Themenvorschläge für Bachelorarbeiten

1. Ultrakurzzeitdynamik dünner Metallfilme
2. Nichtlinear-optischen Verkürzung von Femtosekundenpulsen
3. Kohärente Phononen in Nanoschichtsystemen
4. Vierwellenmischung in Oxiden

1. Herstellung dünner Polymer/Partikel Kompositschichten
2. Optische Eigenschaften von Kompositen
3. Wechselwirkung von Farbstoffen und Metallpartikeln

In der numerischen Hydrodynamik werden komplexe Stroemungen durch direkte Diskretisierung der nichtlinearen, partiellen hydrodynamischen Diffentialgleichungen simuliert. Diese Aufgabenstellung und Herangehensweise sind zu komplex, als dass sie bislang mit Methoden der numerischen Mathematik analysiert werden koennten. Entsprechend tragen die Simulationen immer noch Aspekte einer auch in der Fachliteratur so genannten "schwarzen Kunst", in der physikalische Intution die Leitrolle beim Auffinden neuer Algorithmen spielt. Und entsprechend zeigt praktisch jeder Vergleich mit einer analytischen Loesung neue Staerken und Schwaechen der jeweiligen Methode. In mehreren Bachelorarbeiten sollen bekannte Testfaelle fuer solche Stroemungssimulationen gesammelt und standardisiert und vor allem durch neue oder bisher wenig bekannte ergaenzt werden.

Ein bereits existierendes und von mehreren Arbeitsgruppen genutztes Programm zur Simulation eindimensionaler astronomischer Gasstroemungen unter Einbezug der Strahlungskraft (!) soll in mehreren Schritten, die jeweils einer Bachelorarbeit entsprechen, so standardisiert werden, dass der Benutzer auf einfache Weise die Moeglichkeit hat, das Programm fuer je eigene Zwecke zu verwenden, also z.B. die fuer relevant erachteten physikalischen Effekte/Terme nach Belieben zuzuschalten oder - gerade hinsichtlich der Strahlungskraft - je nach eigenem Bedarf zwischen Formulierungen aufsteigender Komplexitaet zu waehlen.

In dieser Bachelorarbeit sollen die dielektrischen Spektren von typischen Polymerelektretfolien mit quasi-permanenter elektrischer Ladung oder mit quasi-permanent ausgerichteten internen Dipolen mit den entsprechenden Spektren gleichartiger Folien ohne Elektreteigenschaften verglichen und interpretiert werden, um typische Signaturen von Raumladungsschichten und Dipolpolarisationen zu identifizieren. Die Elektret-Materialien werden in elektromechanischen und mechanoelektrischen Wandlern für die Sensorik und die Aktorik eingesetzt.

Neuartige Ferroelektret-Folien und -Systeme mit elektrisch aufgeladenen inneren Hohlräumen werden zunehmend in elektromechanischen und elektroakustischen Sensoren eingesetzt. In der Bachelorarbeit sollen verschiedene in der Arbeitsgruppe entwickelte Ferroelektrete im Hinblick auf die Frequenz- und die Temperaturabhängigkeit der anwendungsrelevanten piezoelektrischen Eigenschaften charakterisiert werden.

In dieser Bachelorarbeit, die auch für sehr gute Studierende des Lehramts geeignet sein kann, soll die einschlägige Literatur zu den Entwicklungen des Elektromotors in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts gesammelt und aus Sicht der heutigen angewandten Physik zusammengefasst werden. Das erste wirklich funktionsfähige Exemplar, über das Moritz Hermann Jacobi 1835 in Potsdam publiziert hat, soll nachgebaut und vermessen werden.

Wir bearbeiten einerseits wissenschaftliche Fragestellungen, die Untersuchungen an neuen Laserstrukturen wie TBR- oder PBC Laser beinhalten und andererseits bearbeiten wir praktische Aufgabenstellungen, wie z. B. Multiwellenlängenlaser der als Lichtquelle für ein 3-D-Oberflächenanalysegerät entworfen und realisiert wurde. In Bachelorarbeiten zu diesem Thema werden solche Laser aufgebaut und in ihren grundlegenden Eigenschaften charakterisiert.

