SEIS: Insight's Seismic Experiment for Internal Structure of Mars.

By the end of 2018, 42 years after the landing of the two Viking seismometers on Mars, InSight will deploy onto Mars' surface the SEIS (Seismic Experiment for Internal Structure) instrument; a six-axes seismometer equipped with both a long-period three-axes Very Broad Band (VBB) instrument and a three-axes short-period (SP) instrument. These six sensors will cover a broad range of the seismic bandwidth, from 0.01 Hz to 50 Hz, with possible extension to longer periods. Data will be transmitted in the form of three continuous VBB components at 2 sample per second (sps), an estimation of the short period energy content from the SP at 1 sps and a continuous compound VBB/SP vertical axis at 10 sps. The continuous streams will be augmented by requested event data with sample rates from 20 to 100 sps. SEIS will improve upon the existing resolution of Viking's Mars seismic monitoring by a factor of ∼ 2500 at 1 Hz and ∼ 200 000 at 0.1 Hz. An additional major improvement is that, contrary to Viking, the seismometers will be deployed via a robotic arm directly onto Mars' surface and will be protected against temperature and wind by highly efficient thermal and wind shielding. Based on existing knowledge of Mars, it is reasonable to infer a moment magnitude detection threshold of M w ∼ 3 at 40 ∘ epicentral distance and a potential to detect several tens of quakes and about five impacts per year. In this paper, we first describe the science goals of the experiment and the rationale used to define its requirements. We then provide a detailed description of the hardware, from the sensors to the deployment system and associated performance, including transfer functions of the seismic sensors and temperature sensors. We conclude by describing the experiment ground segment, including data processing services, outreach and education networks and provide a description of the format to be used for future data distribution.Electronic supplementary materialThe online version of this article (10.1007/s11214-018-0574-6) contains supplementary material, which is available to authorized users

Phase-Field Modelling of Welding and of Elasticity-Dependent Phase Transformations

Ein Phasenfeldmodell zur Simulation des Kornwachstums, während eines Elektronenstrahlschweißvorgangs, wird präsentiert. Dazu wird das makroskopische Temperaturfeld in der Schweißprobe mit den vereinfachenden Annahmen als quasi-stationär vorausgesetzt und unter der Anwendung des Superpositionsprinzips analytisch bestimmt. Der analytische Ausdruck wird mit einer Funktion in geschlossener Form approximiert, um in der Simulation des Kornwachstums als Eingabe zu fungieren. Bei der Benutzung einer temperaturabhängigen Korngrenzenmobilität in der Simulation sind die Vergröberungsprozesse in der Schweißnaht sowie in der Wärmeeinflusszone wiedergegeben. Bei der Erweiterung des Phasenfeldmodells um eine Nukleationsmethode werden unterschiedliche Muster der Kornmorphologie qualitativ abgebildet. Der Hauptfokus dieser Arbeit liegt jedoch auf der quantitativen Modellierung der Phasenübergänge, bei denen elastische Verformung eine führende oder eine grundsätzliche Rolle spielt, zum Beispiel zur weiteren Beschreibung des elasto-plastischen Verhaltens. Die Theorie zur Herleitung der relevanten elastischen Felder basiert auf den mechanischen Sprungbedingungen, die an einer kohärenten Korngrenze im Gleichgewicht gelten. Es wird kurz auf die existierenden Modelle und besonders auf unsere Methode aus [1] eingegangen und die Schwächen der Modelle diskutiert. Zur Herleitung eines quantitativen Phasenfeldmodells, das die verbleibenden Defekte beseitigt, wird ein neuer Formalismus vorgestellt. Mit den homogenen Variablen innerhalb des diffusen Übergangsbereichs werden die elastischen Energien zweier benachbarter Phasen thermodynamisch konsistent interpoliert. Die resultierende Verformungsenergie wird in Abhängigkeit von den Systemgrößen hergeleitet, sodass die Cauchy’sche Spannung sowie die Konfigurationskraft unter der Anwendung des Variationsprinzips formuliert werden. Für die numerische Implementierung des Modells wird die Voigt’sche Notation der Dehnung und der Cauchy’schen Spannung benutzt. Folglich werden alle relevanten Felder explizit für diese Schreibweise angegeben. Für elastisch isotrope Phasen ergeben sich weitere signifikante rechnerische Vereinfachungen, die für eine effiziente numerische Umsetzung unabdingbar sind. Schließlich wird eine Erweiterung des Zwei-Phasen-Modells für Multi-Phasen präsentiert. Das formulierte Modell wird detailliert im Abgleich mit der analytischen Lösung für das mechanische und thermodynamische Gleichgewicht verifiziert. Hierzu wird das Phasenfeldmodell um das chemische System erweitert und die Bedingungen für einen Gleichgewichtszustand explizit angegeben. Der elastische Eshelby-Einschluss in einer umgebenden elastischen Matrix ist ein ideales Referenzsystem, für welches unterschiedliche Simulationsszenarien mit einem überschaubaren rechnerischen Aufwand umgesetzt werden können. Für neun unterschiedliche Testfälle werden Simulationen mit variierenden Modellparametern durchgeführt und anhand der Simulationsergebnisse werden die Modelle beurteilt. Im Unterschied zu den Ergebnissen für das vorhergehende Modell aus [1] koinzidieren die Simulationsergebnisse für das in dieser Arbeit präsentierte Phasenfeldmodell mit den theoretischen Vorgaben. [1] D. Schneider, O.Tschukin, A. Choudhury, M. Selzer, T. B ̈ohlke, B. Nestler. Phase-field elasticity model based on mechanical jump conditions. Computational Mechanics, 55(5):887–901, 2015

Miniaturized Transistors

What is the future of CMOS? Sustaining increased transistor densities along the path of Moore's Law has become increasingly challenging with limited power budgets, interconnect bandwidths, and fabrication capabilities. In the last decade alone, transistors have undergone significant design makeovers; from planar transistors of ten years ago, technological advancements have accelerated to today's FinFETs, which hardly resemble their bulky ancestors. FinFETs could potentially take us to the 5-nm node, but what comes after it? From gate-all-around devices to single electron transistors and two-dimensional semiconductors, a torrent of research is being carried out in order to design the next transistor generation, engineer the optimal materials, improve the fabrication technology, and properly model future devices. We invite insight from investigators and scientists in the field to showcase their work in this Special Issue with research papers, short communications, and review articles that focus on trends in micro- and nanotechnology from fundamental research to applications