Graphene-Based Field-Effect Transistors

Die Theta-Funktion ist eine wichtige Funktion in der Mathematik, insbesondere in der Theorie der elliptischen Funktionen und der Zahlentheorie. Sie wird häufig verwendet, um Lösungen für verschiedene Arten von Differentialgleichungen zu finden und spielt eine zentrale Rolle in der Theorie der Modulformen. Die allgemeine Form der Theta-Funktion wird oft als $\theta(x)$ bezeichnet und ist definiert durch:

Hierbei ist $z$ eine komplexe Variable und $\tau$ eine komplexe Zahl mit positivem Imaginärteil. Die Theta-Funktion hat interessante Eigenschaften, wie die Periodizität und die Transformationseigenschaften unter der Modulgruppe, und ist eng mit der Zahlentheorie, Statistik und Quantenmechanik verbunden. Sie hat auch Anwendungen in der Kombinatorik, wo sie zur Zählung von Gitterpunkten und zur Untersuchung von Partitionen verwendet wird.

Graphene-Nanoribbons (GNRs) sind dünne Streifen aus Graphen, die einzigartige Transporteigenschaften aufweisen und aufgrund ihrer strukturellen Eigenschaften sowohl für elektronische als auch für optoelektronische Anwendungen von großem Interesse sind. Die Transportcharakteristik von GNRs hängt stark von ihrer Breite und der Art ihrer Kanten (zigzag oder armchair) ab, was zu unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten führt. Bei zigzag-Nanoribbons zum Beispiel können elektronische Zustände am Kantenrand existieren, die die Leitfähigkeit erhöhen, während armchair-Nanoribbons eine Bandlücke aufweisen, die die Transportfähigkeit bei bestimmten Bedingungen beeinflussen kann.

Die Transportparameter wie Mobilität und Leitfähigkeit werden auch durch Faktoren wie Temperatur, Verunreinigungen und Defekte beeinflusst. Mathematisch lassen sich diese Eigenschaften oft durch die Gleichung für den elektrischen Strom $I$ in Abhängigkeit von der Spannung $V$ und dem Widerstand $R$ darstellen:

Insgesamt zeigen GNRs vielversprechende Eigenschaften für zukünftige Technologien, insbesondere in der Entwicklung von nanoelektronischen Bauelementen und Sensoren.

Die Dynamic RAM (DRAM)-Architektur ist eine Speichertechnologie, die auf dem Prinzip basiert, dass Informationen in Form von elektrischen Ladungen in Kondensatoren gespeichert werden. Diese Struktur ermöglicht eine hohe Speicherdichte und ist kostengünstig, da sie nur einen Transistor und einen Kondensator pro Speicherzelle benötigt. Ein entscheidendes Merkmal von DRAM ist, dass die gespeicherten Daten regelmäßig auffrisiert werden müssen, um Datenverlust zu vermeiden, da die Ladung in den Kondensatoren über die Zeit verloren geht.

Die Architektur ist typischerweise in Zeilen und Spalten organisiert, was den Zugriff auf die Daten durch die Verwendung von Adressdecodern effizient gestaltet. Die Zeit, die benötigt wird, um auf eine Zelle zuzugreifen, wird durch die Zugriffszeit und die Zyklustaktzeit charakterisiert, wobei die Geschwindigkeit von DRAM durch die Notwendigkeit, die Zellen regelmäßig aufzufrischen, begrenzt ist. Trotz dieser Einschränkungen bleibt DRAM aufgrund seiner hohen Kapazität und der relativ geringen Kosten pro Bit eine der am häufigsten verwendeten Speicherarten in Computern und anderen elektronischen Geräten.

Die Fermi-Dirac-Statistik beschreibt das Verhalten von Teilchen, die als Fermionen klassifiziert werden, wie Elektronen, Protonen und Neutronen. Diese Teilchen unterliegen dem Pauli-Prinzip, das besagt, dass nicht zwei identische Fermionen denselben Quantenzustand einnehmen können. Die Fermi-Dirac-Verteilung gibt die Wahrscheinlichkeit an, dass ein Energieniveau bei einer bestimmten Temperatur besetzt ist, und wird durch die Formel

definiert, wobei $E$ die Energie des Zustands, $\mu$ das chemische Potential, $k$ die Boltzmann-Konstante und $T$ die Temperatur in Kelvin darstellt. Diese Statistik ist besonders wichtig in der Festkörperphysik, da sie das Verhalten von Elektronen in Metallen und Halbleitern erklärt. Die Fermi-Dirac-Verteilung zeigt, dass bei niedrigen Temperaturen die meisten Zustände mit niedriger Energie besetzt sind, während bei höheren Temperaturen auch höhere Energieniveaus besetzt werden können.

Die Wannierfunktionsanalyse ist ein wichtiges Werkzeug in der Festkörperphysik, das es ermöglicht, die elektronische Struktur von Materialien zu untersuchen. Sie basiert auf der Verwendung von Wannier-Funktionen, die ortsgebundene Wellenfunktionen sind und aus den Bloch-Funktionen abgeleitet werden. Diese Funktionen bieten eine anschauliche Darstellung der Elektronendichte und ermöglichen die Analyse von Phänomenen wie Ladungs- und Spinverteilung in Festkörpern.

Ein Haupteinsatzgebiet der Wannierfunktionsanalyse ist die Beschreibung von topologischen Materialien und Phasenübergängen, da sie Informationen über die lokale Struktur und Symmetrie der Elektronen liefern. Mathematisch können die Wannier-Funktionen durch die Fourier-Transformation der Bloch-Wellenfunktionen definiert werden:

Hierbei ist $\psi_n(\mathbf{k})$ die Bloch-Funktion und die Integration erfolgt über die Brillouin-Zone (BZ). Diese Analyse ermöglicht es Wissenschaftlern, tiefergehende Einblicke in die elektronischen Eigenschaften und das

Das Runge'sche Approximations-Theorem ist ein fundamentales Resultat in der Approximationstheorie, das sich mit der Annäherung von Funktionen durch rationale Funktionen beschäftigt. Es besagt, dass jede stetige Funktion, die auf einem kompakten Intervall definiert ist, durch rationale Funktionen beliebig gut approximiert werden kann, wenn man genügend viele Pole außerhalb des Intervalls wählt.

Insbesondere gilt:

1. Wenn $f$ eine Funktion ist, die auf einem kompakten Intervall $[a, b]$ stetig ist, dann kann für jede positive Zahl $\epsilon$ eine rationale Funktion $R$ gefunden werden, so dass der Unterschied $|f(x) - R(x)| < \epsilon$ für alle $x$ in $[a, b]$ ist.
2. Die Pole der rationalen Funktionen sollten außerhalb des Intervalls liegen, was bedeutet, dass sie nicht in der Nähe der Punkte $a$ und $b$ liegen dürfen.

Das Theorem hat weitreichende Anwendungen in der numerischen Mathematik und der Signalverarbeitung, da es eine Methode zur Approximation komplexer Funktionen bietet.