Die Quantenoptik befasst sich mit Effekten die aus der Teilchennatur des Lichtes folgen. Bei diesen Experimenten macht man sich zunutze, dass quantenmechanische Zustände, (insbesondere verschränkte) sehr gut in optischen Systemen präpariert werden können. In der Arbeitsgruppe Photonik beschäftigen wir uns mit grundlegenden Fragestellungen zu räumlich transversalen Korrelationen von Photonenpaare, Unterschieden der Zweiphotonenabsorption mit klassischem und nichtklassischem Licht sowie Kohärenzuntersuchungen nichtklassisch erzeugter Photonen. In den Bachelorarbeiten werden an vorhandenen Aufbauten zu diesem Thema Messungen mit quantenoptischen Licht durchgeführt.

Die Aufgabe der nichtlinearen optischen Spektroskopie ist es, die nichtlinearen Effekte der Materie auszunutzen, um neue Erkenntnisse über Moleküle und deren Wechselwirkungen untereinander zu gewinnen. Für vielfältige Anwendungen stehen vier moderne Laserlabore mit diversen Lasersystemen und Messmethoden zur Verfügung. Ein besonderer Schwerpunkt beschäftigt sich aktuell mit dem Verhalten von Einzelzellen und der Untersuchung von Wechselwirkungen und Energietransferprozessen zwischen Pigmenten in der Photosynthese. In den Bachelorarbeiten werden an den vorhandenen Messapparaturen Messungen an diversen Materiesystemen durchgeführt, ausgewertet und Rückschlüsse auf die Materialsysteme gezogen.

Die elektronischen und optoelektronischen Eigenschaften von Polymerschichten (z.B. in Solarzellen) werden stark durch die Morphologie der Schichten auf der Nanometer-Skala bestimmt. Leider sind nur wenige physikalische Methoden dazu geeignet, um auf den relevanten Längenskalen aussagekräftige Informationen zur Anordnung und Orientierung von Polymerketten zu liefern. Wir haben in der Gruppe zwei SNOM-Systeme aufgebaut, die es erlauben, optische Eigenschaften dünner Schichten mit einer Auflösung von 50-100 nm zu untersuchen. Im Rahmen der Bachelorarbeit sollen diese Geräte genutzt werden, um an einem aktuellen Polymersystem Informationen zur Schichtstruktur zu

Die Eigenschaften organischer Solarzellen werden durch die Dynamik der photogenerierten Ladungsträger bestimmt. Daher wurde in der Gruppe eine Methode etabliert, die es erlaubt, transiente Photoströme mit sehr hoher zeitlicher Auflösung zu messen. Im Rahmen der Bachelorarbeit sollen begleitend dazu Simulationen mit einem existierenden Drift-Diffusions-Programm durchgeführt werden. Durch Vergleich mit gemessenen Transienten sollen zudem physikalische Parameter wie die Mobilität und Rekombination der photogenerierten Elektronen quantifiziert werden.

Vor wenigen Jahren wurde in dem Journal Nature Materials ein neues Konzept für ein elektrisch-adressierbares Speicherelement veröffentlicht. Die grundlegende Idee ist dabei, durch die Veränderung der elektrischen Polarisation in einem ferroelektrischen Polymer die Injektion von Ladungen in ein halbleitendes Polymer zu steuern. Im Rahmen der Bachelorarbeit sollen Mischschichten aus geeigneten ferroelektrischen und halbleitenden Polymeren aufgebaut und im Hinblick auf die elektrische Adressierbarkeit untersucht werden.

In den drei Bachelorarbeiten soll das intergalaktische Medium in Richtung verschiedener Quasare studiert werden. Dazu sollen optische Absorptionsspektren, die mit dem Very Large Telescope in Chile aufgenommen wurden, analysiert werden. Die Absorptionslinien der im intergalaktischen Gas vorhandenen leichten und schweren Elemente (H,C,Si,O, etc.) sollen vermessen werden, um z.B. die chemische Zusammensetzung des Gases im fruehen Universum zu ermitteln.

Im Spektrum des Quasars HE1158-1843 befindet sich ein intergalaktisches Absorptionssystem bei z=2.2659. Es zeigt eine einfache Struktur aus zwei Komponenten, die in den Absorptionslinien vieler Ionen zu erkennen ist. Dabei absorbieren niedrig ionisierte Elemente wie CII, NII, NIII, SiII etc. staerker in der ersten Komponente, waehrend die Absorptionslinien der hoeher ionisierten Elemente CIV und SiIV in der zweiten Komponente staerker sind.

