Quanteneffekte gespeicherter Ionen

Die Arbeit behandelt Quanteneffekte gespeicherter Ionen. Dabei werden zum einen Effekte behandelt, die aus der Wechselwirkung zwischen Ion und Lichtfeld enstehen, zum anderen aber auch Effekte, welche der Wechselwirkung mehererer Ionen enspringen. Bei den Effekten einzelner Ionen wird die Modifikation der Lamb-Shift unter modifizierten Randbedingungen untersucht, wobei eine theoretische Erweiterung zu den bisherigen Ansätzen gefunden wurde. Der Übergang zwischen Coherent-Population-Trapping und Autler-Townes- Splitting wird ebenso betrachtet, wobei eine scharfe mathematische zwischen den jeweiligen Regimes ermittelt werden konnte. Im weiteren Verlauf der Arbeit, werden Wechselwirkung zwischen 2 gespeicherten Ionen betrachtet. Es konnte gezeigt werden, dass zum Nachweis der Dipol-Dipol-Wechselwirkung die individuelles Detektion der Quantensprünge der einzelnen Ionen erforderlich ist. Jede andere Form der Detektion ist wegen des Quanten-Zeno-Effekts dafür nicht geeignet. Es konnten aber auch Quanteninterferenzen zwischen 2 nichtwechselwirkenden Ionen nachgewiesen werden, welche auf der Verschränkung der Ionen durch ein Messereignis beruhen. Diese manifestieren sich in den Photonenkorrelationsfunktionen des von den Ionen emittierten Lichts. Diese Betrachtungen werden auch auf Ionenketten äquidistanter Ionen ausgedehnt

Polarisationsgradientenkühlen eines langsamen Atomstrahls

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Mehrkernige Komplexverbindungen mit sequentiellen und konzertierten Schalteffekten

In dieser Arbeit wird das Verhalten magnetisch schaltbarer mehrkerniger Metall-Komplexe theoretisch erforscht. Es wird gezeigt, unter welchen Bedingungen die Komplexe einen Spin Crossover zeigen. Dieser kann durch Mössbauer-Messungen und durch Berechnungen mit geeigneten Hybrid-Funktionalen und sehr großen All-Elektronen-Basis-Sätzen charakterisiert werden. Der Spin Crossover entspricht einem magnetischen Schaltvorgang. Die in dieser Arbeit untersuchten Komplexe sind durch Temperaturerhöhung sequentiell schaltbar. Diese Komplexe liegen bei tiefen Temperaturen (20 K) im Low Spin-Zustand (LS) vor. Beim Erwärmen von 20 K auf 300 K gehen alle Spin Crossover-Zentren nacheinander vom LS-Zustand in den High Spin-Zustand (HS) über. Die in dieser Arbeit untersuchten Komplexe können bei tiefen Temperaturen durch Bestrahlung mit Laser-Licht (25 mW/cm2 514.5 nm, grün, Argon-Ionen-Laser) auch konzertierte Spin Crossover-Prozesse (SCO) durchführen. In diesem Prozess gehen alle Spin Crossover-Zentren gleichzeitig vom LS-Zustand in den HS-Zustand über. Durch theoretische Berechnungen mit den Hybrid-Funktionalen B3LYP und OPBE wird demonstriert, wie der HS-Zustand eines SCO-Zentrums relativ zum LS-Zustand stabilisiert, wenn das Fe(II) im Stark-Feld zu ein Fe(III) oxidiert wird. Außerdem wird beobachtet, dass für Komplexe mit starren Liganden, in denen die Spin-Dichte in allen drei Spin-Zuständen Low Spin (LS), High Spin (HS) und intermediate Spin (ES) am Metallatom lokalisiert bleibt, OPBE die besseren Resultate ergibt als B3LYP. Im Gegensatz dazu liefert B3LYP bei Komplexen bei Komplexen mit nichtstarren, unter Spannung stehenden und deformierbaren Liganden, in denen die Spin-Dichte in der Reihenfolge LS < ES << HS zunehmend auf die Donor-Atome des Liganden übertragen wird, B3YLP die besseren Resultate

Hartree-Fock-Roothaan-Rechnungen für Vielelektronen-Atome in Neutronenstern-Magnetfeldern

The interpretation of thermal neutron star spectra requires extensive data sets of atomic dipole transitions in intensive magnetic fields. For this purpose, the new HFFER method for the fast computation of wave functions, energies, and oscillator strengths of medium-Z atoms and ions at neutron star magnetic field strengths B>10^7 T is developed in this thesis. The coupled system of Hartree-Fock equations is solved self-consistently with longitudinal wave functions and transversal amplitudes of Landau states up to n=7. In the presented ab-initio procedure the transversal Landau amplitudes are computed by solving the Hartree-Fock-Roothaan equations for each electron. The longitudinal wave functions result from the system of one-dimensional Hartree-Fock equations, which are solved by the finite element method in an apropriate B-spline basis. All algorithms can be implemented in an highly efficient parallel way on a computer cluster. Typically an iron ground state with N=26 electrons is computed on p=N=26 cluster processors using less than 500 seconds of run-time. Numerical calculations are presented for ground states, and different excited states of atoms and ions for nuclear charges Z=2,...,26 and N=2,...,26 electrons. If possible, the new results are compared with previous adiabatic calculations on the one hand, and recent quantum Monte Carlo simulations on the other.thesi

