Kondo-attractive-Hubbard model for the ordering of local magnetic moments in superconductors

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Spin, charge, and orbital correlations in the one-dimensional t(2g)-orbital Hubbard model

We present the zero-temperature phase diagram of the one-dimensional t(2g)-orbital Hubbard model, obtained using the density-matrix renormalization group and Lanczos techniques. Emphasis is given to the case of the electron density n=5 corresponding to five electrons per site, while several other cases for electron densities between n=3 and 6 are also studied. At n=5, our results indicate a first-order transition between a paramagnetic (PM) insulator phase, with power-law slowly decaying correlations, and a fully polarized ferromagnetic (FM) state by tuning the Hund's coupling. The results also suggest a transition from the n=5 PM insulator phase to a metallic regime by changing the electron density, either via hole or electron doping. The behavior of the spin, charge, and orbital correlation functions in the FM and PM states are also described in the text and discussed. The robustness of these two states against varying parameters suggests that they may be of relevance in quasi-one-dimensional Co-oxide materials, or even in higher dimensional cobaltite systems as well.

Competition between spin, charge, and bond waves in a Peierls-Hubbard model

We study a one-dimensional extended Peierls-Hubbard model coupled to intracell and intercell phonons for a half-filled band. The calculations are made using the Hartree-Fock and adiabatic approximations for arbitrary temperature. In addition to static spin, charge, and bond density waves, we predict intermediate phases that lack inversion symmetry, and phase transitions that reduce symmetry on increasing temperature.

Multiperiodic magnetic structures in Hubbard superlattices

We consider fermions in one-dimensional superlattices (SL's), modeled by site-dependent Hubbard-U couplings arranged in a repeated pattern of repulsive (i.e., U>0) and free (U=0) sites. Density matrix renormalization group diagonalization of finite systems is used to calculate the local moment and the magnetic structure factor in the ground state. We have found four regimes for magnetic behavior: uniform local moments forming a spin-density wave (SDW), floppy local moments with short-ranged correlations, local moments on repulsive sites forming long-period SDW's superimposed with short-ranged correlations, and local moments on repulsive sites solely with long-period SDW's; the boundaries between these regimes depend on the range of electronic densities ρ and on the SL aspect ratio. Above a critical electronic density, ρ↑↓, the SDW period oscillates both with ρ and with the spacer thickness. The former oscillation allows one to reproduce all SDW wave vectors within a small range of electronic densities, unlike the homogeneous system. The latter oscillation is related to the exchange oscillation observed in magnetic multilayers. A crossover between regimes of thin to thick layers has also been observed.

Simulação computacional de materiais com elétrons fortemente interagentes: DMRG aplicado a super-redes Hubbard com modulação de condução entre camadas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Ordered phases in the extended Hubbard model

A novel method to probe the diverse phases for the extended Hubbard model (EHM), including the correlated hopping term, is presented. We extend an effective medium approach [1] to a bipartite lattice, allowing for charge- and/or spin-ordered phases. We calculate the necessary correlation functions to build the EHM phase diagram.

Investigação das propriedades de transporte da fase ferroelétrica de Mott-Hubbard em condutores moleculares

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Dynamics of doublon-holon pairs in Hubbard two-leg ladders

The dynamics of holon-doublon pairs is studied in Hubbard two-leg ladders using the time-dependent density matrix renormalization group method. We find that the geometry of the two-leg ladder, which is qualitatively different from a one-dimensional chain due to the presence of a spin gap, strongly affects the propagation of a doublon-holon pair. Two distinct regimes are identified. For weak interleg coupling, the results are qualitatively similar to the case of the propagation previously reported in Hubbard chains, with only a renormalization of parameters. More interesting is the case of strong interleg coupling where substantial differences arise, particularly regarding the double occupancy and properties of the excitations such as the doublon speed. Our results suggest a connection between the presence of a spin gap and qualitative changes in the doublon speed, indicating a weak coupling between the doublon and the magnetic excitations.

Charge dynamics in half-filled Hubbard chains with finite on-site interaction

We study the charge dynamic structure factor of the one-dimensional Hubbard model with finite on-site repulsion U at half-filling. Numerical results from the time-dependent density matrix renormalization group are analyzed by comparison with the exact spectrum of the model. The evolution of the line shape as a function of U is explained in terms of a relative transfer of spectral weight between the two-holon continuum that dominates in the limit U -> infinity and a subset of the two-holon-two-spinon continuum that reconstructs the electron-hole continuum in the limit U -> 0. Power-law singularities along boundary lines of the spectrum are described by effective impurity models that are explicitly invariant under spin and eta-spin SU(2) rotations. The Mott-Hubbard metal-insulator transition is reflected in a discontinuous change of the exponents of edge singularities at U = 0. The sharp feature observed in the spectrum for momenta near the zone boundary is attributed to a van Hove singularity that persists as a consequence of integrability.

