Spontaneous symmetry-breaking in trilayer graphene

Multilagen-Graphen besteht aus mehreren atomar dünnen Schichten von Kohlenstoffatomen und weist eine Vielzahl ungewöhnlicher elektrischer Eigenschaften auf. Unter anderem wurde vorhergesagt, dass abhängig von externen elektrischen und magnetischen Feldern und je nach Lagenfolge der einzelnen Kohlenstofflagen der Grundzustand des Systems in einen korrelierten Zustand übergehen kann, der spontan Symmetrien des Systems bricht. Diese Zustände sind aber typischerweise sehr instabil und können nur in hochreinen Proben mit homogener Lagenfolge sichtbar gemacht werden. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden die elektrischen Eigenschaften dieser korrelierten Zustände sowohl in Dreilagen-Graphen mit Bernal-Lagenfolge (ABA) als auch in Dreilagen-Graphen mit rhomboedrischer (ABC) Lagenfolgen genauer untersucht: In ABA Dreilagen-Graphen ist die Bandstruktur stark von externen elektrischen Feldern abhängig und bildet bei stärker werdenden Feldern mehrere zusätzliche Dirac-Kegel um den zentralen Dirac-Punkt der Bandstruktur aus. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass mithilfe elektrischer und magnetischer Felder die Elektron-Elektron Wechselwirkung innerhalb der Dirac-Kegel verstärkt werden kann, bis der Grundzustand kontrolliert in einen korrelierten Zustand übergeht, der die Rotationssymmetrie des Systems spontan bricht. Anders verhält es sich in ABC Dreilagen-Graphen, dessen elektrische Struktur eine starke Berry-Krümmung und chirale Quasiteilchen aufweist. Als Folge davon wurde unter anderem vorhergesagt, dass bei verschwindender Ladungsträgerdichte mehrere spontane Quanten-Hall-Zustände auftreten können, die die chirale Symmetrie des Systems brechen. Messungen der Magnetotransporteigenschaften bei verschiedenen elektrischen und magnetischen Felder lassen ein vielfältiges Phasendiagramm der Quanten-Hall-Zustände erkennen, dass sogar Zustände mit intrinsischem orbitalem magnetischem Moment und Hall-Leitfähigkeit beinhaltet. Diese Erkenntnisse tragen zum tieferen Verständnis der korrelierten Zustände in Multilagen-Graphen und der Wechselwirkung von Ladungsträgern in zweidimensionalen Materialien bei. Im zweiten Teil der Arbeit wird der Ladungstransport in anorganischen Halogenid-Perowskit Nanodrähten untersucht. Halogenid-Perowskit Materialien haben aufgrund ihrer außergewöhnlichen optoelektronischen Eigenschaften bereits vielfach Anwendung als Basismaterial für Solarzellen und Photodetektoren gefunden. In diesem Teil der Arbeit wird der Ladungstransport in Feldeffekt-Transistoren mit CsPbBr3 Perowskit Nanodrähten in Abhängigkeit der Temperatur untersucht. Es wird gezeigt, dass ohne Beleuchtung der Probe der Ladungstransport stark von tiefen Fallzuständen dominiert wird und bei niedrigen Temperaturen komplett ausfriert. Wenn die Probe jedoch beleuchtet wird, steigt die Mobilität der Ladungsträger stark an und wird bei niedrigen Temperaturen nur von der Phononenstreuung limitiert. Diese Ergebnisse unterstreichen die Defekt-Toleranz, die häufig mit Perowskit-Materialien in Verbindung gebracht wird und liefern neue Einsichten in die elektrischen Fallenzustände in CsPbBr3 Perowskit-Nanodrähten.In recent years, multilayer graphene, a stack of several atomically thin layers of carbon atoms, has attracted growing interest due to its intriguing electronic properties and exceptional tunability. Depending on its stacking order, multilayer graphene has been predicted to be susceptible to a variety of correlated broken-symmetry ground states that can be accessed and explored upon appropriate tuning of its electronic structure via electrostatic gating and magnetic fields. However, in order to reveal these fragile states, excellent device quality and stacking order homogeneity are prerequisite. In this thesis, magnetotransport in Bernal-stacked (ABA) trilayer graphene encapsulated in hexagonal boron nitride as well as suspended rhombohedral (ABC) trilayer graphene is investigated. Depending on the stacking order, two families of correlated states that spontaneously break symmetries of the system are observed. In ABA trilayer graphene, external electric fields strongly deform the band structure and lead to the emergence of multiple off-center Dirac points (Dirac gullies). It is demonstrated that electric and magnetic fields can be used as tuning parameters to enhance electron-electron interactions within these Dirac gullies. At appropriate tuning, magnetotransport maps indicate the emergence of a new correlated ground state that spontaneously breaks the rotational symmetry of the system. In contrast, ABC trilayer graphene hosts chiral quasi-particles that exhibit a non-zero Berry phase when encircling one of the valleys of its band structure. It has been shown, that ABC trilayer graphene is susceptible to spontaneous chiral symmetry breaking due to its flat band structure at charge neutrality. Indeed, transport measurements demonstrate the emergence of several spontaneous quantum Hall phases that are driven by a giant Berry curvature. Mapping magnetostransport as a function of electric and magnetic fields reveals a rich phase diagram including states with non-zero orbital momentum and Hall conductivity. The findings of this thesis provide novel insights into the world correlated phases in multilayer graphene and interaction physics in two dimensions. In a second part of this thesis, charge transport in all-inorganic halide perovskite nanowires is investigated. In recent years, halide perovskites have emerged as promising novel materials for optoelectronic applications due to their large absorption coefficient and exceptional charge carrier lifetime. Yet, although the optical properties have been studied intensely, charge transport mechanisms and the influence of traps still remains elusive. In this thesis, temperature dependent charge transport in CsPbBr3 nanowire field-effect transistors is investigated. It is shown, that charge transport in the dark is dominated by deep traps and freezes out at low temperatures. However, illuminating the sample increases the mobility several orders of magnitude revealing even phonon-limited transport characteristics. These findings highlight and extend the notion of “defect-tolerance” of perovskite materials and provide novel insights into defect states in CsPbBr3 nanowires

