We study the hydrodynamics of wedge,knuckle and box cross-sectional profiles undergoing transient extreme motions, in particular forced entry and exit at constant velocity or acceleration. Extensive data for the forces, pressures and free-surface profiles is generated by an extension of a fully-nonlinear boundary-integral method. The code is thoroughly checked by altering the time step and particle spacing on the bodies and Lagrangian free-surface markers, and, for the wedge,checking self-similarity for the infinite Froude number (gravity free) constant velocity entry. Difficulties with inviscid flow around sharp corners are discussed. Results for exit are of particular interest since no zero-gravity approximation is valid and this precludes application of existing slamming theories in reverse. Whilst entry generally gives larger free-surface motions (spray jets), pressures and hence forces, calculation of exit is needed for the velocity of subsequent slamming and so is of practical interest too. These results are compared with an approximate analytical model, based on Schwarz-Christoffel transformations to calculate the infinite-frequency added mass of the cross-section below the mean water line. For constant acceleration of both entry and exit, the analytical theory is good during the early stages of motion. Later, the assumption of an undisturbed mean water level is clearly violated; the exact calculations show a large amount of draw-down (up-rise), the free-surface making contact with the body well below (above) the mean water level. We therefore examine the effect of reducing (increasing) the submerged body volume to take account of this, which prolongs the agreement between the results considerably and therefore might be used to improve practical calculation of extreme ship motions using existing strip theory codes. Full sets of numerical data input/output are provided in the appendices, together with some mathematical details. We also speculate on the possible application of John's equation to wedge entry.

In this work, we develop a many-body theory of electronic transport through single molecule junctions based on nonequilibrium Green’s functions (NEGFs). The central quantity of this theory is the Coulomb self-energy matrix of the junction ∑(C). ∑(C) is evaluated exactly in the sequential-tunneling limit, and the correction due to finite lead-molecule tunneling is evaluated using a conserving approximation based on diagrammatic perturbation theory on the Keldysh contour. In this way, tunneling processes are included to infinite order, meaning that any approximation utilized is a truncation in the physical processes considered rather than in the order of those processes. Our theory reproduces the key features of both the Coulomb blockade and coherent transport regimes simultaneously in a single unified theory. Nonperturbative effects of intramolecular correlations are included, which are necessary to accurately describe the highest occupied molecular orbital (HOMO)-lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) gap, essential for a quantitative theory of transport. This work covers four major topics related to transport in single-molecule junctions. First, we use our many-body theory to calculate the nonlinear electrical response of the archetypal Au-1,4-benzenedithiol-Au junction and find irregularly shaped ‘molecular diamonds’ which have been experimentally observed in some larger molecules but which are inaccessible to existing theoretical approaches. Next, we extend our theory to include heat transport and develop an exact expression for the heat current in an interacting nanostructure. Using this result, we discover that quantum coherence can strongly enhance the thermoelectric response of a device, a result with a number of technological applications. We then develop the formalism to include multi-orbital lead-molecule contacts and multi-channel leads, both of which strongly affect the observable transport. Lastly, we include a dynamic screening correction to ∑(C) and investigate the optoelectric response of several molecular junctions.

