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DPG Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik 2002, Regensburg, 11.-15. März 2002

Tagungsnachlese des Fachverbands Dynamik und Statistische Physik (DY)

Das Programm des Fachverbandes für Dynamik und Statistische Physik (http://www.dpg-tagungen.de/archive/2002/html/dy.html) umfasste in diesem Jahr 9 Hauptvorträge, 116 Kurzvorträge und 105 Posterbeiträge. Gegenüber der Tagung in Hamburg bedeutet dies eine Zunahme bei den Postern und (erfreulich) eine entsprechende Abnahme bei den Kurzvorträgen. Dies ermöglichte insbesondere ein Stattfinden (bis auf eine Ausnahme bei der Gläser-Sitzung) aller Hauptvorträge ohne Parallelsitzung. Erstmalig organisierte der Fachverband zusammen mit dem Fachverband Dielektrische Festkörperphysik eine gemeinsame Sitzung zu den Gläsern, mit einem Hauptvortrag aus DY (J. Suck, Chemnitz) zur niederenergetischen atomaren Dynamik in Gläsern; dieses Experiment (Gläser gemeinsam mit FV DF/DY) stieß auf sehr positive Resonanz und soll in Dresden 2003 wiederholt werden. Der Fachverband DY beherbergte auch 3 fachübergreifende Symposien (siehe separate Berichte weiter unten), die sich großen Interesses seitens der Tagungsteilnehmer wie auch der Presse erfreuten.

Das diesjährige Tagungsprogramm des FV war durch die exzellenten Hauptvorträge zu aktuellen Themen geprägt. Die Thematik der Stochastischen Resonanz (SR) wurde gleich mehrfach in verschiedenem Zusammenhang präsentiert. Neben einem Beitrag des Sprechers im fachübergreifenden Symposium "Physik biologischer Materie" zur SR in Verbänden von Ionenkanälen wurde der SR- Effekt für den Kalzium-Haushalt in Zellen (P. Jung, Athens, Ohio) eindrücklich demonstriert, wie auch für die Kohärenz- und die Populations-Eigenschaften in einem getriebenen Quantensystem, einem atomaren Masersystem (A. Buchleitner, Dresden). E. Bodenschatz (Cornell) stellte in einem fulminanten Vortrag die spektakulären Eigenschaften einer turbulenten Strömung für den Transport und die Mischung von kleinen Teilchen vor. Die reiche Vielfalt der statistischen Physik wurde mit den Anwendungen neuronaler Netze für die Kryptografie (W. Kinzel, Würzburg) und der nichtlinearen Analyse von Zeitreihen aus den unterschiedlichsten Gebieten der Naturwissenschaften und Wirtschaft (H. Kantz, Dresden) einmal mehr eindrücklich vorgeführt. J. Krug (Essen) zeigte spannende Entwicklungen zum Wachstum von Schichten auf Oberflächen mit sich schlängelnden Stufen auf. Das Wechselspiel zwischen nichtlinearer Dynamik und statistischer Physik war Gegenstand einer Sitzung aus zwei Hauptvorträgen zur verblüffenden Dynamik granularer Medien in unterteilten Fächern und zur Effizienz Brownscher Motoren. So führte uns Ko van der Weele (Twente) in die wundersame Welt der Maxwell Dämonen, Springbrunnen, Hysterese und anomalen Diffusion vertikal geschüttelter granularer Medien ein und I. Sokolov (HU-Berlin) zeigte wie der Wirkungsgrad von "Brownschen Motoren" - den Prototypen für biologische Motoren, Nanowerkzeuge, Mikro- und Nano-Pumpen - bei geeigneter Parameterwahl dem Idealwert von Eins beliebig nahe gebracht werden kann. Erfreulicherweise blieben auch viele Tagungsteilnehmer bis zum Freitag: Sie wurden mit einem exzellenten Hauptvortrag von H.-H. von Grünberg (Konstanz) zur vielfältigen Physik von geladenen, kolloidalen Suspensionen belohnt.

