk, Universität Freiburg,

Absolute vs. relationale Raumzeit? - Ein alter Disput in neuem Licht (16. November 2010)

Dieser Vortrag dürfte für ein Kolloquium in der Physik etwas ungewöhnlich sein, da ich versuchen möchte, eine historische und philosophische Debatte über die Konzepte von Raum und Zeit mit einer grundlegenden Frage der modernen Quantengravitation zu koppeln: Welche Freiheitsgrade sollen wir quantisieren? Ich werde den Standpunkt vertreten, dass unsere Raumzeitkonzepte in mehrfacher Hinsicht noch auf Newton‘schen Vorstellungen beruhen, selbst in der allgemeinen Relativitätstheorie, und dass die Alternative - ein relationaler Raum bzw. eine relationale Raumzeit - erst in jüngerer Zeit im Zusammenhang mit klassischen oder quantenphysikalischen Modellen Beachtung gefunden hat. Nach einem kurzen Überblick über verschiedene Möglichkeiten, Gravitation zu quantisieren, möchte ich das Konzept eines "relationalen Raums" einführen (nicht zu verwechseln mit dem "relativen Raum" von Newton oder der "relativistischen Raumzeit von Minkowski"). Das wird vornehmlich im Rahmen eines historischen Überblicks über die Raum/Zeit Vorstellungen bei Aristoteles, Descartes, Newton, Clark, Leibniz, Mach und Einstein geschehen. Abschließend werde ich über einige neuere Versuche berichten -einschließlich eigener Arbeiten - die Konzepte eines relationalen Raums bzw. einer relationalen Raumzeit in die Quantenmechanik bzw. die Quantengravitation einfließen zu lassen.
 
Prof. Dr. Kurt Binder, Universität Mainz

Computer simulations of phase behavior and critical phenomena in fluids (vom 26.10.2010 verschoben auf SS 2011)

Computer simulation techniques such as Monte Carlo (MC) and Molecular Dynamics (MD) methods yield numerically exact information (apart from statistical errors) on model systems of classical statistical mechanics. However, a systematic limitation is the restriction to a finite (and often rather small) particle number N. This limitation is particularly restrictive near critical points (due to the divergence of the correlation length of the order parameter) and for the study of phase equilibria (possibly involving interfaces, droplets, etc.) Starting out with simple Ising (lattice gas) models, finite size scaling analyses have been developed to overcome this limitation. These techniques work for both simple Lennard-Jones fluids and their mixtures, including models for quadrupolar fluids such as carbon dioxide, etc. A combination of MC and MD allows the study of dynamic critical phenomena. Also techniques for the study of the surface free energy of droplets have been developed to elucidate nucleation phenomena.