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SeiteninhaltArbeitsgruppenverzeichnis--------------------------------------------------------------- Institut für Angewandte PhysikBetreuung von Bachelor-, Master-, Diplom-, Promotions- und Staatsexamensarbeiten L3
Prof. Dr. Joachim Jacoby Plasmaphysik Die Erzeugung von Plasmen mit den intensiven Schwerionenstrahlen der GSI gehört zum Schwerpunkt der Arbeit der Plasmaphysik. Dabei können intensive hochenergetische Schwerionenstrahlen tief in einem Festkörper extreme Zustände erzeugen, wie sie sonst nur im Kern der Erde oder innerhalb von großen Planeten auftreten. Zur Diagnose der Schockwellen werden schnelle CCD- oder Streak-Kameras eingesetzt, da alle erzeugten Zustände innerhalb von μs wieder zerfallen. Die Entwicklung von magnetisch eingeschlossenen Hochfrequenzplasmen ist ein wichtiges Arbeitsgebiet unserer Arbeitsgruppe in Frankfurt. Dabei wird z.B. durch eine Hochfrequenzentladung in einem magnetischen Quadrupolfeld ein Plasma erzeugt und gleichzeitig eingeschlossen. Bei diesem Verfahren wird durch eine Selbsfokussierung des Plasmas auf der Achse ein besonders dichtes und heißes Plasma gebildet. Die Anwendungen dieser Plasmen als effiziente Edelgas-Ionen-Laser und zur Erzeugung von intensiven Ionenstrahlen wird untersucht. In einem mikroskopischen Bild sind Stöße von Elektronen mit Elektronen oder Protonen mit Protonen ein grundlegender Prozess in Plasmen. Durch die quantenmechanische Ununterscheidbarkeit bei elastischer Streuung entsteht eine besondere Verschränkung zwischen zwei auslaufenden Ionen. Experimentell soll hier untersucht werden, unter welchen Bedingungen die Verschränkung zwischen den auslaufenden Ionen erzeugt wird, und kann sie zerstört werden? Prof. Dr. U. Ratzinger Beschleuniger- und Plasmaphysik Es werden effiziente Beschleunigungs- und Speicherringkonzepte für leichte und schwere Ionen entwickelt. Einerseits ergeben sich daraus Projekte in Zusammenarbeit mit internationalen Beschleunigerzentren zur Fortentwicklung der dortigen Anlagen. Andererseits sollen in Frankfurt insbesondere im Bereich intensiver, niederenergetischer Ionenstrahlen Anlagen entwickelt werden, welche ein eingehendes Studium der Strahlphysik sowie die Untersuchung strahlgetriebener Plasmen und ihrer praktischen Verwendbarkeit erlauben. Prof. Dr. Rene Reifarth Experimentelle Astrophysik Prof. Dr. Oliver Kester Beschleunigerphysik: Die Forschungsarbeiten der Arbeitsgruppe Beschleunigerphysik konzentrieren sich auf die Erzeugung und den Transport von raumladungsbehafteten Strahlen (Ionen und Elektronen) und der Entwicklung von Systemen für Ringbeschleuniger, wie Injektions/Extraktionssysteme und Resonatorstrukturen. Der zukünftige FAIR Beschleunigerkomplex erfordert Entwicklungen zu höchsten Strahlintensitäten und Strahlleistungen. Hohe Strahlbrillianzen sind erforderlich, da nur sehr geringe Strahlverluste akzeptiert werden können, die Beschleunigerkomponenten thermisch belasten und aktivieren können. Die Forschungsarbeiten der Gruppe umfassen Beträge zu Ionenquellen für hochgeladene Ionen, zum Strahltransport intensiver Ionenstrahlen, zur Erzeugung von Elektronenstrahlen als Targets oder Ionenquellen und zu Ringbeschleunigerkomponenten. Desweiteren sind Diagnostiksysteme Gegenstand der Arbeiten. Dazu zählen die Messung von extremen Vakuumdrücken (XHV) und von Strahlparametern, wie z.B. Strahlprofile und Strahlemittanzen von intensiven Schwerionenstrahlen.
Institut für BiophysikBetreuung von Bachelor-, Master-, Diplom- und Promotionsarbeiten Prof. Dr. W. Mäntele Spektroskopie an Proteinen Im Arbeitskreis werden Untersuchungen zur Struktur-Funktionsbeziehung von Proteinen durchgeführt. Im Zentrum stehen dabei Proteine und Enzyme aus biologischen Elektronentransferketten sowie molekulare Ionenpumpen und Transportenzyme. Außerdem wird die thermische Entfaltung von Proteinen untersucht. Der methodische Schwerpunkt liegt bei der Infrarotspektroskopie, die wir in verschiedenen Techniken für die Untersuchung biologischer Makromoleküe oder Membranen in wässrigen Medien adaptiert haben. Dabei werden einerseits mit der Fourier-Transform Infrarot (FTIR) Technik Enzymreaktionen im Zeitbereich von Millisekunden bis Sekunden untersucht, und andererseits mit abstimmbaren Halbleiterlasern Reaktionskinetiken von Enzymen von Nanosekunden bis Sekunden charakterisiert. Auf diese Weise werden Infrarotdifferenzspektren erhalten, die alle molekularen Änderungen im Protein im Verlauf seiner Reaktion zeigen. Diese Techniken finden für langsame Reaktionen ebenso wie für die Ligandendynamik im Kurzzeitbereich Anwendung. Für das Initiieren von Enzymreaktionen werden photochemische und elektrochemische Techniken entwickelt und angewandt. Zur Analyse der Infrarotspektren werden chemisch modifizierte und isotopenmodifizierte Proteine sowie ortsgerichtete Mutationen verwendet. Stationäre und zeitaufgelöste Untersuchungen im sichtbaren Spektralbereich und im UV sowie proteinelektrochemische Messungen runden diese Methoden ab. Prof. Dr. Jens Bredenbeck
