Kinetic and Transport Equations for Localized Excitations in Sine-Gordon Model

We analyze the kinetic behavior of localized excitations - solitons, breathers and phonons - in Sine-Gordon model. Collision integrals for all type of localized excitation collision processes are constructed, and the kinetic equations are derived. We analyze the kinetic behavior of localized excitations - solitons, breathers and phonons - in Sine-Gordon model. Collision integrals for all type of localized excitation collision processes are constructed, and the kinetic equations are derived. We prove that the entropy production in the system of localized excitations takes place only in the case of inhomogeneous distribution of these excitations in real and phase spaces. We derive transport equations for soliton and breather densities, temperatures and mean velocities i.e. show that collisions of localized excitations lead to creation of diffusion, thermoconductivity and intrinsic friction processes. The diffusion coefficients for solitons and breathers, describing the diffusion processes in real and phase spaces, are calculated. It is shown that diffusion processes in real space are much faster than the diffusion processes in phase space.Comment: 23 pages, latex, no figure

Polarons as Nucleation Droplets in Non-Degenerate Polymers

We present a study of the nucleation mechanism that allows the decay of the metastable phase (trans-cisoid) to the stable phase (cis-transoid) in quasi one-dimensional non-degenerate polymers within the continuum electron-phonon model. The electron-phonon configurations that lead to the decay, i.e. the critical droplets (or transition state), are identified as polarons of the metastable phase. We obtain an estimate for the decay rate via thermal activation within a range of parameters consistent with experimental values for the gap of the cis-configuration. It is pointed out that, upon doping, the activation barriers of the excited states are quite smaller and the decay rate is greatly enhanced. Typical activation energies for electron or hole polarons are $\approx 0.1$ eV and the typical size for a critical droplet (polaron) is about $20 \AA$. Decay via quantum nucleation is also studied and it is found that the crossover temperature between quantum nucleation and thermal activation is of order $T_c \leq 40 ^oK$. Metastable configurations of non-degenerate polymers may provide examples for mesoscopic quantum tunneling.Comment: REVTEX 3.0, 28 PAGES, 3 FIGURES AVAILABLE UPON REQUEST, PITT 94-0

Photoinduced absorption and photoluminescence in poly(2,5-dimethoxy-p- phenylene vinylene)

We report a study of the photoexcited states in the conjugated polymer poly(2,5-dimethoxy-p-phenylene vinylene). Photoluminescence due to radiative recombination of singlet excitons is observed at energiesjust below the onset of the pi-pi* absorption band at 2.1 eV. Photoinduced absorption at 80 K shows bands peaking at 0.68, 1.35, and 1.80 eV. The features at 0.68 and 1.8 eV are associated with the same excited state which we propose is a doubly charged bipolaron, while the third at 1.35 eV is unrelated. We assign this 1.35-eV absorption to a triplet-triplet transition of a triplet exciton. The bipolarons are long lived with significant numbers surviving in excess of 100 ms at 80 K, and have a weak temperature dependence such that photoinduced absorption is readily detectable even at room temperature. The triplet exciton has a lifetime of order 2.5 ms at 80 K but this falls rapidly at higher temperature and the response is not detected at room temperature. We contrast these results with those obtained previously for the related poly(arylene vinylene) polymers poly(p-phenylene vinylene), and poly(2,5-thienylene vinylene) and for other conjugated polymers, and draw attention to the important role played in the photophysics of these materials by neutral excited states

Zur Thermodynamik von Solitonen

Wir haben gesehen, daß die Idee von Krumhansl und Schrieffer, die Solitonen (oder Kinks) neben den Mesonen in nichtlinearen Systemen als eigene Elementaranregungen zu betrachten, teilweise zu verwirklichen ist. Dabei ist es jedoch wichtig, daß man die Wechselwirkung zwischen diesen Moden beachtet; sie besteht zwar nur darin, daß die Teilchen sich bei Stößen gegenseitig verschieben, ohne daß Energie zwischen ihnen ausgetauscht wird. Dennoch liefert sie einen wichtigen Beitrag zur freien Energie, da sie zur Folge hat, daß die verschiedenen Moden Freiheitsgrade miteinander austauschen: für jedes Soliton fehlt ein Meson wegen des translatorischen Freiheitsgrades des Solitons. Eine einfache Aufteilung des Systems in Sektoren: Mesonen hier, Soliton da, ist also nicht möglich; das von der inversen Streu-Transformation suggerierte freie-Teilchen-Verhalten ist zu modifizieren. Eine weitere Schwierigkeit, zumindest bei der Sine-Gordon-Gleichung,besteht in der Behandlung der pulsatonen, dessen aufgrund des inneren Freiheitsgrades bis Null reichenden Massenspektrums dafür verantwortlich ist, daß auch eine Tieftemperaturbetrachtung keine zufriedenstelIenden Resultate liefert. Dieses komplizierte Vielteilchenproblem konnte bisher nicht gelöst werden. Derselbe Mechanismus, der für den Austausch der Freiheitsgrade verantwortlich ist, sorgt auch dafür, daß die Bewegung der Solitonen in Gegenwart der Mesonen, d.h. für Temperaturen T$\ne$O, komplizierter ist, als es die inverse Streu-Transformation für T=O vorhersagt. Statt mit der kanonischen Geschwindigkeit v bewegensich die Solitonen mit einer renormierten Geschwindigkeit w, die von der Temperatur des Wärmebades der Mesonen abhängt. Das Kurzzeitverhalten wird durch eine (geschwindigkeitsabhängige) Diffusionskonstante bestimmt. Dadurch treten in den Korrelationsfunktionen Lorentz-artige Schwänze auf, die im Experiment beobachtetwerden könnten. Die auftretenden Probleme verstärken sich für höhere Temperaturen, da dann die implizite Voraussetzung, die wir für tiefe Temperaturen gemacht haben, nämlich daß die Solitonen hinreichend weit voneinander entfernt sind und somit als unabhängige Teilchen betrachtet werden können, nicht mehr gilt. Eine Teilchendarstellung der freien Energie ist dann nicht länger mehr sinnvoll, so daß uns hierfür nur das Funktionalintegral übrig bleibt. Nach diesen Betrachtungen stellt sich das Sine-Gordon-System als Beispiel für ein Soliton-tragendes nichtlineares System heraus als ein System aus Teilchen, die auf eine komplizierte Art und Weise miteinander wechselwirken, auch wenn es keine Wechselwirkungsenergie im üblichen Sinne gibt. Daher lassen sich manche Fragen im Teilchenbild nicht befriedigend beantworten

POLARONS IN QUASI-ONE-DIMENSIONAL CONDUCTING POLYMERS

Nous discutons ici certains aspects des excitations du polaron dans les polymères conducteurs quasi-unidimensionnels. Nous décrivons la structure des polarons pour les chaînes trans- et cis-(CH)x, ainsi que la correspondance existant entre les polarons conventionnels mono-bande et ceux issus des modèles du type SSH. Finalement, nous établissons l'existence de polarons dans les polymères diatomiques conjugués du type [MATH]A=B[MATH]x, ainsi que leurs propriétés.We discuss several aspects of polaron excitations in quasi-one-dimensional conduting polymers. We review the structure of polarons in trans- and cis-(CH)x, illustrate the relation of polarons in SSH-type models to conventional one-band polarons, and establish the existence and properties of polarons in conjugated diatomic polymers of the [MATH]A=B[MATH]x type

ERNST-MORITZ-ARNDT-UNIVERSIT ÄT GREIFSWALD Detailed Investigations of the Sheath Dynamics and Elementary Processes in Capacitively Coupled RF Plasmas

doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) an der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät de