Numerische und analytische Untersuchungen stark korrelierter fermionischer Mehrbandsysteme

In dieser Arbeit werden vier unterschiedliche, stark korrelierte, fermionische Mehrbandsysteme untersucht. Es handelt sich dabei um ein Mehrstörstellen-Anderson-Modell, zwei Hubbard-Modelle sowie ein Mehrbandsystem, wie es sich aus einer ab initio-Beschreibung für ein korreliertes Halbmetall ergibt.rnrnDie Betrachtung des Mehrstörstellen-Anderson-Modells konzentriert sich auf die Untersuchung des Einflusses der Austauschwechselwirkung und der nicht-lokalen Korrelationen zwischen zwei Störstellen in einem einfach-kubischen Gitter. Das zentrale Resultat ist die Abstandsabhängigkeit der Korrelationen der Störstellenelektronen, welche stark von der Gitterdimension und der relativen Position der Störstellen abhängen. Bemerkenswert ist hier die lange Reichweite der Korrelationen in der Diagonalrichtung des Gitters. Außerdem ergibt sich, dass eine antiferromagnetische Austauschwechselwirkung ein Singulett zwischen den Störstellenelektronen gegenüber den Kondo-Singuletts der einzelnen Störstellen favorisiert und so den Kondo-Effekt der einzelnen Störstellen behindert.rnrnEin Zweiband-Hubbard-Modell, das Jz-Modell, wird im Hinblick auf seine Mott-Phasen in Abhängigkeit von Dotierung und Kristallfeldaufspaltung auf dem Bethe-Gitter untersucht. Die Entartung der Bänder ist durch eine unterschiedliche Bandbreite aufgehoben. Wichtigstes Ergebnis sind die Phasendiagramme in Bezug auf Wechselwirkung, Gesamtfüllung und Kristallfeldparameter. Im Vergleich zu Einbandmodellen kommen im Jz-Modell sogenannte orbital-selektive Mott-Phasen hinzu, die, abhängig von Wechselwirkung, Gesamtfüllung und Kristallfeldparameter, einerseits metallischen und andererseits isolierenden Charakter haben. Ein neuer Aspekt ergibt sich durch den Kristallfeldparameter, der die ionischen Einteilchenniveaus relativ zueinander verschiebt, und für bestimmte Werte eine orbital-selektive Mott-Phase des breiten Bands ermöglicht. Im Vergleich mit analytischen Näherungslösungen und Einbandmodellen lassen sich generische Vielteilchen- und Korrelationseffekte von typischen Mehrband- und Einteilcheneffekten differenzieren.rnrnDas zweite untersuchte Hubbard-Modell beschreibt eine magneto-optische Falle mit einer endlichen Anzahl Gitterplätze, in welcher fermionische Atome platziert sind. Es wird eine z-antiferromagnetische Phase unter Berücksichtigung nicht-lokaler Vielteilchenkorrelationen erhalten, und dabei werden bekannte Ergebnisse einer effektiven Einteilchenbeschreibung verbessert.rnrnDas korrelierte Halbmetall wird im Rahmen einer Mehrbandrechnung im Hinblick auf Korrelationseffekte untersucht. Ausgangspunkt ist eine ab initio-Beschreibung durch die Dichtefunktionaltheorie (DFT), welche dann durch die Hinzunahme lokaler Korrelationen ergänzt wird. Die Vielteilcheneffekte werden an Hand einer einfachen Wechselwirkungsnäherung verdeutlicht, und für ein Wechselwirkungsmodell in sphärischer Symmetrie präzisiert. Es ergibt sich nur eine schwache Quasiteilchenrenormierung. Besonders für röntgenspektroskopische Experimente wird eine gute Übereinstimmung erzielt.rnrnDie numerischen Ergebnisse für das Jz-Modell basieren auf Quanten-Monte-Carlo-Simulationen im Rahmen der dynamischen Molekularfeldtheorie (DMFT). Für alle anderen Systeme wird ein Mehrband-Algorithmus entwickelt und implementiert, welcher explizit nicht-diagonale Mehrbandprozesse berücksichtigt.rnrn

Correlation between electron paramagnetic resonance and thermoluminescence in natural sodalite

