@phdthesis{Kopf2008,
  author    = {Kopf, Markus},
  title     = {Zeeman-Doppler Imaging of active late-type stars},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-37387},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2008},
  abstract  = {Stellare Magnetfelder spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Entwicklung von Sternen. Leider entziehen sie sich aber, aufgrund ihrer großen Entfernung zur Erde, einer direkten Beobachtung. Dies gilt zumindest f{\"u}r derzeitige und in naher Zukunft zur Verf{\"u}gung stehende Instrumente. Um aber beispielsweise zu verstehen, ob Magnetfelder durch einen Dynamoprozess generiert werden oder {\"U}berbleibsel der Sternentstehung sind, ist es zwingend erforderlich, die Oberfl{\"a}chenstruktur und die zeitliche Entwicklung von stellaren Feldern zu untersuchen. Gl{\"u}cklicherweise haben wir mit der Dopplerverschiebung sowie der Polarisation von Licht Mittel zur Verf{\"u}gung, um indirekt die Magnetfeldtopologie entfernter Sternen zu rekonstruieren, wenn auch nur die schnell rotierender. Die auf den beiden genannten Effekten basierende Rekonstruktionsmethode ist unter dem Namen Zeeman-Doppler Imaging (ZDI) bekannt. Sie stellt eine leistungsf{\"a}hige Methode dar, um aus rotationsverbreiterten Stokes Profilen schnell rotierender Sterne Oberfl{\"a}chenkartierungen der Temperatur und Magnetfeldverteilung zu erstellen. Durch das ZDI konnten in den vergangenen Jahren die Magnetfeldverteilungen zahlreicher Sterne rekonstruiert werden. Diese Methode stellt allerdings sehr hohe Anforderungen sowohl an die Instrumentierung als auch an die Rechenleistung und ist deshalb h{\"a}ufig mit zahlreichen Annahmen und N{\"a}herungen verbunden. Ziel dieser Arbeit war es, Methoden f{\"u}r ein ZDI zu entwickeln, das darauf ausgelegt ist, zeitaufgel{\"o}ste spektropolarimetrische Daten von aktiven sp{\"a}ten Sternen zu invertieren. Es sollte also insbesondere den komplexen und lokalen Magnetfeldstrukturen dieser Sterne Rechnung getragen werden. Um die Orientierung und St{\"a}rke solcher Felder zuverl{\"a}ssig rekonstruieren zu k{\"o}nnen, sollte die Inversion im Stande sein, alle vier Stokes-Komponenten einzubeziehen. Ferner war vorgesehen auf vollst{\"a}ndigen polarisierten Strahlungstransportmodellierungen aufzubauen. Dies erm{\"o}glicht eine simultane und selbstkonsistente Temperatur- und Magnetfeld-Inversion, die damit dem komplexen Zusammenspiel zwischen Temperatur und Magnetfeld gerecht wird. Schließlich sollte die Anwendung eines neu zu entwickelnden ZDI Programms auf Stokes I und V Beobachtungen von II Pegasi (kurz: II Peg) erste Magnefeldkarten dieses sehr aktiven Sterns liefern. Um den hohen Rechenaufwand, der mit der Inversionsmethode einhergeht, besser bew{\"a}ltigen zu k{\"o}nnen, wurde zun{\"a}chst eine schnelle Approximationsmethode f{\"u}r den polarisierten Strahlungstransport entwickelt. Sie basiert auf einer Hauptkomponentenanalyse (PCA) sowie auf k{\"u}nstlichen Neuronalen Netzen. Letztere approximieren den funktionalen Zusammenhang zwischen atmosph{\"a}rischen Parametern und den zugeh{\"o}rigen lokalen Stokes Profilen. Inverse Probleme sind potentiell schlecht gestellt und erfordern in der Regel eine Regularisierung. Der entwickelte Ansatz verwendet eine lokale Entropie, die auf die Besonderheiten bei der Rekonstruktion lokalisierter Magnetfeder eingeht. Ein weiterer neuartiger Ansatz befasst sich mit der Rauschreduktion polarimetrischer Beobachtungsdaten. Er macht sich die Hauptkomponentenanalyse zu Nutze, um mit Hilfe einer Vielzahl beobachteter Spektrallinien, einzelne Linien mit drastisch vergr{\"o}ßertem Signal-zu-Rausch-Verh{\"a}ltnis wieder zu geben. Diese Methode hat gegen{\"u}ber anderen Multi-Spektrallinien-Verfahren den Vorteil, nach wie vor eine Inversion auf der Basis einzelner Spektrallinien durchf{\"u}hren zu k{\"o}nnen. Schließlich wurde das Inversionsprogramm iMap entwickelt, das die zuvor genannten Methoden implementiert. Detaillierte Testrechnungen demonstrieren die Funktionsf{\"a}higkeit und Genauigkeit der schnellen Synthese-Methode und weisen einen Zeitgewinn von nahezu drei Gr{\"o}ßenordnungen gegen{\"u}ber der konventionellen Strahlungstransportberechnung auf. Desweiteren untersuchen wir den Einfluss der verschiedenen Stokes Komponenten (IV bzw. IVQU) auf die Zuverl{\"a}ssigkeit, ein bekanntes Magnetfeld zu rekonstruieren. Damit belegen wir die Zuverl{\"a}ssigkeit unseres Inversionsprogrammes und zeigen dar{\"u}ber hinaus auch Einschr{\"a}nkungen von Magnetfeldinversionen im allgemeinen auf. Eine erste Inversion von Stokes I und V Profilen von II Peg liefert zum ersten Mal f{\"u}r diesen Stern simultan Temperatur- und Magnetfeldverteilungen.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Gressel2008,