Ultrafast transmission electron microscopy of a structural phase transition

Große Hoffnungen für zukünftige Anwendungen im Gebiet der Energieumwandlung werden auf Materialien mit abstimmbaren Eigenschaften und Anregungen gesetzt. Die Funktionalität miniaturisierter Systeme ergibt sich jedoch nicht nur aus den Eigenschaften der einzelnen Materialien, sondern auch aus deren Zusammenspiel und nanoskaliger Strukturierung. Während eine Reihe etablierter experimenteller Techniken in der Lage ist, elektronische Anregungen auf Femtosekunden-Zeit- und Nanometer-Längenskalen zu verfolgen, wurde bisher über keine zeitaufgelöste Nano-Abbildung eines strukturellen Ordnungsparameters berichtet. Die vorliegende kumulative Dissertation behandelt die Entwicklung zeitaufgelöster Dunkelfeld-Bildgebung am Ultraschnellen Transmissions-Elektronenmikroskop (UTEM) in Göttingen. Dieser Ansatz kombiniert Femtosekunden-Zeitauflösung und eine räumliche Auflösung von 5 nm mit einer Empfindlichkeit für die strukturelle Komponente eines Ladungsdichtewellen-Phasenübergangs im 1T-Polytyp des Materials Tantaldisulfid. Ultrakurze Laserpulse induzieren lokal den Phasenübergang, während die raumzeitliche Relaxationsdynamik des strukturellen Ordnungsparameters mit ultrakurzen Elektronenpulsen verfolgt wird. Die Empfindlichkeit für den Ordnungsparameter wird mithilfe einer komplexen Dunkelfeld-Apertur erreicht. In einer ersten Veröffentlichung wird die Technik zur Präparation der dünnen Schichten aus Tantaldisulfid vorgestellt. Die durch Ultramikrotomie gewonnenen Proben sind ideal für Elektronen- und Röntgenexperimente in einer Transmissionsgeometrie, wie die exemplarische Untersuchung von mit Mangan und Eisen interkaliertem Tantaldisulfid zeigt. Statische optische Mikroskopie, Elektronenbeugung und Messungen des zirkularen magnetischen Röntgendichroismus dienen dazu, diese ferromagnetischen Dünnschichten zu charakterisieren und zu bestätigen, dass ihre Eigenschaften denen der ursprünglichen Kristalle entsprechen. Ein zweiter Artikel beschreibt die Umsetzung der zeitaufgelösten Nano-Abbildung. Ein zentraler Aspekt des Experiments ist die Herstellung einer Probe, die das optische Anregungsprofil räumlich strukturiert und gleichzeitig eine stroboskopische Untersuchung des Phasenübergangs in Tantaldisulfid bei Wiederholraten von hunderten Kilohertz ermöglicht. Basierend auf Parametern, die in einem stationären Heizexperiment gewonnen wurden, kann das Verhalten von nanoskaligen Ladungsdichtewellen-Domänen in der freistehenden Dünnschicht in zeitabhängigen Ginzburg-Landau-Simulationen reproduziert werden. Abschließend werden Perspektiven für zukünftige Experimente auf Basis des vorgestellten Ansatzes diskutiert. Ultraschnelle Dunkelfeld-Bildgebung ermöglicht eine Empfindlichkeit auch für weitere strukturelle Freiheitsgrade in komplexen Materialien und wird so zu einem besseren Verständnis aktiv kontrollierter Prozesse auf dem Gebiet der Energieumwandlung beitragen.High hopes are placed on materials with tunable properties and excitations for future applications in energy conversion devices. Functionality of devices, however, not only arises from the properties of individual materials but also from their interplay and nanoscale structuring. While a number of established experimental techniques are capable of tracking electronic excitations on femtosecond time and nanometer length scales, no time-resolved nanoimaging of a structural order parameter had previously been reported. Addressing this challenge, the present cumulative thesis reports on the development and application of a time-resolved dark-field electron microscopy scheme implemented at the Göttingen Ultrafast Transmission Electron Microscope (UTEM). This nanoimaging approach combines femtosecond temporal and 5 nm spatial resolution with sensitivity to the structural component of a charge-density wave phase transition in 1T-polytype tantalum disulfide. Ultrashort laser pulses locally induce the phase transition, while the subsequent spatiotemporal relaxation dynamics of the structural order parameter is tracked using ultrashort electron pulses. Order parameter sensitivity is obtained by means of a dark-field aperture array, tailored to filter the periodicities of the charge-density wave in the diffraction plane of the microscope. In the first publication contributing to this thesis, the preparation technique for the thin films of tantalum disulfide is introduced. Specimens obtained by ultramicrotomy are ideal for electron and x-ray experiments in a transmission geometry, as exemplified by the investigation of manganese- and iron-intercalated tantalum disulfide. Static optical microscopy, electron diffraction and x-ray magnetic circular dichroism measurements serve to characterize these ferromagnetic thin films and to verify that the properties reflect those of the bulk crystals. The second article describes the implementation of the ultrafast nanoimaging approach. A central aspect of the experiment is the design of a specimen that spatially structures the optical excitation pattern and allows for stroboscopic probing of the phase transition in tantalum disulfide at hundreds of kilohertz repetition rates. Based on parameters extracted from a steady-state heating experiment, the optically induced evolution of nanoscale charge-density wave domains in the free-standing thin film is reproduced in time-dependent Ginzburg-Landau simulations. Finally, perspectives for future nanoimaging experiments are discussed. Allowing for sensitivity to further structural degrees of freedom in complex materials, ultrafast dark-field imaging will contribute to a better understanding of actively controlled processes in energy conversion devices.2021-08-1

