Vorträge im SS 2005

Prof. Dr. P. Wachter, Laboratorium für Festkörperphysik, ETH Zürich, 8093 Zürich, Switzerland

Superfluidity in a solid below 20 K (12. Juli 2005)

In superconductivity the electrical conductivity is diverging at the critical temperature, in superfluidity the heat conductivity is diverging, Therefore the measurement of heat conductivity and thermal diffusivity is giving the essential information if superfluidity occurs. Superfluidity needs a "fluid" to start with and in a solid this means a condensed state of bosons. Such bosons are Coulomb coupled electron-hole states, excitons, which can condense. In materials, which exhibit intermediate valence, 4f holes can be very heavy with masses around 100 me and nevertheless the compounds can be narrow gap semiconductors. Such a material is TmSe0.45Te0.55 and its thermal properties have been measured as function of temperature (4 K) and pressure (17 kbar). Below 20 K the heat conductivity and the thermal diffusivity diverge exponentially with decreasing temperature, being indicative of superfluidity. Above this temperature the condensed excitons can order in a Wigner lattice, couple to phonons thus creating exciton-polarons with very anomalous specific heat and sound velocities and a special dispersion. For the first time stable exciton condensation with permanent superfluidity has been observed
 
Dr. F. Meyer zu Heringdorf, Universität Duisburg-Essen

The Initial Stages of Pentacene Thin Film Growth (5. Juli 2005)

Novel devices based on organic materials are currently revolutionizing modern electronics. While most slow applications, like organic light emitting diodes (OLED), are currently based on polymers, circuits operating in the kHz regime will require materials with higher speed. The crystalline organic semiconductor Pentacene (C14H22) is one of the novel high speed materials and has the capacity to replace amorphous silicon in thin-film-transistor displays (TFT) in the future. The complexity of the molecule, however, makes it difficult to predict the adsorption chemistry of the molecule on the variety of surfaces commonly used in thin film transistors. Here, we use low energy electron microscopy (LEEM) and photoemission electron microscopy (PEEM) to study the basic adsorption processes of pentacene on Si and Au-terminated Si surfaces. On Si, the molecule initially adsorbs in a flat geometry (lying down) to saturate the dangling bonds of the surface while in subsequent layes the molecule stands up. In contrast, on the metallic Au-terminated surface the molecule always lies down. In both cases, Si and Au, the adsorption chemistry can be changed by organic interfactants that are adsorbed prior to the pentacene deposition.
 
Prof. Dr. J. E. Mazur, The Aerospace Corporation Space Sciences Department, El Segundo, USA

3He-rich Solar Flares: Recent Insights Into a Nearby Cosmic Particle Accelerator (21. Juni 2005)

Everyday the Sun emits energetic charged particles from small solar flares. Compared to the solar corona and solar wind, the flare particles that we see at 1 AU are enriched in 3He and heavy ions up to lead. Their radical elemental and isotopic abundances have made these particle events the subject of many observational and theoretical studies over the past 30 years. The large enrichments may result from resonant wave-particle interactions in the flare plasma, but models to date require separate enrichment processes for the 3He and the heavy elements. The elements up to silicon are often fully stripped, so the heavy ion enrichments must occur before further ionization. Exactly how the enrichment and acceleration processes combine to produce the observed abundance patterns is not known. In order to gain further insight into these events, we have used the highly sensitive instruments on the NASA Advanced Composition Explorer (ACE) spacecraft to cover as broad an energy range as possible and to detect events that were too low in intensity to have been observed previously. The talk will summarize results from ACE, including a survey of flare energy spectra, a new class of events with bizarre enrichment patterns, and what the flare particles tell us about the structure of the interplanetary magnetic field.
 
Prof. Dr. Axel Groß, Abt. Theoretische Chemie, Universität Ulm

Das virtuelle Physik- und Chemielabor an Oberflächen (14. Juni 2005)

Aufgrund der Entwicklung effizienter Algorithmen und der andauernden Verbesserung der Computerleistungen ist es heutzutage möglich geworden, komplexe Prozesse und Strukturen an Oberflächen mit Mitteln der ab initio Elektronenstrukturtheorie zu beschreiben und zu simulieren. Durch Computerexperimente kann dadurch ein fundamentales mikroskopisches Verständnis elektronischer und geometrischer Strukturen und von Reaktionen an Oberflächen gewonnen werden. In diesem Vortrag möchte ich zunächst die Dynamik der Wechselwirkung einfacher Moleküle wie Wasserstoff oder Sauerstoff mit Oberflächen besprechen, wobei ich besonders Reaktionsmechanismen, Energietransferprozesse und Bedeckungseffekte diskutieren möchte. In einem zweiten Teil möchte ich Untersuchungen komplexer Oberflächen vorstellen, wobei insbesondere die elektronischen und chemischen Eigenschaften von bimetallischen und nanostrukturierten Oberflächen an der fest-gasförmig und fest-flüssig Grenzfläche im Mittelpunkt stehen werden.
 