Die Mitgliederversammlung war im Gegensatz zu früheren Jahren sehr interessant und lebhaft. Es wurde eine Vorschau auf zukünftige Tagungen im Interessenbereich des FV präsentiert sowie Sprach-Frage (d.h. Englisch) bei (i) den DPG-Abstracts und (ii) Vorträgen bei zukünftigen Frühjahrstagungen diskutiert. Nach einer lebhaften und kontrovers geführten Diskussion ergab sich eine Mehrheit - notabene im Gegensatz zu den meisten anderen Fachverbänden des AKF (Verhandlungen künftig in Englisch zu erstellen) - alles so zu belassen wie bisher. Der Sprecher gab abschließend auch einen Abriß zur Geschichte des Fachverbandes (siehe "Historie" unter http://www.dpg-physik.de/fachgremien/dy/), die er mit der aktiven Mithilfe des früheren Sprechers (S. Hess, TU-Berlin) eruieren konnte: Unser FV wurde als einer der ersten anlässlich einer Physikertagung in Wien 1961 von J. Meixner ins Leben gerufen!

Symposium: Quantentransport auf molekularen Skalen

Das von P. Hänggi (Augsburg) und K. Richter (Regensburg) fachübergreifend (DY, CPP, HL) organisierte Symposium "Quantentransport auf molekularen Skalen" (http://www.dpg-tagungen.de/archive/2002/html/syqt.html) bot eine Reihe fesselnder Beiträge zu neuesten theoretischen Konzepten und experimentellen Fortschritten auf dem Gebiet der molekularen Elektronik. Dieser Thematik liegt die Vision zu Grunde, miniaturisierte elektronische Bauelemente auf Nanometer- oder Angstrom-Skalen zu realisieren. Der Ansatz besteht darin, Leiterbahnen durch "molekulare Drähte" aus einzelnen Molekülen zu ersetzen.

Neben richtungweisenden theoretischen Fortschritten wurden erste logische Schaltungen in jüngster Zeit im Labor realisiert. Auf Grund der Bedeutung für die zukünftige Computertechnologie nahm das renommierte Fachmagazin "science" [Vol. 294: 2442 (2001)] diesen Tatbestand, dass "Molecules Get Wired" im Dezember 2001 zum Anlass, die Fortschritte in dieser Sparte der Nanoelektronik zum wissenschaftlichen Durchbruch des Jahres 2001 zu küren. In zwei experimentellen Hauptvorträgen von E. Scheer (Konstanz) und H. Weber (Karlsruhe) wurden Strommessungen durch atomare Punktkontakte und einzelne organische Moleküle vorgestellt. Eine weitere prominente Klasse molekularer Leiter sind carbon nanotubes. F. Grossmann (Dresden) stellte Rechnungen zu einem aus zwei Nanoröhren und einem C_60-Molekül bestehenden molekularen, sehr sensitiven Stromschalter vor. S. Yaliraki (London) diskutierte carbon nanotube Netzwerke, sowie die "brenzlige" Physik der Ankopplung der molekularen Drähte an die Gates. In einem weiteren Hauptvortrag schlug G. Cuniberti (Dresden) den Bogen von carbon nanotubes bis hin zu dem momentan kontrovers diskutierten Ladungstransport in bio-molekularen Leitern wie DNA. Neben diesen Hauptvorträgen belebten auch die verschiedenen interessanten Kurzbeiträge zur zeitabhängigen Kontrolle, Kondo-Physik etc. des Elektrontransports auf molekularen Skalen die Sitzung entscheidend und stimulierten die große Anzahl von Zuhörern.

Symposium: Physik im Hirn - Physical Approaches to Brain Function

Wie formt Lernen und Erfahrung die Nervennetze unseres Gehirns? Wie arbeitet das Gehirn bei der Verarbeitung visueller Vision? Wie steuert das Gehirn einer Fliege die akrobatischen Flugmanöver durch eine turbulente Strömung? Solchen Fragen widmete sich ein von Theo Geisel (Göttingen) mit den Fachverbänden DY und CPP organisiertes Symposium "Physik in Hirn - physical approaches to brain function" (http://www.dpg-tagungen.de/archive/2002/html/syph.html).

