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Density Functional

Das Dichtefunktional ist ein fundamentales Konzept in der Quantenmechanik, das insbesondere in der elektronischen Strukturtheorie verwendet wird. Es basiert auf der Idee, dass die Eigenschaften eines Systems von vielen Teilchen durch die Elektronendichte ρ(r)\rho(\mathbf{r})ρ(r) an einem bestimmten Punkt r\mathbf{r}r vollständig beschrieben werden können, anstatt durch die Wellenfunktion. Der Vorteil dieser Methode liegt in der Vereinfachung der Berechnungen, da sie die Komplexität der vielen Körperprobleme reduziert.

Die Dichtefunktionaltheorie (DFT) verwendet Funktionale, die von der Elektronendichte abhängen, um die Gesamtenergie eines Systems auszudrücken. Eine allgemeine Formulierung der totalen Energie E[ρ]E[\rho]E[ρ] könnte wie folgt aussehen:

E[ρ]=T[ρ]+V[ρ]+EHartree[ρ]+Exc[ρ]E[\rho] = T[\rho] + V[\rho] + E_{\text{Hartree}}[\rho] + E_{\text{xc}}[\rho]E[ρ]=T[ρ]+V[ρ]+EHartree​[ρ]+Exc​[ρ]

Hierbei steht T[ρ]T[\rho]T[ρ] für die kinetische Energie, V[ρ]V[\rho]V[ρ] für die Wechselwirkung mit externen Potentialen, EHartree[ρ]E_{\text{Hartree}}[\rho]EHartree​[ρ] für die klassischen Coulomb-Wechselwirkungen und Exc[ρ]E_{\text{xc}}[\rho]Exc​[ρ] für die Austausch-Korrelation, die die quantenmechanischen Effekte berücksichtigt. DFT ist besonders nützlich

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Kosteninflation

Cost-Push Inflation tritt auf, wenn die Produktionskosten für Unternehmen steigen, was dazu führt, dass sie die höheren Kosten an die Verbraucher weitergeben. Diese Art der Inflation kann durch verschiedene Faktoren ausgelöst werden, wie z.B. steigende Rohstoffpreise, Löhne oder Steuern. Wenn Unternehmen gezwungen sind, mehr für Inputs zu bezahlen, erhöhen sie in der Regel die Preise für ihre Produkte, um ihre Gewinnmargen zu schützen. Dies führt zu einer allgemeinen Preissteigerung, auch wenn die Nachfrage nach Gütern und Dienstleistungen nicht steigt. Ein bekanntes Beispiel sind plötzliche Anstiege der Ölpreise, die die Transport- und Produktionskosten in vielen Branchen erhöhen können. Infolgedessen können Konsumenten weniger für die gleichen Waren und Dienstleistungen kaufen, was die Kaufkraft verringert.

Borel-Sigma-Algebra

Die Borel Sigma-Algebra ist eine wichtige Struktur in der Maßtheorie und der Wahrscheinlichkeitstheorie, die auf den reellen Zahlen basiert. Sie wird gebildet, indem man die offenen Intervalle auf den reellen Zahlen R\mathbb{R}R als Ausgangspunkt nimmt und dann alle möglichen Mengen durch endliche und abzählbare Vereinigungen, Durchschnitte und Komplementbildung generiert. Mathematisch ausgedrückt entspricht die Borel Sigma-Algebra B(R)\mathcal{B}(\mathbb{R})B(R) der kleinsten Sigma-Algebra, die die offenen Mengen von R\mathbb{R}R enthält.

Die Borel Sigma-Algebra ist entscheidend für die Definition von Borel-Maßen, die eine Grundlage für die Integration und die Analyse von Funktionen bieten. Zu den Elementen der Borel Sigma-Algebra gehören nicht nur offene Intervalle, sondern auch geschlossene Intervalle, halboffene Intervalle sowie viele kompliziertere Mengen, die durch die oben genannten Operationen konstruiert werden können. Dadurch ermöglicht die Borel Sigma-Algebra eine umfassende Behandlung von Eigenschaften von Funktionen und Zufallsvariablen im Kontext der Maßtheorie.

Oberflächenenergienminimierung

Die Oberflächenenergieminimierung ist ein grundlegendes Konzept in der Materialwissenschaft und Physik, das beschreibt, wie Materialien bestrebt sind, ihre Oberflächenenergie zu verringern. Diese Energie ist das Ergebnis von Kräften, die an der Oberfläche eines Materials wirken, und sie ist oft höher als im Inneren des Materials, da die Atome an der Oberfläche weniger Nachbarn haben. Um die Oberflächenenergie zu minimieren, neigen Materialien dazu, sich so zu reorganisieren oder zu formen, dass die Oberfläche möglichst klein wird, was häufig zu sphärischen oder anderen optimalen geometrischen Formen führt.