Am Institut für Didaktik der PhysikStaatsexamensarbeiten für das Lehramt L1, L2 und L3, sowie Promotionen in Didaktik der Physik Ansprechpartnerin: Dr. F. Korneck Physikdidaktik ist die Wissenschaft über das Lehren von Physik und zielt auf die Ausbildung von Physiklehrerinnen und -lehrern. Um Physik erfolgreich lehren zu können, muss der Vermittler das Denkvermögen, die Motivationen und die Präkonzepte seiner Adressaten erforschen und Forschungsergebnisse darüber nutzen können. Dem Lehrenden muss klar werden, warum und zu welchem Zweck er wem was vermitteln will. Eine Lernzielbestimmung ist somit auch eine philosophische Reflexion. Der Lehrende kann dann mit Blick auf diese Voraussetzungen und Ziele didaktische Rekonstruktionen für Themen der Physik für die verschiedenen Lerngruppen erarbeiten. Dabei spielt neben der Einbindung experimentellen Handelns auch eine sinnvolle Nutzung moderner Medien eine große Rolle. Da die geschichtliche Evolution auch in der Physik vom Einfachen zum Komplexen verlaufen ist, stellt die didaktische Nutzung des antiken Fundamentes der Physik einen Grundpfeiler der Physikdidaktik dar, der durch weitere Etappen der Physikgeschichte sinnvoll ergänzt werden muss. Eine besondere Herausforderung ist es, zugleich auch die moderne Naturwissenschaft und Technik einzubinden. Das Pisa-Fiasko hat das deutsche Schuldesaster, insbesondere in den Naturwissenschaften, ins öffentliche Bewusstsein gerückt. Vor diesem Hintergrund stellt sich uns insbesondere die Aufgabe, gemeinsam mit den Studierenden Lernumgebungen zu schaffen, in denen eigenverantwortlich, selbst gesteuert und reflexiv gelernt und die Teamfähigkeit geschult werden kann. Eine besondere Herausforderung der Physiklehrerausbildung stellt der zurzeit in Deutschland massiv herrschende Physiklehrermangel dar. In einem Forschungsprojekt zu Quer- und Seiteneinsteiger in das Lehramt Physik, das von der Deutschen Physikalischen Gesellschaft unterstützt wird, versucht das Institut diese Herausforderung konstruktiv zu nutzen. Im Blick auf diese Probleme haben wir uns an unserem Institut daher auf folgende Forschungsschwerpunkte konzentriert: -Didaktische Rekonstruktion von Themen aus Physik und Astronomie ?Kooperatives und selbst gesteuertes Lernen in der Physiklehrerausbildung Institut für KernphysikBetreuung von Bachelor-, Master-, Diplom- und Promotionsarbeiten Prof. Dr. R. Dörner Atom- und Molekülphysik mit Ionenstrahlen In Stößen geladener Teilchen mit Atomen und Molekülen finden eine Vielzahl interessanter Reaktionen statt. So lassen sich im Flug Moleküle bilden und ihre Fragmentation beobachten oder die korrelierte Bewegung von Elektronenpaaren in Atomen im Detail untersuchen. Mit modernsten Nachweistechniken werden solche Reaktionen direkt visualisiert. Für Molekülionen wird derzeit ein elektrostatischer Speicherring aufgebaut. Die Experimente werden an den Beschleunigeranlagen des Instituts für Kernphysik durchgeführt.
In Femtosekunden-Laserpulsen herrschen elektrische Felder vergleichbar zu denen im Innern von Atomen. Atome und Moleküle werden unter diesen extremen Bedinungen mehrfach ionisiert. Durch koinzidente Messung von Elektronen- und Kernenimpulsen werden diese Fragmentationprozesse im Detail beobachtet. Mithilfe dieser Impulsmessungen kann das zeitliche Verhalten der Wellenfunktionen mit einer Zeitauflösung im Bereich Attosekunden verfolgt werden. Die Experimente finden im Ultrakurzeit Labor des Instituts für Kernphysik und in Kollaboration mit P. Corkum, SIMS, Ottawa, Kanada statt. Im Rahmen dieses Themenkomplexes bestehen Möglichkeiten zu Auslandsaufenthalten in Kanada.
Um die Bewegung von Kernen und Elektronen in Atomen und Molekülen in Echtzeit zu "Filmen" benötigt man, ähnlich wie bei einem Stroboskop, Lichtblitze im Bereich von 10-15 Sekunden. Im neuen Ultrakurzzeitlabor des Instituts für Kernphysik sollen solche ultrakurzen Pulse erzeugt werden. Prof. Dr. R. Dörner, Prof. Dr. H. Schmidt-Böcking Photoionisation von Atomen, Molekülen und Festkörpern Durch die Absorption oder Comptonstreuung eines Photons werden Elektronen aus Atomen, Molekülen oder Festkörperoberflächen emittiert. Mithilfe hochauflösender Rückstoßionen- und Elektronenimpulsspektroskopie wird der Aufbruch des Systems komplett abgebildet. Diese Koinzidenzexperimente werden in Kooperation mit anderen Forschergruppen an verschiedenen Synchrotronstrahlungsanlagen in Europa (Bessy2, Hasylab, ESRF), in USA (ALS) oder Japan (Spring8) durchgeführt. Die vielfachdifferentiellen Bilder des Ionisationprozesses bieten Einblick in die elektronische Korrelation der Atome; Moleküle und Festkörper lassen sich durch die Elektronenwellen quasi "von innen Beleuchten". Im Rahmen dieses Themenkomplexes bestehen Möglichkeiten zu Auslandsaufenthalten in USA und Japan. Prof. Dr. H. Schmidt-Böcking, Prof. Dr. R. Dörner, Prof. Dr. S. Hagmann Schwerionenatomphysik In systematischen Untersuchungen werden bei der GSI-Darmstadt die in Schwerionen-Atom-Stößen ablaufenden Vielelektronentransferprozesse spektroskopiert. Mit Hilfe selbst entwickelter Nachweisverfahren werden hochauflösend der Vielelektronenimpulsaustausch vermessen und die Dynamik von Vielteilchenstößen detailliert untersucht. Außerdem liefern diese Untersuchungen wichtige Daten über die Strahlungsemission in Schwerionenstößen, um für die Anwendung dieser Strahlen in der Strahlenmedizin deren Einfluß auf biologische Objekte berechnen zu können. Prof. Dr. H. Schmidt-Böcking Entwicklung von ortsauflösenden Detektoren Für den Nachweis von Ionen, Elektronen, Neutronen und Photonen werden großflächige ortsauflösende Detektoren entwickelt. Je nach Energie (sub milli eV bis MeV) und Art der Strahlungsquanten werden unterschiedliche Detektorprinzipien untersucht. Da diese Detektoren häufig in Koinzidenzexperimenten oder bei der Strahldiagnose (z.B. im GSI-ESR-Speicherring) zum Einsatz kommen, müssen diese Detektoren neben einer sehr guten Ortsauflösung auch eine sehr gute Zeitauflösung besitzen. Prof. Dr. H. Schmidt-Böcking, Dr. K. E. Stiebing, Prof. Dr. A. Schempp Physik hochgeladener langsamer Ionen Im Institut für Kernphysik wurde in Eigenleistung eine Elektron-Zyklotron-Ionenquelle in Verbindung mit einer RFQ-Beschleunigerstruktur aufgebaut, die Strahlen hochgeladener Ionen über einen weiten Energiebereich (keV bis MeV) mit hoher Intensität liefert. Mit diesen "exotischen" Ionenstrahlen werden Fragen der Grundlagenforschung in der Atomphysik (Vielelektronentransferprozesse etc.) aber auch Fragen der Anwendung solcher Strahlen in der Materialforschung (Implantation, Oberflächenmodifikation etc.) untersucht. Dr. Robert E. Grisenti Aufgrund ihrer einmaligen Eigenschaften bieten Tröpfchenstrahlen, die durch die Expansion einer Flüssigkeit unter vorgegebenen Zustandsbedingungen (Druck und Temperatur) durch eine winzige, mikrometergroße Öffnung in Vakuum erzeugt werden, eine Vielzahl von Anwendungen. In unserer Gruppe setzen wir Flüssigstrahlen zur experimentellen Grundlagenforschung in unterschiedlichen Gebieten ein, die von der Plasmaphysik bis hin zu kondensierter Materie reichen. Wechselwirkung von m-großen Tröpfchen mit ultrakurzen hochintensiven Laserpulsen Trifft ein intensiver ultrakurzer Laserpuls auf Materie, so werden die Atome sofort ionisiert und es entsteht sehr schnell ein heißes, dichtes Plasma. Ein Plasma ist jener im Weltall dominierende Materiezustand, bei dem Atomkerne und Elektronen voneinander getrennt sind. Mit Hilfe solch ultrakurzer Laserpulse lassen sich die geladenen Teilchen auf relativistische Energien beschleunigen. Das Interessante an diesen Laserbeschleunigern ist, dass die auf die Teilchen wirkende elektrische Feldstärke, der Beschleunigungsgradient, 1012 V/m übersteigt und damit den von konventionellen Beschleunigern um viele Größenordnungen übertrifft. In Experimenten mit einem Tröpfchenstrahl als Target werden diese Prozesse am Femtosekunden-Lasersystem am IKF und am Hochleistungslaser JETI am Institut für Quantumoptik in Jena genauer unter die Lupe genommen. Wechselwirkung von m-großen Tröpfchen mit relativistischen hochgeladenen Ionen Ein hochgeladenes Ion, welches nahezu mit Lichtgeschwindigkeit ein Tröpfchen passiert, erzeugt am Schwerpunkt dieses „Targets“ einen elektromagnetischen Puls extremer Leistungsdichte, dessen Halbwertsbreite deutlich kürzer ist als eine Attosekunde (1 as = 10-18 s). Diese „Strahlungspulse“ sind so stark wie diejenigen der intensivsten modernen Laser, dabei jedoch mehr als um einen Faktor Tausend kürzer. Sie stellen damit ein einmaliges Werkzeug dar, Licht-Materie Wechselwirkung auf einer bislang unerreichten Zeitskala zu erforschen. Diese Experimente finden an der GSI statt, wo relativistische Ionen bis hin zu nacktem Uran (U92+) erzeugt und dann in einem Ring (dem ESR) mit einem Umfang von über 100 m gespeichert werden. Erzeugung von stark unterkühlten Flüssigkeiten und die Suche nach suprafluidem Wasserstoff Ein flüssiger Strahl, der in Vakuum expandiert, kühlt aufgrund der Verdampfung „heißer“ Teilchen sehr schnell ab, und kann dabei für kurze Zeit (auf der Skala von Mikrosekunden) eine innere Temperatur weit unterhalb des Gefrierpunktes erreichen, ohne dass ein Phasenübergang in den kristallinen Zustand auftritt. Man spricht hier von einer stark unterkühlten Flüssigkeit. Von besonderem Interesse ist flüssiger Wasserstoff (H2), dessen Gefrierpunkt bei 14 K (-259 C) liegt und bei dem Quanten-Effekte eine entscheidende Rolle spielen. Ein flüssiger H2 Strahl stellt deshalb ein einmaliges System dar, in dem man exotische Zustände wie eine mögliche Glasphase bei extrem tiefen Temperaturen oder gar Suprafluidität - vor über 30 Jahren theoretisch vorhergesagt aber noch nicht nachgewiesen - zum ersten Mal mittels spektroskopischer Methoden untersucht werden können. Die Experimente hierzu finden zum Teil in der Raman-Spektroskopie Gruppe von Prof. Montero am CSIC in Madrid statt. PD Dr. R. Spohr Materialforschung mit schnellen schweren Ionen Beim Durchtritt schneller schwerer Ionen durch Festkörper entstehen latente Ionenspuren in Form parallel ausgerichteter, submikroskopischer Zylinder einer chemisch reaktiven, amorphen Phase. Latente Ionenspuren lassen sich gegenüber dem ursprünglichen Material chemisch bevorzugt weiterbearbeiten. Bisher am häufigsten eingesetzt wird die selektive Ätzung. Dabei wächst der Spurdurchmesser linear mit der Zeit. Die hieraus resultierende Werkstofftechnik basiert auf einer mesoskopisch feinen Strukturgebung im Bereich zwischen atomaren und mikroskopischen Dimensionen und läßt sich auf ein breites Spektrum von Materialien zur Volumen- und Oberflächentexturierung anwenden. Der Einsatzbereich der Technik umfaßt isolierende Kristalle, Gläser und Polymere und ein metallisches Glas. ALICE Prof. Dr. H. Appelshäuser, Prof. Dr. C. Blume, Prof. Dr. H. Büsching, Prof. Dr. R. Stock Seit 2000 nimmt die Gruppe an Collider-Experimenten mit schweren Ionen bei Schwerpunktenergien von bis zu 40 TeV in Brookhaven teil. Die Auswertung der dort gewonnen Daten wird im Jahre 2005 abgeschlossen. Für das Jahr 2007 ist der Beginn des CERN-Experimentes ALICE (A Large Ion Collider Experiment) am LHC (Large Hadron Collider) geplant. (http://alice.web.cern.ch/Alice/user.html) NA61/SHINE M. Gazdzicki, R. Renfordt A. Rustamov, H. Stroebele Hadrons are particles that take part in the strong interactions – the force that binds quarks together and keeps atomic nuclei from falling apart. 