We investigate properties of quantum mechanical systems in the light of quantum information theory. We put an emphasize on systems with infinite-dimensional Hilbert spaces, so-called continuous-variable systems'', which are needed to describe quantum optics beyond the single photon regime and other Bosonic quantum systems. We present methods to obtain a description of such systems from a series of measurements in an efficient manner and demonstrate the performance in realistic situations by means of numerical simulations. We consider both unconditional quantum state tomography, which is applicable to arbitrary systems, and tomography of matrix product states. The latter allows for the tomography of many-body systems because the necessary number of measurements scales merely polynomially with the particle number, compared to an exponential scaling in the generic case. We also present a method to realize such a tomography scheme for a system of ultra-cold atoms in optical lattices. Furthermore, we discuss in detail the possibilities and limitations of using continuous-variable systems for measurement-based quantum computing. We will see that the distinction between Gaussian and non-Gaussian quantum states and measurements plays an crucial role. We also provide an algorithm to solve the large and interesting class of naturally occurring Hamiltonians, namely frustration free ones, efficiently and use this insight to obtain a simple approximation method for slightly frustrated systems. To achieve this goals, we make use of, among various other techniques, the well developed theory of matrix product states, tensor networks, semi-definite programming, and matrix analysis. / Die stürmische Entwicklung der Quanteninformationstheorie in den letzten Jahren brachte einen neuen Blickwinkel auf quantenmechanische Probleme. Insbesondere die fundamentale Eigenschaft der Verschränkung von Quantenzuständen spielt hierbei eine Schlüsselrolle. Einstein, Podolsky und Rosen haben 1935 versucht die Unvollständigkeit der Quantenmechanik zu demonstrieren, indem sie zeigten, dass sie keine lokale, realistische Therie ist und der Ausgang einer Messung an einem Ort von Messungen abhängen kann, die an beliebig weit entfernten Orten gemacht wurden. John Bell stellte 1964 eine, später nach ihm benannte, Ungleichung auf, die eine Grenze an mögliche Korrelationen von Messergebnissen in lokalen, realistischen Theorien gibt. Die Vorhersagen der Quatenmechanik verletzen diese Ungleichung, eine Tatsache, die 1981 von Alain Aspect und anderen auch experimentell bestätigt wurde. Solche nicht-lokalen Quantenzustände werden verschränkt'' genannt. In neuerer Zeit wurde Verschränkung nicht mehr nur als mysteriöse Eigenschaft der Quantenmechanik sondern auch als Resource für Aufgaben der Informationsverarbeitung gesehen. Ein Computer, der sich diese Eigenschaften der Quantenmechanik zu nutze macht, ein sogenannter Quantencomputer, würde es erlauben gewisse Aufgaben schnell zu lösen für die normale'' Computer zu lange brauchen. Das wichtigste Beispiel hierfür ist die Zerlegung von großen Zahlen in ihre Primfaktoren, für die Shor 1993 einen Quantenalgorithmus präsentierte. In dieser Arbeit haben wir uns mit den Eigenschaften von Quantensystemen, die durch sogenannte kontinuierliche Variablen beschrieben werden, beschäftigt. Diese sind nicht nur theoretisch sonder auch experimentell von besonderem Interesse, da sie quantenoptische Systeme beschreiben, die sich verhältnismäßig leicht im Labor präparieren, manipulieren und messen lassen. Wenn man eine vollständige Beschreibung eines Quantenzustandes erhalten will, braucht man, auf Grund der Heisenberg'schen Unschärferelation, mehrere Kopien von ihm an denen man dann Messungen durchführt. Wir haben eine Methode, compressed-sensing genannt, eingeführt um die Anzahl der nötigen Messungen substantiell zu reduzieren. Wir haben die theoretische Effizienz dieser Methode bewiesen und durch numerische Simulationen auch ihre Praktikabilität demonstriert. Desweiteren haben wir beschrieben, wie man compressed-sensing für die schon erwähnten optischen Systemen sowie für ultrakalte Atome experimentell realisieren kann. Ein zweites Hauptthema dieser Arbeit war messbasiertes Quantenrechnen. Das Standardmodell des Quantenrechnens basiert auf sogenannten Gattern, die eine genaue Kontrolle der Wechselwirkung zwischen den Bestandteilen des Quantencomputers erfordern. Messbasiertes Quantenrechnen hingegen kommt mit der Präparation eines geeigneten Quantenzustands, Resource genannt, gefolgt von einfachen Messungen auf diesem Zustand aus. Wir haben gezeigt, dass Systeme mit kontinuierlichen Variablen eine vorteilhafte Realisierung eines Quantencomputers in diesem Paradigma erlauben, es jedoch auch wichtige Beschränkungen gibt, die kompliziertere Zustandspräparationen und Messungen nötig machen.