Rare-earth impurities in gallium nitride: The role of the Hubbard potential

We performed a first principles investigation on the electronic properties of 4f-rare earth substitutional impurities in zincblende gallium nitride (GaN:REGa, with RE=Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er and Tm). The calculations were performed within the all electron methodology and the density functional theory. We investigated how the introduction of the on-site Hubbard U potential (GGA + U) corrects the electronic properties of those impurities. We showed that a self-consistent procedure to compute the Hubbard potential provides a reliable description on the position of the 4f-related energy levels with respect of the GaN valence band top. The results were compared to available data coming from a recent phenomenological model. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Beiträge zur Modellierung technischer dynamischer Systeme

Die Nichtlineare Dynamik verallgemeinert Aussagen über dynamische Systeme durch Abstraktion von konkreten Systemen. In der Technik sind Maschinen dagegen sehr konkret und die Behandlung auftretender Probleme mit Methoden der theoretischen Physik ist nicht trivial. Diese Arbeit versucht einige der Schwierigkeiten einer technischen Anwendung der nichtlinearen Theorie zu lokalisieren. Am Beispiel von vier Klassen von Modellansätzen, werden Anwendungsschnittstellen beleuchtet und systematisiert. Die Anwendung von Modellen, die explizit auf bekannten physikalischen Gesetzmäßigkeiten aufbauen, findet Grenzen in der Anzahl der Freiheitsgrade und den Nebenbedingungen konkreter Systeme. Solche Modelle liefern jedoch wichtige Hinweise auf die Vielfalt der nichtlinearen Phänomene und tragen zu ihrem Verständnis bei. Daher sind sie für die Konstruktionspraxis wichtig. Es werden typisch nichtlineare Phänomene und ihre zugrundeliegenden Mechanismen vorgestellt und klassifiziert, sowie grundsätzliche Probleme der Berechenbarkeit analytisch formulierter Modelle betrachtet. Eine zweite Schnittstelle bieten die Darstellungen des Systemverhaltens als überlagerung spezieller Funktionen, diez.B. Symmetrieeigenschaften des betrachteten Systems besonders deutlich widerspiegeln. Gegenüber der klassischen Fourierzerlegung nach Frequenz und Phase bringt die Analyse nach Detaillierungsgrad und Position von Waveletfunktionen wichtige Vorteile für die nichtlineare zustandsraumbasierte Datenanalyse. Viele Verfahren der Nichtlinearen Datenanalyse beruhen auf metrischen Eigenschaften der dynamischen Systeme. Als dritte Gruppe werden demgegenüber topologische Methoden beleuchtet. Die Konstruktion von Simplexen aus Zeitreihen mittels der Zeitversatzmethode ist die Grundlage für eine Triangulation der Zustandsräume. Die Methoden, z.B. Templateverfahren, die auf der Einbettung von eindimensionalen Trajektorien in den R^3 basieren, lassen sich hingegen nicht einfach auf hochdimensionale Zustandsmannigfaltigkeiten anwenden. Schließlich werden stochastische Aspekte behandelt. Schwankungen des Systemverhaltens können auf Schwankungen der Anfangswerte und/oder auf Schwankungen der eigentlichen Systemdynamik beruhen. Die Einordnung des konkreten Anwendungsfalles setzt jedoch ein sicheres Verständnis stochastischer Prozesse voraus. Am Beispiel der Rekonstruktion der stochastischen Dynamik über eine eindimensionale Fokker-Planck-Gleichung zeigen sich deutlich die praktischen Grenzen solcher Ansätze.

Influence of chain stiffness on structure and dynamics of polymers in the melt

Die vorliegende Arbeit beschaeftigt sich mit der Untersuchung vonPolymeren mit intrinsischer Steifigkeit. Es werden vor allem lokale statische unddynamische Eigenschaften anhand zweier verschiedener Simulationsmodellebetrachtet: Ein generisches Polymermodell, bei dem nur dieSteifigkeit als ein das spezifische Polymer charakterisierenden Parametereingeht und ein atomistisches Modell fuer trans-Polyisopren. Mit Hilfe des ersten Modells koennen Statik und Dynamik wurmartiger Kettenbeobachtet werden. Das Blob-Konzept ist eine angemessene statischeBeschreibung. Lokale Orientierungen haengen schwach von derSteifigkeit ab. Das Reptationsmodell kann die beobachtete Dynamik fuer lange Kettennicht mehr angemessen beschreiben. Lange Ketten bewegen sich, als obsie in Roehren gezwaengt waeren; jedoch ist die Bewegung starkabhaengig von der Steifigkeit. Fuer Ketten dieser Art konntequalitativ das Verhalten reproduziert werden, das in NMR-Experimentenbeobachtet wird. Eine Verhakungslaenge laesst sich fuer solche Kettenkaum mehr definieren. Dynamische Strukturfunktionen und insbesonderedie direkte Visualisierung der Ketten verdeutlichen die effektiv aufeine Roehre beschraenkte Bewegung. Das atomistische Polyisoprenmodell wurde mit verschiedenen Experimenten,verglichen. In den Simulationen bei konnten qualitativ undsemiquantitativ experimentelle Ergebnisse reproduziert werden. Zuletzt wurden die Laengen- und Zeitskalen der beiden Modelleerfolgreich aufeinander abgebildet.