Raster-Sonden-Spektroskopie an Graphen-Nanostrukturen

The aim of the present thesis is to shed some light on different properties of graphene, a single atomic layer of carbon atoms. Since the discovery of an easy way to fabricate graphene from graphite by exfoliation in 2004, a huge increase in graphene related research occurred and led to the new research field of ultra-relativistic condensed matter physics. The impact of graphene in fundamental research as well as applications in nanoelectronics steadily increases. In the framework of this thesis we focus on scanning probe spectroscopy methods to study this truly two-dimensional material. Hereby we take advantage of the fact, that graphene and its two-dimensional electron gas is readily accessible at the surface and not buried in a bulk material. The two main methods, scanning confocal Raman spectroscopy and scanning single-electron transistor microscopy, allow to determine such different information like the interaction strength between phonons and charge carriers, the chirality of the graphene edge or the consequences of interactions between electrons. The cornucopia of extractable information from Raman spectroscopy results mainly from the resonance mechanism, linking electronic with phononic properties. The interest in single-electron transistors as a local probe is based on its extraordinary high sensitivity to electrostatic potentials.Graphen ist eine ein-atomare Lage aus Kohlenstoffatomen, welche in einer Bienenwabenstruktur angeordnet sind. Seitdem im Jahr 2004 eine einfache Methode entwickelt wurde, um Graphen aus Graphit herzustellen, hat das Interesse an der Graphenforschung stark zugenommen. Dies führte zu einem neuen Forschungsgebiet, der ultra-relativistischen Festkörperphysik. Die Bedeutung von Graphen für die Grundlagenforschung, sowie für Anwendungen z.B. in der Nanoelektronik wächst weiterhin unbegrenzt. Das Ziel der vorliegenden Doktorarbeit ist es, Licht auf einige der ungewöhnlichen Eigenschaften dieses besonderen Materials zu werfen. Im Rahmen dieser Arbeit liegt unser Schwerpunkt bei der Untersuchung dieser wirklich zwei-dimensionalen Modifikation auf den Raster-Sonden-Methoden. Dabei haben wir den großen Vorteil, dass Graphen und sein zwei-dimensionales Elektronengas frei zugänglich sind und nicht, wie sonst häufig, verborgen in einer Materialkombination. Mit Hilfe der zwei verwendeten Hauptuntersuchungsmethoden, der ortsaufgelösten konfokalen Raman Spektroskopie und der Einzel-Elektronen-Transistor Mikroskopie, können wir so unterschiedliche Informationen wie z.B. die Wechselwirkung von Phononen mit Ladungsträgern oder die Chiralität von Graphenrändern und sogar die Auswirkung der Wechselwirkung von Elektronen untereinander bestimmen. Die Vielfalt der Informationen, die mit Hilfe der Raman Spektroskopie gewonnen werden können, haben ihren Ursprung in Resonanzmechanismen, welche phononische Eigenschaften mit elektronischen verknüpfen. Auf der anderen Seite verfügen Einzel-Elektronen Transistoren über eine außergewöhnlich hohe Empfindlichkeit, wenn es um die Messung von elektrostatischen Potentialen geht. Dies nutzen wir in unseren Raster-Sonden-Spektroskopie-Untersuchungen aus

Phonon Spectroscopy and Low-Dimensional Electron Systems: The Effect of Acoustic Anisotropy and Carrier Confinement