Although immensely popular with American boys upon his debut in 1938, Superman has gradually lost relevance with the postmodern generation. DC Comics has rewritten the character numerous times in an attempt to regain lost popularity, but the problem lies in an aspect of his character they refuse to alter – his invulnerability. Superman’s invulnerable body was engineered to quell the fears America harbored towards technological progress, but his impervious physique now renders him obsolete. Boys in postmodern America, under the influence of post-Enlightenment body values, now connect with vulnerable comic book heroes whose bodies more closely match their own. This paper examines the sociological reasons for the shift in Superman’s popularity by comparing the body values of 1938 with those of today, and concludes that while Superman might have succeeded as a modern hero, he fails as a postmodern one.

Thermoelektrika (TE) sind Materialien die Elektrizität aus Abwärme gewinnen können. Eine wichtige Kenngröße für die Effizienz, und damit die Anwendbarkeit, von TE ist ihre Gitterwärmeleitfähigkeit. In meiner Doktorarbeit habe ich die Invarianz dieser Größe im Kontext der Linear-Response Theorie (LR) bewiesen. Dies ermöglichte es, eine Korrektur der Boltzmann-Transport Gleichung (BTE) für die Gitterwärmeleitfähigkeit in kristallinen Materialien mittels LR herzuleiten. Diese Korrektur ist wichtig um zu beurteilen, wie genau die BTE die Wärmeleitfähigkeit eines Kristalls vorhersagen kann. Um die dafür notwendigen symbolischen Umformungen durchzuführen, habe ich ein Computer-Algebra System (CAS) entwickelt. Die Anzahl an Beiträgen zum finalen Resultat stellte sich als zu groß heraus um Grenzfälle zu analysieren oder prüfbare Approximationen herzuleiten. Aus diesem Grund habe ich alle Beiträge mit so wenigen Approximationen wie möglich ausgewertet. Dafür habe ich eine Software entwickelt, um diese Terme numerisch auszuwerten. Damit habe ich meine Korrektur für altbekannte wie auch vielversprechende TE ausgewertet, nämlich PbTe, Bi2Te3 , SnSe und B4 C. Zusätzlich habe ich MgO und KF untersucht. Das Resultat lässt sich wie folgt zusammenfassen: Die Korrektur zur BTE für die Gitterwärmeleitfähigkeit hat in keinem der untersuchten Materialien und bei keiner der simulierten Temperaturen einen nennenswerten Einfluss. Meine Untersuchung legt nahe, dass die BTE für eine große Bandbreite an Materialien sicher angewandt werden kann, auch besonders stark Anharmonische. Folglich ist diese Arbeit in Übereinstimmung mit der Literatur, dass die am stärksten anharmonischen Materialien genau die mit der niedrigsten Wärmeleitfähigkeit sind. Es scheint daher sinnvoll, dass sich zukünftige Forschung weniger auf die Herleitung solcher Korrekturen zur BTE als vielmehr auf die korrekte Berechnung des Phononpropagators in stark anharmonischen Materialien konzentrieren sollte. / Thermoelectrics (TE) are materials that can be used to generate electricity from waste heat. A key quantity to the efficiency, and therefore the applicability, of TE is the lattice thermal conductivity. In this work, I prove the invariance of the lattice thermal conductivity in the context of linear-response theory (LR). This invariance enables me to derive novel formulas for a correction to the widely used Boltzmann-transport equation (BTE) for lattice thermal transport in crystalline solids using LR. It turned out that these derivations cannot be performed by a human by hand, using the formalism I chose. To perform the necessary symbolic manipulations, I programmed a computer algebra system (CAS), that implements LR, starting from expectation values, over Feynman diagrams to mathematical formulas. The number of resulting terms turned out to be too large for an analysis of all limiting cases. Consequently, I aimed at evaluating all terms, with as few approximations as possible, to generate a simple, numerical result. To do so, I developed a software package to evaluate the formulas numerically without further approximation and applied it to long-serving as well as promising new TE, namely PbTe, Bi2 Te3 , SnSe, and B4C. Additionally I investigated MgO and KF. The result can be summed up as follows: The correction to the BTE for the lattice thermal conductivity has almost no influence in the investigated materials at any simulated temperature. My investigation suggests that the BTE can be used for a wide range of materials, including the most anharmonic ones. Consequently, this work is in agreement with the literature, that the most anharmonic materials are exactly those with the lowest lattice thermal conductivity. It suggests that future theoretic work on lattice thermal conductivity should focus to find the correct phonon-propagator of strongly anharmonic systems.

