Non-Markovian Dynamics of the Spin-Boson Model

Avointen kvanttisysteemien teoria tutkii, miten vuorovaikutus laajan ympäristön kanssa muuttaa kvanttisysteemin dynamiikkaa. Kaikki kvanttisysteemit ovat pohjimmiltaan avoimia, joten tällaisten systeemien ymmärtäminen on välttämätöntä kvanttimaailman ymmärtämiseksi. Spin-bosoni -malli kuvaa avointa kaksitasosysteemiä, joka vuorovaikuttaa bosoneista koostuvan ympäristön kanssa. Useat fysikaaliset systeemit käyttäytyvät kaksitasosysteemin tavoin matalissa lämpötiloissa, jonka vuoksi spin-bosoni -mallilla on merkittävä rooli avointen kvanttisysteemien tutkimuksessa. Tutkielman ensimmäinen luku käsittelee yleistä avointen kvanttisysteemien teoriaa ja menetelmiä ei-Markovisen liikeyhtälön johtamiseksi. Ei-Markovinen liikeyhtälö kuvaa ympäristöstä systeemiin takaisin virtaavan informaation vaikutusta systeemin dynamiikkaan. Toisessa luvussa on johdettu spin-bosoni -mallille ei-Markovinen liikeyhtälö ja tarkasteltu spin-systeemin dynamiikkaa joissain erityistapauksissa. Kolmannessa luvussa on esitelty kvanttihyppymenetelmiä avointen systeemien dynamiikan ratkaisemiseksi ja sovellettu ei-Markovisten kvanttihyppyjen teoriaa spinbosoni -mallin tutkimiseksi. Ei-Markovisten kvanttihyppyjen teoriaa käyttämällä voidaan selittää spin-systeemin tiheysmatriisin populaatioissa ja koherensseissa havaittavien ei-Markovisten efektien alkuperä käännettyjen kvanttihyppyjen avulla. Tutkielman viimeisessä osassa esitellään muutamia spin-bosoni -mallin sovellutuksia fysiikan eri alueilta.

Dispersion of Hybrid Electromagnetic-Spin Waves in the Slotline

The presented thesis is devoted to investigation of wave processes in hybrid ferrite / ferroelectric structures. Spin wave devices based on ferrite films have such disadvantages, as huge size of the magnetic systems, low tuning velocity, considerable power inputs for parameters control that limits possible device applications. The considered layered structures allow to overcome the disadvantages mentioned and to promote the development of novel class of tunable microwave devices. The proposed theoretical analysis is intended to construct a model of hybrid electromagnetic-spin waves. Based on the theoretical analysis the experimental investigations were carried out. The experimental resonance characteristics of ferrite / ferroelectric resonator were obtained and their tunability by means of magnetic and electric field was demonstrated.

Spin Polarization and Normal Reflection at Nanoscale Point Contacts

This thesis presents point-contact measurements between superconductors (Nb, Ta, Sn,Al, Zn) and ferromagnets (Co, Fe, Ni) as well as non-magnetic metals (Ag, Au, Cu, Pt).The point contacts were fabricated using the shear method. The differential resistanceof the contacts was measured either in liquid He at 4.2 K or in vacuum in a dilutionrefrigerator at varying temperature down to 0.1 K. The contact properties were investigatedas function of size and temperature. The measured Andreev-reflection spectrawere analysed in the framework of the BTK model – a three parameter model that describescurrent transport across a superconductor - normal conductor interface. Theoriginal BTK model was modified to include the effects of spin polarization or finitelifetime of the Cooper pairs. Our polarization values for the ferromagnets at 4.2 K agree with the literature data, but the analysis was ambiguous because the experimental spectra both with ferromagnets and non-magnets could be described equally well either with spin polarization or finite lifetime effects in the BTK model. With the polarization model the Z parametervaries from almost 0 to 0.8 while the lifetime model produces Z values close to 0.5. Measurements at lower temperatures partly lift this ambiguity because the magnitude of thermal broadening is small enough to separate lifetime broadening from the polarization. The reduced magnitude of the superconducting anomalies for Zn-Fe contacts required an additional modification of the BTK model which was implemented as a scaling factor. Adding this parameter led to reduced polarization values. However, reliable data is difficult to obtain because different parameter sets produce almost identical spectra.