Structural refinement, optical and microwave dielectric properties of BaZrO3

In this work, barium zirconate (BaZrO3) ceramics synthesized by solid state reaction method and sintered at 1670 degrees C for 4 h were characterized by X-ray diffraction (XRD), Rietveld refinement, and Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. XRD patterns, Rietveld refinement data and FT-IR spectra which confirmed that BaZrO3 ceramics have a perovskite-type cubic structure. Optical properties were investigated by ultraviolet-visible (UV-vis) absorption and photoluminescence (PL) measurements. UV-vis absorption spectra suggested an indirect allowed transition with the existence of intermediary energy levels within the band gap. Intense visible green PL emission was observed in BaZrO3 ceramics upon excitation with a 350 nm wavelength. This behavior is due to a majority of deep defects within the band gap caused by symmetry breaking in octahedral [ZrO6] clusters in the lattice. The microwave dielectric constant and quality factor were measured using the method proposed by Hakki-Coleman. The dielectric resonator antenna (DRA) was investigated experimentally and numerically using a monopole antenna through an infinite ground plane and Ansoft's high frequency structure simulator software, respectively. The required resonance frequency and bandwidth of DRA were investigated by adjusting the dimension of the same material. (C) 2011 Elsevier Ltd and Techna Group S.r.l. All rights reserved.

Entropy Production in Nonequilibrium Systems at Stationary States

We present a stochastic approach to nonequilibrium thermodynamics based on the expression of the entropy production rate advanced by Schnakenberg for systems described by a master equation. From the microscopic Schnakenberg expression we get the macroscopic bilinear form for the entropy production rate in terms of fluxes and forces. This is performed by placing the system in contact with two reservoirs with distinct sets of thermodynamic fields and by assuming an appropriate form for the transition rate. The approach is applied to an interacting lattice gas model in contact with two heat and particle reservoirs. On a square lattice, a continuous symmetry breaking phase transition takes place such that at the nonequilibrium ordered phase a heat flow sets in even when the temperatures of the reservoirs are the same. The entropy production rate is found to have a singularity at the critical point of the linear-logarithm type.

Alzheimer random walk model: Two previously overlooked diffusion regimes

A non-Markovian one-dimensional random walk model is studied with emphasis on the phase-diagram, showing all the diffusion regimes, along with the exactly determined critical lines. The model, known as the Alzheimer walk, is endowed with memory-controlled diffusion, responsible for the model's long-range correlations, and is characterized by a rich variety of diffusive regimes. The importance of this model is that superdiffusion arises due not to memory per se, but rather also due to loss of memory. The recently reported numerically and analytically estimated values for the Hurst exponent are hereby reviewed. We report the finding of two, previously overlooked, phases, namely, evanescent log-periodic diffusion and log-periodic diffusion with escape, both with Hurst exponent H = 1/2. In the former, the log-periodicity gets damped, whereas in the latter the first moment diverges. These phases further enrich the already intricate phase diagram. The results are discussed in the context of phase transitions, aging phenomena, and symmetry breaking.

Effective potential for Horava-Lifshitz-like theories

We study the one-loop effective potential for some Horava-Lifshitz-like theories.

Higher spatial derivative field theories

In this work, we employ renormalization group methods to study the general behavior of field theories possessing anisotropic scaling in the spacetime variables. The Lorentz symmetry breaking that accompanies these models are either soft, if no higher spatial derivative is present, or it may have a more complex structure if higher spatial derivatives are also included. Both situations are discussed in models with only scalar fields and also in models with fermions as a Yukawa-like model.

Is the LHC observing the pseudoscalar state of a two-Higgs-doublet model?