1. Nucleus-nucleus (heavy-ion) collisions are used by NA61 to investigate properties of the transition between quark-gluon plasma and hadron gas by collision energy scans with various beam and target nuclei. ___________________________________________________________________________ Elektron-Positron-Paar Spektroskopie mit HADES am SIS der GSI HADES Prof. Dr. J. Stroth In Stößen zwischen schweren Atomkernen bei relativistischen Energien bildet sich ein Reaktionsvolumen hochkomprimierter Kernmaterie aus. In einmaliger Weise ergibt sich damit ein experimenteller Zugang zu baryonischer Materie wie sie sonst nur in Supernovae-Explosionen und Neutronensternen auftritt. Mit speziellen Sonden, wie den im Stoß selten erzeugten hochenergetischen Leptonenpaaren können fundamentale Fragen zur Restaurierung der chiralen Symmetrie in der starken Wechselwirkung sowie Fragen nach der Ursache der Massen der Elementarteilchen untersucht werden. Bei der GSI geschieht dies im Rahmen des HADES Projektes, dessen Physikprogramm im Jahre 2001 begann. Unsere Arbeitsgruppe koordiniert den Aufbau und den Betrieb der großflächigen Vieldrahtkammern, die die Trajektorien aller geladenen Teilchen aufzeichnen und ist maßgeblich an der Auswertung der Daten beteiligt. Derzeit sind 5 Mitarbeiter der Gruppe permanent bei der GSI beschäftigt. Ziel des Experimentes ist es, die Eigenschaften, wie Masse, Größe und Lebensdauer von Hadronen, hier insbesondere der Vektormesonen, in dichter aufgeheizter Kernmaterie zu studieren. (http://www-hades.gsi.de/) ----------- CBM Prof. Dr. H. Appelshäuser, Prof. Dr. J. Stroth The goal of the research program on nucleus-nucleus collisions at the new accelerator facility at GSI is the investigation of highly compressed nuclear matter. Matter in this form exists in neutron stars and in the core of supernova explosions. ---------------------------------------------- R3B Prof. Dr. J. Stroth + Physics Programme with EXOTIC NUCLEI (http://www-land.gsi.de/r3b/index.html) Die beiden Teilprojekte NA49 und CERES, sowie die Arbeitsgruppen HADES und CBM sind über ein "Virtuelles Institut" untereinander und mit der GSI mit dem Ziel vernetzt ein gemeinsames stimmiges Bild der wissenschaftlichen Resultate der bisherigen Experimente zu erarbeiten und das dabei gewonnene Wissen und die Erfahrung für zukünftige Experimente nutzbar zu machen. PANDA Tel.: 798 47023 (Sekr.) Die Annihilation von Antiprotonen in Stößen mit Protonen oder größeren Atomkernen ermöglicht die präzise Spektroskopie aller Zustände im Charmonium-Spektrum, die Suche nach Gluebällen und mesonischen Hybrid-Zuständen im Massenbereich oberhalb 3 GeV/c2, wie auch das Studium des Einflusses des nuklearen Mediums auf Mesonen mit offenem und verborgenem Charm. Die Präzisionsspektroskopie von Hyperkernen wird ebenfalls Teil des Programms sein. Die Planung für den Aufbau des dafür vorgesehenen universellen Detektorsystems Panda ist bereits in vollem Gange. Für Design und Entwicklung des PANDA Detektors werden in Frankfurt vornehmlich drei Projekte verfolgt
Institut für Theoretische PhysikBetreuung von Bachelor, Master-, Diplom- und Promotionsarbeiten APL Prof. Dr. E. Engel, Prof. Dr. R. Dreizler Tel: 798-47351 Dichtefunktionaltheorie Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Entwicklung von effizienten Methoden zur Computersimulation von Vielelektronensystemen, insbesondere der Dichtefunktionaltheorie (DFT). Die DFT ist heute eines der meistverwendeten Verfahren in der theoretischen Festkörperphysik sowie der Quantenchemie, wozu vor allem die beiden folgenden Entwicklungen beigetragen haben: Zum einen hat die Einführung der Generalized Gradient Approximation (GGA) für die zentrale Größe der DFT, das Austausch-Korrelations-Energiefunktional, die Genauigkeit von DFT-Resultaten auf ein auch für quantenchemische Anwendungen akzeptables Niveau gehoben. Zum anderen erlaubt der Pseudopotential-Zugang die Handhabung sehr komplexer Systeme. Prof. Dr. Walter Hofstetter Tel.: 798-47819 Mitte der neunziger Jahre ist es gelungen, atomare Gase soweit abzukühlen, dass diese Systeme die kältesten Systeme des Universums darstellen. Ein nobelpreisprämierter Meilenstein der Physik wurde mit der Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats - 1924 von A. Einstein und S. N. Bose theoretisch vorhergesagt - erreicht. Diese noch junge physikalische Disziplin rückte mit der Möglichkeit, ultrakalte atomare Gase in optische Gitter zu laden, weiter in den Fokus aktueller physikalischer Forschung. Dadurch ist es nun möglich, grundlegende Modelle der theoretischen Festkörperphysik und der theoretischen Quantenvielteilchenphysik mit zuvor nicht erreichter Präzission, Reinheit und Kontrollierbarkeit der relevanten physikalischen Parameter zu studieren. Die Forschung in unserer Arbeitsgruppe konzentriert sich auf die theoretische Beschreibung stark korrelierter Systeme in der Schnittstelle zwischen Quantenoptik und Festkörperphysik. Dabei werden moderne numerische Methoden der Vielteilchenphysik verwendet und entwickelt. Die Methode der Wahl für Fermionen stellt dabei die Dynamische Molekularfeldtheorie dar, während Bosonen mit dem Gutzwiller-Entkopplungs-Ansatz bzw. der bosonischen Molekularfeldtheorie untersucht werden. Weiterhin werden dynamische Prozesse zeitaufgelöst beschrieben und Effekte spezifischer experimenteller Geometrien berücksichtigt. Unsere theoretische Forschung geschieht in enger Kooperation mit international führenden experimentellen Arbeitsgruppen auf diesem Feld. Darüberhinaus steht die Weiter- und Neuentwicklung erfolgreicher theoretischer Vielteilchenmethoden im Fokus unserer Arbeit. Mesoskopische Systeme In unserer Arbeitsgruppe wird neben den obigen Themen die Physik von Quanten-Störstellen-Modellen untersucht. Wir sind hierbei insbesondere an Phänomenen interessiert, welche bei sehr tiefen Temperaturen in diesen Systemen auftreten. Motiviert durch Experimente, bei denen es erstmals möglich war, isolierte molekulare Magneten (z.B. Mn12 mit einem Gesamtspin S = 10) an metallische Leiter zu binden und Stromtransport durch sie zu messen, untersuchen wir beispielsweise den zeitabhängigen Kondo-Effekt sowie die Beeinflussung des Stromtransport durch Vibrationsanregungen des Moleküls. Bei Temperaturen in der Nähe des absoluten Nullpunktes reicht eine störungstheoretische Beschreibung dieser Systeme oftmals nicht mehr aus. Dies macht es notwendig, nicht-perturbative numerische Verfahren, wie z. B. die Numerische Renormierungsgruppe (NRG), zu benutzen. Unser Ziel ist es, mit