Divide and conquer the Hilbert space of translation-symmetric spin systems

Iterative methods that operate with the full Hamiltonian matrix in the untrimmed Hilbert space of a finite system continue to be important tools for the study of one- and two-dimensional quantum spin models, in particular in the presence of frustration. To reach sensible system sizes such numerical calculations heavily depend on the use of symmetries. We describe a divide-and-conquer strategy for implementing translation symmetries of finite spin clusters, which efficiently uses and extends the "sublattice coding" of H. Q. Lin. With our method, the Hamiltonian matrix can be generated on-the-fly in each matrix vector multiplication, and problem dimensions beyond 10^11 become accessible.Comment: 9 page

Lattice and superexchange effects in doped CMR manganites

We report on the influence of the lattice degrees of freedom on charge, orbital and spin correlations in colossal magnetoresistance (CMR) manganites. For the weakly doped compounds we demonstrate that the electron-phonon coupling promotes the trapping of charge carriers, the disappearance of the orbital polaron pattern and the breakdown of ferromagnetism at the CMR transition. The role of different superexchange interactions is explored.Comment: 2 pages, 1 figure, submitted to ICM 200

Spin-lattice coupling effects in the Holstein double-exchange model

Based on the Holstein double-exchange model and a highly efficient single cluster Monte Carlo approach we study the interplay of double-exchange and polaron effects in doped colossal magneto-resistance (CMR) manganites. The CMR transition is shown to be appreciably influenced by lattice polaron formation.Comment: 2 pages, 2 figures, submitted to SCES'0

Green-Function-Based Monte Carlo Method for Classical Fields Coupled to Fermions

Microscopic models of classical degrees of freedom coupled to non-interacting fermions occur in many different contexts. Prominent examples from solid state physics are descriptions of colossal magnetoresistance manganites and diluted magnetic semiconductors, or auxiliary field methods for correlated electron systems. Monte Carlo simulations are vital for an understanding of such systems, but notorious for requiring the solution of the fermion problem with each change in the classical field configuration. We present an efficient, truncation-free O(N) method on the basis of Chebyshev expanded local Green functions, which allows us to simulate systems of unprecedented size N.Comment: 4 pages, 3 figure

The spin-Peierls chain revisited

We extend previous analytical studies of the ground-state phase diagram of a one-dimensional Heisenberg spin chain coupled to optical phonons, which for increasing spin-lattice coupling undergoes a quantum phase transition from a gap-less to a gaped phase with finite lattice dimerisation. We check the analytical results against established four-block and new two-block density matrix renormalisation group (DMRG) calculations. Different finite-size scaling behaviour of the spin excitation gaps is found in the adiabatic and anti-adiabatic regimes.Comment: 2 pages, 1 figure, submitted to ICM 200

Unusual localisation effects in quantum percolation

We present a detailed study of the quantum site percolation problem on simple cubic lattices, thereby focussing on the statistics of the local density of states and the spatial structure of the single particle wavefunctions. Using the Kernel Polynomial Method we refine previous studies of the metal-insulator transition and demonstrate the non-monotonic energy dependence of the quantum percolation threshold. Remarkably, the data indicates a ``fragmentation'' of the spectrum into extended and localised states. In addition, the observation of a chequerboard-like structure of the wavefunctions at the band centre can be interpreted as anomalous localisation.Comment: 5 pages, 7 figure

Quantitative Untersuchung der Motilität des Blutparasiten Trypanosoma brucei brucei durch 4D-Tracking mittels digitaler In-line Holographie

In der vorliegenden Arbeit wurde die Motilität des Blutparasiten Trypanosoma brucei brucei untersucht. Dieser vor allem in Subsahara-Afrika verbreitete Organismus wird von der Tsetse-Fliege auf Menschen und Tiere übertragen und löst die unbehandelt tödlich verlaufende Afrikanische Schlafkrankheit aus. Nur wenige Medikamente sind bekannt, diese zeichnen sich jedoch meistens durch das Auftreten schwerer Nebenwirkungen aus. Der Organismus ist lange bekannt und seine Eigenmotilität wird seit langem mit seiner Pathogenität in Verbindung gebracht, trotzdem fehlen bislang weitgehend quantitative Untersuchungen zur Fortbewegung, vor allem der im infizierten Organismus vorkommenden Blutstromformen. Eine Strategie des Parasiten um die Immunantwort des Wirtes zu umgehen ist das „Abwaschen“ an der Zelloberfläche gebundener Antikörper durch gerichtetes Schwimmen. Desweiteren ist die Eigenbewegung von großer Bedeutung für die Zellteilung und damit erfolgreiche Vermehrung des Organismus sowie für die Verteilung im Wirt, da im Endstadium der Krankheit durch den Parasiten aktiv die Blut-Hirn-Schranke passiert wird. Die Kenntnis des zugrundeliegenden Fortbewegungsmechanismus ist also von grundlegender Bedeutung zum Verständnis der Pathogenese und damit zur Entwicklung von Strategien zur medikamentösen Bekämpfung des Erregers im infizierten Wirt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Motilitätsverhalten von Trypanosomen unterschiedlicher Lebenszyklusstadien bei verschiedenen Temperaturen mikroskopisch untersucht. Dazu wurde ein portables, holographisches Mikroskop entwickelt, dass die Vermessung von Trypanosomen bei physiologischen Temperaturen mit hoher Auflösung und Stabilität erlaubt. Die erhaltenen 3D-Daten erlauben erstmals eine quantitative Analyse frei schwimmender Trypanosomen über große Volumina und Zeiträume. Aus den Daten wurden zwei deutlich unterscheidbare Schwimmzustände abgeleitet, für die charakteristische Schwimmparameter, wie mittlere Schwimmgeschwindigkeiten und –winkel sowie typische Ausbreitungsverhalten abgeleitet werden konnten. Die Schwimmzustände konnten durch Referenzmessungen mit Motilitätsmutanten und unter Verwendung spezieller Probenkammern erfolgreich zwei unterschiedlichen Bewegungsmodi der die Trypanosomen antreibenden Struktur, dem Flagellum, zugeordnet werden. Die erhaltenen Daten zeigen deutlich die Adaption der Lebenszyklusstadien an ihre jeweils physiologische Temperatur und stützen eines der postulierten Modelle für die Trypanosomenbewegung, das run-and-tumble-Modell. Sie stellen somit einen wichtigen Beitrag zur Diskussion des Fortbewegungsmechanismus von Trypanosomen dar

On the theory of microwave absorption by the spin-1/2 Heisenberg-Ising magnet

We analyze the problem of microwave absorption by the Heisenberg-Ising magnet in terms of shifted moments of the imaginary part of the dynamical susceptibility. When both, the Zeeman field and the wave vector of the incident microwave, are parallel to the anisotropy axis, the first four moments determine the shift of the resonance frequency and the line width in a situation where the frequency is varied for fixed Zeeman field. For the one-dimensional model we can calculate the moments exactly. This provides exact data for the resonance shift and the line width at arbitrary temperatures and magnetic fields. In current ESR experiments the Zeeman field is varied for fixed frequency. We show how in this situation the moments give perturbative results for the resonance shift and for the integrated intensity at small anisotropy as well as an explicit formula connecting the line width with the anisotropy parameter in the high-temperature limit.Comment: 4 page