Vorträge im WS 2004/2005

Dr. Donald M. Hassler, Southwest Research Institute, Boulder, CO

Habitability and the Search for Life on Mars (22. Februar 2005)

Since the discovery of "canals" on Mars by Schiaparelli at the end of the 19th century, people have speculated about the existence of life on Mars, both past and present. Most recently, we have made enormous progress in the quest to find this evidence of life with the detection of water and methane on Mars by Mars Express and the Mars Exploration Rovers. The next step in this journey leads to a new rover mission to be launched in 2009 called the Mars Science Laboratory (MSL). MSL will include sophisticated instruments to find direct evidence of the building blocks of life, and to make essential measurements relevant to habitability and the potential environmental risks to future human explorers.
 
Prof. Dr. Barbara Hammer, Institut für Informatik, TU Clausthal

Selbstorganisierende Neuronale Karten für Temporale Daten (1. Februar 2005)

Selbstorganisierende Neuronale Karten stellen ein etabliertes Instrument zur Organisation und Visualisierung von Daten dar; die Anwendungen reichen vom Data Mining für Textdokumente über Bioinformatik bis hin zur Prüfung der Kreditwürdigkeit im Finanzwesen. Klassische Modelle sind allerdings nur für Vektordaten vorhanden, d.h. die in der Natur oft komplexen Daten müssen vor ihrer Verarbeitung künstlich durch Merkmale in einem endlich dimensionalen Vektorraum fester Dimension kodiert werden. In diesem Vortrag werden Modelle vorgestellt, die direkt mit einer wichtigen Klasse komplexer Daten umgehen können: Daten mit zeitlicher Struktur, d.h. Sequenzen einer a priori unbeschränkten Länge. Im Vortrag werden zunächst verschiedene in der Literatur vorgeschlagene rekurrente Ansätze selbstorganisierender Karten vorgestellt. Es ist möglich, diese Ansätze durch eine einzige Dynamik mit verschiedener Realisierung von Kontextinformation aufzufassen. Diese generelle Sichtweise führt einerseits dazu, die Modelle und deren Training uniform formulieren zu können und direkt in Bezug auf ihre Leistungsfähigkeit zu vergleichen. Andererseits eröffnet diese Formulierung verschiedene weitere Kombinationsmöglichkeiten. Im Vortrag wird die Leistungsfähigkeit der Modelle anhand beispielhafter Experimente demonstriert. Erste theoretische Ergebnisse bezogen auf die interne Repräsentation von Daten und deren prinzipielle Ausdrucksstärke verglichen mit klassischen Mechanismen runden das Bild ab.
 
Prof. Dr. Michael Lässig, Institut für Theoretische Physik, Universität Köln

Statistische Physik bio-molekularer Netzwerke (25. Januar 2005)

Das Genom ist nicht nur eine Ansammlung einzelner Gene, sondern ein kollektives System mit vielfachen Wechselwirkungen zwischen den Genen. Diese genetischen Netzwerke sind die Schaltbilder des Genoms. Durch die kombinatorische Komplexität ihrer Verschaltung kann eine beschränkte Anzahl von Genen eine große Zahl verschiedener Aufgaben ausführen - ein essentielles Merkmal höherer Organismen. Dieser Vortrag beschreibt unser derzeitiges Verständnis der Struktur und Evolution genetischer Netzwerke. Diese lässt sich sowohl durch die Topologie der Netzwerke als auch auf der Ebene der unterliegenden DNA-Sequenzen messen. Die entstehende Theorie bio-molekularer Netzwerke dokumentiert das Zusammenwachsen von Ideen aus der Biophysik und der Molekularbiologie, das für ein funktionales Verständnis des Genoms unabdingbar ist.
 
Prof. Dr. Arno Kampf, Universität Augsburg

Physik korrelierter Isolatoren: Vielfalt aus Einfalt (18. Januar 2005)

Isolierende Materialien sind in vielen Fällen der Ausgangspunkt, um durch gezielte Dotierung die komplexe Physik elektronisch hochkorrelierter Systeme zu studieren. Für Isolatorphasen mit magnetischer Ordnung werden die durch Dotierung entstehenden metallischen Systeme in ihren elektronischen Eigenschaften durch magnetische Korrelationen der Ladungsträger bestimmt. Hochtemperatursupraleiter sind hierfür ein prominentes Beispiel. Für die Untersuchung korrelierter Metalle ist ein Verständnis der zugrundeliegenden Isolatorphase essentiell. In diesem Vortrag wird ein Überblick gegeben über ein mögliches Klassifizierungsschema qualitativ unterschiedlicher Isolatoren. Dieses Schema bildet die Grundlage für das Studium von Quantenphasenübergängen zwischen isolierenden Phasen und für Metall-Isolator-Übergänge. Als Anwendung der entwickelten Konzepte werden Konsequenzen für die Beobachtbarkeit von Spin-Ladung-Separation in elektronisch eindimensionalen Metallen diskutiert.
 