Erweiterungen dieser Methode auch Nicht-Gleichgewichtsphänomene zu untersuchen. Prof. Dr. P. Kopietz Stark korrelierte Elektronen und Magnetismus in reduzierten Dimensionen Die Berechnung des Effektes von starken Korrelationen zwischen Elektronen auf die physikalischen Eigenschaften von Festkörpern in reduzierten Dimensionen ist eines der zentralen ungelösten Probleme der modernen Festkörperphysik. Insbesondere in anisotropen Materialien (bestehend aus schwach gekoppelten Ebenen oder Ketten) sind auf Grund der reduzierten effektiven Dimensionalität die Wechselwirkungen zwischen den Elektronen so stark, dass die Standardmethoden zur Behandlung von Wechselwirkungen (z. B. Hartree-Fock-Rechnungen oder Störungstheorie) nicht ausreichen. In meiner Arbeitsgruppe werden stark korrelierte Elektronen sowohl mit Hilfe von feldtheoretischen Methoden als auch numerisch untersucht. Unser Ziel ist dabei, experimentell messbare physikalische Größen (z. B. spezifische Wärme, magnetische Eigenschaften, elektrische Leitfähigkeit) für realistische Modellsysteme explizit zu berechnen. Zum Teil können unsere Ergebnisse mit in Frankfurt durchgeführten Experimenten verglichen werden. Mesoskopische Systeme Seit einigen Jahren können Halbleiter und Metalle mit charakeristischen Längenskalen im Nanometerbereich kontrolliert hergestellt und experimentell untersucht werden. Beim Ladungstransport in solchen Systemen sind nicht makroskopisch viele, sondern typischerweise 100 bis 107 Elektronen beteiligt. Dabei treten auf Grund der Phasenkohärenz der quantenmechanischen Wellenfunktion neuartige quantenmechanische Interferenzphänomene auf (wie zum Beispiel Dauerstöme in normalleitenden Metallringen) die zum Teil noch nicht vollständig verstanden sind. In meiner Arbeitsgruppe interessieren wir uns insbesondere für den Einfluss von Unordnung und Elektron-Elektron Wechselwirkungen auf diese Effekte. Prof. Dr. H. J. Lüdde Interatomare Stoßprozesse Die Streuung von Ionen an Atomen, Molekülen, Clustern und Festkörperoberflächen hat mit der Entwicklung der hochauflösenden Rückstoßionen Spektroskopie neue Perspektiven in den Materialwissenschaften und der Analyse von Biomolekülen eröffnet. Eine weitere bereits in die Praxis umgesetzte Anwendung findet man in der Tumortherapie mit Schwerionen. Prof. Dr. J. Maruhn, Prof. Dr. W. Greiner Schwerioneninduzierte Fusion Untersuchung von Symmetrien in der schwerioneninduzierten Fusion. In diesem Gebiet wird versucht, Energieerzeugung durch Beschuß von Deuterium-Tritium-Pellets mit Schwerionenstrahlen zu erreichen. Das Hauptproblem dabei ist die Frage, wie es gelingen kann, die Kompression des Pellets ausreichend sphärisch symmetrisch zu gestalten. Hierzu wird die hydrodynamische Strömung in Pellets unter Berücksichtigung von Strahlungstransport numerisch berechnet und nach optimalen Konfigurationen gesucht. Ebenso werden laufende Experimente bei der GSI zur Bildung von Plasmen unter Schwerionenbestrahlung simuliert. Hydrodynamisches Modell hochrelativistischer Schwerionenreaktionen In relativistischen Schwerionenreaktionen wird das Problem untersucht, ob Kernmaterie zu hohen Dichten und Temperaturen angeregt werden kann. Von besonderer Wichtigkeit ist dabei das Studium des Reaktionsmechanismus, da z.B. Kompression nur eintritt, wenn die Kernmaterie nicht zu transparent (im Sinne einer teilweisen Durchdringung der beiden Kerne) reagiert, sondern genügend Stöße zwischen den einzelnen Nukleonen geschehen. Das hydrodynamische Modell nimmt sofortige Ausbildung eines Gleichgewichts an, soll aber auf die Beschreibung der Transparenz erweitert werden. Ziel ist der Vergleich der berechneten Verteilung der Teilchen im Endzustand der Reaktion mit dem Experiment, sowohl die Gültigkeit des hydrodynamischen Modells wie auch die Frage nach den Eigenschaften der Kernmaterie, Existenz eines Quark-Gluon-Plasmas usw. untersucht werden. Relativistische Kernstruktur Die Beschreibung von Atomkernen in einem relativistischen Vielteilchenmodell ist von besonderer Aktualität. Im Vergleich zu konventionellen Hartree-Fock-Formulierungen wird hier die Wechselwirkung zwischen den Nukleonen durch Mesonenfelder vermittelt und das bindende Potential im Kern ergibt sich als die kleine Differenz großer Mesonenfelder, vor allem eines attraktiven skalaren und eines repulsiven vektoriellen Feldes. Ein herausragender Vorteil dieser Formulierung ist die völlig natürliche Erklärung der starken Spin-Bahn-Kopplung in Kernen, die in allen nichtrelativistischen Modellen heuristisch hinzugefügt werden muß. In diesem Projekt werden die nukleonischen Eigenzustände in einem axialsymmetrischen Raumgitter mit Hilfe von Fourier-Methoden numerisch bestimmt und damit die Deformationseigenschaften der Kerne vorhergesagt. Ziel ist das Studium der Spalteigenschaften schwerer Kerne und ggf. die Untersuchung überschwerer Kerne im Vergleich zu den Voraussagen konventioneller Kernmodelle. Weiterhin interessiert die Struktur von Kernen mit Hyperonenanteil, in denen ein Teil der Nukleonen in Lambdateilchen o.ä. umgewandelt sind. Geometrisches Kollektivmodell Im geometrischen Kollektivmodell werden die Vibrations- und Rotations-Anregungszustände von Kernen untersucht. Die bei der Entwicklung der Form der Kernoberfläche nach Kugelfunktionen auftretenden Koeffizienten werden als verallgemeinerte Koordination eingeführt und darauf basierende Modell-Hamiltonoperatoren aufgestellt. Moderne Anwendungen dieses Modells sind Hochspinzustände und Shapeisomere, d.h. Kerne mit zwei stabilen Zuständen bei verschiedenen Deformationen. Die im Hamiltonoperator auftretenden Koeffizienten werden durch Anpassung an experimentelle Spektren bestimmt und so ein Überblick über die Systematik der Kernstruktur in Isotopenbereichen gewonnen.
