OPUS 4 | Universitätspublikationen

Visual working memory contents bias ambiguous structure from motion perception (2013)

Lisa Scocchia Matteo Valsecchi Karl R. Gegenfurtner Jochen Triesch

The way we perceive the visual world depends crucially on the state of the observer. In the present study we show that what we are holding in working memory (WM) can bias the way we perceive ambiguous structure from motion stimuli. Holding in memory the percept of an unambiguously rotating sphere influenced the perceived direction of motion of an ambiguously rotating sphere presented shortly thereafter. In particular, we found a systematic difference between congruent dominance periods where the perceived direction of the ambiguous stimulus corresponded to the direction of the unambiguous one and incongruent dominance periods. Congruent dominance periods were more frequent when participants memorized the speed of the unambiguous sphere for delayed discrimination than when they performed an immediate judgment on a change in its speed. The analysis of dominance time-course showed that a sustained tendency to perceive the same direction of motion as the prior stimulus emerged only in the WM condition, whereas in the attention condition perceptual dominance dropped to chance levels at the end of the trial. The results are explained in terms of a direct involvement of early visual areas in the active representation of visual motion in WM.

Resonant pickups for non-destructive single-particle detection in heavy-ion storage rings and first experimental results (2013)

Mohammad Shahab Sanjari

Including gauge corrections to thermal leptogenesis (2013)

Janine Hütig

Electron Supersurface Scattering On Polycrystalline Au (2013)

Wolfgang S. M. Werner Mihály Novák Francesc Salvat–Pujol Josef Zemek Petr Jiricek

Supersurface electron scattering, i.e., electron energy losses and associated deflections in vacuum above the surface of a medium, is shown to contribute significantly to electron spectra. We have obtained experimental verification (in absolute units) of theoretical predictions that the angular distribution of the supersurface backscattering probability exhibits strong oscillations which are anticorrelated with the generalized Ramsauer-Townsend minima in the backscattering probability. We have investigated 500-eV electron backscattering from an Au surface for an incidence angle of 70° and scattering angles between 37° and 165°. After removing the contribution of supersurface scattering from the experimental data, the resulting angular and energy distribution agrees with the Landau-Goudsmit-Saunderson (LGS) theory, which was proposed about 60 years ago, while the raw data are anticorrelated with LGS theory. This result implies that supersurface scattering is an essential phenomenon for quantitative understanding of electron spectra.

CAST constraints on the axion-electron coupling (2013)

Klaus Barth Alexander Belov Berta Beltran Heinrich Bräuninger José Manuel Carmona Juan I. Collar Theopisti Dafni Martyn Davenport Luigi Di Lella Christos Eleftheriadis Jakob Englhauser George Fanourakis Ester Ferrer-Ribas Horst Fischer Jürgen Franz Peter Friedrich Javier Galán J. A. García Theodoros Geralis Ioanis Giomataris Sergei Gninenko Héctor Gómez Michael D. Hasinoff Fritz Herbert Heinsius Dieter H.H. Hoffmann Igor Garcia Irastorza Joachim Jacoby Kresimir Jakovčić Donghwa Kang Kay Königsmann Rainer Kotthaus Konstantinos Kousouris Milica Krčmar M. Kuster Biljana Lakić Anastasios Liolios Ante Ljubičić Gerhard Lutz Gloria Luzón David W. Miller Thomas Papaevangelou Mike J. Pivovaroff Georg Raffelt Javier Redondo Hans Riege A. Rodríguez Jaime Ruz Ilias Savvidis Yannis Semertzidis Laura Stewart Karl van Bibber Joaquin D. Vieira José A. Villar Julia K. Vogel Louis Walckiers Konstantin Zioutas

In non-hadronic axion models, which have a tree-level axion-electron interaction, the Sun produces a strong axion flux by bremsstrahlung, Compton scattering, and axiorecombination, the “BCA processes.” Based on a new calculation of this flux, including for the first time axio-recombination, we derive limits on the axion-electron Yukawa coupling gae and axion-photon interaction strength ga using the CAST phase-I data (vacuum phase). For ma <~ 10 meV/c2 we find ga gae < 8.1 × 10−23 GeV−1 at 95% CL. We stress that a next-generation axion helioscope such as the proposed IAXO could push this sensitivity into a range beyond stellar energy-loss limits and test the hypothesis that white-dwarf cooling is dominated by axion emission.