Three different models, relating to the study of microswimmers immersed in a low Reynolds number fluid, are presented. The underlying, mathematical concepts employed in each are developed using singularity methods of Stokes flow. The first topic concerns the motility of an artificial, three-sphere microswimmer with prescribed, non-reciprocal, internal forces. The swimmer progresses through a low Reynolds number, nonlinear, viscoelastic medium. The model developed illustrates that the presence of the viscoelastic rheology, when compared to a Newtonian environment, increases both the net displacement and swimming efficiency of the microswimmer. The second area concerns biological microswimming, modelling a sperm cell with a hyperactive waveform (vigorous, asymmetric beating), bound to the epithelial walls of the female, reproductive tract. Using resistive-force theory, the model concludes that, for certain regions in parameter space, hyperactivated sperm cells can induce mechanical forces that pull the cell away from the wall binding. This appears to occur via the regulation of the beat amplitude, wavenumber and beat asymmetry. The next topic presents a novel generalisation of slender-body theory that is capable of calculating the approximate flow field around a long, thin, slender body with circular cross sections that vary arbitrarily in radius along a curvilinear centre-line. New, permissible, slender-body shapes include a tapered flagellum and those with ribbed, wave-like structures. Finally, the detailed analytics of the generalised, slender-body theory are exploited to develop a numerical implementation capable of simulating a wider range of slender-body geometries compared to previous studies in the field.

Diese Dissertation beschäftigt sich mit theoretischen Untersuchung der elektronischen und magnetischen Eigenschaften von 4f-Systemen mit Filmgeometrie. Die vorgestellte Theorie basiert auf dem s-f-Modell, welches durch einen intra-atomaren Austausch zwischen einem System lokaler magnetischer Momente und den Leitungselektronen charakterisiert ist. Das Modell wird für den Fall des leeren Leitungsbandes untersucht. Der untersuchte Spezialfall ist anwendbar auf die Klasse der ferromagnetischen Halbleiter mit den Europiumchalkogeniden EuO und EuS als Prototypen solcher Substanzen. Für den Grenzfall ferromagnetischer Sättigung des Systems lokaler magnetischer Momente existiert eine exakte Lösung für das Problem. Für endliche Temperaturen wird eine Methode vorgestellt, die auf einer momentenerhaltenden Entkopplungsprozedur für passend definierte Green-Funktionen basiert. Die Theorie für endliche Temperaturen leitet sich dabei übergangslos aus dem exakt lösbaren Grenzfall ab. Mit Hilfe der vorgestellten Theorie wird das temperaturabhängige Quasiteilchenspektrum eines ferromagnetischen Modellfilmes berechnet. Die Rechnungen zeigen ein deutliches korrelationsinduziertes Aufspalten der Spektren, das in der Existenz eines neuen Quasiteilchens, des magnetischen Polarons, resultiert. Der zweite Teil der Dissertation beschäftigt sich mit der Berechnung der elektronischen und magnetischen Eigenschaften eines realen ferromagnetischen Halbleiterfilms. Um den vielfachen Leitungsbändern eines realen Systems Rechnung tragen zu können, wird das ursprüngliche s-f-Modell zu einem Mehrbandmodell erweitert. Das so erweiterte s-f-Modell wird dazu benutzt, die temperaturabhängige Bandstruktur von Volumen-EuO und von EuO(100)-Filmen zu berechnen. Die T=0-Bandstrukturen, die als Input für die Modellrechnungen dienen, werden hierbei mittels einer TB-LMTO-ASA-Bandstrukturrechnung berechnet. Die spezielle Struktur der Lösung des s-f-Modells für den exakt lösbaren Grenzfall von T=0 verhindert dabei das Auftreten von Doppelzählungen relevanter Wechselwirkungen bei der Kombination von ab-initio-Rechnungen und s-f-Modellrechnungen. Die erhaltenen temperaturabhängigen Bandstrukturen geben wertvolle Einblicke in das Wechselspiel zwischen elektronischen und magnetischen Eigenschaften in EuO-Systemen und gestatten es, verifizierbare Vorhersagen für künftige Experimente zu machen. Insbesondere wird die Existenz eines EuO(100)-Oberflächenzustandes