Samples of natural sodalite, Na(8)Al(6)Si(6)O(24)Cl(2), submitted to gamma irradiation and to thermal treatments, have been investigated using the thermoluminescence (TL) and electron paramagnetic resonance (EPR) techniques. Both, natural and heat-treated samples at 500A degrees C in air for 30 min, present an EPR signal around g = 2.01132 attributed to oxygen hole centers. The EPR spectra of irradiated samples show an intense line at g = 2.0008 superimposed by a hyperfine multiplet of 11 lines due to an O(-) ion in an intermediate position with respect to two adjacent Al nuclei. In the TL measurements, the samples were annealed at 500A degrees C for 30 min and then irradiated with gamma doses varying from 0.001 to 20 kGy. All the samples have shown TL peaks at 110, 230, 270, 365, and 445A degrees C. A correlation between the EPR g = 2.01132 line and the 365A degrees C TL peak was observed. A TL model is proposed in which a Na(+) ion acts as a charge compensator when an Al(3+) ion replaces a Si(4+) lattice ion. The gamma ray destruction of the Al-Na complex provides an electron trapped at the Na and a hole trapped at a non-bridging oxygen ion adjacent to the Al(3+) ion.

Experimental Evidence of the Occurrence of Intramolecular Electron Transfer in Catalyzed 1,2-Dioxetane Decomposition

The activation parameters for the thermal decomposition of 13 acridinium-substituted 1,2-dioxetanes, bearing an aromatic moiety, were determined and their chemiluminescence emission quantum yields estimated, utilizing in situ photosensitized 1,2-dioxetane generation and observation of its thermal decomposition kinetics, without isolation of these highly unstable cyclic peroxides. Decomposition rate constants show linear free-energy correlation for electron-withdrawing substituents, with a Hammett reaction constant of rho = 1.3 +/- 0.1, indicating the occurrence of an intramolecular electron transfer from the acridinium moiety to the 1,2-dioxetane ring, as postulated by the intramolecular chemically initiated electron exchange luminescence (CIEEL) mechanism. Emission quantum yield behavior can also be rationalized on the basis of the intramolecular CIEEL mechanism, additionally evidencing its occurrence in this transformation. Both relations constitute the first experimental evidence for the occurrence of the postulated intramolecular electron transfer in the catalyzed and induced decomposition of properly substituted 1,2-dioxetanes.

Role of potassium orbitals in the metallic behavior of K3picene

Detailed electronic structure calculations of picene clusters doped by potassium modeling the crystalline K3picene structure show that while two electrons are completely transferred from potassium atoms to the lowest-energy unoccupied molecular orbital of pristine picene, the third one remains closely attached to both material components. Multiconfigurational analysis is necessary to show that many structures of almost degenerate total energies compete to define the cluster ground state. Our results prove that the 4s orbital of potassium should be included in any interaction model describing the material. We propose a quarter-filled two-orbital model as the most simple model capable of describing the electronic structure of K-intercalated picene. Precise solutions obtained by a development of the Lanczos method show low-energy electronic excitations involving orbitals located at different positions. Consequently, metallic transport is possible in spite of the clear dominance of interaction over hopping.

The thrombocyte aggregation process in the turtle Phrynopys hilarii (Chelonia). An ultrastructural study

This study investigates the thrombocyte aggregation process in the South American fresh water turtle (Phrynopys hilarii) using electron microscopy. Blood was taken from surgically exposed lateral neck vessels often turtles Phrynopys hilarii during the spring and summer seasons, when the mean temperature is 37°C. Blood samples were fixed with Karnovsky solution for processing by transmission electron microscopy. The turtle thrombocytes were spindle-shaped with lobulated nuclei. Prominent vesicles and canaliculi were found throughout the cytoplasm. The cytoplasm organelles showed an agranular endoplasmatic reticulum, Golgi complex near the centrioles and scattered free ribosomes. These cells are similar to bird thrombocytes but distinct from fish and frog thrombocytes. Blood clotting time was 5 min ± 30 sec measured by the Lee and White method. Structural alterations resulting from the aggregation process occurred after activation. Thrombocytes developed numerous filopodial projections, an increased number of vacuoles and changed from spindle to spherical shape. P. hilarii thrombocytes have different morphologic characteristics compared to other non-mammalian vertebrate cells. These cells can participate in the aggregation process, as observed in birds.

