530 Physik
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We study the influence of the baryon chemical potential μB on the properties of the Quark–Gluon–Plasma (QGP) in and out-of equilibrium. The description of the QGP in equilibrium is based on the effective propagators and couplings from the Dynamical QuasiParticle Model (DQPM) that is matched to reproduce the equation-of-state of the partonic system above the deconfinement temperature Tc from lattice Quantum Chromodynamics (QCD). We study the transport coefficients such as the ratio of shear viscosity η and bulk viscosity ζ over entropy density s, i.e., η/s and ζ/s in the (T,μ) plane and compare to other model results available at μB=0 . The out-of equilibrium study of the QGP is performed within the Parton–Hadron–String Dynamics (PHSD) transport approach extended in the partonic sector by explicitly calculating the total and differential partonic scattering cross sections based on the DQPM and the evaluated at actual temperature T and baryon chemical potential μB in each individual space-time cell where partonic scattering takes place. The traces of their μB dependences are investigated in different observables for symmetric Au + Au and asymmetric Cu + Au collisions such as rapidity and mT -distributions and directed and elliptic flow coefficients v1,v2 in the energy range 7.7 GeV ≤sNN−−−−√≤200 GeV.
Organische Materialien haben bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts hinsichtlich ihrer elektronischen Eigenschaften keine besondere Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Größeres Interesse an diesen Materialien entstand erst durch die Entdeckung einer ungewöhnlich hohen elektrischen Leitfähigkeit des organischen Perylen-Bromin Ladungstransfer-Komplexes durch Inokuchi et al. im Jahr 1954. Diese neue Klasse von Materialien besteht typischerweise aus Donor- und Akzeptor-Molekülen, die in einer bestimmten Stöchiometrie aneinander gebunden sind. Elektrische Ladung wird zwischen den Donor- und Akzeptor-Molekülen transferiert. Um diesen Prozess zu beschreiben, entwickelte Robert Mulliken in den 60er Jahren ein theoretisches Gerüst. Abhängig von der Anordnung der Moleküle und transferierten elektrischen Ladung kann der Ladungstransfer-Komplex (oder Salz) ein Isolator, ein Halbleiter, ein Metall oder sogar ein Supraleiter sein. Noch mehr Aufmerksamkeit erhielten Ladungstransfer-Materialien mit der Entdeckung des ersten quasi-eindimensionalen organischen Metalls TTF-TCNQ (tetrathiafulvalene-tetracyanoquinodimethane) im Jahr 1973. ...
We have investigated the channeling process of charged particles in a bent crystal. Invoking simple assumptions we derive a criterion, which determines whether channeling occurs or not. We obtain the same criterion using the Dirac equation. It is shown that the centrifugal force acting on the particle in the bent crystal significantly alters the effective transverse potential. The cases of axial and planar channeling are considered. The channeling probability and the dechanneling probability due to tunneling of the particle under the barrier in the effective transverse potential are estimated. These probabilities depend on the specific scaling parameter characterizing the process. Using the quasiclassical theory of synchrotron radiation we have calculated the contribution to the radiation spectrum, which arises due to the curvature of the channel. This contribution becomes significant to TeV electrons or positrons. Some practical consequences of our results are briefly discussed.
Direct nanoscopic observation of plasma waves in the channel of a graphene field-effect transistor
(2020)
Plasma waves play an important role in many solid-state phenomena and devices. They also become significant in electronic device structures as the operation frequencies of these devices increase. A prominent example is field-effect transistors (FETs), that witness increased attention for application as rectifying detectors and mixers of electromagnetic waves at gigahertz and terahertz frequencies, where they exhibit very good sensitivity even high above the cut-off frequency defined by the carrier transit time. Transport theory predicts that the coupling of radiation at THz frequencies into the channel of an antenna-coupled FET leads to the development of a gated plasma wave, collectively involving the charge carriers of both the two-dimensional electron gas and the gate electrode. In this paper, we present the first direct visualization of these waves. Employing graphene FETs containing a buried gate electrode, we utilize near-field THz nanoscopy at room temperature to directly probe the envelope function of the electric field amplitude on the exposed graphene sheet and the neighboring antenna regions. Mapping of the field distribution documents that wave injection is unidirectional from the source side since the oscillating electrical potentials on the gate and drain are equalized by capacitive shunting. The plasma waves, excited at 2 THz, are overdamped, and their decay time lies in the range of 25-70 fs. Despite this short decay time, the decay length is rather long, i.e., 0.3-0.5 μm, because of the rather large propagation speed of the plasma waves, which is found to lie in the range of 3.5-7 × 106 m/s, in good agreement with theory. The propagation speed depends only weakly on the gate voltage swing and is consistent with the theoretically predicted 1/4 power law.