Am Anfang der Veranstaltung standen Beiträge, die am Beispiel des visuellen Systems der Fliege die enge Verquickung theoretischer und experimenteller Ansätze in den Neurowissenschaften demonstrierten. A. Borst (München) eröffnete das Symposium mit einem höchst interessanten Einblick in das "Cockpit der Fliege". R. van Steveningen (Princeton) beschrieb im Anschluss neue Experimente in diesem System, die nachweisen, dass sich das Verhalten der bewegungssensitiven Neurone bis in quantitative Details durch das Prinzip optimaler Bewegungsschätzung erklären lässt. Die folgenden Beiträge widmeten sich der Dynamik biologischer neuronaler Netze im Gehirn höherer Tiere: F. Wolf (Göttingen) berichtete über die mathematische Modellierung der neuronalen Schaltkreise, die in der Sehrinde der Säuger visuelle Konturen analysieren und unterstrich die Rolle, die Symmetrieprinzipien bei der Modellierung von Lernprozessen in diesem komplexen System spielen. K. Pawelzik (Bremen) beschrieb Modelle, die nahe legen, dass die scheinbar zufälligen Impulsfolgen kortikaler Neurone eine nahezu instantane Verarbeitung sensorischer Reize ermöglicht. Damit lassen sich die erstaunlich kurzen Reaktionszeiten des menschlichen Gehirns von weniger als 300 ms für die Klassifizierung komplexer Reize erklären. L. van Hemmen (München) beschäftigte sich mit der Modellierung von Lernmechanismen, die neuronale Schaltkreise mit einer zeitlichen Präzision im Bereich einer Millionstel-Sekunde hervorbringen können und damit wie sie im auditorischen System experimentell nachgewiesen wurden. Neben diesen Hauptvorträgen zeigten auch die anschließenden Kurzvorträge ebenso wie die Poster, dass die Neurophysik sich in den letzten Jahren zu einem spannenden und produktiven Gebiet der Biologischen Physik entwickelt hat, das insbesondere für die Theoretische Physik viele interessante Herausforderungen bereithält.

Symposium: Anwendungen der nichtlinearen Dynamik in Medizin und Technik

Das Symposium "Anwendungen der nichtlinearen Dynamik in Medizin und Technik" (http://www.dpg-tagungen.de/archive/2002/html/syad.html) (FV DY, DF und der AIW) wurde von R. Friedrich (Münster), A. Kittel (Oldenburg, federführend) und G. Radons (Chemnitz) organisiert. Ziel des Symposiums war, den vielen Zuhörern einen Einblick zu verschaffen wie Methoden der nichtlinearen dynamischen Systeme für die Bereiche in der Medizin und Technik eingesetzt werden; sowie die bei der Anwendung in der Praxis auftretenden Probleme aus Industrie und Technik kennen zu lernen. So sprach F. Durst (Erlangen) über die Bedeutung leistungsfähiger Rechner aber auch über die Entwicklung optimierter Algorithmen bei der numerischen Simulation der Strömungsverhältnisse wie sie z.B. bei der Umströmung eines in Planung befindlichen Interregio-Zuges auftreten. E. Govekar (Ljubljana) berichtete über dynamische Instabilitäten die beim Bearbeiten von unterschiedlichen Werkstoffen auftreten. Beispielhaft wurden Techniken wie Drehen und Laserstrahlschweißen angesprochen. Die mathematische Analyse und Modellierung von "Chaos in Getrieben" von Fahrzeugen war Gegenstand des Vortrags von F. Pfeiffer (München). Die Modellierung in Prozesstechnik und Anlagenbau der chemischen Industrie war im Fokus von W. Marquardt (Aachen). Dabei wurde auf Instabilitäten und deren Unterdrückung abgehoben und aufgezeigt wie Prozessparameter so bestimmt werden, dass sie in einem gewissen erforderlichen "Sicherheitsabstand" von einer Instabilität liegen. Die physikalische Modellierung und Simulation von Unfallsituationen und Bewegungsabläufen war das Thema von H. Ruder (Tübingen). In dem faszinierenden Beitrag "wenn der Knorpel knirscht" behandelte er die Möglichkeiten und Grenzen derartiger Simulationen. Das Symposium schloß mit einem stimulierenden Vortrag (C. E. Elger, Bonn) über die Analyse von "Gewittern im Hirn" (Epilepsie) beim Menschen mittels nichtlinearer Verfahren. Darin berichtete er, wie mit Methoden der nichtlinearen Zeitreihenanalyse (wie etwa der Korrelationsdimension) anfallauslösende Zentren im Gehirn lokalisiert und bevorstehende epileptische Anfälle vorhergesagt werden können.

Peter Hänggi

 
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