Photoacclimation in three species of freshwater red algae

Three freshwater Rhodophyta species (Audouinella eugenea, A. hermannii and Compsopogon coeruleus) were tested as to their responses (photosynthesis, growth and pigment concentration) to two irradiances (low light, LL, 65 μmol m -2 s-1 and high light, HL, 300 μmol m-2 s-1) and two periods (short time, ST, 4 d, and long time, LT, 28 d). Higher growth rates were consistently observed at LL but significant differences were observed only for A. hermannii. Higher values of photoinhibition at LL were found for the three species, which is consistent with the dynamic photoinhibition as a reversible photoprotective mechanism against high irradiance. Light-induced decreases of effective quantum yield (EQY) were observed in the three species consisting of pronounced decreases from LL to HL. Rapid increases of non-photochemical quenching (NPQ) were observed mainly at LL, indicating energy dissipation by reaction centers. Results revealed distinct photoacclimation strategies to deal with high irradiances: the two Audouinella species had only characteristics of shade-adapted algae: acclimation by changes of size of photosy stem units (PSU) under LT and by PSU number under ST; higher values of the photoinhibition parameter (β) and NPQ, and lower values of EQY at LL; higher recovery capacity of potential quantum yield (PQY) at LL and under ST; highly significant positive correlation of electron transport rate (ETR) with NPQ. In addition, C. coeruleus mixed some characteristics of sun-adapted algae: acclimation by changes of PSU number under LT and by PSU size under ST; higher recovery capacity of EQY than the other two species; weak or no correlation of ETR with NPQ. Thus, these characteristics indicate that C. coeruleus cope with high irradiances more efficiently than the Audouinella species.

Dental caries-related quality of life and socioeconomic status of preschool children, Bauru, SP

AIM: To evaluate oral health-related quality of life of preschool children of Bauru, State of São Paulo, Brazil, and associate it with socioeconomic profile of households. METHODS: The sample consisted of 229 preschool children between 3 and 5 years and the dmft (decayed, missing due to caries, filled teeth) index was adopted for assessment children's dental caries in accordance with the standards recommended by the World Health Organization. Questionnaires were used for evaluation oral health-related quality of life (Early Childhood Oral Health Impact Scale) and socioeconomic profile of parents or guardians of the preschool children. Statistical analysis was performed descriptively by relative and absolute frequencies and by Spearman's correlation and Kruskal-Wallis test (p <0.05). RESULTS: A dmft of 1.65 (± 2.87) and a Sic Index 4.88 (± 3.20) were found, indicating the polarization of dental caries in the studied group. It was verified low influence of oral health on quality of life of the children examined. With respect to socioeconomic classification, 66.38% of families were in the lower middle class. Linear and statistically significant correlation was found between dmft and oral health-related quality of life for the overall score and domains of the questionnaire (p<0.001). CONCLUSIONS: It was found low influence of oral health on quality of life of the preschool children and the assessment of socioeconomic conditions of the children's families may guide practices aiming to reducing inequalities in the distribution of dental caries in the population.

Ferromagnetism, paramagnetism, and a Curie-Weiss metal in an electron-doped Hubbard model on a triangular lattice

Motivated by the unconventional properties and rich phase diagram of NaxCoO2 we consider the electronic and magnetic properties of a two-dimensional Hubbard model on an isotropic triangular lattice doped with electrons away from half-filling. Dynamical mean-field theory (DMFT) calculations predict that for negative intersite hopping amplitudes (t < 0) and an on-site Coulomb repulsion, U, comparable to the bandwidth, the system displays properties typical of a weakly correlated metal. In contrast, for t > 0 a large enhancement of the effective mass, itinerant ferromagnetism, and a metallic phase with a Curie-Weiss magnetic susceptibility are found in a broad electron doping range. The different behavior encountered is a consequence of the larger noninteracting density of states (DOS) at the Fermi level for t > 0 than for t < 0, which effectively enhances the mass and the scattering amplitude of the quasiparticles. The shape of the DOS is crucial for the occurrence of ferromagnetism as for t > 0 the energy cost of polarizing the system is much smaller than for t < 0. Our observation of Nagaoka ferromagnetism is consistent with the A-type antiferromagnetism (i.e., ferromagnetic layers stacked antiferromagnetically) observed in neutron scattering experiments on NaxCoO2. The transport and magnetic properties measured in NaxCoO2 are consistent with DMFT predictions of a metal close to the Mott insulator and we discuss the role of Na ordering in driving the system towards the Mott transition. We propose that the Curie-Weiss metal phase observed in NaxCoO2 is a consequence of the crossover from a bad metal with incoherent quasiparticles at temperatures T > T-* and Fermi liquid behavior with enhanced parameters below T-*, where T-* is a low energy coherence scale induced by strong local Coulomb electron correlations. Our analysis also shows that the one band Hubbard model on a triangular lattice is not enough to describe the unusual properties of NaxCoO2 and is used to identify the simplest relevant model that captures the essential physics in NaxCoO2. We propose a model which allows for the Na ordering phenomena observed in the system which, we propose, drives the system close to the Mott insulating phase even at large dopings.