Die Quantenchromodynamik (QCD) ist die fundamentale Theorie der starken Wechselwirkung und der Kernmaterie. Aufgrund der Kopplungsstärke können Vorhersagen für ihre physikalischen Eigenschaften häufig nicht mit konventionellen störungstheoretischen Methoden gewonnen werden. Die QCD und andere Eichtheorien lassen sich jedoch reformulieren, indem die kontinuierliche Raumzeit durch ein diskretes Raumzeitgitter ersetzt wird. Numerische Simulationen dieser Theorien erlauben es dann, zu theoretischen Vorhersagen für physikalische Observablen (z.B. Hadron-Massen, Zerfallskonstanten, das Phasendiagramm usw.) bei allen Kopplungsstärken zu gelangen. Dabei können alle notwendigen Näherungen wie die Diskretisierung, endliche Simulationsvolumen oder unphysikalische Parameterwerte systematisch untersucht und ihre Effekte mit Hilfe kontrollierter Extrapolationen entfernt werden. Algorithmische und computertechnische Fortschritte erlauben es seit kurzem, QCD unter physikalisch realistischen Bedingungen zu simulieren. Die resultierenden Vorhersagen können direkt mit entsprechenden Experimenten verglichen werden, um z.B. das Standardmodell mit erhöhter Genauigkeit zu überprüfen und nach neuer Physik zu suchen. Darüber hinaus kann man Simulationen physikalischer Bedingungen durchführen, in denen Experimente nur schwer oder überhaupt nicht realisierbar sind, z.B. hohe Temperaturen wie im frühen Universum oder hohe Materiedichten wie in kompakten Sternen.
Die theoretische Beschreibung von thermischen Systemen von Elementarteilchen wie z.B. im frühen Universum oder in Schwerionenkollisionen erfordert eine Kombination von Methoden aus der Quantenfeldtheorie und der statistischen Mechanik. Insbesondere die Frage nach kosmologischen Phasenübergängen und kritischen Phänomenen erfordert dabei auch für schwach gekoppelte Systeme aufgrund langreichweitiger Fluktuationen ganz oder teilweise nichtperturbative Methoden. Prof. Dr. Dirk Rischke Physik stark wechselwirkender Materie unter extremen Bedingungen Die drei nachfolgend genannten Themen, die die Schwerpunkte der Forschung in meiner Arbeitsgruppe bilden, beleuchten aktuelle Teilaspekte der Physik stark wechselwirkender Materie unter extremen Bedingungen. Fluid-Dynamische Modellierung von Schwerionenkollisionen Hadronen im Vakuum und im Medium Quarkmaterie in kompakten stellaren Objekten HD Dr. Jürgen Schaffner-Bielich Nukleare Astrophysik In dieser Forschergruppe werden die Eigenschaften von Neutronensternen, der Aufbau und die Struktur der Kruste und des Inneren von kompakten Sternen, studiert. Phasenübergänge ermöglichen die Existenz einer dritten Familie von kompakten Sternen, einer neuartigen Lösung der Tolman-Oppenheimer-Volkov Gleichung neben den bekannten Weißen Zwergen und normalen Neutronensternen, die noch kompakter und dichter sind, Quarksterne. Die Zustandsgleichung der neutronenreichen Kruste, von heißen Proto-Neutronensternen und Signale der hochkompakten Quarksterne werden untersucht, wie Emission von Gravitationswellen, Neutrinos und Gamma-Strahlen-Blitze. Effektive Chirale Modelle und Hadronen in heißer, dichter Materie Im frühen Universum und in Schwerionenkollisionen im Labor werden Teilchen in heißer und dichter Materie erzeugt, die in diesem Medium ihre Eigenschaften ändern. Mit chiralen effektiven Modellen wird der chirale Phasenübergang sowie die effektiven Massen der Hadronen studiert und Vorhersagen für Signale in Schwerionen-Experimente sowie für Neutronensterne gemacht. Prof. Dr. H. Stöcker, Prof. Dr. W. Greiner Bestimmung der Zustandsgleichung von Kernmaterie Eines der Ziele bei der Erforschung von hochenergetischen Schwerionenkollisionen ist die Ermittlung der Zustandsgleichung von Kernmaterie, sowie deren einzelne Phasen. Entsprechende Experimente dazu werden an internationalen Großforschungseinrichtungen wie die GSI in Darmstadt, das CERN bei Genf und das AGS in Brookhaven, USA durchgeführt. Das Verhalten von Kernmaterie in Schwerionenkollisionen kann auf theoretischer Seite mit Hilfe verschiedener mikroskopischer und hydrodynamischer Modelle untersucht werden. Eines der erfolgreichsten mikroskopischen Modelle zur Beschreibung von Schwerionenkollisionen ist das von uns entwickelte Quanten-Molekular-Dynamik-Modell (QMD). QMD Simulationen haben bereits vielfältige bei Schwerionenkollisionen auftretende Effekte vorhersagen können, welche erst viel später experimentell nachgewiesen wurden. Als Beispiele sind zu nennen der "kollektive Fluß" von Nukleonen, leichten und schweren Fragmenten und Pionen, die Produktion von Kaonen sowie der "squeeze-out" von Pionen und Baryonen senkrecht zur Reaktionsebene. Die Weiterentwicklung des QMD Modells und dessen Anwendung auf zukünftige Experimente an der GSI, am AGS und am CERN ist von großer Wichtigkeit für das Verständnis der in diesen hochenergetischen Schwerionenreaktionen auftretenden Prozesse. Seltame hadronische Materie Ein in den letzten Jahren von uns initiertes Forschungsgebiet ist die Möglichkeit, neuartige, seltsame hadronische Materie herzustellen, d.h. Materie, die außer den gewöhnlichen u und d Quarks auch noch s Quarks enthält. Dies hat zur Konsequenz, daß exotische Kerne mit ungewöhnlich hoher Stabilität und sogar negativer Coulombladung vorhergesagt werden können. Solche Materie kann vor allem in Schwerionenkollisionen