Polymakromonomere als anisotropes Modellsystem zur Untersuchung kolloidaler Mehrkomponentensysteme

Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Untersuchung des Phasenverhaltens kolloidaler Mehrkomponentensysteme. Konzentrierte und kompatible Mischungen aus linearen Polymerketten und Polymakromonomeren als kolloidanaloge Partikel wurden auf ihre Eignung hin ein kolloidales Glas zu bilden untersucht.Die Synthese der Polymakromonomere erfolgte durch radikalische Polymerisation von Vinylbenzyl-Makromer, was zu zylinderartigen Makromolekülen führt, die auch als molekulare „Flaschenbürsten“ angesehen werden können. Aufgrund der grossen Längen-Polydispersität der Hauptkette wurden die erhaltenen Polymakromonomere mittels Continous Polymer Fractionation (CPF) fraktioniert, was zu Modell-Partikeln von verschiedener Molekülgestalt führte: von kugelförmig über stäbchenförmig bis hin zu wurmartig.Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die „haarige“ Oberfläche der Polymakromonomere zumindestens teilweise die entropisch bedingte Entmischung von Partikeln unterschiedlicher Molekülgestalt, wie Polymerknäuel und stäbchenartige, überwinden kann.Um das dynamische Verhalten zu untersuchen, wurden rheologische Messungen an den Schmelzen verschiedener Kolloid-Polymer-Mischungen ausgeführt. Es zeigte sich, dass Polymakromonomere mit grosser Hauptkettenlänge bzw. wurmartiger Gestalt einen signifikanten Verstärkungseffekt auf die Kolloid-Polymer-Mischung haben.

Lineare und nichtlineare dielektrische Spektroskopie am Relaxor-Ferroelektrikum Bleimagnesiumniobat

Relaxor-Ferroelektrika sind wegen ihrer möglichen technischen Anwendungen und vom Standpunkt der Grundlagenforschung als Beispiel für ungeordnete Systeme von wissenschaftlichem Interesse. Trotz zahlreicher experimenteller Untersuchungen sind die mikroskopischen Ursachen ihrer Eigenschaften aber nach wie vor ungeklärt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Relaxor-Ferroelektrikum Bleimagnesiumniobat-Bleititanat (PMN-10PT) mittels linearer und nichtlinearer dielektrischer Spektroskopie untersucht. Durch Anregung mit starken elektrischen Wechselfeldern konnten mit der Methode des nichtresonanten dielektrischen Lochbrennens frequenzselektiv einzelne spektrale Bereiche aus dem verbreiterten Relaxationsspektrum herausgegriffen und deren Rückrelaxation separat verfolgt werden. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, daß eine langlebige dynamische Heterogenität der dipolaren Reorientierung existiert. Durch ihr ausgeprägt nichtergodisches Verhalten zeigen Relaxor-Ferroelektrika starke Alterungseffekte. Die Untersuchung des Alterungsverhaltens der dielektrischen Suszeptibilität zeigte, daß ein Gedächtnis für die bei einer Alterungstemperatur eingenommene Konfiguration bestehen bleibt, sofern die Temperatur nach einer unvollständigen isothermen Alterung nur um einige Grad abgesenkt oder erhöht wurde.Außerdem wurde die induzierte Polarisation bei stochastischen dielektrischen Anregungen mit elektrischen Feldern, die in sehr guter Näherung ein weißes Rauschen darstellten, untersucht. Über die Bildung der Kreuzkorrelationsfunktion zwischen Feld und Polarisation konnte die Impulsantwortfunktion des Systems berechnet werden.Die experimentellen Ergebnisse am Relaxor-Ferroelektrikum PMN-10PT können sehr gut mit einem Modell eines ungeordneten Ferroelektrikums erklärt werden, dessen Domänenwände unordnungsbedingt an sogenannten Pinning-Zentren festhaften.