The equation of state (EoS) of matter at extremely high temperatures and densities is currently not fully understood, and remains a major challenge in the field of nuclear physics. Neutron stars harbor such extreme conditions and therefore serve as celestial laboratories for constraining the dense matter EoS. In this thesis, we present a novel algorithm that utilizes the idea of Bayesian analysis and the computational efficiency of neural networks to reconstruct the dense matter equation of state from mass-radius observations of neutron stars. We show that the results are compatible with those from earlier works based on conventional methods, and are in agreement with the limits on tidal deformabilities obtained from the gravitational wave event, GW170817. We also observe that the resulting squared speed of sound from the reconstructed EoS features a peak, indicating a likely convergence to the conformal limit at asymptotic densities, as expected from quantum chromodynamics. The novel algorithm can also be applied across various fields faced with computational challenges in solving inverse problems. We further examine the efficiency of deep learning methods for analyzing gravitational waves from compact binary coalescences in this thesis. In particular, we develop a deep learning classifier to segregate simulated gravitational wave data into three classes: signals from binary black hole mergers, signals from binary neutron star mergers, or white noise without any signals. A second deep learning algorithm allows for the regression of chirp mass and combined tidal deformability from simulated binary neutron star mergers. An accurate estimation of these parameters is crucial to constrain the underlying EoS. Lastly, we explore the effects of finite temperatures on the binary neutron star merger remnant from GW170817. Isentropic EoSs are used to infer the frequencies of the rigidly rotating remnant and are noted to be significantly lower compared to previous estimates from zero temperature EoSs. Overall, this thesis presents novel deep learning methods to constrain the neutron star EoS, which will prove useful in future, as more observational data is expected in the upcoming years.
We introduce a novel technique that utilizes a physics-driven deep learning method to reconstruct the dense matter equation of state from neutron star observables, particularly the masses and radii. The proposed framework involves two neural networks: one to optimize the EoS using Automatic Differentiation in the unsupervised learning scheme; and a pre-trained network to solve the Tolman–Oppenheimer–Volkoff (TOV) equations. The gradient-based optimization process incorporates a Bayesian picture into the proposed framework. The reconstructed EoS is proven to be consistent with the results from conventional methods. Furthermore, the resulting tidal deformation is in agreement with the limits obtained from the gravitational wave event, GW170817.
In der vorliegenden Arbeit wird ein Curriculum zur Beugung vorgestellt, welches sich in ein Kerncurriculum und Erweiterungsmodule gliedert. Das Kerncurriculum geht von einer systematischen Erarbeitung von Erscheinungsreihen aus, zunächst in Form von Freihandversuchen. Dabei werden periodische Strukturen vor das Auge gehalten und durchblickt. Erst in einem zweiten Schritt treten entsprechende komplexere Versuchsaufbauten hinzu. Der Zusammenhang zwischen den durchblickten oder durchleuchteten periodischen Strukturen und den Konfigurationen der Beugungsbilder wird im Konzept optischer Wege beschrieben. Optische Wege werden dazu operational definiert und als geometrische Ordnungselemente eingeführt, die dem Zusammenhang zwischen den jeweils wirksamen räumlichen Bedingungen und den auftretenden Erscheinungen immanent sind. Den methodischen Rahmen des Kerncurriculum bildet damit eine phänomenologische Vorgehensweise - insbesondere, weil die optischen Wege nicht als ein Vorstellungskomplex gefasst werden, den man zur ursächlichen Erklärung eines Phänomens heranziehen kann. In einem Erweiterungsmodul des Curriculums wird im Einzelnen ausgeführt, wie es durch dieses methodische Vorgehen schon bei der Thematisierung der Beugung möglich ist, die holistischen Eigenschaften der Quantentheorie anzulegen und vorzubereiten. Dadurch kann der Übergang von der Beugung zur Quantentheorie in einem einheitlichen methodischen Rahmen erfolgen und eine vertikale Vernetzung der Unterrichtsinhalte unterstützen. Entsprechend dem von ERB und SCHÖN ausgearbeiteten Lichtwegkonzept bekommt auch beim Konzept optischer Wege das FERMAT-Prinzip eine zentrale Stellung. Es wird in der vorliegenden Arbeit räumlich formuliert. Im zentralen Thema des Kerncurriculums, der Beugung am Gitter, reichen in Erweiterung des FERMAT-Prinzips dann zwei Bedingungen aus, die man an die optischen Wege stellen muss, um diese Beugungserscheinungen umfassend zu beschreiben. Auch komplexe Zusammenhänge, wie beispielsweise die Invarianz des Beugungsbildes unter Translationen des Gitters, sind so anschaulich zu erklären. Das Beugungsbild eines Gitters tritt in der Brennebene einer Linse auf. Da es invariant unter Translationen des Gitters ist, darf