Graphene-based nanostructures: Plasmonics in the THz range

The properties of surface plasmon-polaritons (SPPs) in graphene are discussed and several possible ways of coupling electromagnetic radiation in the terahertz (THz) spectral range to this type of surface waves are described: (i) the attenuated total reflection (ATR) method employing a prism, (ii) graphene-based gratings or graphene monolayers with modulated conductivity, (iii) a metal stripe on top of the graphene layer, and (iv) a nanoparticle located above it. Potentially interesting for applications SPP effects, such as switching, modulation and polarization of THz radiation, as well as its enhanced absorption in graphene, are considered. The discussion also concerns the impact of the nonlinear properties of graphene, such as optical bistability.

Nonlinear behavior of gelatin networks reveals a hierarchical structure

We investigate the strain hardening behavior of various gelatin networks-namely physical gelatin gel, chemically cross-linked gelatin gel, and a hybrid gel made of a combination of the former two-under large shear deformations using the pre-stress, strain ramp, and large amplitude oscillations shear protocols. Further, the internal structures of physical gelatin gels and chemically cross-linked gelatin gels were characterized by small angle neutron scattering (SANS) to enable their internal structures to be correlated with their nonlinear rheology. The Kratky plots of SANS data demonstrate the presence of small cross-linked aggregates within the chemically cross-linked network whereas, in the physical gelatin gels, a relatively homogeneous structure is observed. Through model fitting to the scattering data, we were able to obtain structural parameters, such as the correlation length (ξ), the cross-sectional polymer chain radius (Rc) and the fractal dimension (df) of the gel networks. The fractal dimension df obtained from the SANS data of the physical and chemically cross-linked gels is 1.31 and 1.53, respectively. These values are in excellent agreement with the ones obtained from a generalized nonlinear elastic theory that has been used to fit the stress-strain curves. The chemical cross-linking that generates coils and aggregates hinders the free stretching of the triple helix bundles in the physical gels.

Desarrollo de Algoritmos Numéricos para el Estudio de la Propagación no Lineal de Ondas en Aplicaciones Aeroespaciales y Astrofísicas. Develop to Numerical Algorithms to Study non-Linear Waves Propagation in Aerospace and Astrophysics Applications.

En este proyecto se desarrollarán algoritmos numéricos para sistemas no lineales hiperbólicos-parabólicos de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales. Dichos sistemas tienen aplicación en propagación de ondas en ámbitos aeroespaciales y astrofísicos.Objetivos generales: 1)Desarrollo y mejora de algoritmos numéricos con la finalidad de incrementar la calidad en la simulación de propagación e interacción de ondas gasdinámicas y magnetogasdinámicas no lineales. 2)Desarrollo de códigos computacionales con la finalidad de simular flujos gasdinámicos de elevada entalpía incluyendo cambios químicos, efectos dispersivos y difusivos.3)Desarrollo de códigos computacionales con la finalidad de simular flujos magnetogasdinámicos ideales y reales.4)Aplicación de los nuevos algoritmos y códigos computacionales a la solución del flujo aerotermodinámico alrededor de cuerpos que ingresan en la atmósfera terrestre. 5)Aplicación de los nuevos algoritmos y códigos computacionales a la simulación del comportamiento dinámico no lineal de arcos magnéticos en la corona solar. 6)Desarrollo de nuevos modelos para describir el comportamiento no lineal de arcos magnéticos en la corona solar.Este proyecto presenta como objetivo principal la introducción de mejoras en algoritmos numéricos para simular la propagación e interacción de ondas no lineales en dos medios gaseosos: aquellos que no poseen carga eléctrica libre (flujos gasdinámicos) y aquellos que tienen carga eléctrica libre (flujos magnetogasdinámicos). Al mismo tiempo se desarrollarán códigos computacionales que implementen las mejoras de las técnicas numéricas.Los algoritmos numéricos se aplicarán con la finalidad de incrementar el conocimiento en tópicos de interés en la ingeniería aeroespacial como es el cálculo del flujo de calor y fuerzas aerotermodinámicas que soportan objetos que ingresan a la atmósfera terrestre y en temas de astrofísica como la propagación e interacción de ondas, tanto para la transferencia de energía como para la generación de inestabilidades en arcos magnéticos de la corona solar. Estos dos temas poseen en común las técnicas y algoritmos numéricos con los que serán tratados. Las ecuaciones gasdinámicas y magnetogasdinámicas ideales conforman sistemas hiperbólicos de ecuaciones diferenciales y pueden ser solucionados utilizando "Riemann solvers" junto con el método de volúmenes finitos (Toro 1999; Udrea 1999; LeVeque 1992 y 2005). La inclusión de efectos difusivos genera que los sistemas de ecuaciones resulten hiperbólicos-parabólicos. La contribución parabólica puede ser considerada como términos fuentes y tratada adicionalmente tanto en forma explícita como implícita (Udrea 1999; LeVeque 2005).Para analizar el flujo alrededor de cuerpos que ingresan en la atmósfera se utilizarán las ecuaciones de Navier-Stokes químicamente activas, mientras la temperatura no supere los 6000K. Para mayores temperaturas es necesario considerar efectos de ionización (Anderson, 1989). Tanto los efectos difusivos como los cambios químicos serán considerados como términos fuentes en las ecuaciones de Euler. Para tratar la propagación de ondas, transferencia de energía e inestabilidades en arcos magnéticos de la corona solar se utilizarán las ecuaciones de la magnetogasdinámica ideal y real. En este caso será también conveniente implementar términos fuente para el tratamiento de fenómenos de transporte como el flujo de calor y el de radiación. Los códigos utilizarán la técnica de volúmenes finitos, junto con esquemas "Total Variation Disminishing - TVD" sobre mallas estructuradas y no estructuradas.