The ATLAS and CMS collaborations have recently shown data suggesting the presence of a Higgs boson in the vicinity of 125 GeV. We show that a two-Higgs-doublet model spectrum, with the pseudoscalar state being the lightest, could be responsible for the diphoton signal events. In this model, the other scalars are considerably heavier and are not excluded by the current LHC data. If this assumption is correct, future LHC data should show a strengthening of the gamma gamma signal, while the signals in the ZZ(()*()) -> 4l and WW(*()) -> 2l2 nu channels should diminish and eventually disappear, due to the absence of diboson tree-level couplings of the CP-odd state. The heavier CP-even neutral scalars can now decay into channels involving the CP-odd light scalar which, together with their larger masses, allow them to avoid the existing bounds on Higgs searches. We suggest additional signals to confirm this scenario at the LHC, in the decay channels of the heavier scalars into AA and AZ. Finally, this inverted two-Higgs-doublet spectrum is characteristic in models where fermion condensation leads to electroweak symmetry breaking. We show that in these theories it is possible to obtain the observed diphoton signal at or somewhat above the prediction for the standard model Higgs for the typical values of the parameters predicted.

Mean-Field critical behavior and ergodicity break in a nonequilibrium one-dimensional RSOS growth model

We investigate the nonequilibrium roughening transition of a one-dimensional restricted solid-on-solid model by directly sampling the stationary probability density of a suitable order parameter as the surface adsorption rate varies. The shapes of the probability density histograms suggest a typical Ginzburg-Landau scenario for the phase transition of the model, and estimates of the "magnetic" exponent seem to confirm its mean-field critical behavior. We also found that the flipping times between the metastable phases of the model scale exponentially with the system size, signaling the breaking of ergodicity in the thermodynamic limit. Incidentally, we discovered that a closely related model not considered before also displays a phase transition with the same critical behavior as the original model. Our results support the usefulness of off-critical histogram techniques in the investigation of nonequilibrium phase transitions. We also briefly discuss in the appendix a good and simple pseudo-random number generator used in our simulations.

Present bounds on new neutral vector resonances from electroweak gauge boson pair production at the LHC

Several extensions of the standard model predict the existence of new neutral spin-1 resonances associated with the electroweak symmetry breaking sector. Using the data from ATLAS (with integrated luminosity of L = 1.02 fb(-1)) and CMS (with integrated luminosity of L = 1.55 fb(-1)) on the production of W+W- pairs through the process pp --> l(+)l(-)' is not an element of(T), we place model independent bounds on these new vector resonances masses, couplings, and widths. Our analyses show that the present data exclude new neutral vector resonances with masses up to 1-2.3 TeV depending on their couplings and widths. We also demonstrate how to extend our analysis framework to different models with a specific example.

A rationale for long-lived quarks and leptons at the LHC: low energy flavour theory

In the framework of gauged flavour symmetries, new fermions in parity symmetric representations of the standard model are generically needed for the compensation of mixed anomalies. The key point is that their masses are also protected by flavour symmetries and some of them are expected to lie way below the flavour symmetry breaking scale(s), which has to occur many orders of magnitude above the electroweak scale to be compatible with the available data from flavour changing neutral currents and CP violation experiments. We argue that, actually, some of these fermions would plausibly get masses within the LHC range. If they are taken to be heavy quarks and leptons, in (bi)-fundamental representations of the standard model symmetries, their mixings with the light ones are strongly constrained to be very small by electroweak precision data. The alternative chosen here is to exactly forbid such mixings by breaking of flavour symmetries into an exact discrete symmetry, the so-called proton-hexality, primarily suggested to avoid proton decay. As a consequence of the large value needed for the flavour breaking scale, those heavy particles are long-lived and rather appropriate for the current and future searches at the LHC for quasi-stable hadrons and leptons. In fact, the LHC experiments have already started to look for them.