The generation and propagation of pulses of nonequilibrium acoustic phonons and their interaction with semiconductor nanostructures are investigated. Such studies can give unique information about the properties of low-dimensional electron systems, but in order to interpret the experiments and to understand the underlying physics, a comparison with theoretical models is absolutely necessary. A central point of this work is therefore a universal theoretical approach allowing the simulation and the analysis of phonon spectroscopy measurements on low-dimensional semiconductor structures. The model takes into account the characteristic properties of the considered systems. These properties are the elastic anisotropy of the substrate material leading to focusing effects and highly anisotropic phonon propagation, the anisotropic nature of the different electron-phonon coupling mechanisms, which depend manifestly on phonon wavevector direction and polarization vector, and the sensitivity to the confinement parameters of the low-dimensional electron systems. We show that screening of the electron-phonon interaction can have a much stronger influence on the results of angle-resolved phonon spectroscopy than expected from transport measurements. Since we compare theoretical simulations with real experiments, the geometrical arrangement and the spatial extension of phonon source and detector are also included in the approach enabling a quantitative analysis of the data this way. To illustrate the influence of acoustic anisotropy and carrier confinement on the results of phonon spectroscopy in detail we analyse two different applications. In the first case the low-dimensional electron system acts as the phonon detector and the phonon induced drag current is measured. Our theoretical model enables us to calculate the electric current induced in low-dimensional electron systems by pulses of (ballistic) nonequilibrium phonons. The theoretical drag patterns reproduce the main features of the experimental images very well. The sensitivity of the results to variations of the confining potential of quasi-2D and quasi-1D electrons is demonstrated. This provides the opportunity to use phonon-drag imaging as unique experimental tool for determining the confinement lengths of low-dimensional electron systems. By comparing the experimental and theoretical images it is also possible to estimate the relative strength of the different electron-phonon coupling mechanisms.In the second application the low-dimensional electron system acts as the phonon pulse source and the angle and mode dependence of the acoustic phonon emission by hot 2D electrons is investigated. The results exhibit strong variations in the phonon signal as a function of the detector position and depend markedly on the coupling mechanism, the phonon polarization and the electron confinement width. We demonstrate that the ratio of the strengths of the emitted longitudinal (LA) and transverse (TA) acoustic phonon modes is predicted correctly only by a theoretical model that properly includes the effects of acoustic anisotropy on the electron-phonon matrix elements, the screening, and the form of the confining potential. A simple adoption of widely used theoretical assumptions, like the isotropic approximation for the phonons in the electron-phonon matrix elements or the use of simple variational envelope wavefunctions for the carrier confinement, can corrupt or even falsify theoretical predictions.We explain the `mystery of the missing longitudinal mode' in heat-pulse experiments with hot 2D electrons in GaAs/AlGaAs heterojunctions. We demonstrate that screening prevents a strong peak in the phonon emission of deformation potential coupled LA phonons in a direction nearly normal to the 2D electron system and that deformation potential coupled TA phonons give a significant contribution to the phonon signal in certain emission directions.Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Ausbreitung von akustischen Nichtgleichgewichtsphononen und deren Wechselwirkung mit Halbleiter-Nanostrukturen. Güte und Effizienz moderner Halbleiter-Bauelemente hängen wesentlich vom Verständnis der Wechselwirkung akustischer Phononen mit niederdimensionalen Elektronensystemen ab. Traditionelle Untersuchungsmethoden, wie die Messung der elektrischen Leitfähigkeit oder der Thermospannung, erlauben nur eingeschränkte Aussagen. Sie mitteln über die beteiligten Phononenmoden und eine Trennung der einzelnen Wechselwirkungsmechanismen ist nur näherungsweise möglich ist. Demgegenüber erlaubt die in der Arbeit diskutierte Methode der winkel- und zeitaufgelösten Phononen-Spektroskopie ein direktes Studium des Beitrags einzelner Phononenmoden, d.h. in Abhängigkeit von Wellenzahlvektor und Polarisation der Phononen. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Fragestellung, wie akustische Anisotropie und Ladungsträger-Confinement die Ergebnisse der winkel- und zeitaufgelösten Phononen-Spektroskopie beeinflussen und prägen. Dazu wird ein umfassendes theoretisches Modell zur Simulation von Phononen-Spektroskopie-Experimenten an niederdimensionalen Halbleitersystemen vorgestellt. Dieses erlaubt sowohl ein qualitatives Verständnis der ablaufenden physikalischen Prozesse als auch eine quantitative Analyse der Messergebnisse. Die Vorteile gegenüber anderen Modellen und Rechnungen liegen dabei in dem konsequenten Einbeziehen der akustischen Anisotropie, nicht nur für die Ausbreitung der Phononen, sondern auch für die Matrixelemente der Wechselwirkung, sowie eine saubere Behandlung des Confinements der Elektronen in den niederdimensionalen Systemen. Dabei werden die Grenzen weit verbreiteter Näherungsansätze für die Elektron-Phonon-Matrixelemente und das Elektronen-Confinement deutlich aufgezeigt. Für den quantitativen Vergleich mit realen Experimenten werden aber auch solche Größen, wie die endliche räumliche Ausdehnung von Phononenquelle und Detektor, die Streuung der Phononen an Verunreinigungen oder die Abschirmung der Elektron-Phonon-Kopplung durch die Elektron-Elektron-Wechselwirkung berücksichtigt.Im zweiten Teil der Arbeit wird der theoretische Apparat auf typische experimentelle Fragestellungen angewandt. Im Falle der Phonon-Drag-Experimente an GaAs/AlGaAs Heterostrukturen wird der durch akustische Nichtgleichgewichtsphononen in zwei- und eindimensionalen Elektronensystemen induzierte elektrische Strom (Phonon-Drag-Strom) als Funktion des Ortes der Phononenquelle bestimmt. Das in der Arbeit hergeleitete theoretische Modell kann die experimentellen Resultate für die Winkelabhängigkeit des Drag-Stromes sowohl für Messungen mit und ohne Magnetfeld qualitativ gut beschreiben. Außerdem wird der Einfluss unterschiedlicher Confinementmodelle und unterschiedlicher Wechselwirkungsmechanismen studiert. Dadurch ist es möglich, aus Phonon-Drag-Messungen Rückschlüsse auf die elektronischen und strukturellen Eigenschaften der niederdimensionalen Elektronensysteme zu ziehen (Fermivektor, effektive Masse, Elektron-Phonon-Kopplungskonstanten, Form des Confinementpotentials). Als weiteres Anwendungsbeispiel wird das Problem der Energierelaxation (aufgeheizter)zweidimensionaler Elektronensysteme in GaAs Heterostrukturen und Quantentrögen untersucht. Für Elektronentemperaturen unterhalb 50 K werden die Gesamtemissionsrate als Funktion der Temperatur und die winkelaufgelöste Emissionsrate (als Funktion der Detektorposition) berechnet. Für beide Größen wird erstmals eine gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment gefunden. Es zeigt sich, dass akustische Anisotropie und Abschirmungseffekte zu überraschenden neuen Ergebnissen führen können. Ein Beispiel dafür ist der unerwartet große Beitrag der mittels Deformationspotential-Wechselwirkung emittierten transversalen akustischen Phononen, der bei einer Emission der Phononen näherungsweise senkrecht zum zweidimensionalen System beobachtet werden kann

