Quantum Spin Hall

Graphene ist ein zweidimensionales Material, das aus einer einzelnen Schicht von Kohlenstoffatomen besteht und bemerkenswerte Eigenschaften wie hohe elektrische Leitfähigkeit und mechanische Festigkeit aufweist. Eines der Hauptprobleme bei der Verwendung von Graphen in elektronischen Anwendungen ist, dass es ein nullbandgap Material ist, was bedeutet, dass es keinen Bandabstand zwischen dem Valenz- und dem Leitungsband gibt. Bandgap Engineering bezieht sich auf Techniken, die darauf abzielen, dieses Bandgap zu modifizieren, um die elektronischen Eigenschaften von Graphen zu verbessern.

Zu den Methoden des Bandgap Engineering gehören:

• Chemische Modifikation: Durch das Einbringen von funktionellen Gruppen oder chemischen Elementen in die Graphenstruktur kann der Bandabstand beeinflusst werden.
• Strain Engineering: Die Anwendung mechanischer Spannungen auf Graphen verändert seine Struktur und kann somit auch das Bandgap anpassen.
• Nanostrukturierung: Das Erstellen von Graphen in Form von Nanoröhren oder anderen nanoskaligen Strukturen kann ebenfalls die elektronische Bandstruktur verändern.

Diese Techniken bieten die Möglichkeit, Graphen für verschiedene Anwendungen in der Elektronik und Optoelektronik zu optimieren, wie zum Beispiel in Transistoren, Solarzellen oder Sensoren.

Eine sparse matrix (dünnbesetzte Matrix) ist eine Matrix, in der die Mehrheit der Elemente den Wert null hat. In der mathematischen und computergestützten Wissenschaft ist die effiziente Speicherung und Verarbeitung solcher Matrizen von großer Bedeutung, da die herkömmliche Speicherung viel Speicherplatz und Rechenressourcen beanspruchen würde. Um dies zu vermeiden, werden spezielle Sparse Matrix Representation-Techniken verwendet. Zu den gängigsten Ansätzen gehören:

• Compressed Sparse Row (CSR): Speichert die nicht-null Werte, die Spaltenindizes und Zeilenzeiger in separaten Arrays.
• Compressed Sparse Column (CSC): Ähnlich wie CSR, aber die Daten werden spaltenweise gespeichert.
• Coordinate List (COO): Speichert die nicht-null Werte zusammen mit ihren Zeilen- und Spaltenindizes in einer Liste.

Durch diese repräsentativen Methoden kann der Speicherbedarf erheblich reduziert werden, was zu schnelleren Berechnungen und geringerer Speichernutzung führt.

Die Lucas Supply Function ist ein Konzept in der Makroökonomie, das von dem Ökonom Robert Lucas entwickelt wurde. Sie beschreibt, wie das Angebot an Gütern und Dienstleistungen in einer Volkswirtschaft auf Veränderungen in den Preisen reagiert, insbesondere unter Berücksichtigung von erwarteten versus tatsächlichen Preisen. Die Funktion basiert auf der Annahme, dass Unternehmen auf Preisänderungen reagieren, indem sie ihre Produktionsmengen anpassen, um ihre Gewinne zu maximieren.

Ein zentrales Element der Lucas Supply Function ist die Idee, dass die Anbieter nur dann auf Preisänderungen reagieren, wenn sie diese als permanent oder langfristig wahrnehmen. Kurzfristige Preisschwankungen würden demnach weniger Einfluss auf das Angebot haben. Mathematisch kann die Funktion oft in der Form $Y = f(P_e, P)$ dargestellt werden, wobei $Y$ die Angebotsmenge, $P_e$ der erwartete Preis und $P$ der tatsächliche Preis ist. Diese Beziehung zeigt, dass das Angebot nicht nur von den aktuellen Preisen abhängt, sondern auch von den Erwartungen der Unternehmen über zukünftige Entwicklungen.

Entropy Encoding ist eine Methode zur Datenkompression, die auf der Wahrscheinlichkeit der Darstellung von Symbolen in einer Nachricht basiert. Im Wesentlichen wird die Idee verfolgt, dass häufig vorkommende Symbole mit kürzeren Codes und seltener vorkommende Symbole mit längeren Codes dargestellt werden. Dies geschieht, um die durchschnittliche Länge der Codes zu minimieren, was zu einer effizienteren Speicherung und Übertragung von Daten führt. Zwei der bekanntesten Algorithmen für die Entropie-Codierung sind Huffman-Codierung und arithmetische Codierung.

Die Effizienz dieser Technik beruht auf dem Shannon'schen Entropie-Konzept, das die Unsicherheit oder den Informationsgehalt einer Quelle quantifiziert. Wenn man die Entropie $H$ einer Quelle mit den Wahrscheinlichkeiten $p(x_i)$ der Symbole $x_i$ definiert, ergibt sich:

Durch die Anwendung von Entropy Encoding kann die Menge an benötigtem Speicherplatz erheblich reduziert werden, was besonders in Anwendungen wie Bild-, Audio- und Videokompression von großer Bedeutung ist.

Das Binomial Pricing ist ein Modell zur Bewertung von Finanzderivaten, insbesondere Optionen. Es basiert auf der Annahme, dass der Preis eines Basiswerts in diskreten Zeitintervallen entweder steigt oder fällt, wodurch ein binomialer Baum entsteht. In jedem Schritt des Modells wird der Preis des Basiswerts um einen bestimmten Faktor $u$ (bei Anstieg) und um einen anderen Faktor $d$ (bei Fall) verändert.

Die Wahrscheinlichkeiten für den Anstieg und den Fall werden oft als $p$ und $1-p$ definiert. Um den aktuellen Wert einer Option zu berechnen, wird die erwartete Auszahlung in der Zukunft unter Berücksichtigung dieser Wahrscheinlichkeiten diskontiert. Der Vorteil des Binomialmodells liegt in seiner Flexibilität, da es für verschiedene Arten von Optionen und sogar für komplizierte Derivate angewendet werden kann. In der Praxis wird das Modell häufig genutzt, um den Preis von europäischen und amerikanischen Optionen zu bestimmen.

Supersonic-Düsen sind spezielle Vorrichtungen, die dazu dienen, den Luftstrom auf Geschwindigkeiten über der Schallgeschwindigkeit zu beschleunigen. Diese Düsen nutzen den Düsen-Effekt, bei dem die Querschnittsfläche der Düse zuerst verengt und dann verbreitert wird, um die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Wenn die Strömung durch die enge Stelle der Düse (Entlastungszone) tritt, sinkt der Druck und die Geschwindigkeit steigt, wodurch die Luft supersonisch wird.

Die grundlegende Formel, die das Verhalten von Gasen in solchen Düsen beschreibt, ist die Kontinuitätsgleichung kombiniert mit der Energieerhaltung. Bei idealen Bedingungen kann der Druckabfall $\Delta P$ in einer Supersonic-Düse durch die Beziehung $P_1 / P_2 = (1 + \frac{\gamma - 1}{2} M^2)^{\frac{\gamma}{\gamma - 1}}$ beschrieben werden, wobei $P_1$ und $P_2$ die Druckwerte vor und nach der Düse sind, $\gamma$ das Verhältnis der spezifischen Wärmen ist und $M$ die Mach-Zahl darstellt.

Supersonic-Düsen finden Anwendung in der Luft- und Raumfahrttechnik, insbesondere in Raketenantr