erzeugt werden - ihr Entstehen ist eng gekoppelt mit der Hochdichtephase einer solchen Kollision und der möglichen Erzeugung eines Quark-Gluon-Plasmas. Seltsame Hadronische Materie ist in verschiedenen Meson-Feldtheorien und chiralen Modelle zu studieren. Ein Forschungsschwerpunkt liegt dabei in der Untersuchung der Struktur und Nachweismöglichkeit von Metastabilen Exotischen Multiseltsamen Objekten - sog. MEMOs. Angesichts der derzeitigen Unlösbarkeit der fundamentalen Theorie der starken Wechselwirkung im Bereich niedriger Energien liegt ein weiteres Betätigungsfeld in der Entwicklung von effektiven Theorien, die auf Symmetrien und Erhaltungssätzen wie z.B. chirale Symmetrie oder Skaleninvarianz basieren. Diese werden extrapoliert auf Systeme endlicher Dichte, Seltsamkeit und Temperatur, um die Konsequenzen eines Ansatzes auszuloten. Das Quark-Gluon-Plasma: Erzeugung, Eigenschaften und Zerfall Kollidieren zwei Kerne bei ultrarelativistischen Energien, so können sich ihre Konstituenten, die Nukleonen, in Quarks und Gluonen auflösen und ein sog. Quark-Gluon-Plasma (QGP) entsteht. Sowohl die Entstehung wie auch die Signaturen und Eigenschaften des QGP (welches experimentell noch nicht nachgewiesen wurde) sind derzeit ein sehr aktives Forschungsgebiet mit Großexperimenten am europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf und am AGS Beschleuniger in Brookhaven, USA. In dieser Arbeitsgruppe werden vor allem Methoden der Quantenfeldtheorie (QFT) und der statistischen Mechanik zur Untersuchung der QGP Eigenschaften benutzt. Desweiteren sind Transportmodelle in der Entwicklung, mit denen es möglich sein wird die Entstehung der Plasmaphase und deren Dynamik zu simulieren. Die Untersuchung des QGP ist insbesondere auch für das Verständnis der Entwicklung des frühen Universums (die ersten Sekunden nach dem "Urknall") von großer Bedeutung. Dr. Harald O. Jeschke
Die Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe befasst sich mit dem Zusammenspiel von elektronischen Eigenschaften wie Nichtgleichgewicht oder starken Korrelationen und Veränderungen der atomaren Struktur. Prof. Dr. Claudius Gros Theorie der Hoch-Temperatur Supraleiter Die Hoch-Temperatur Supraleiter sind in vieler Hinsicht sehr ungewöhnliche Systeme, nicht nur ihrer hohen Sprungtemperatur wegen. Sie zeichnen sich insbesondere auch durch die starke Coulomb-Abstossung zwischen den Elektronen aus, eine Eigenschaft die sich bei konventionellen Supraleitern negativ auf die supraleitenden Eigenschaften auswirken würde. In unserer Arbeitsgruppe beschäftigen wir uns mit der Beschreibung dotierter Mott-Hubbard Isolatoren und der Hoch-Temperatur Supraleiter mit Hilfe der renormierten Molekularfeld-Theorie und der variationellen Monte-Carlo Methode. Auf diesem Gebiet, in welchem wir enge Kooperationen mit Princeton/USA pflegen, geht es darum eine einheitliche und umfassende Beschreibung der Hoch-Temperatur Supraleiter zu entwickeln, bei welcher die Supraleitung und die magnetischen Korrelationen nur zwei Aspekte ein und desselben Phänomens sind und beide durch die grosse Coulomb-Abstossung induziert werden. Theorie komplexer und kognitiver Systeme In der Physik beschäftigen wir uns zumeist mit "einfachen" Systemen, d.h. mit Systemen welche nur wenige Freiheitsgrade haben. Doch was passiert wenn ein System aus vielen Teilsystemen aufgebaut ist, alle mit einer eigenen Eigendynamik? Damit beschäftigt sich die Theorie komplexer Systeme, welche heute, gerade im Rahmen der Netzwerktheorie, einen rasanten Aufschwung erlebt. Unser Gehirn ist ein (für uns i.Allg. wichtiges) Beispiel eines komplexen Systems, man nennt es auch ein `kognitives System', d.h. ein erkennendes System. In der Arbeitsgruppe entwickeln wir Prinzipien, z.B. für die Eigendynamik und die emotionale Kontrolle, auf welchen biologische und synthetische kognitive Systeme aufgebaut sind, und testen diese Prinzipien mittels Simulationen. HD Dr. Elena Bratkovskaya Tel.: 798-47523 Dynamik stark wechselwirkender Systeme Dileptonenproduktion in hadronischen Reaktionen Prof. Dr. Maria-Roser Valenti Mikroskopische Modellbildung für korrelierte Systeme Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der mikroskopischen Beschreibung von Materialien mit starker elektronischer Korrelation. Physikalisches InstitutBetreuung von Bachelor-, Master-, Diplom-, Promotions- und Staatsexamensarbeiten L3 Prof. Dr. Wolf Aßmus Im Kristall- und Materialentwicklungslabor werden einerseits neuartige Materialien, wie z.B. Quasikristalline Systeme, Schwere-Fermionen-Systeme oder Keramikverbundwerkstoffe hergestellt, andererseits werden aber auch die Grundlagen der Kristallzüchtung und Materialentwicklung, wie z.B. Strukturbildung, Phasendiagramme und Grenzflächenphänomene untersucht. Besonders Einkristalle sind für die experimentelle Festkörperforschung wichtig, da sie regelmäßig aufgebaut und deshalb Messungen an ihnen besonders aussagekräftig sind. Im Forschungsbereich Kristallzüchtung werden eine Vielzahl von Kristallzüchtungsverfahren angewandt. Oftmals werden aber auch neue Verfahren entwickelt, die an die jeweilige Züchtungsaufgabe speziell angepaßt sind; ein Beispiel hierfür ist die in jüngerer Vergangenheit aufgebaute Hochdruckanlage (Multianvil-Apparatur). Mit diesen Techniken werden ganz unterschiedliche Kristalle wie z.B.