Pseudofermion dynamical theory for the spin dynamical correlation functions of the half-filled 1D Hubbard model

A modified version of the metallic-phase pseudofermion dynamical theory (PDT) of the 1D Hubbard model is introduced for the spin dynamical correlation functions of the half-filled 1D Hubbard model Mott– Hubbard phase. The Mott–Hubbard insulator phase PDT is applied to the study of the model longitudinal and transverse spin dynamical structure factors at finite magnetic field h, focusing in particular on the sin- gularities at excitation energies in the vicinity of the lower thresholds. The relation of our theoretical results to both condensed-matter and ultra-cold atom systems is discussed.

Basis set and electron correlation effects on initial convergence for vibrational nonlinear optical properties of conjugated organic molecules

The level of ab initio theory which is necessary to compute reliable values for the static and dynamic (hyper)polarizabilities of three medium size π-conjugated organic nonlinear optical (NLO) molecules is investigated. With the employment of field-induced coordinates in combination with a finite field procedure, the calculations were made possible. It is stated that to obtain reasonable values for the various individual contributions to the (hyper)polarizability, it is necessary to include electron correlation. Based on the results, the convergence of the usual perturbation treatment for vibrational anharmonicity was examined

Micro-Raman study of stress distribution in local isolation structures and correlation with transmission electron microscopy

Stress in local isolation structures is studied by micro‐Raman spectroscopy. The results are correlated with predictions of an analytical model for the stress distribution and with cross‐sectional transmission electron microscopy observations. The measurements are performed on structures on which the Si3N4 oxidation mask is still present. The influence of the pitch of the periodic local isolation pattern, consisting of parallel lines, the thickness of the mask, and the length of the bird"s beak on the stress distribution are studied. It is found that compressive stress is present in the Si substrate under the center of the oxidation mask lines, with a magnitude dependent on the width of the lines. Large tensile stress is concentrated under the bird"s beak and is found to increase with decreasing length of the bird"s beak and with increasing thickness of the Si3N4 film.

Analyse des propriétés électroniques de supraconducteurs à l’aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité

Cette thèse traite de la structure électronique de supraconducteurs telle que déterminée par la théorie de la fonctionnelle de la densité. Une brève explication de cette théorie est faite dans l’introduction. Le modèle de Hubbard est présenté pour pallier à des problèmes de cette théorie face à certains matériaux, dont les cuprates. L’union de deux théories donne la DFT+U, une méthode permettant de bien représenter certains systèmes ayant des électrons fortement corrélés. Par la suite, un article traitant du couplage électron- phonon dans le supraconducteur NbC1−xNx est présenté. Les résultats illustrent bien le rôle de la surface de Fermi dans le mécanisme d’appariement électronique menant à la supraconductivité. Grâce à ces résultats, un modèle est développé qui permet d’expliquer comment la température de transition critique est influencée par le changement des fré- quences de vibration du cristal. Ensuite, des résultats de calcul d’oscillations quantiques obtenus par une analyse approfondie de surfaces de Fermi, permettant une comparaison directe avec des données expérimentales, sont présentés dans deux articles. Le premier traite d’un matériau dans la famille des pnictures de fer, le LaFe2P2. L’absence de su- praconductivité dans ce matériau s’explique par la différence entre sa surface de Fermi obtenue et celle du supraconducteur BaFe2As2. Le second article traite du matériau à fermions lourds, le YbCoIn5. Pour ce faire, une nouvelle méthode efficace de calcul des fréquences de Haas-van Alphen est développée. Finalement, un dernier article traitant du cuprate supraconducteur à haute température critique YBa2Cu3O6.5 est présenté. À l’aide de la DFT+U, le rôle de plusieurs ordres magnétiques sur la surface de Fermi est étudié. Ces résultats permettent de mieux comprendre les mesures d’oscillations quan- tiques mesurées dans ce matériau.