1(--) and 0(++) heavy four-quark and molecule states in QCD

We estimate the masses of the 1(--) heavy four-quark and molecule states by combining exponential Laplace (LSR) and finite energy (FESR) sum rules known perturbatively to lowest order (LO) in alpha(s) but including non-perturbative terms up to the complete dimension-six condensate contributions. This approach allows to fix more precisely the value of the QCD continuum threshold (often taken ad hoc) at which the optimal result is extracted. We use double ratio of sum rules (DRSR) for determining the SU(3) breakings terms. We also study the effects of the heavy quark mass definitions on these LO results. The SU(3) mass-splittings of about (50-110) MeV and the ones of about (250-300) MeV between the lowest ground states and their 1st radial excitations are (almost) heavy-flavor independent. The mass predictions summarized in Table 4 are compared with the ones in the literature (when available) and with the three Y-c(4260, 4360, 4660) and Y-b(10890) 1(--) experimental candidates. We conclude (to this order approximation) that the lowest observed state cannot be a pure 1(--) four-quark nor a pure molecule but may result from their mixings. We extend the above analyzes to the 0(++) four-quark and molecule states which are about (0.5-1) GeV heavier than the corresponding 1(--) states, while the splittings between the 0(++) lowest ground state and the 1st radial excitation is about (300-500) MeV. We complete the analysis by estimating the decay constants of the 1(--) and 0(++) four-quark states which are tiny and which exhibit a 1/M-Q behavior. Our predictions can be further tested using some alternative non-perturbative approaches or/and at LHCb and some other hadron factories. (c) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Classical bifurcation in a quadrupolar NMR system

The Josephson junction model is applied to the experimental implementation of classical bifurcation in a quadrupolar nuclear magnetic resonance system. There are two regimes, one linear and one nonlinear, which are implemented by the radio-frequency and the quadrupolar terms of the Hamiltonian of a spin system, respectively. These terms provide an explanation of the symmetry breaking due to bifurcation. Bifurcation depends on the coexistence of both regimes at the same time in different proportions. The experiment is performed on a lyotropic liquid crystal sample of an ordered ensemble of 133Cs nuclei with spin I = 7/2 at room temperature. Our experimental results confirm that bifurcation happens independently of the spin value and of the physical system. With this experimental spin scenario, we confirm that a quadrupolar nuclei system could be described analogously to a symmetric two-mode Bose-Einstein condensate.

Eingefrorene Unordnung und Magnetismus in TiFe_1tn2-Laves-Phase-Dünnschichten

In der vorliegenden Arbeit wird die binäre intermetallische Verbindung TixFe1-x im C14 Laves-Phase Stabilitätsbereich anhand von dünnen Schichten untersucht. TiFe2 weist zwei energetisch nahezu entartete magnetische Grundzustände auf. Dies führt zu einer starken Korrelation von strukturellen und magnetischen Eigenschaften, die im Rahmen dieser Arbeit untersucht wurden. Es wurden daher epitaktische Schichten mit variabler Zusammensetzung im C14 Stabilitätsbereich auf Al2O3 (001)-orientierten Substraten mittels Molekularstrahlepitaxie präpariert und strukturell charakterisiert. Die temperatur- und magnetfeldabhängigen magnetischen Eigenschaften dieser Proben wurden mittels DC-SQUID Magnetisierungsmessungen bestimmt. Es zeigte sich eine magnetische Phasenseparation von Antiferromagnetismus und Ferromagnetismus in Abhängigkeit von der Zusammensetzung. Aus den charakteristischen Ordnungstemperaturen konnte ein magnetisches Phasendiagramm für dünne Schichten und niedrige Aligning-Felder erstellt werden. Ein Phasendiagramm für Volumenproben bei hohem Magnetfeld unterscheidet sich von diesem im Wesentlichen durch den Einfluß von Fe-Segregation in den Volumenproben, welche bei der epitaktischen Präparation nicht auftritt. Anhand von Monte-Carlo Verfahren, denen ein „quenched random disorder“ Modell zugrunde lag, wurde das Verhalten der Dünnschichtproben simuliert und daraus ein magnetisches Phasendiagramm abgeleitet. Das simulierte und experimentelle Phasendiagramm stimmt in den wesentlichen Punkten überein. Die Unterschiede sind durch die speziellen Wachstumseigenschaften von TiFe2 erklärbar. Als Ergebnis kann die magnetische Phasenseparation in diesem System als Auswirkung einer Symmetriebrechung durch Substitution in der Einheitszelle beschrieben werden.