Materialcharakterisierung Zur breitbandigen Materialcharakterisierung dienen Röntgenpulverdiffraktometrie im Temperaturbereich 10 - 3000 K, Rasterelektronenmikroskopie mit energie- und wellenlängendispersiver Röntgenanalytik, optische und akustische Mikroskopie bis hin zu differentieller Thermoanalyse und Thermogravimetrie. Wissenschaftliche Arbeiten im Labor werden derzeit u.a. von der EU (Network of Excellence, NoE) gefördert. Arbeitsgruppe Prof. Dr. Michael Huth Web: http://www.pi.physik.uni-frankfurt.de/thinfilm/index.html Electronische Korrelationen, Unordnung und kooperative Phänomene in dünnen Schichten und Nanostrukturen Unsere Arbeitsgruppe befasst sich mit den Konsequenzen elektronischer Korrelationseffekte und von Unordnung auf die elektronischen Eigenschaften ausgewählter Dünnschichtsysteme und von Nanostrukturen. Im Vordergrund stehen dabei solche Materialien, die einen kooperativen Grundzustand, wie Supraleitung oder magnetische Ordnung, oder einen korrelationsgetriebenen Metall-Isolator-Übergang aufweisen. Unsere Forschung konzentriert sich auf drei Materialklassen. Diese sind intermetallische Verbindungen aus der Klasse der Schwere-Fermion-Supraleiter, organische Halbleiter und Metalle aus der Klasse der Ladungstransferverbindungen und granulare elektronische Systeme. Anwendungsnahe Aspekte kommen insbesondere bei den granularen Systemen ins Spiel, die sensorisch nutzbare Eigenschaften haben. Bei den organischen Ladungstransferverbindungen, die wir als Dünnschichten präparieren, liegt der Anwendungsaspekt in der organischen Elektronik. Für die Präparation der zu untersuchenden Materialien kommen verschiedene Verfahren der Dünnschichttechnik (Molekularstrahlepitaxie, Kaltkathodenzerstäubung) und der Direktlithographie mit fokussierten Elektronen- und Ionenstrahlen zum Einsatz. Elektronische Transportmessungen sind im Temperaturbereich von 280 mK bis 300 K in Magnetfeldern bis 12 T möglich. Prof. Dr. M. Lang Web: http://www.pi.physik.uni-frankfurt.de/lowtempde Stark korrelierte Elektronen und Spins Die Arbeitsgruppe befasst sich mit ungewöhnlichen Festkörpereigenschaften, die in Folge starker Elektronen- und Spin-Wechselwirkungen („Korrelationen“) auftreten. Im Kern geht es dabei um folgende Fragen: Wie verhalten sich Quantenobjekte (Elektronen oder nur deren magnetischer Anteil, die Spins), wenn ihre Bewegung durch die gegenseitigen Wechselwirkungen stark eingeschränkt ist, so dass das Verhalten jedes einzelnen von dem aller anderen in komplexer Weise abhängt? Was sind die entscheidenden Ordnungsmechanismen, die das kollektive Verhalten des Gesamtsystems bestimmen? Was sind die Eigenschaften dieser neuen Formen von Ordnung, die sich unter solchen Umständen einstellt? Korrelationen führen im Allgemeinen zu ganz überraschenden, häufig spektakulären Phänomenen wie u.a. neuartige Formen der Supraleitung, Magnete ohne Ordnung (Spin-Flüssigkeiten) oder exotische Ordnungszustände auf mikroskopischer Skala. Um diese Phänomene im Detail zu verstehen, aber auch um neue Korrelationseffekte aufzuspüren, setzen wir die Elektronen und Spins besonderen, z.T. extremen Bedingungen aus. Als Studienobjekte eignen sich vor allem metallorganische Festkörper, bei denen die wichtigen Wechselwirkungsparameter auf physikalischem Weg (Anwendung von äußerem Druck oder Magnetfeld) oder durch chemische Variation (Substitution einzelner Komponenten) gezielt verändert werden können. Zu folgenden Themenbereichen werden Forschungsarbeiten durchgeführt: Supraleitung und ungewöhnliche metallische Zustände in der Nähe eines Wechselwirkungs-induzierten Isolator-Metall (Mott) -Übergangs. Eigenschaften von Magnetfeld- und Druck-induzierten Quanten-Phasenübergängen in Quanten-Spinsystemen, wie ein neuartiger magnetischer Kühlmechanismus basierend auf quantenkritischen Fluktuationen, Bose-Einstein-Kondensation versus Lokalisierung von magnetischen Quasiteilchen (Magnonen). Dazu setzen wir ein breites Spektrum an z.T. höchstauflösenden Techniken unter Variation der Parameter Temperatur, Druck und äußeres Magnetfeld ein. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Möglichkeit, die Materialien unter z.T. extremen Bedingungen zu studieren. Dies sind Temperaturen bis hinab zu 0.01 K, hydrostatische Drücke bis 13.000 bar sowie Magnetfelder bis 18 T (statisch) bzw. 58 T (gepulst). Prof. Dr. J. Müller Prof. Dr. H. Roskos Ultrakurzzeit-Spektroskopie Zentraler Forschungsgegenstand der Arbeitsgruppe ist die zeitaufgelöste Untersuchung von Elementaranregungen in Halbleitern, Supraleitern und magnetischen Materialien mit Hilfe ultrakurzer Lichtimpulse. Hierzu werden geeignete Lasersysteme, Frequenzkonversionsmethoden und Meßverfahren entwickelt. Dabei liegt besonderes Augenmerk auf der Erschließung des Terahertz-Frequenzbereichs (10-10.000 Ghz), der wegen seiner Nachbarschaft zum elektronisch erschlossenen Megahertz- und Gigahertz-Bereich einerseits und zur Optik andererseits von besonderer Forschungsrelevanz ist und Methoden aus beiden Bereichen verwendet („optoelektronische" Verfahren). Die Meßtechniken werden hauptsächlich für die zeitaufgelöste Spektroskopie kohärenter Phänomene in der Festkörperphysik eingesetzt. Beispiele sind Quantenschwebungen von Ladungsträger-Wellenpaketen (so etwa Bloch-Oszillationen) und Spinanregungen, kohärente Gitterschwingungen (Phononen) sowie kollektive Anregungen wie Plasmonen. Die Anregungsmechanismen sowie die Wechselwirkung der Anregungen mit der Umgebung werden erforscht. Wesentliche Leitmotive der Arbeiten sind:
email: Krozer(at)physik.uni-frankfurt.de Terahertz- Photonik Am Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS)Betreuung von Bachelor-, Master-, Diplom- und Promotionsarbeiten Prof. Dr. Jochen Triesch Theoretische Neurowissenschaften Das Gehirn wird oft als die komplexeste Struktur im Universum bezeichnet. Es besteht aus einem Netzwerk von Milliarden von Nervenzellen, die über Synapsen mit jeweils tausenden von anderen Nervenzellen kommunizieren. Wir versuchen zu verstehen, wie kognitive Phänomene aus den kollektiven Interaktionen dieser Komponenten entstehen können. Insbesondere untersuchen wir Prozesse der Wahrnehmung und Handlungssteuerung, sowie des Lernens. Ein Großteil unserer Forschung beschäftigt sich mit der Simulation von Lernprozessen und Selbst-organisation in sogenannten neuronalen Netzen - vereinfachten Modellen für die Informationsverarbeitung in biologischen Nervensystemen. Darüber hinaus führen wir auch psychologische Untersuchungen durch und übertragen die gewonnenen Erkenntnisse auf Roboter, die autonom aus Interaktionen mit Ihrer Umwelt lernen können. Dieses Studium neuronaler Informationsverarbeitung erweitert unser Verständnis von Hirnfunktion und Organisation und ebnet den Weg zu einer neuen Generation von künstlichen intelligenten Systemen.
geändert am 27. Februar 2012 E-Mail: Dekanatdekanat@physik.uni-frankfurt.de | | Zur Navigationshilfe
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Druckversion: 27. Februar 2012, 09:56
http://www.uni-frankfurt.de/fb/fb13/Informationen/02Arbeitsgruppen/index.html
