Gresham’S Law

Quantum Well Superlattices sind nanostrukturierte Materialien, die aus abwechselnden Schichten von zwei oder mehr Halbleitermaterialien bestehen, wobei jede Schicht typischerweise nur wenige Nanometer dick ist. Diese Strukturen nutzen die quantenmechanischen Eigenschaften von Elektronen, die in den Quantenbrunnen (Quantum Wells) gefangen sind, um die elektronischen und optischen Eigenschaften zu modifizieren.

In einem Quantenbrunnen wird die Bewegung von Elektronen in einer Richtung stark eingeschränkt, was zu diskreten Energiezuständen führt. Superlattices kombinieren dabei mehrere Quantenbrunnen, wodurch ein periodisches Potential entsteht, das die Bandstruktur des Materials erheblich beeinflusst. Diese innovative Struktur ermöglicht Anwendungen in verschiedenen Bereichen wie der Photonik, Mikrowellentechnologie und Feld-effect Transistoren (FETs), da sie die Eigenschaften von Halbleitermaterialien gezielt steuern können.

Die Schrödinger-Gleichung ist eine fundamentale Gleichung in der Quantenmechanik, die das Verhalten von quantenmechanischen Systemen beschreibt. Sie stellt eine Beziehung zwischen der Wellenfunktion eines Systems und seiner Energie her. Die allgemeine Form der zeitabhängigen Schrödinger-Gleichung lautet:

Hierbei ist $\Psi(x,t)$ die Wellenfunktion, $\hat{H}$ der Hamilton-Operator, der die totale Energie des Systems repräsentiert, und $\hbar$ das reduzierte Plancksche Wirkungsquantum. Diese Gleichung ist entscheidend, um die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, ein Teilchen an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit zu finden, was durch das Quadrat des Betrags der Wellenfunktion $|\Psi(x,t)|^2$ gegeben ist. Die Schrödinger-Gleichung ermöglicht es Physikern, das Verhalten von Elektronen in Atomen, Molekülen und Festkörpern zu modellieren und zu verstehen.

Die Cost Function (Kostenfunktion) in der modellprädiktiven Regelung (Model Predictive Control, MPC) ist ein zentrales Element, das die Qualität der Steuerung bewertet. Sie quantifiziert die Abweichungen zwischen den gewünschten und den tatsächlichen Systemzuständen über einen definierten Zeitrahmen. Die allgemeine Form der Kostenfunktion kann wie folgt dargestellt werden:

Hierbei ist $J$ die Gesamtkosten, $N$ der Planungs-Horizont, $x_k$ der Zustand des Systems zum Zeitpunkt $k$, $u_k$ die Steuergröße und $Q$ sowie $R$ sind Gewichtungsmatrizen, die die relative Bedeutung der Zustände und Steuerungen festlegen. Ziel der MPC ist es, die Steuerung so zu optimieren, dass die Kostenfunktion minimiert wird, wodurch das System stabilisiert und die gewünschten Leistungsmerkmale erreicht werden. Durch die Anpassung der Parameter in der Kostenfunktion können verschiedene Betriebsziele, wie beispielsweise Energieeffizienz oder Reaktionsgeschwindigkeit, priorisiert werden.

Dijkstra's Algorithm ist ein effizienter Ansatz zur Bestimmung der kürzesten Wege in einem Graphen mit nicht-negativen Kantengewichten. Die Zeitkomplexität des Algorithmus hängt von der verwendeten Datenstruktur ab. Mit einer Adjazenzmatrix und einer einfachen Liste beträgt die Zeitkomplexität $O(V^2)$, wobei $V$ die Anzahl der Knoten im Graphen ist. Wenn hingegen eine Prioritätswarteschlange (z.B. ein Fibonacci-Heap) verwendet wird, reduziert sich die Komplexität auf $O(E + V \log V)$, wobei $E$ die Anzahl der Kanten darstellt. Diese Verbesserung ist besonders vorteilhaft in spärlichen Graphen, wo $E$ viel kleiner als $V^2$ sein kann. Daher ist die Wahl der Datenstruktur entscheidend für die Effizienz des Algorithmus.

High-Tc Superleiter sind Materialien, die bei relativ hohen Temperaturen supraleitende Eigenschaften zeigen, typischerweise über 77 Kelvin, was der Temperatur von flüssigem Stickstoff entspricht. Diese Materialien, meist Keramiken auf Kupferbasis (auch als Kupferoxid-Supraleiter bekannt), ermöglichen den nahezu verlustfreien Transport von elektrischer Energie. Supraleitung tritt auf, wenn der elektrische Widerstand eines Materials auf null sinkt, was bedeutet, dass Strom ohne Energieverlust fließen kann.

Die Entdeckung der High-Tc Superleiter in den späten 1980er Jahren revolutionierte die Materialwissenschaft und eröffnete neue Möglichkeiten in der Technologie, wie z.B. in der Magnetresonanztomographie (MRT) und der Entwicklung von leistungsfähigen Magneten. Die zugrunde liegenden Mechanismen der Hochtemperatursupraleitung sind jedoch noch nicht vollständig verstanden, was zu intensiven Forschungsanstrengungen in der Physik führt. Der Schlüssel zu ihrer Funktion liegt oft in der Wechselwirkung zwischen Elektronen und dem Kristallgitter des Materials, was als Doping bezeichnet wird und die elektronische Struktur wesentlich beeinflusst.

Das Schelling Segregation Model ist ein agentenbasiertes Modell, das von dem Ökonom Thomas Schelling in den 1970er Jahren entwickelt wurde, um die Dynamik der Segregation in sozialen Gruppen zu untersuchen. Es zeigt, wie Individuen, die eine Präferenz für Nachbarn ähnlicher Gruppen haben, zu einer räumlichen Segregation führen können, auch wenn ihre Präferenzen nicht extrem stark sind. Das Modell besteht aus einem Gitter, auf dem verschiedene Agenten platziert sind, die unterschiedliche Eigenschaften (z.B. Ethnizität oder soziale Klasse) repräsentieren.

Die Agenten sind unzufrieden, wenn ein bestimmter Prozentsatz ihrer Nachbarn nicht die gleiche Eigenschaft hat und bewegen sich entsprechend, um ihre Situation zu verbessern. Dies führt oft zu einem selbstverstärkenden Prozess, bei dem selbst kleine Präferenzen für Homogenität zu einer erheblichen Segregation führen können. Die Ergebnisse des Modells verdeutlichen, dass Segregation nicht unbedingt das Ergebnis von Diskriminierung oder Vorurteilen ist, sondern auch aus individuellen Entscheidungen und Präferenzen resultieren kann.