Superconductor

This book contains a collection of works intended to study theoretical and experimental aspects of superconductivity. Here you will find interesting reports on low-Tc superconductors (materials with Tc 30 K). Certainly this book will be useful to encourage further experimental and theoretical researches in superconducting materials

Theoretical investigations of orbital and spin-orbital effects in functionalized graphene

Functionalization of graphene with adsorbants offers the possibility to tailor existing properties of graphene and also to introduce new desirable features in the system. The ultimate goal is to increase graphene's potential for future spintronics applications. The focus of this thesis is theoretical investigation of orbital and spin-orbital properties of functionalized graphene. The first part of the thesis presents the development of effective spin-orbit coupling (SOC) model Hamiltonians from simple symmetry arguments. Within the tight-binding framework SOC is investigated in graphene systems subject to global minimal structural modifications. In particular, the emergence of SOC terms is explained in systems such as pristine graphene, graphene miniripple, planar graphene with inequivalent sublattices, graphene in an external electric field, and graphene on a transition-metal dichalcogenide. Based on the experience for these global modifications to graphene's point group symmetries, SOC is studied in the vicinity of single adsorbates in the adsorption positions hollow, top, and bridge. The derived SOC Hamiltonians are tested on density functional theory calculations of the methyl group, fluorine, and the copper adatom. A strong local enhancement of SOC in graphene by a factor of 100 is observed for the methyl group, while fluorine and copper increase SOC locally by about 1000 times. The second part comprises a study of the orbital impact of hollow, top, and bridge adsorbates on scattering resonances in graphene using the T-matrix formalism. The influence of the adsorption position, the impurity's orbital character, and the orbital parameters on the resonance characteristics is emphasized. The distinctive features arising in the momentum relaxation rate reveal the difference between general adsorbates and their oversimplified nature in vacancy models. Connecting to the resonance level formation due to adsorbates in graphene, the third part of the thesis considers spin relaxation in graphene due to resonant scattering off adsorbate induced magnetic moments. This mechanism offers a possible explanation for experimentally observed spin relaxation rates in bilayer graphene with a small amount of residual strong scatterers. Also shown are the successes and failures of the model in comparison to experimental data on fluorinated single layer and bilayer graphene. The theoretical analysis was aimed to test the experimental hypothesis that fluorine induces local magnetic moments in graphene