Aufgabe: Die durch dieses System verursachten Absorptionslinien sollen identifiziert, und mit einem Fit-Programm modelliert werden. Mit Hilfe der dabei bestimmten Parameter sollen die Ionisationsbedingungen und die Metalltizitaet des Systems abgeschaetzt werden.

Der Eintrag "Quantenoptik" in der deutschen Wikipedia ist ziemlich knapp. Mit den einschlägigen Grundvorlesungen ist ein Studierender in der Lage, die Informationen der Wikipedia zu vervollständigen. Gelernt wird auch, in welchem Format die Einträge zu schreiben sind und wie die Unterabschnitte verknüpft werden. Erforderlich sind Kenntnisse aus Elektrodynamik, Quantenmechanik und der Einfährung in die Quantenoptik.

Ein beliebtes Modell der Festkörperphysik ist ein Zwei-Niveau-System, das in eine thermisch fluktuierende Umgebung eingebettet ist. Typische Fragen sind etwa die Unterdrückung von Tunneln zwischen den beiden Niveaus durch thermische Reibung und der Verlust von Kohärenz in einem Quantenbit. In einer Formulierung durch Pfad-Integrale wird eine bestimmte Näherung gerne benutzt ("non-interacting blip approximation": Sprünge zwischen den Zuständen erfolgen unabhängig voneinander). Es soll die Übersetzung in die Sprache der Quantenoptik erfolgen, wo Zwei-Niveau-Systeme mit einer anderen Kopplung an die Umgebung auftreten und statt thermischen Fluktuationen Vakuum- oder Quanten-Rauschen eine Rolle spielt. Vorarbeit: das Fluktuations-Dissipations-Theorem.

Ein Spin, dessen Energie durch Fluktuationen in der Umgebung verändert wird, verhält sich nur auf kurzen Zeitskalen wie ein Quantenbit. Auf langen Zeitskalen gehen charakteristische Superpositionen über in klassische Gemische. Dazu gibt es ein exakt lösbares Modell, für das in der Literatur diverse Ansätze verstreut sind. Diese sollen gesammelt werden, um den Gedankengang systematisch aufzuschreiben.

Alle Systeme der Quantenwelt sind zu einem gewissen Grad "offen" und tauschen mit ihrer Umgebung Energie und Information aus. Dazu sind Bewegungsgleichungen entwickelt worden, die die Rückwirkung von kontinuierlichen Messungen beschreiben. Die Verschränkung mit der "Umgebung" führt dabei zu einem Informationsgewinn, der sich in der Sprache der Thermodynamik als entropischen Beitrag zur freien Energie niederschlägt. Von besonderem Interesse sind getriebene, offene Systeme (fern vom Gleichgewicht), deren Zustand in der klassischen statistischen Physik in letzter Zeit durch Extremal-Prinzipien bezüglich der Entropie oder der Entropie-Produktion charakterisiert werden kann. Der aktuelle Stand der Diskussion soll gesammelt werden, um Fragestellungen für offene Quantensysteme zu entwickeln. Vorarbeit: Monte-Carlo Wellenfunktionen, möglicherweise mit Simulationen.

Nichtlineare Systeme treten auch in der Quantenphysik auf, etwa in bei der Frequenzverdoppelung oder der Erzeugung von Photonenpaaren in nichtlinearen Medien. Dazu werden häufig Techniken aus der klassischen statistischen Physik eingesetzt: gedämpfte Phasenoszillatoren mit additivem weißen Rauschen. Allerdings sind dies implizit Theorien mit "versteckten Variablen", die gewisse Quanten-Korrelationen nicht abbilden können (Bell'sche Ungleichungen). Es soll an einem einfachen Beispiel untersucht werden, welche Korrelationen dies sind, welche physikalische Bedeutung sie haben, und welche alternativen Techniken zur Verfügung stehen, um die Quantenmechanik genauer abzubilden. Numerische Simulationen einer entsprechenden stochastischen Differentialgleichung bilden einen Teil des Projekts, wobei die Verteilungen des Rauschens dem Quantenrauschen entsprechen sollen.