Polarization and correlation phenomena in the radiative electron capture by bare highly-charged ions

In dieser Arbeit wird die Wechselwirkung zwischen einem Photon und einem Elektron im starken Coulombfeld eines Atomkerns am Beispiel des radiativen Elektroneneinfangs beim Stoß hochgeladener Teilchen untersucht. In den letzten Jahren wurde dieser Ladungsaustauschprozess insbesondere für relativistische Ion–Atom–Stöße sowohl experimentell als auch theoretisch ausführlich erforscht. In Zentrum standen dabei haupsächlich die totalen und differentiellen Wirkungsquerschnitte. In neuerer Zeit werden vermehrt Spin– und Polarisationseffekte sowie Korrelationseffekte bei diesen Stoßprozessen diskutiert. Man erwartet, dass diese sehr empfindlich auf relativistische Effekte im Stoß reagieren und man deshalb eine hervorragende Methode zu deren Bestimmung erhält. Darüber hinaus könnten diese Messungen auch indirekt dazu führen, dass man die Polarisation des Ionenstrahls bestimmen kann. Damit würden sich neue experimentelle Möglichkeiten sowohl in der Atom– als auch der Kernphysik ergeben. In dieser Dissertation werden zunächst diese ersten Untersuchungen zu den Spin–, Polarisations– und Korrelationseffekten systematisch zusammengefasst. Die Dichtematrixtheorie liefert hierzu die geeignete Methode. Mit dieser Methode werden dann die allgemeinen Gleichungen für die Zweistufen–Rekombination hergeleitet. In diesem Prozess wird ein Elektron zunächst radiativ in einen angeregten Zustand eingefangen, der dann im zweiten Schritt unter Emission des zweiten (charakteristischen) Photons in den Grundzustand übergeht. Diese Gleichungen können natürlich auf beliebige Mehrstufen– sowie Einstufen–Prozesse erweitert werden. Im direkten Elektroneneinfang in den Grundzustand wurde die ”lineare” Polarisation der Rekombinationsphotonen untersucht. Es wurde gezeigt, dass man damit eine Möglichkeit zur Bestimmung der Polarisation der Teilchen im Eingangskanal des Schwerionenstoßes hat. Rechnungen zur Rekombination bei nackten U92+ Projektilen zeigen z. B., dass die Spinpolarisation der einfallenden Elektronen zu einer Drehung der linearen Polarisation der emittierten Photonen aus der Streuebene heraus führt. Diese Polarisationdrehung kann mit neu entwickelten orts– und polarisationsempfindlichen Festkörperdetektoren gemessen werden. Damit erhält man eine Methode zur Messung der Polarisation der einfallenden Elektronen und des Ionenstrahls. Die K–Schalen–Rekombination ist ein einfaches Beispiel eines Ein–Stufen–Prozesses. Das am besten bekannte Beispiel der Zwei–Stufen–Rekombination ist der Elektroneneinfang in den 2p3/2–Zustand des nackten Ions und anschließendem Lyman–1–Zerfall (2p3/2 ! 1s1/2). Im Rahmen der Dichte–Matrix–Theorie wurden sowohl die Winkelverteilung als auch die lineare Polarisation der charakteristischen Photonen untersucht. Beide (messbaren) Größen werden beträchtlich durch die Interferenz des E1–Kanals (elektrischer Dipol) mit dem viel schwächeren M2–Kanal (magnetischer Quadrupol) beeinflusst. Für die Winkelverteilung des Lyman–1 Zerfalls im Wasserstoff–ähnlichen Uran führt diese E1–M2–Mischung zu einem 30%–Effekt. Die Berücksichtigung dieser Interferenz behebt die bisher vorhandene Diskrepanz von Theorie und Experiment beim Alignment des 2p3/2–Zustands. Neben diesen Ein–Teichen–Querschnitten (Messung des Einfangphotons oder des charakteristischen Photons) wurde auch die Korrelation zwischen den beiden berechnet. Diese Korrelationen sollten in X–X–Koinzidenz–Messungen beobbachtbar sein. Der Schwerpunkt dieser Untersuchungen lag bei der Photon–Photon–Winkelkorrelation, die experimentell am einfachsten zu messen ist. In dieser Arbeit wurden ausführliche Berechnungen der koinzidenten X–X–Winkelverteilungen beim Elektroneneinfang in den 2p3/2–Zustand des nackten Uranions und beim anschließenden Lyman–1–Übergang durchgeführt. Wie bereits erwähnt, hängt die Winkelverteilung des charakteristischen Photons nicht nur vom Winkel des Rekombinationsphotons, sondern auch stark von der Spin–Polarisation der einfallenden Teilchen ab. Damit eröffnet sich eine zweite Möglichkeit zur Messung der Polaristion des einfallenden Ionenstrahls bzw. der einfallenden Elektronen.