NASA-HBCU Space Science and Engineering Research Forum Proceedings

The proceedings of the Historically Black Colleges and Universities (HBCU) forum are presented. A wide range of research topics from plant science to space science and related academic areas was covered. The sessions were divided into the following subject areas: Life science; Mathematical modeling, image processing, pattern recognition, and algorithms; Microgravity processing, space utilization and application; Physical science and chemistry; Research and training programs; Space science (astronomy, planetary science, asteroids, moon); Space technology (engineering, structures and systems for application in space); Space technology (physics of materials and systems for space applications); and Technology (materials, techniques, measurements)

Abstract Algebra: Theory and Applications

Tom Judson\u27s Abstract Algebra: Theory and Applications is an open source textbook designed to teach the principles and theory of abstract algebra to college juniors and seniors in a rigorous manner. Its strengths include a wide range of exercises, both computational and theoretical, plus many nontrivial applications. Rob Beezer has contributed complementary material using the open source system, Sage.An HTML version on the PreText platform is available here. The first half of the book presents group theory, through the Sylow theorems, with enough material for a semester-long course. The second-half is suitable for a second semester and presents rings, integral domains, Boolean algebras, vector spaces, and fields, concluding with Galois Theory.https://scholarworks.sfasu.edu/ebooks/1022/thumbnail.jp

Magnetic Skyrmions and Topological Domain Walls

Whether in the compass in the early ages of mankind or in the hard disk drives that provide the vast quantities of memory that nowadays information technology demands: magnetism is a ubiquitous phenomenon with numerous applications in our everyday life. The comparatively young skyrmion, in turn, adds with its topologically non-trivial structure a new flavor to this extensively studied field. This cumulative dissertation explores the diverse phenomena that occur in magnets, where non-collinear magnetization-textures are stabilized as a consequence of broken mirror or inversion symmetries of the material. These textures include long-ranged spirals, lattices of skyrmions, and polarized structures

The Fifteenth Marcel Grossmann Meeting

The three volumes of the proceedings of MG15 give a broad view of all aspects of gravitational physics and astrophysics, from mathematical issues to recent observations and experiments. The scientific program of the meeting included 40 morning plenary talks over 6 days, 5 evening popular talks and nearly 100 parallel sessions on 71 topics spread over 4 afternoons. These proceedings are a representative sample of the very many oral and poster presentations made at the meeting.Part A contains plenary and review articles and the contributions from some parallel sessions, while Parts B and C consist of those from the remaining parallel sessions. The contents range from the mathematical foundations of classical and quantum gravitational theories including recent developments in string theory, to precision tests of general relativity including progress towards the detection of gravitational waves, and from supernova cosmology to relativistic astrophysics, including topics such as gamma ray bursts, black hole physics both in our galaxy and in active galactic nuclei in other galaxies, and neutron star, pulsar and white dwarf astrophysics. Parallel sessions touch on dark matter, neutrinos, X-ray sources, astrophysical black holes, neutron stars, white dwarfs, binary systems, radiative transfer, accretion disks, quasars, gamma ray bursts, supernovas, alternative gravitational theories, perturbations of collapsed objects, analog models, black hole thermodynamics, numerical relativity, gravitational lensing, large scale structure, observational cosmology, early universe models and cosmic microwave background anisotropies, inhomogeneous cosmology, inflation, global structure, singularities, chaos, Einstein-Maxwell systems, wormholes, exact solutions of Einstein's equations, gravitational waves, gravitational wave detectors and data analysis, precision gravitational measurements, quantum gravity and loop quantum gravity, quantum cosmology, strings and branes, self-gravitating systems, gamma ray astronomy, cosmic rays and the history of general relativity