Ein praktisches Beispiel für dieses Konzept ist die Bildung von Tropfen, die aufgrund der Oberflächenenergie eine kugelförmige Form annehmen, da diese die geringste Oberfläche für ein gegebenes Volumen bietet. Mathematisch wird die Oberflächenenergie γ\gammaγ oft als Funktion der Fläche AAA beschrieben, wobei die Beziehung typischerweise als E=γAE = \gamma AE=γA dargestellt wird. Hierbei ist EEE die gesamte Oberflächenenergie des Materials. Die Minimierung der Oberflächenenergie spielt eine zentrale Rolle in Prozessen wie der Nanostrukturierung, der Kristallisation und der Herstellung von Oberflächenbeschichtungen.

Bayesian-Nash

Der Bayesian Nash-Gleichgewicht ist ein Konzept in der Spieltheorie, das sich mit Situationen beschäftigt, in denen Spieler unvollständige Informationen über die anderen Spieler haben. In einem solchen Spiel hat jeder Spieler eigene private Informationen, die seine Strategiewahl beeinflussen können. Im Gegensatz zum klassischen Nash-Gleichgewicht, bei dem alle Spieler vollständige Informationen haben, berücksichtigt der Bayesian Nash-Gleichgewicht die Unsicherheiten und Erwartungen über die Typen der anderen Spieler.

Ein Spieler wählt seine Strategie, um seinen erwarteten Nutzen zu maximieren, wobei er Annahmen über die Strategien und Typen der anderen Spieler trifft. Mathematisch wird ein Bayesian Nash-Gleichgewicht als ein Profil von Strategien (s1∗,s2∗,…,sn∗)(s_1^*, s_2^*, \ldots, s_n^*)(s1∗​,s2∗​,…,sn∗​) definiert, bei dem für jeden Spieler iii gilt:

Ui(si∗,s−i∗)≥Ui(si,s−i∗)∀siU_i(s_i^*, s_{-i}^*) \geq U_i(s_i, s_{-i}^*) \quad \forall s_iUi​(si∗​,s−i∗​)≥Ui​(si​,s−i∗​)∀si​

Hierbei ist UiU_iUi​ der Nutzen für Spieler iii, s−i∗s_{-i}^*s−i∗​ die Strategien der anderen Spieler und sis_isi​ eine alternative Strategie für Spieler iii.

Quantenkapazität

Quantum Capacitance ist ein Konzept, das in der Quantenphysik und Materialwissenschaft eine wichtige Rolle spielt, insbesondere bei der Untersuchung von nanostrukturierten Materialien wie Graphen und anderen zweidimensionalen Materialien. Es beschreibt die Fähigkeit eines Systems, elektrische Ladung auf quantenmechanische Weise zu speichern. Im Gegensatz zur klassischen Kapazität, die durch die Geometrie und das Dielektrikum eines Bauelements bestimmt wird, hängt die Quantenkapazität von der Dichte der Zustände an der Fermi-Energie ab.

Die Quantenkapazität CqC_qCq​ kann mathematisch als:

Cq=dQdVC_q = \frac{dQ}{dV}Cq​=dVdQ​

ausgedrückt werden, wobei QQQ die Ladung und VVV die Spannung ist. In Systemen mit stark korrelierten Elektronen oder in geringdimensionale Systeme kann die Quantenkapazität signifikant von der klassischen Kapazität abweichen und führt zu interessanten Phänomenen wie quantisierten Ladungszuständen. Die Untersuchung der Quantenkapazität ist entscheidend für das Verständnis von Geräten wie Transistoren und Kondensatoren auf Nanometerskala.

Dirichlet-Kernel

Der Dirichlet Kernel ist ein grundlegendes Konzept in der Fourier-Analyse und spielt eine wichtige Rolle bei der Untersuchung der Konvergenz von Fourier-Reihen. Er wird definiert als:

Dn(x)=sin⁡((n+1)x2)sin⁡(x2)D_n(x) = \frac{\sin\left(\frac{(n + 1)x}{2}\right)}{\sin\left(\frac{x}{2}\right)}Dn​(x)=sin(2x​)sin(2(n+1)x​)​

Hierbei ist nnn die Anzahl der verwendeten Harmonischen und xxx der Punkt, an dem die Fourier-Reihe evaluiert wird. Der Dirichlet Kernel hat die Eigenschaft, dass er die Koeffizienten der Fourier-Reihe gewichtet, was bedeutet, dass er die Summe der Harmonischen für eine Funktion beeinflusst. Besonders bemerkenswert ist, dass der Dirichlet Kernel die Schwingungen und Überschwinger beschreibt, die bei der Konvergenz von Fourier-Reihen auftreten können, insbesondere in Bezug auf die Gibbs-Phänomen. In der Praxis wird der Dirichlet Kernel häufig verwendet, um die Approximation von Funktionen durch ihre Fourier-Reihen zu analysieren und zu verstehen.