Single hole dynamics in the t-J model

In dieser Arbeit werden Ergebnisse für die Ein-Loch-Dynamik im t-J Modell vorgestellt. Diese Resultate konnten durch einen neuen Quanten Monte Carlo Algorithmus erzielt werden, der die Einteilchen-Greensfunktion in imaginärer Zeit bei halber Füllung berechnet. Die Greensfunktion wird benutzt um einerseits Quasiteilchendispersion und -gewicht direkt zu berechnen, andererseits kann mit Hilfe der Maximum Entropy-Methode die komplette Spektralfunktion berechnet werden. Es wurden Simulationen für das t-J Modell in einer und zwei Dimensionen, sowie in Doppel- und Dreifachleitern durchgeführt. In einer Dimension zeigt sich, dass die Ergebnisse mit einem einfachen Spin-Ladungstrennungs-Ansatz übereinstimmen, wobei das Minimum der Dispersion bei k=pi/2 liegt. Am supersymmetrischen Punkt J/t=2 beobachtet man ein verschwindendes Quasiteilchengewicht, was mit analytischen Rechnungen übereinstimmt. Die in zwei Dimensionen gefundene Dispersion stimmt mit Vorhersagen aus selbstkonsistenter Born-Näherung und Reihenentwicklung überein. Man beobachtet flache Bänder bei k=(pi,0) und ein Minimum bei k=(pi/2,pi/2). Das Quasiteilchengewicht im thermodynamischen Limes ist endlich. Die beiden Leitersysteme zeigen ein deutlich anderes Verhalten. Es ist bekannt, dass die Doppelleiter einen Spingap hat, während die Dreifachleiter gaplosee Spinanregungen besitzt. Die Dispersion der Doppelleiter bis hin zum isotropen Fall lässt sich analytisch gut verstehen, wenn man vom Limes starker Kopplung entlang der Sprossen ausgeht. Weiter beobachtet man ein großes Quasiteilchengewicht. Der Limes starker Kopplung in der Dreifachleiter führt zu einem effektiven Modell, das zur eindimensionalen t-J-Kette äquivalent ist. Falls die Kopplung zwischen den Ketten weit stärker als entlang der Leiter ist, so sind unsere Ergebnisse mit diesem effektiven Modell konsistent. Bei J/t=2 zeigen unsere Daten ein Verschwinden des Quasiteilchengewichts im thermodynamischen Limes.We present results for the dynamics of a single hole in the t-J model. Those results stem from a new quantum Monte Carlo algorithm, which is capable to evaluate the single particle Green function in imaginary time for one hole in the t-J model. The Green function can then be used to evaluate the lower edge of the spectrum and the quasiparticle weight directly. One can further calculate the complete spectral function using the Maximum Entropy method. We have performed simulations for the t-J model in one and two dimensions, as well as for two- and three-leg ladders. In one dimension we find, that the results are consistent with a simple charge-spin separation Ansatz with a minimum of the dispersion at k=pi/2. At the supersymmetric point J/t=2 we observe a vanishing quasiparticle weight, consistent with analytical calculations. In two dimensions we observe a dispersion as predicted by self consistent Born approximation and series expansion. We observe flat bands around k=(pi,0) and a minimum at k=(pi/2,pi/2). The quasiparticle weight is finite in the thermodynamic limit for the considered values of J/t. The two ladder systems show a substantially different behavior. It is well known, that the two-leg ladder has a spin gap, whereas the three-leg ladder has gapless spin excitations. The dispersion of the two-leg ladder up to the isotropic case can be well described starting from the limit of strong coupling along the rungs. We further observe a finite and large quasiparticle weight. The strong coupling limit of the three-leg ladder leads to an effective low-energy model, that is equivalent to the one-dimensional t-J model. This effective model is consistent with our results, when the coupling along the chain is smaller than the inter-chain coupling, whereas this cannot be clarified in the isotropic case. At J/t=2, our data for the three-leg ladder is consistent with a vanishing quasiparticle weight in the thermodynamic limit

Parameterfreie Untersuchung der elektronischen Struktur von graphitartigem Kohlenstoff

Das Ziel dieser Diplomarbeit war die Untersuchung und der Vergleich der elektronischen Struktur sowie kollektiver Anregungen (Plasmonen) in einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen (SWCNT), Graphene und Graphit. Dazu wurden ab-initio Rechnungen im Rahmen der (zeitabhängigen) Dichtefunktional-Theorie durchgeführt und die Resultate sowohl mit einfachen theoretischen Modellen als auch mit Experimenten zur Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie verglichen. Unter anderem wurde die Plasmonendispersion in Graphene erstmalig mit Hilfe von ab-initio Rechnungen untersucht, sowie mit Messungen an isolierten SWCNT verglichen: die Übereinstimmung ist ausgezeichnet und in beiden Systemen findet man eine fast lineare Dispersion. Zusätzlich wurde die Verlustfunktion von Graphit für Impulsüberträge außerhalb der ersten Brillouin-Zone untersucht und erstmals eine starke Anisotropie der dielektrischen Funktion in der Nähe von Bragg-Reflexen festgestellt: infinitesimale Änderungen im Impulsübertrag können dann das Verlustspektrum völlig verändern. Dieser Effekt wurde auf starke Lokalfeldeffekte in Graphit zurückgeführt sowie Vorschläge zur experimentellen Überprüfung angegeben