Spin modulation instabilities and phase separation dynamics in trapped two-component Bose condensates (2013)

Ivana Vidanović Nicolaas Jan van Druten Masudul Haque

n the study of trapped two-component Bose gases, a widely used dynamical protocol is to start from the ground state of a one-component condensate and then switch half the atoms into another hyperfine state. The slightly different intra-component and inter-component interactions can then lead to highly non-trivial dynamics, especially in the density mismatch between the two components, commonly referred to as 'spin' density. We study and classify the possible subsequent dynamics, over a wide variety of parameters spanned by the trap strength and by the inter- to intra-component interaction ratio. A stability analysis suited to the trapped situation provides us with a framework to explain the various types of dynamics in different regimes.

Nonthermal phase transitions in semiconductors induced by a femtosecond extreme ultraviolet laser pulse (2013)

Nikita Medvedev Harald O. Jeschke Beata Ziaja

Part of Focus on High Energy Density Physics. In this paper, we present a novel theoretical approach, which allows the study of nonequilibrium dynamics of both electrons and atoms/ions within free-electron laser excited semiconductors at femtosecond time scales. The approach consists of the Monte-Carlo method treating photoabsorption, high-energy-electron and core-hole kinetics and relaxation processes. Low-energy electrons localized within the valence and conduction bands of the target are treated with a temperature equation, including source terms, defined by the exchange of energy and particles with high-energy electrons and atoms. We follow the atomic motion with the molecular dynamics method on the changing potential energy surface. The changes of the potential energy surface and of the electron band structure are calculated at each time step with the help of the tight-binding method. Such a combination of methods enables investigation of nonequilibrium structural changes within materials under extreme ultraviolet (XUV) femtosecond irradiation. Our analysis performed for diamond irradiated with an XUV femtosecond laser pulse predicts for the first time in this wavelength regime the nonthermal phase transition from diamond to graphite. Similar to the case of visible light irradiation, this transition takes place within a few tens of femtoseconds and is caused by changes of the interatomic potential induced by ultrafast electronic excitations. It thus occurs well before the heating stimulated by electron–phonon coupling starts to play a role. This allows us to conclude that this transition is nonthermal and represents a general mechanism of the response of solids to ultrafast electron excitations.

Strongly correlated ultracold bosons in an optical lattice (2012)

Yongqiang Li

In this thesis, we have investigated strongly correlated bosonic gases in an optical lattice, mostly based on a bosonic version of dynamical mean field theory and its real-space extension. Emphasis is put on possible novel quantum phenomena of these many-body systems and their corresponding underlying physics, including quantum magnetism, pair-superfluidity, thermodynamics, many-body cooling, new quantum phases in the presence of long-range interactions, and excitational properties. Our motivation is to simulate manybody phenomena relevant to strongly correlated materials with ultracold lattice gases, which provide an excellent playground for investigating quantum systems with an unprecedented level of precision and controllability. Due to their high controllability, ultracold gases can be regarded as a quantum simula- tor of many-body systems in solid-state physics, high energy astrophysics, and quantum optics. In this thesis, specifically, we have explored possible novel quantum phases, thermodynamic properties, many-body cooling schemes, and the spectroscopy of strongly correlated many-body quantum systems. The results presented in this thesis provide theoretical benchmarks for exploring quantum magnetism in upcoming experiments, and an important step towards studying quantum phenomena of ultracold gases in the presence of long-range interactions.

Ultrasonic and magnetic investigations in frustrated low-dimensional spin systems (2012)

Thanh Cong Pham

Untersuchung von Size-Effekten thermischer Transportkoeffizienten von Nanodrähten (2012)

