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Molekulardynamiksimulationen von Strukturbildung in Verformungsprozessen bei einem Nanolaminat aus Kupfer- und Goldlagen nach Kompression in Richtung der Grenzflächennormale.

Reibung und Verschleiß verstehen: Molekulardynamiksimulationen von mechanischen Dissipations- und Strukturbildungsprozessen

Die NIC-Exzellenzprojekte „Friction of (hydro-)carbons at surfaces: Adsorbed surfactant layers and amorphous carbon“ und „Micromechanics of metals: non-affine deformations and phonons“ der Arbeitsgruppe um Prof. Lars Pastewka an der Universität Freiburg untersuchen durch Molekulardynamiksimulationen die Phänomene Reibung und Verschleiß. Reibung ist für zirka 20% des Weltenergieverbrauchs verantwortlich und Verschleiß bestimmt die Lebensdauer mechanischer Komponenten. Ein quantitatives Verständnis dieser Phänomene fehlt bislang, zum einen, weil die grundlegenden Prozesse sich auf vielen Skalen abspielen, aber auch weil die molekularen Prozesse stark von den betrachteten Materialpaarungen abhängen. In diesem NIC-Exzellenzprojekt werden großskalige Molekulardynamiksimulationen eingesetzt, um Reibprozesse exemplarisch in ausgewählten Materialsystemen zu verstehen. Diese Ergebnisse tragen dazu bei, grundlegende Dissipations- und Strukturbildungsmechanismen zu identifizieren, mit dem Ziel eine rationale Optimierung von Materialsystemen für energieeffiziente und zuverlässige mechanische Komponenten zu ermöglichen.

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Optische Anregung von Elektronenspins in einem Quantenpunktensemble

Kohärente Kontrolle der elektronischen und nuklearen Spins in Quantenpunktensembles

Kohärent kontrollierte Elektronenspins in einem Ensemble aus Halbleiterquantenpunkten werden wegen ihrer Integrierbarkeit in vorhandene Halbleiterbauelemente als Baustein für die Quanteninformationsverarbeitung diskutiert. Unsere Simulationen konnten wichtige Beiträge zu Spinrelaxationszeiten und zum Aufprägen von Nichtgleichgewichtsverteilungen der Kernspinausrichtung durch periodische Anregung mit zirkular polarisiertem Licht leisten. Letzteres führt zu einer teilweisen Unterdrückung der Dephasierung. Zudem schlagen wir die Messung von Spinrauschfunktionen höherer Ordnung vor. Unsere Rechnungen zeigen, dass diese Größen sensitiv auf sehr schwache Wechselwirkungen reagieren.

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Quark-unverbundene Beiträge zur Korrelationsfunktion des elektromagnetischen Stroms für ein 64^3×128  Gitter bei einer Pionmasse von ca. 200 MeV als Funktion der Euklidischen Zeit

Gitter-QCD mit Wilson-Quarks bei verschwindender und endlicher Temperatur

Die starke Wechselwirkung wirkt zwischen den Bausteinen der sichtbaren Materie im Universum. Zur ihrer theoretischen Behandlung benutzt man die Quantenchromodynamik (QCD), die die Kräfte und Prozesse zwischen Quarks und Gluonen beschreibt. Allerdings sind quantitative Rechnungen bei Energien im Bereich der Protonmasse nur mit Hilfe von numerischen Simulationen auf einem Raumzeit-Gitter möglich. Das breit angelegte Projekt der Mainzer Gruppe behandelt mehrere zentrale Aspekte der starken Wechselwirkung mit den Methoden der Gitter-QCD: Ein Teilprojekt studiert die Eigenschaften des Phasenübergangs zwischen hadronischer Materie und einem Plasma bestehend aus Quarks und Gluonen. Diese Untersuchungen geben Aufschluss über den sogenannten Quarkeinschluss (Confinement) womit der empirische Befund bezeichnet wird, dass die Grundbausteine der sichtbaren Materie nicht als freie Teilchen beobachtet werden. Eine weitere Fragestellung beleuchtet die Frage ob gebundene Zustände von zwei Baryonen (sogenannte Dibaryonen) von der QCD vorausgesagt werden. Experimentell ist bisher nur das Deuteron als Bindungszustand eines Protons und eines Neutrons nachgewiesen. Dieses Teilprojekt ist eine Vorstufe zur Beschreibung leichter Kerne im Rahmen der QCD. Im Fokus weiterer Untersuchungen steht die präzise Berechnung der Beiträge der starken Wechselwirkung zum anomalen magnetischen Moment des Myons. Die beobachtete Diskrepanz zwischen Messung und theoretischer Vorhersage ist aktuell einer der vielversprechendsten Hinweise auf das mögliche Vorhandensein neuer Physik.

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