Dr. Richard A. Goldberg, NASA Goddard Space Flight Center, Laboratory for Solar and Space Physics, USA

The Macwave Program To Study The Polar Mesosphere (7. Juni 2005)

MaCWAVE (Mountain And Convective Waves Ascending Vertically) was a highly coordinated rocket program designed to address gravity wave forcing of the mesosphere and lower thermosphere (MLT). The MaCWAVE program was conducted at the Norwegian Andøya Rocket Range (ARR, 69.3°N) in July 2002, and continued at the Swedish Rocket Range (ESRANGE, 67.9°N) during January 2003. Correlative instrumentation included ground-based radars, lidars, and radiosonde balloons at both sites. In summer, the measurements at ARR addressed the forcing of the summer mesopause environment by anticipated convective and shear generated gravity waves. These motions were measured with two 12-hr rocket sequences. The summer measurements demonstrated that the mean state of the mesopause was unusually warm, slowing the formation of Polar Mesospheric Summer echoes (PMSE) and noctilucent clouds (NLC). The winter program was designed to study the upward propagation and penetration of mountain waves from northern Norway into the MLT at a site favored for such penetration. As the major response was expected to be downstream (east) of Norway, these motions were measured with similar rocket sequences to those used in summer, but at ESRANGE. A polar stratospheric warming just prior to the winter rocket window induced small or reversed stratospheric zonal winds, which prevented mountain wave penetration into the mesosphere. Instead, the observed wave structure in the mesosphere originated from other sources. A program description including current results will be discussed.
 
Prof. Dr. Klaus Richter, Institut für Theoretische Physik, Universität Regensburg

Spin Phenomena in Mesoscopic Quantum Transport

The interplay between confined orbital dynamics and spin evolution gives rise to a variety of novel quantum coherence effects in mesoscopic electronic conductors, such as semiconductor nanostructures at low temperatures. Hence spin-dependent charge transport in these systems has become a rapidly developing subfield of spin electronics. The electron spin can be intrinsically affected owing to spin-orbit interactions or externally via applied (non-uniform) magnetic fields, both allowing for controlled spin engineering. In this context I will address different, inter-related topics including Aharonov-Bohm physics with spin, spin switching, and spin pumping in nonmagnetic semiconductors. Moreover, I will discuss the role of classically chaotic orbital electron dynamics for quantum spin relaxation in quantum dots.
 
Dr. Michael Komorek, Physikdidaktik, IPN, Universität Kiel

Nichtlineare Physik in der allgemeinbildenden Schule - empirische Ergebnisse aus Lern- und Unterrichtsstudien (24. Mai 2005)

Nichtlineare Physik als Teil moderner Physik ist in Wissenschaft und Öffentlichkeit auf Interesse gestoßen. Eine Reihe von Bundesländern hat nichtlineare Physik in die Lehrpläne der Sekundarstufen aufgenommen. Dadurch ist ein Bedarf an empirisch abgesichertem wissen zum Erlernen wichtiger Aspekte des deterministischen Chaos, der Fraktale und der Selbstorganisation entstanden. Welche sind die zentralen Konzepte dieser Sparten der Physik? Welche davon sollten unter dem Blickwinkel naturwissenschaftlicher Grundbildung in der Schule vermittelt werden? Und wie kann die Vermittlung gelingen? Diese Fragen sind im Kieler Projekt zur Vermittlung nichtlinearer Physik untersucht worden. Im Vortrag wird über Lernprozessstudien und Unterrichtserfahrungen berichtet. Generell zeigt sich, dass Schülerinnen und Schüler bereits mit Hilfe einfacher Objekte und Experimente dazu angeregt werden können, ihre physikalischen Vorstellungen weiter zu entwickeln und ihr Physikbild zu differenzieren.
 
Festkolloquium aus Anlass des 100. Geburtstages von Prof. Dr. A. Unsöld (26. April 2005) Prof. Dr. Thomas Gehren

Sternatmosphären, Elementhäufigkeiten und Entwicklung des Universums: Zentrale Interessen eines Forscherlebens

Dr. Charlotte Schönbeck

Der Kieler Physiker Rausch von Traubenberg - ein Schicksal zwischen Wissenschaft und Politik

Dr. Thomas Pattard, MPI für Physik komplexer Systeme, Dresden

Ultrakalte neutrale Plasmen und Rydberggase (19. April 2005)

Enorme Fortschritte im Einfangen und Kühlen ungeladener atomarer Gase haben es in den letzten Jahren ermöglicht, experimentell in den Bereich ultratiefer Temperaturen weit unterhalb 1K vorzudringen. Damit eröffneten sich eine Vielzahl neuer Fragestellungen und Forschungsfelder auch jenseits der spektakulären Realisierung von Bose-Einstein-Kondensation atomarer Gase und damit zusammenhängender Aspekte. Im Vortrag möchte ich eines dieser Felder vorstellen, nämlich die Physik ultrakalter neutraler Plasmen und Rydberggase. Die Tatsache, dass das Plasma um viele Größenordnungen kälter ist als "konventionelle" Plasmen führt zu einigen ungewöhnlichen Eigenschaften, die sonst z.B. in exotischen astrophysikalischen Objekten realisiert sind. Eine theoretische Beschreibung dieser Systeme benötigt Methoden und Konzepte aus verschiedensten Bereichen der Physik, angefangen mit Plasmaphysik über Atomphysik, Nichtgleichgewichtsthermodynamik bis hin zur Physik kondensierter Materie. Im Umkehrschluss bedeutet dies aber auch, dass das Studium kalter Plasmen und Rydberggase der Forschung in all diesen Gebieten neue Impulse zu geben vermag.