Heiko Reith

In den letzten Jahren haben die Forschungsaktivitäten im Bereich Thermoelektrik stetig zugenommen. Das neu erweckte Interesse an der Thermoelektrik ist zurückzuführen auf neue nanostrukturierte Materialien, Quantenschicht-Strukturen und Nanodrähte, welche eine wesentliche Steigerung der thermoelektrischen Effektivität Z im Vergleich zum Massivmaterial versprechen. Für Nanodrähte ist die größte Steigerung der thermoelektrischen Effektivität zu erwarten. Zur Bestätigung der Theorie bedarf es neuer Messmethoden zur Bestimmung des Seebeck-Koeffizienten S, der elektrischen Leitfähigkeit σ und der Wärmeleitfähigkeit λ, um hieraus eine Steigerung der thermoelektrischen Effektivität Z = (Sexp2)σ/λ experimentell zu bestätigen. Der Schwerpunkt der Doktorarbeit lag in der Untersuchung thermoelektrischer Eigenschaften von Nanodrähten. Hierzu wurden neueMessmethoden zur Bestimmung der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit von Nanodrähten entwickelt. Die elektrische und thermische Leitfähigkeit von Pt-Nanodrähten wurden mit dem in dieser Arbeit entwickelten λ-Chip gemessen. Die elektrische Leitfähigkeit der Pt-Nanodrähte ist im Vergleich zum Massivmaterial entsprechend der klassischen Size-Effekt-Theorie reduziert. Ebenso wurde eine Abnahme der Wärmeleitfähigkeit beobachtet. Die Ergebnisse stimmen mit den im Rahmen der klassischen Size-Effekt-Theorie zu erwartenden Resultaten gut überein, jedoch bedarf die Reduzierung der Lorenz-Zahl noch einer theoretischen Erklärung. Im Weiteren wurde die elektrische Leitfähigkeit von BixTe1-x und BixSb1-x-Nanodrähten mit dem λ-Chip bestimmt. Hierzu wurden zunächst unterschiedliche Kontaktmaterialien getestet, um die Diffusion des Kontaktmaterials in den Nanodraht auszuschließen. Als bewährtes Kontaktmaterial stellte sich ein Schichtsystem aus Titan und Gold heraus. Die Ti-Schicht wirkt hierbei als Diffusionsbarriere und Haftvermittler-Schicht. Die Wärmeleitfähigkeit der Bi-haltigen Nanodrähte konnte mit dem λ-Chip nicht gemessen werden, da die Unterätzung der Nanodrähte mittels reaktivem Ionenätzen die Nanodrähte angriff. Als Alternative können die Nanodrähte auf dem λ-Chip mit einem fokusierten Ionenstrahl unterätzt werden. Der Aufwand hierzu ist jedoch relativ hoch und diese Alternative wurde deshalb nicht weiter verfolgt. Als weitere Alternative wurde der Z-Chip entwickelt. Hierbei werden die Nanodrähte auf den fertigen Chip aufgebracht und mittels Elektronenstrahl-induzierter Deposition an den elektrischen Kontakten fixiert. Der Chip ermöglicht die Messung der elektrische Leitfähigkeit in 4-Punkt-Anordnung, der Wärmeleitfähigkeit und des Seebeck-Koeffizienten an einem einzelnen Nanodraht. Somit ist die Bestimmung der thermoelektrischen Effektivität an einem Nanodraht möglich. DesWeiteren wurden die theoretischen Grundlagen zur Bestimmung der Wärmekapazität an einzelnen Nanodrähten mit dem Z-Chip präsentiert. Zum Zeitpunkt der Durchführung dieser Arbeit fehlte jedoch das notwendige Equipment zur Ausführung der Wärmekapazitätsmessung an einzelnen Nanodrähten. Des Weiteren wurde die Cross-Plane Methode zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit an eingebetteten Nanodrähten entwickelt. Analog der Messmethode, welche für die Einzeldrahtmessungen verwendet wird, handelt es sich hierbei um eine stationäre „Joule- Heating“ Methode. Die Temperaturdifferenz wird aus der Widerstandsänderung einer auf die eingebetteten Nanodrähte aufgebrachten Heizschicht bestimmt.Mit derMethode wurde die Wärmeleitfähigkeit von BixTe1-x-Nanodrähten ermittelt. Die elektrische Leitfähigkeit wurde von BixTe1-x-Nanodrähten unterschiedlicher Zusammensetzung und Herstellungsparameter mit dem λ- und dem Z-Chip bestimmt. Die gemessenen Nanodrähte zeigen sowohl intrinsisches wie extrinsisches Leitungsverhalten verbunden mit einer, im Vergleich zum Volumenmaterial, reduzierten Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit infolge von Oberflächen- und Korngrenzenstreuung der Ladungsträger. Die elektrischen Leitfähigkeitsmessungen stimmen mit Beobachtungen anderer Gruppen gut überein. Die Wärmeleitfähigkeit konnte an einem einzelnen BixTe1-x-Nanodraht und an eingebetteten BixTe1-x-Nanodrähten gemessen werden. Die Wärmeleitfähigkeit ist gegenüber dem Massivmaterial reduziert. Die Ergebnisse sind in guter Übereinstimmung mit bisher publizierten Ergebnissen von Bismuttellurid-Nanodrähten.

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