vorhergesagt, der das Auftreten eines Oberflächen-Metall-Isolator-Übergangs induzieren kann. / This dissertation is concerned with the theoretical investigation of the electronic and magnetic properties of 4f systems with film geometry. The presented theory is based on the s-f model which features an intra-atomic exchange between a system of localized magnetic moments and the conduction electrons. The model is investigated for the special case of zero band occupation of the conduction bands which is applicable to the situation in ferromagnetic semiconductors such as the europium chalcogenides EuO and EuS. For the special case of ferromagnetic saturation of the local-moment system the problem is exactly solvable. For finite temperatures, the presented approach is based on a moment-conserving decoupling approximation for suitably defined Green functions and evolves continuously from the exact limiting case. The theory is used to calculate the temperature-dependent quasiparticle spectrum of a ferromagnetic model film. Within these calculations, one finds a marked correlation-induced splitting of the spectra resulting in the existence of a new quasiparticle, the magnetic polaron. The second part of the thesis is devoted to the calculation of the electronic and magnetic properties of a real ferromagnetic semiconductor film. The original s-f model is extended to a multi-band s-f model to account for the multiple conduction bands in a real system. Based on the resulting model, the temperature-dependent band structures of bulk EuO and EuO(100) films are calculated. Here, the T=0 band structures of the systems, which have to be taken as input for the model calculations, are calculated using the TB-LMTO-ASA band-structure technique. Due to the special form of the solution of the s-f model for the exactly solvable limiting case of T=0 the employed approach for combining the first-principles calculations with the model calculations prevents the problem of double counting of relevant interactions. The calculated temperature-dependent band structures yield a valuable insight into the temperature-dependent interplay between the magnetic and electronic properties in the EuO systems and allow to make verifiable predictions for future experiments. In particular, the existence of a EuO(100) surface state has been predicted and been shown to possibly induce a surface insulator-metal transition.

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Uma técnica de projeção é usada para tratar o problema de condição inicial na teoria quântica de campos. Neste formalismo, equações de movimento do tipo cinético são deduzidas para o conjunto de variáveis dinâmicas de um corpo. Estas equações são submetidas a uma expansão não perturbativa. Tratamos esta expansão em ordem mais baixa, correspondente a aproximacão de campo médio, para um sistema uniforme de muitos fermions fora do equilíbrio descrito pelo modelo fermiônico quiral de gross-neveu. Nesta aproximação recuperamos os resultados existentes na literatura, tais como, geração dinâmica de massa, liberdade assintótica e o fenômeno de transmutação dimensional. Estudando ainda nesta aproximção o regime de pequenas oscilações em torno do equilíbrio, obtemos soluções analíticas para a evolução dinâmica de nossas variáveis. Verificamos também as condições para existencias de estados ligados neste regime. / A time-dependent projection technique is used to treat the initial value problem in Quantum Field Theory. On the basis of the general dynamics of the fields, we derive equations of kinetic type for the set of one-body dynamics variables. A non-perturbative expansion can be written for these equations. We treat this expansion in lowest order, which corresponds to the Mean-Field Approximation, for a non-equilibrium uniform many-fermions system described by Chiral Gross-Neveu Model. Several literature results are obtained such as dynamical mass generation, dimensional transmutation and asymptotic freedom. In this approximation we study the small oscillations regime obtaining analytical solution for one-body dynamical variables. We have also examined the condition for the existence of bound-state in this case.

