Kolloquium für Physiklehrende WS 2012/13

Termine

Uhrzeit: dienstags, 16:15 Uhr
Ort: Universität Ulm, Oberer Eselsberg, O25, Hörsaal H2

Programm

13.11.2012

Prof. Dr. Christoph T. Koch, Institut für Experimentelle Physik:
Tanzende Elektronenstrahlen und unscharfe Elektronenoptik: Neue Experimente zur präzisen Lokalisierung von Atomen
Abstract

11.12.2012

Prof. Dr. Karsten Urban, Institut für Numerische Mathematik
Warum war Schumi's Ferrari so schnell?
Abstract

15.01.2013

PD Dr. Jürgen Stockburger, Institut für Theoretische Physik
Von Molekülen zu Moneten: Bemerkungen zur Ökonophysik
Abstract

05.02.2013

Prof. Dr. Fedor Jelezko, Institut für Quantenoptik:
Quantenoptik mit Farbzentren in Diamant
Abstract

Die Veranstaltung wird von den Abteilungen Schule und Bildung der Regierungspräsidien in Tübingen und Stuttgart als Fortbildungsmaßnahme empfohlen. Leider können keine Reisekosten erstattet werden. Für die teilnehmenden Lehrkräfte besteht aber Unfallschutz im Rahmen der gesetzlichen Bestimmungen.

Abstracts

Tanzende Elektronenstrahlen und unscharfe Elektronenoptik: Neue Experimente zur präzisen Lokalisierung von Atomen

Prof. Dr. Christoph T. Koch, Institut für Experimentelle Physik, Universität Ulm

An der Tatsache, dass unsere Welt aus Atomen besteht, zweifelt heute kaum noch jemand – gibt es doch bereits vielfältige Methoden, diese direkt, oder indirekt sichtbar zu machen. Während die meisten dieser hochauflösenden Methoden die atomare Struktur von Oberflächen untersuchen, lässt sich in der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) das gesamte Volumen genügend dünner Präparate untersuchen. Der Schlüssel dafür ist die extrem kurze Wellenlänge (nur etwa 2 pm, d.h. 0.002 nm) und die extrem starke Wechselwirkung schneller Elektronen mit Materie.

Während von vielen TEM als Standardmethode verwendet wird, um Materialien auf atomarer Ebene zu untersuchen, versuchen wir, mit der Entwicklung neuer Experimenteller Methoden die Grenzen des Möglichen zu expandieren. Dafür lassen wir den Elektronenstrahl tanzen und somit das Präparat aus verschiedenen Blickwinkeln sehen, oder variieren gezielt die Optik des Mikroskops um somit zusätzliche Information über die Phasenverschiebung der Elektronenwelle im Präparat zu erlangen.

In meinem Vortrag werde ich zeigen, wie wir auf diese Art a) quasi-3D Beugungsbilder von Nanokristallen aufnehmen, b) die Dehnung in Halbleiterstrukturen, d.h. die Verschiebung der Atomsäulen im Gitter um nur wenige Pikometer, messen, und c) Aberrationen der Elektronenoptik kompensieren, damit Atome präziser lokalisiert werden können.

Abbildung 1: Beispiele für Messungen, die mit speziellen Akquisitionsmethoden am Transmissionselektronenmikroskop durchgeführt und eigens dafür entwickelter Software ausgewertet wurden. Links: ein Elektronenbeugungsbild, welches 3D Information über die zugrundeliegende Atomstruktur enthält. Mitte: Eine farbcodierte Karte des Dehnungszustandes in Transistoren eines Computerchips. Rechts: die Phase der Elektronenwellenfunktion, nachdem diese an einem Goldnanoteilchen, welches auf einem Substrat aus amorphem Germanium liegt, gebeugt wurde.


Warum war Schumi’s Ferrari so schnell?

Prof. Dr. Karsten Urban, Institut für Numerische Mathematik, Universität Ulm

Die Frage ist doch einfach, oder? Michael Schumacher war und ist ein  begnadeter Rennfahrer. Es gibt aber noch einen anderen Grund. Ferrari war der erste Formel 1-Rennstall, der mit Hilfe von Computer-Simulationen das Auto während des Rennens optimal auf die jeweiligen Renn-Verhältnisse eingestellt hat. Die Simulation von  Luftströmungen z.B. um ein Rennauto gehört mit zu den aufwändigsten mathematischen Berechnungen, die heute überhaupt möglich sind. Höchstleistungsrechner brauchen dafür Tage, ohne dass damit schon die optimale Einstellung des Autos gefunden wäre. Wie kann das also während des Rennes gehen? Und was hat das mit Mathematik zu tun?

Wir erklären, wie das hochkomplexe System der Strömungsgleichungen automatisch und mathematisch rigoros so weit reduziert werden kann, dass  man solche Berechnungen sogar auf einem Smartphone in Echtzeit durchführen kann. Aber was heißt „automatisch“ und „mathematisch rigoros“? Wir werden es erklären.

Diese „Reduzierte Basis-Methode“ hilft aber nicht nur in der Formel 1, sie hat weitere Anwendungen z.B. in der Medizin (Knochenheilung), dem Schiffbau (Optimierung von Schiffsrümpfen oder Antrieben) oder den Wirtschaftswissenschaften (Bewertung von Finanzprodukten). 


Von Molekülen zu Moneten: Bemerkungen zur Ökonophysik

PD Dr. Jürgen Stockburger, Institut für Theoretische Physik, Universität Ulm

Seit den Neunziger Jahren ist in theoretischen Betrachtungen des Wirtschaftsgeschehens, insbesondere im Bereich des "Financial  Engineering", ein Trend zu komplexen mathematischen Modellen zu verzeichnen, die von interdisziplinären Teams aus Händlern, Mathematikern und Physikern entwickelt werden. Die benötigten mathematischen Strukturen und Methoden sind häufig aus dem Bereich der modernen statistischen Physik übertragen. Anhand von Beispielen wird  gezeigt, wie eng verwandt einzelne Phänomene aus Wirtschaft und Physik sein können, aber auch, welche fundamentalen Unterschiede zwischen beiden Disziplinen bestehen.


Quantenoptik mit Farbzentren in Diamant

Prof. Dr. Fedor Jelezko, Institut für Quantenoptik, Universität Ulm 

In diesem Vortrag werden wir aktuelle Entwicklungen besprechen, die neue Schnittstellen zwischen verschiedenen Gebieten herstellen: Quantenoptik, Nanotechnologie  und Biologie. Ein Beispiel ist die Quanten-Manipulation einzelner Atome in Diamanten und deren Anwendung zum Bau neuartiger Computer-Technologien. Dabei werden unmittelbar die Quanten-Eigenschaften von Materie genutzt. Auch zeigen wir neue Arten von Diamant-Sensoren, die in der Lage sind, winzige elektromagnetische Felder zu messen. Mit der Magnetresonanztomographie werden damit Darstellungen auf einer Skala erreicht, die klein genug ist, um Strukturen in Proteinen abzubilden.


apl. Prof. Dr. Matthias Freyberger
Institut für Quantenphysik
Albert-Einstein-Allee 11
89081 Ulm
Telefon: 0731/50-23085
Telefax: 0731/50-23086
Raum: Uni Ost, O25/501