Poincaré Map

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.

Cointegration beschreibt einen statistischen Zusammenhang zwischen zwei oder mehr Zeitreihen, die jeweils nicht-stationär sind, jedoch eine langfristige Gleichgewichtsbeziehung aufweisen. Wenn zwei Zeitreihen $x_t$ und $y_t$ cointegriert sind, bedeutet dies, dass eine lineare Kombination dieser Zeitreihen stationär ist, obwohl die einzelnen Zeitreihen es nicht sind. Dies kann mit dem folgenden Ausdruck veranschaulicht werden:

Hierbei ist $\beta$ der Koeffizient, der die Beziehung zwischen $x_t$ und $y_t$ beschreibt. Wenn $z_t$ stationär ist, spricht man von Cointegration. Cointegration ist besonders nützlich in der Ökonometrie, da sie darauf hinweist, dass die Zeitreihen langfristig zusammenhängen, was für ökonomische Modelle von großer Bedeutung ist. Ein klassisches Beispiel für Cointegration ist der Zusammenhang zwischen den Preisen von Konsumgütern und den Einkommen der Verbraucher.

Die Bragg-Diffraction ist ein fundamentales Prinzip der Röntgenkristallographie, das die Wechselwirkung von Röntgenstrahlen mit kristallinen Materialien beschreibt. Sie basiert auf der Bedingung, dass konstruktive Interferenz auftritt, wenn die Röntgenstrahlen auf die atomare Gitterstruktur eines Kristalls treffen. Die mathematische Grundlage dafür wird durch die Bragg-Gleichung gegeben:

Hierbei ist $n$ die Ordnung der Reflexion, $\lambda$ die Wellenlänge der Röntgenstrahlen, $d$ der Abstand zwischen den Gitterebenen des Kristalls und $\theta$ der Einfallswinkel der Strahlen. Wenn die Bedingung erfüllt ist, kann ein intensives Reflexionssignal gemessen werden, das auf die Struktur des Kristalls hinweist. Die Bragg-Diffraction ermöglicht es Wissenschaftlern, die atomare Struktur von Materialien zu untersuchen und ist daher ein unverzichtbares Werkzeug in der Materialwissenschaft und Chemie.

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 $\rho(\mathbf{r})$ an einem bestimmten Punkt $\mathbf{r}$ 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 $E[\rho]$ könnte wie folgt aussehen:

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

Die Synthese von Nanodrähten ist ein dynamisches Forschungsfeld, das verschiedene Techniken umfasst, um nanometergroße Drahtstrukturen zu erzeugen. Zu den gängigsten Methoden zählen die Chemische Dampfablagerung (CVD), die Laserablation und die Sol-Gel-Methode. Bei der CVD wird ein Gasgemisch in eine Reaktionskammer eingeführt, wo es sich auf einem Substrat ablagert und Nanodrähte bildet. Die Laserablation nutzt hochenergetische Laserstrahlen, um Material von einer Zieloberfläche zu entfernen und es in der Gasphase zu kondensieren, wodurch Nanodrähte entstehen. In der Sol-Gel-Methode wird eine chemische Lösung verwendet, um Nanodrähte durch kontrollierte chemische Reaktionen zu synthetisieren. Diese Techniken ermöglichen die Erzeugung von Nanodrähten mit spezifischen elektrischen, optischen und mechanischen Eigenschaften, die in verschiedenen Anwendungen wie Elektronik, Sensorik und Photonik von Bedeutung sind.

Ein MEMS-Gyroskop (Micro-Electro-Mechanical Systems) ist ein kleiner Sensor, der Drehbewegungen und Orientierung in drei Dimensionen misst. Diese Geräte basieren auf mikroskopischen mechanischen Strukturen und elektronischen Komponenten, die auf einem einzigen Chip integriert sind. MEMS-Gyroskope nutzen die Prinzipien der Physik, um die Corioliskraft zu erfassen, die auf eine schwingende Masse wirkt, wenn sie einer Drehbewegung ausgesetzt ist.

Die wichtigsten Anwendungsbereiche umfassen:

• Smartphones: zur Bildschirmausrichtung und Spielsteuerung.
• Drohnen und Roboter: für die Stabilisierung und Navigation.
• Fahrzeuge: zur Verbesserung der Sicherheitssysteme und Fahrdynamik.

Durch ihre kompakte Größe und geringen Kosten haben MEMS-Gyroskope die Möglichkeiten der Bewegungserkennung revolutioniert und finden breite Anwendung in der Industrie und im Alltag.