Die vorliegende Magisterarbeit geht von der Kernthese aus, dass ein zweckgebundenes Charakteristikum von Casuallyrik in der Frühen Neuzeit darin besteht, „dass Körperbilder als theoretisch-modellhafte Entitäten, als Katalysatoren und Gegenstand eines Repräsentations-diskurses“ in den Texten identifiziert werden können. Die Analyse geht von der „Frage nach der Funktionsweise und den rhetorisch geschaffenen imaginären Vorstellungen von Körper“ aus und nimmt dabei auch die Zweckgebundenheit dieser literarischen Textsorte, den rhetorischen ‚Bauplan’ und die sozialgeschichtlich-anthropologischen Konzepte ‚Repräsentation’ und ‚Körper’ in den Blick. Da ein literaturwissenschaftlich nutzbares Repräsentationskonzept bisher nicht eingeführt ist, geht es nicht zuletzt um die methodisch angemessene Installierung dieses Ansatzes für die literaturwissenschaftliche Arbeit durch eine interdisziplinäre Verknüpfung der Textwissenschaften mit Aspekten der Kunstgeschichte, der Ästhetik, der allgemeinen und Landesgeschichte sowie der Staatstheorie, Philosophie und Theologie. Vier Epicedien (Trauer-, Grab- und Trostgedicht) aus dem hinterlassenen Werk von Johann von Besser bilden die Basis für dieses Vorgehen. Vor dem Hintergrund der Ideengeschichte (M. Foucault), der Zeichentheorie, der Sozialgeschichte, der Historischen Anthropologie, der Körpertheorie und anderen methodischen Ansätzen werden sowohl Repräsentation und Körper als auch Körper und literarischer (nach rhetorischem Bauplan ‚produzierter’) Text zueinander geordnet. Auf dieser Grundlage werden andere Bereiche des Diskurses angewählt, etwa die Relation zwischen Repräsentation und Zeremoniell, die latente ‚Entkörperlichung’ als prozessuales Resultat der gesellschaftlich-restriktiven Kommunikation (Affektdebatte) oder die Bedeutung des wahrnehmenden Blicks und des bewussten Sehens im Sinne einer Spiegelung des Wahrgenommenen und einer im Ergebnis gedoppelten Repräsentation. Das Ziel der Arbeit erreicht die Bereitstellung von aus der Analyse extrahierten Inhalten des körperlichen Repräsentationsdiskurses. Diese Inhalte stellen sich als problematisierbare Bestandteilsgruppen des Foucault’schen innersten Gesetzes repräsentationsdiskursiver Ordnungen dar und bilden in sich abgrenzbare Analyseeinheiten im Sinne von Desiderata weiterer Arbeiten auf diesem Gebiet. / The following MA thesis insists on the point that an indespensable characteristic feature of casual poems consists in the fact that body in early modern literature can be identified as theoretical-model entities, as catalysts and the object of a repre- sentation discourse. The question of the functional way and the rhetorically created images of body constitutes the centre of attention. That means, the form of calculation of this literary text kind, the rhetorical ,plan ' and the social-historical und anthropological draughts ,representation' and ,body ' are keywords for the inter- pretation. Because a usable representation-concept for these interpretations of early modern literature is not introduced up to now, it is not least about the methodically adequate installation of this approach for the scientific work in history of literature by an interdisciplinary linking of this research with aspects of art history, aesthetics, general history as well as politics, philosophy and theology. Four funeral-, grave- and consolation-poems of Johann von Besser constitute the textbase for this survey. Idea history (M.Foucault), semiotics, social history, historical anthropology, body-theory and other methodical concepts are the theoratical background for the analysis and associates ‘representation’ and ‘body’ as well as body and literary text. On this base other areas of the discourse are selected, the relation between representation and ceremonial for example or the ‚liberation from bodies' as a result of the social-restrictive communication (affect debate) or the meaning; better to say the impor- tance of the perceiving look and the concious glance in the sense of a reflection of the perceived things and a double representation in the result. The aim of this thesis manages the supply of contents extracted from the analysis of the representation discourse of human bodies. These contents present themselves as unities in terms of the most internal law of representation-discursive orders (Foucault) and form separable subjects for further research.