Numerical simulations of Lamb waves in plates using a semi-analytical finite element method

Magdeburg, Univ., Fak. für Maschinenbau, Diss., 2011

Nonlinear analysis and control of PEM fuel cells

Magdeburg, Univ., Fak. für Elektrotechnik und Informationstechnik, Diss., 2010

Approximations of the Fisher information for the construction of efficient experimental designs in nonlinear mixed effects models

Magdeburg, Univ., Fak. für Mathematik, Diss., 2012

equivalence of almost bent and almost perfect nonlinear functions and their generalizations

Vectorial Boolean function, almost bent, almost perfect nonlinear, affine equivalence, CCZ-equivalence

Instability of excitation waves induced by electrical fields

Pyrogallol, uncatalyzed bromate oscillator, electric field, pulse wave, Belousov-Zhabotinsky reaction, reversal

Sparse nonlinear discriminants

Kernel-Functions, Machine Learning, Least Squares, Speech Recognition, Classification, Regression

Dynamics of three-dimensional excitation waves

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2008

Analysis of the potential of nonlinear solvent gradients in preparative chromatography

Magdeburg, Univ., Fak. für Verfahrens- und Systemtechnik, Diss., 2010

Development of methodology for treating pressure waves from explosions accounting for modeling and data uncertainties

Magdeburg, Univ., Fak. für Verfahrens- und Systemtechnik, Diss., 2012

Nonlinear frequency response analysis for the diagnosis of polymer electrolyte membrane fuel cells

Magdeburg, Univ., Fak. für Verfahrens- und Systemtechnik, Diss., 2012

Nonlinear dynamics of Poly(hydroxyalkanoate) production in Ralstonia eutropha and Rhodospirillum rubrum

Magdeburg, Univ., Fak. für Elektrotechnik und Informationstechnik, Diss., 2015

Semidiscretization and long-time asymptotics of nonlinear diffusion equations

We review several results concerning the long time asymptotics of nonlinear diffusion models based on entropy and mass transport methods. Semidiscretization of these nonlinear diffusion models are proposed and their numerical properties analysed. We demonstrate the long time asymptotic results by numerical simulation and we discuss several open problems based on these numerical results. We show that for general nonlinear diffusion equations the long-time asymptotics can be characterized in terms of fixed points of certain maps which are contractions for the euclidean Wasserstein distance. In fact, we propose a new scaling for which we can prove that this family of fixed points converges to the Barenblatt solution for perturbations of homogeneous nonlinearities for values close to zero.