  author    = {Gressel, Oliver},
  title     = {Supernova-driven turbulence and magnetic field amplification in disk galaxies},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-29094},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2008},
  abstract  = {Supernovae are known to be the dominant energy source for driving turbulence in the interstellar medium. Yet, their effect on magnetic field amplification in spiral galaxies is still poorly understood. Analytical models based on the uncorrelated-ensemble approach predicted that any created field will be expelled from the disk before a significant amplification can occur. By means of direct simulations of supernova-driven turbulence, we demonstrate that this is not the case. Accounting for vertical stratification and galactic differential rotation, we find an exponential amplification of the mean field on timescales of 100Myr. The self-consistent numerical verification of such a "fast dynamo" is highly beneficial in explaining the observed strong magnetic fields in young galaxies. We, furthermore, highlight the importance of rotation in the generation of helicity by showing that a similar mechanism based on Cartesian shear does not lead to a sustained amplification of the mean magnetic field. This finding impressively confirms the classical picture of a dynamo based on cyclonic turbulence.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Zhang2008,
  author    = {Zhang, Bo},
  title     = {Magnetic fields near microstructured surfaces : application to atom chips},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-28984},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2008},
  abstract  = {Microfabricated solid-state surfaces, also called atom chip', have become a well-established technique to trap and manipulate atoms. This has simplified applications in atom interferometry, quantum information processing, and studies of many-body systems. Magnetic trapping potentials with arbitrary geommetries are generated with atom chip by miniaturized current-carrying conductors integrated on a solid substrate. Atoms can be trapped and cooled to microKelvin and even nanoKelvin temperatures in such microchip trap. However, cold atoms can be significantly perturbed by the chip surface, typically held at room temperature. The magnetic field fluctuations generated by thermal currents in the chip elements may induce spin flips of atoms and result in loss, heating and decoherence. In this thesis, we extend previous work on spin flip rates induced by magnetic noise and consider the more complex geometries that are typically encountered in atom chips: layered structures and metallic wires of finite cross-section. We also discuss a few aspects of atom chips traps built with superconducting structures that have been suggested as a means to suppress magnetic field fluctuations. The thesis describes calculations of spin flip rates based on magnetic Green functions that are computed analytically and numerically. For a chip with a top metallic layer, the magnetic noise depends essentially on the thickness of that layer, as long as the layers below have a much smaller conductivity. Based on this result, scaling laws for loss rates above a thin metallic layer are derived. A good agreement with experiments is obtained in the regime where the atom-surface distance is comparable to the skin depth of metal. Since in the experiments, metallic layers are always etched to separate wires carrying different currents, the impact of the finite lateral wire size on the magnetic noise has been taken into account. The local spectrum of the magnetic field near a metallic microstructure has been investigated numerically with the help of boundary integral equations. The magnetic noise significantly depends on polarizations above flat wires with finite lateral width, in stark contrast to an infinitely wide wire. Correlations between multiple wires are also taken into account. In the last part, superconducting atom chips are considered. Magnetic traps generated by superconducting wires in the Meissner state and the mixed state are studied analytically by a conformal mapping method and also numerically. The properties of the traps created by superconducting wires are investigated and compared to normal conducting wires: they behave qualitatively quite similar and open a route to further trap miniaturization, due to the advantage of low magnetic noise. We discuss critical currents and fields for several geometries.},
  language  = {en}
}