Cosmological perturbations in generalized theories of gravity

The first part of the thesis concerns the study of inflation in the context of a theory of gravity called "Induced Gravity" in which the gravitational coupling varies in time according to the dynamics of the very same scalar field (the "inflaton") driving inflation, while taking on the value measured today since the end of inflation. Through the analytical and numerical analysis of scalar and tensor cosmological perturbations we show that the model leads to consistent predictions for a broad variety of symmetry-breaking inflaton's potentials, once that a dimensionless parameter entering into the action is properly constrained. We also discuss the average expansion of the Universe after inflation (when the inflaton undergoes coherent oscillations about the minimum of its potential) and determine the effective equation of state. Finally, we analyze the resonant and perturbative decay of the inflaton during (p)reheating. The second part is devoted to the study of a proposal for a quantum theory of gravity dubbed "Horava-Lifshitz (HL) Gravity" which relies on power-counting renormalizability while explicitly breaking Lorentz invariance. We test a pair of variants of the theory ("projectable" and "non-projectable") on a cosmological background and with the inclusion of scalar field matter. By inspecting the quadratic action for the linear scalar cosmological perturbations we determine the actual number of propagating degrees of freedom and realize that the theory, being endowed with less symmetries than General Relativity, does admit an extra gravitational degree of freedom which is potentially unstable. More specifically, we conclude that in the case of projectable HL Gravity the extra mode is either a ghost or a tachyon, whereas in the case of non-projectable HL Gravity the extra mode can be made well-behaved for suitable choices of a pair of free dimensionless parameters and, moreover, turns out to decouple from the low-energy Physics.

Computer-Simulationen zur Strukturbildung von einzelnen Polymerketten

In dieser Arbeit wurden die Phasenübergänge einer einzelnen Polymerkette mit Hilfe der Monte Carlo Methode untersucht. Das Bondfluktuationsmodell wurde zur Simulation benutzt, wobei ein attraktives Kastenpotential zwischen allen Monomeren der Polymerkette gewirkt hat. Drei Arten von Bewegungen sind eingeführt worden, um die Polymerkette richtig zu relaxieren. Diese sind die Hüpfbewegung, die Reptationsbewegung und die Pivotbewegung. Um die Volumenausschlußwechselwirkung zu prüfen und um die Anzahl der Nachbarn jedes Monomers zu bestimmen ist ein hierarchischer Suchalgorithmus eingeführt worden. Die Zustandsdichte des Modells ist mittels des Wang-Landau Algorithmus bestimmt worden. Damit sind thermodynamische Größen berechnet worden, um die Phasenübergänge der einzelnen Polymerkette zu studieren. Wir haben zuerst eine freie Polymerkette untersucht. Der Knäuel-Kügelchen Übergang zeigt sich als ein kontinuierlicher Übergang, bei dem der Knäuel zum Kügelchen zusammenfällt. Der Kügelchen-Kügelchen Übergang bei niedrigeren Temperaturen ist ein Phasenübergang der ersten Ordnung, mit einer Koexistenz des flüssigen und festen Kügelchens, das eine kristalline Struktur hat. Im thermodynamischen Limes sind die Übergangstemperaturen identisch. Das entspricht einem Verschwinden der flüssigen Phase. In zwei Dimensionen zeigt das Modell einen kontinuierlichen Knäuel-Kügelchen Übergang mit einer lokal geordneten Struktur. Wir haben ferner einen Polymermushroom, das ist eine verankerte Polymerkette, zwischen zwei repulsiven Wänden im Abstand D untersucht. Das Phasenverhalten der Polymerkette zeigt einen dimensionalen crossover. Sowohl die Verankerung als auch die Beschränkung fördern den Knäuel-Kügelchen Übergang, wobei es eine Symmetriebrechung gibt, da die Ausdehnung der Polymerkette parallel zu den Wänden schneller schrumpft als die senkrecht zu den Wänden. Die Beschränkung hindert den Kügelchen-Kügelchen Übergang, wobei die Verankerung keinen Einfluss zu haben scheint. Die Übergangstemperaturen im thermodynamischen Limes sind wiederum identisch im Rahmen des Fehlers. Die spezifische Wärme des gleichen Modells aber mit einem abstoßendem Kastenpotential zeigt eine Schottky Anomalie, typisch für ein Zwei-Niveau System.