Prof. Dr. Laurens W. Molenkamp, Physikalisches Institut (EP3), Universität Würzburg

Spintronic Nanostructures (14. Dezember 2004)

Semiconductor spintronics has now reached a stage where the basic physical mechanisms controlling spin injection and detection are understood. At the same time, some of the critical technological issues involved in the growth and lithography of the magnetic semiconductors have been solved. Together, these developments allow the experimentalist to explore the physics of spintronic nanostructures. In this lecture, I will discuss some of our recent research in this direction. Specifically, I will address magnetic resonant tunnelling diodes that can be operated as a voltage controlled spin-switch, as well the observation of a very large spin valve effect occurring at sub-10 nm sized constrictions in a ferromagnetic semiconductor. Finally, I will discuss the origins of spin-valve magnetoresistance in semiconductor-based structures, which differs fundamentally from its metallic counterpart.
 
Prof. Dr. Ulrich Höfer

Femtosekundendynamik elektronischer Zustände an Oberflächen und Grenzflächen (7. Dezember 2004)

Die Zwei-Photonen-Photoemission (2PPE) ist in vieler Hinsicht die ideale experimentelle Methode zur Untersuchung der Elektronendynamik an Festkörperoberflächen. Sie ermöglicht es, die zeitliche Entwicklung der Energie, des Parallelimpulses und - durch die Ausnutzung von Kohärenzphänomenen - sogar der Phasenbeziehung der angeregten Elektronen mit einer Auflösung von Femtosekunden zu verfolgen. Im Vortrag werde ich hauptsächlich Resultate diskutieren, die wir für die wasserstoffartigen Bildpotentialzustände gewonnen haben, die an vielen sauberen und adsorbatbedeckten Metalloberflächen existieren. Bildpotentialzustände sind im Allgemeinen nur schwach an das Metall gekoppelt und haben Lebensdauern im Bereich von 10 Femtosekunden bis zu einigen Pikosekunden. Im ersten Teil werde ich mich auf die Dynamik des Zerfalls an sauberen Cu und Ag-Oberflächen konzentrieren und fundamentale Aspekte des Elektron-Loch-Paar-Zerfalls an Oberflächen diskutieren. Im zweiten Teil will ich am Beispiel Ar/Cu demonstrieren, wie in günstigen Fällen die Dynamik elektronischer Zustände, die an der Grenzschicht eines Metall und eines Isolator lokalisiert sind, mit der 2PPE untersucht werden kann. Insbesondere werde ich neue zeitaufgelöste Experimente zum Elektronentransfer durch dicke Argonfilme zeigen.
 
Prof. Dr. Peter Schneider, Institut für Astrophysik, Universität Bonn

Weak gravitational lensing as a probe of the dark matter distribution (30. November 2004)

Gravitational light deflection offers a unique tool to study directly the distribution of matter in the Universe, irrespective of ist nature. In this talk I shall describe briefly the basics of weak lensing, before turning to several applications, including (1) the search for, and detection of cluster-mass matter concentrations, (2) lensing by the large-scale inhomogeneous matter distribution in the Universe and its role in determining cosmological parameters and (3) the investigation of the relation between the dark matter distribution and the large-scale distribution of galaxies, e.g. the biasing of galaxies. Future perspectives concerning new instrumentations just coming on-line will be outlined.
 
Dr. Jens Christian Claussen, Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Universität Kiel

Physik komplexer Systeme von Zellularautomaten zu Netzwerken (23. November 2004)

Komplexe Systeme, gekennzeichnet durch eine hohe Zahl von Freiheitsgraden bei wenigen Erhaltungsgrößen, sind im allgemeinen nicht mehr einer analytischen Beschreibung zugäng-lich, so dass häufig stark vereinfachte Modelle untersucht werden, um einzelne Phänomene quantitativ zu erklären. In diesem Vortrag werden zunächst von eindimensionalen zellulären Automaten erzeugte Spektren betrachtet, die in biologischen und chemischen musterbildenden Systemen wie Schneckenpigmenten und Katalyse auftreten. Hierbei zeigen die Leistungsspektren das Skalenverhalten eines Potenzgesetzes; Spektren und Korrelationsfunktionen fallen also langsam ab und charakterisieren so langreichweitige Korrelationen trotz kurzreichweitiger lokaler Dynamik. Auch räumliche evolutionäre Spieltheorie kann als Zellularautomaten-dynamik beschrieben werden und so zur Modellierung von sozialen und ökonomischen Phänomenen dienen. Abschließend wird für komplexe Netzwerke, wie etwa metabolische Netzwerke oder das Internet, ein approximatives Komplexitätsmaß definiert und an Beispielen diskutiert.
 