auch ein Abstand zwischen Gitter und Linse gewählt werden, welcher größer als deren Brennweite ist. Je nach Stellung eines Schirms hinter der Linse erhält man so entweder das Beugungsbild oder das Abbild des Gitters. Eine Darstellung beider Situationen im Konzept optischer Wege lässt den Zusammenhang zwischen Beugungs- und Abbild sehr deutlich hervortreten und macht Experimente zur optischen Filterung unmittelbar verständlich. Die in diesem Rahmen eingeführte kontextuale Abbildung rundet das Kerncurriculum ab und arbeitet die Gesamtheit der wirksamen Bedingungen besonders heraus. Gleichzeitig gelingt es, Eigenschaften der FOURIER-Transformation auf einer elementaren Ebene zu behandeln. In einem der Erweiterungsmodule werden die Beugungsbilder bei Rotationen eines Gitters untersucht. Dabei treten Beugungsbilder in Form von Kegelschnitten auf. Es wird gezeigt, wie die schon im Kerncurriculum in Erweiterung des FERMAT-Prinzips formulierten beiden Bedingungen an die optischen Wege sich weiterhin als tragfähiger Beschreibungsansatz erweisen. Dabei können Elemente der Festkörperphysik anschaulich eingeführt werden – hier sind es die LAUE-Kegel. In einem anderen Erweiterungsmodul schließen sich eine anschauliche Herleitung des reziproken Gitters und der EWALD-Kugel an. Das Erweiterungsmodul, welches den Übergang zur Quantentheorie thematisiert, geht von der Beugung am Doppelspalt aus und sieht dort die Einführung des Zeigerformalismus vor. Der Kontrast zur phänomenologischen Vorgehensweise des Kerncurriculums ermöglicht eine saubere Unterscheidung zwischen den optischen Wegen als immanenten Ordnungselementen und den Zeigern als abstrakten Symbolen, die Wellenfunktionen repräsentieren. Methodendiskussionen werden so unterstützt. Im Zentrum des Moduls steht die Besprechung von Welcher- Weg-Experimenten. Die kontextuale Abbildung im Konzept optischer Wege führt dabei, wie oben bereits erwähnt, ohne methodischen Bruch auf das Superpositionsprinzip der Quantentheorie. Die schulische Erprobung des Kerncurriculums und einiger Erweiterungsmodule ergab schließlich, dass die operationale Definition der optischen Wege und die Formulierung von Kriterien an diese optischen Wege zur Beschreibung der Beugung es ermöglicht, durch tragfähige Begriffe bei den Schülern ein Bewusstsein für Zusammenhänge zwischen Teilinhalten des Unterrichtes zu wecken und die Beugung in eine Fülle optischer Erscheinungen zu integrieren. Der Übergang vom Experiment zu abstrakten Lerninhalten wird dann durch den Unterricht deutlich und generiert ein hohes Methodenbewusstsein.
The production of quarkonia, the bound state of an heavy quark with its anti-particle, has for a long time been seen as a key process to understand the properties of nuclear matter in a relativistic heavy-ion collision. This thesis presents studies on the production of quarkonia in heavy-ion collisions at the new Large Hadron collider (LHC). The focus is set on the decay of J/Psi and Upsilon-states into their di-electronic decay channel, measured within the central detectors of the ALICE detector.
The discovery of the 1144-phase, e.g. CaKFe4As4, creates opportunities to build novel intermetallics with alternative stacking of two parent compounds. Here we formalize the idea by defining a class of bulk crystalline solids with A-B stacking (including 1144-phases and beyond), which is a generalization of hetero-structures from few-layer or thin-film semi-conductors to bulk intermetallics. Theoretically, four families of phosphides \textit{AB}(TM)4P4 (TM=Fe, Ru, Co, Ni) are investigated by first-principles calculations, wherein configurational, vibrational and electronic degrees of freedom are considered. It predicts a variety of stable 1144-phases (especially Ru- and Fe-phosphides). Stability rules are found and structural/electronic properties are discussed. Experimentally, we synthesize high-purity CaKRu4P4 as a proof of principle example. The synthetic method is simple and easily applied. Moreover, it alludes to a strategy to explore complex multi-component compounds, facilitated by a phase diagram coordinated by collective descriptors.
The discovery of the 1144-phase, e.g. CaKFe4As4, creates opportunities to build novel intermetallics with alternative stacking of two parent compounds. Here we formalize the idea by defining a class of bulk crystalline solids with A-B stacking (including 1144-phases and beyond), which is a generalization of hetero-structures from few-layer or thin-film semi-conductors to bulk intermetallics. Theoretically, four families of phosphides \textit{AB}(TM)4P4 (TM=Fe, Ru, Co, Ni) are investigated by first-principles calculations, wherein configurational, vibrational and electronic degrees of freedom are considered. It predicts a variety of stable 1144-phases (especially Ru- and Fe-phosphides). Stability rules are found and structural/electronic properties are discussed. Experimentally, we synthesize high-purity CaKRu4P4 as a proof of principle example. The synthetic method is simple and easily applied. Moreover, it alludes to a strategy to explore complex multi-component compounds, facilitated by a phase diagram coordinated by collective descriptors.