Tunnelkontakte mit Heusler-Elektrode: Spinpolarisation von Co 2Cr 0,6Fe 0,4Al und Einfluss der Barriere

Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung der Spinpolarisation von der Heusler-Verbindung Co2Cr0,6Fe0,4Al. Dieses Ziel wurde durch die sorgfältige Präparation von Co2Cr0,6Fe0,4Al basierten Tunnelkontakten realisiert. Tunnelwiderstandsmessungen an Co2Cr0,6Fe0,4Al-basiertenrnTunnelkontakten ergaben einen Tunnelmagnetowiderstand von 101% bei 4 K. DieserrnTunnelmagnetowiderstand legt eine untere Grenze von 67% für die Spinpolarisation von Co2Cr0,6Fe0,4Al fest.rnrnCo2Cr0,6Fe0,4Al ist eine Heusler-Verbindung, der die Eigenschaften eines halbmetallischen Ferromagneten zugeschrieben werden. Ein halbmetallischer Ferromagnet hat an der Fermikante nur Elektronenspinzustände mit einer Polarisation. Als Folge davon können bei einem spinerhaltenden Tunnelprozess nur Elektronen einer Spinrichtung in den halbmetallischen Ferromagneten tunneln. Mit einem magnetischen Feld und einer durch einen Antiferromagneten fixierten Gegenelektrode, können an einem Tunnelkontakt mit einem spinpolarisierten Ferromagneten deshalb zwei Zustände, eine hohe und eine niedrige Tunnelleitfähigkeit, erzeugt werden. Daher finden spinpolarisierte Tunnelkontakte in Form von MRAM in der Datenspeicherung Verwendung. Bislang wurde jedoch keine Verbindung gefunden, der eine Spinpolarisation von 100% experimentell eindeutig nachgewiesen werden konnte. Für Co2Cr0,6Fe0,4Al lagen die höchsten gemessenen Spinpolarisationen um 50%.rnrnTunnelspektroskopie ist eine zuverlässige und anwendungsnahe Methode zur Untersuchung der Spinpolarisation. Inelastische Tunnelprozesse und eine reduzierte Ordnung an Grenzflächen bewirken einen reduzierten Tunnelmagnetowiderstand. Eine symmetriebrechende Barriere, wie amorphes AlOx, ist Voraussetzung für die Anwendung des Jullière-Modells zur Bestimmung der Spinpolarisation. Das Jullière-Modell verknüpft die Spin-aufgespaltenenrnZustandsdichten der Elektroden mit dem Tunnelmagnetowiderstand. Ohne einernsymmetriebrechende Barriere, zum Beispiel mit MgO als Isolatorschicht, können höhere Tunnelmagnetowiderstände erzwungen werden. Ein eindeutiger Rückschluss auf die Spinpolarisation ist dann jedoch nicht mehr möglich. Mit Aluminiumoxid-basierten Barrieren liefert die Anwendung des einfachen Jullière-Modells eine Untergrenze der Spinpolarisation.rnrnUm die Spinpolarisation von Co2Cr0,6Fe0,4Al durch Tunnelspektroskopie zu bestimmen, musste die Präparation der Tunnelkontakte verbessert werden. Dies wurde ermöglicht durch den Anbau einer neuen Sputterkammer mit besseren UHV-Bedingungen an ein bestehendes Präparationscluster. Co2Cr0,6Fe0,4Al wird mit Hilfe von Radiofrequenz-Kathodenzerstäuben deponiert. Die resultierenden Schichten verfügen nach ihrer Deposition über einen höheren Ordnungsgrad und über eine geordnete Oberfläche. Durch eine Magnesium-Pufferschicht war es möglich, auf diese Oberfläche eine homogene amorphe AlOx-Barriere zu deponieren. Als Gegenelektrode wurde CoFe als Ferromagnet mit MnFe als Antiferromagnet gewählt. Diese Gegenelektrode ermöglicht Tunnelmessungen bis hin zu Raumtemperatur.rnrnMit den in dieser Arbeit vorgestellten optimierten Analyse- und Präparationsmethoden ist es möglich, die Untergrenze der Spinpolarisation von Co2Cr0,6Fe0,4Al auf 67% anzuheben. Dies ist der bisher höchste veröffentlichte Wert der Spinpolarisation von Co2Cr0,6Fe0,4Al.rn