Prof. Dr. Wilhelm Brenig, Technische Universität München

Reaktionsdynamik von H2-Molekülen an Si-Oberflächen: Zwei "Puzzles"- Zwei Mechanismen (16. November 2004)

Obwohl die Adsorption und Desorption von Wasserstoff auf Silizium zwei Schlüsselreaktionen in der Si-Technologie sind, gibt es erst seit ca. zehn Jahren detaillierte experimentelle und theoretische Untersuchungen darüber. Vor zehn Jahren zeigte sich, dass H2-Moleküle mit ungefähr thermischen kinetischen Energien von Si-Oberflächen desor-bieren, obwohl sie eine hohe Adsorptionsbarriere durchlaufen hatten. Dieses sog. "Barrier-Puzzle" gab den Anstoss zu einer ganzen Reihe theoretischer und experimenteller Untersuchungen. Im Rahmen dieser Untersuchungen ergaben sich weitere Merkwürdigkeiten, die erst durch Experimente in diesem Jahre (vermutlich) eine Aufklärung fanden
 
Prof. Dr. Michael Drewsen, Department of Physics and Astronomy, University of Aarhus

Cold ion Coulomb systems: From clusters to crystals (9. November 2004)

When an ensemble of trapped ions is cooled below a certain critical temperature it forms a very sparse and fragile type of solid. In laboratories, the temperature has typically to be as low as a few milli-Kelvin before a solid with densities of 108-109 cm-3 can form. The spatially ordered structures of such strange solids depend critically on the trapping potential as well as on the number of the trapped ion species. In the talk, I will present recent experimental and molecular dynamics results on ion systems ranging from ~100 to about 10.000 ions. Within this range of ions, the system gradually changes from shell structured clusters to three-dimensionally long range ordered crystals.
 
Prof. Dr. Frank Jahnke, Universität Bremen

Elektronische und optische Eigenschaften von Halbleiter-Quantenpunkten (2. November 2004)

Halbleiter-Nanostrukturen sind nicht nur Modellsysteme zum Studium fundamentaler quantenmechanischer Effekte, sondern bestimmen heute bereits viele Anwendungen in der Elektronik und Optoelektronik. Zu den neuesten Entwicklungen gehören Halbleiter-Quantenpunkte in optischen Mikroresonatoren, in denen sowohl Ladungsträger wie auch Photonen in drei Dimensionen eingeschlossen sind. Im Vortrag werden elektronische Zustände und Streuprozesse der Ladungsträger unter dem Einfluss von Dimensionsreduzierung und Vielteilchen-Coulomb-Wechselwirkung vorgestellt und neue Effekte der Licht-Materie-Wechselwirkung diskutiert.
 
Priv.-Doz. Dr. Jörg Kröger, Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der Universität Kiel

Festkörperphysik mit dem Rastertunnelmikroskop (Antrittsvorlesung - 26. Oktober )

Viele Leute verbinden die Rastertunnelmikroskopie (STM) ausschließlich mit der Abbildung von Festkörperoberflächen auf atomarer Skala. Bilder von Atomen waren, sind und bleiben atemberaubend und faszinierend – daran wird die Vorlesung im einführenden Teil erinnern. Mit dem Mikroskop sind wir aber darüber hinaus in der Lage, mit hoher Orts- und Energieauflösung Spektroskopie zu betreiben. Damit werden besetzte und unbesetzte elektronische Zustände gleichermaßen zugänglich. Auch Schwingungen einzelner Atome oder Moleküle lassen sich mit der Tunnelspektroskopie aufspüren. Im Hauptteil der Vorlesung stelle ich eine Auswahl brandaktueller Probleme der Festkörperphysik vor, zu deren Klärung gerade das STM einen wesentlichen Beitrag liefert.
 
Prof. Dr. Klaus Werner, Universität Tübingen

Neue Erkenntnisse über Kernfusionsprozesse in massearmen Sternen (19. Oktober 2004)

Festkolloquium aus Anlass des 80. Geburtstages von Prof. Dr. V. Weidemann