Far-infrared optical properties of the heavy fermion superconductor UB[E13]

Temperature dependent resistivity, p, magnetic susceptibility, X, and far-infrared reflectance measurements were made on the low Tc superconductor UBe13. Two variants of UBe13 have been proposed, named 'L'- (for low Tc ) and 'H'-type (for high Tc ). Low temperature resistivity measurements confirmed that our sample was of H-type and that the transition temperature was at 0.9 K. This was further confirmed with the observation of this transition in the AC-susceptibility. Low temperature reflectance measurements showed a decrease in the reflectivity as the temperature is lowered from 300 to 10 K, which is in qualitative agreement with the increasing resistivity in this temperature range as temperature is lowered. No dramatic change in the reflectivity was observed between 10 and 0.75 K. A further decrease of the reflectance was observed for the temperature of 0.5 K. The calculated optical conductivity shows a broad minimum near 80 cm-1 below 45 K. Above 45 K the conductivity is relatively featureless. As the temperature is lowered, the optical conductivity decreases. The frequency dependent scattering rate was found to be flat for temperatures between 300 and 45 K. The development of a peak, at around 70 cm-1 was found for temperatures of 45 K and below. This peak has been associated with the energy at which the transition to a coherent state occurs from single impurity scattering in other heavy fermion systems. The frequency dependent mass enhancement coefficient was found to increase at low frequencies as the frequency decreases. Its' magnitude as frequency approaches zero also increased as the temperature decreased.

Far infrared spectroscopy of heavy fermion superconductor CeCoIn5

The optical response to far infrared radiation has been measured on a mosaic of heavy fermion CeColnssingle crystals. The superconducting transition temperature of the crystals has been determined by van der Pauw resistivity and ac-susceptibility measurements as Tc = 2.3 K. The optical measurements were taken above and below the transition temperature using a 3He cryostat and step and integrate Martin-Puplett type polarizing interferometer. The absolute reflectance of the heavy fermion CeColns in the superconducting state in range (0, 100)cm-1 was calculated from the measured thermal reflectance, using the normal state data of Singley et al and a low frequency extrapolation for a metallic material in the Hagen-Rubens regime. By means of Kramers-Kronig analysis the absolute reflectance was used to calculate the optical conductivity of the sample. The real part of the calculated complex conductivity 0-(w) ofCeColns indicates a possible opening of an energy gap close to 50 em-I.

Far infrared spectroscopy of heavy fermion superconductor CeCoIn5 /

The optical response to far infrared radiation has been measured on a mosaic of heavy fermion CeCoIns single crystals. The superconducting transition temperature of the crystals has been determined by van der Pauw resistivity and ac-susceptibility measurements as Tc = 2.3 K. The optical measurements were taken above and below the transition temperature using a ^He cryostat and step and integrate Martin-Puplett type polarizing interferometer. The absolute reflectance of the heavy fermion CeCoIns in the superconducting state in range (0, 100)cm~^ was calculated from the measured thermal reflectance, using the normal state data of Singley et al and a low frequency extrapolation for a metallic material in the Hagen-Rubens regime. By means of Kramers-Kronig analysis the absolute reflectance was used to calculate the optical conductivity of the sample. The real part of the calculated complex conductivity a{u)) of CeCoIns indicates a possible opening of an energy gap close to 50 cm~^.

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.

Development and applications of density matrix functional theory of generalized Hubbard Models

In dieser Doktorarbeit wird eine akkurate Methode zur Bestimmung von Grundzustandseigenschaften stark korrelierter Elektronen im Rahmen von Gittermodellen entwickelt und angewandt. In der Dichtematrix-Funktional-Theorie (LDFT, vom englischen lattice density functional theory) ist die Ein-Teilchen-Dichtematrix γ die fundamentale Variable. Auf der Basis eines verallgemeinerten Hohenberg-Kohn-Theorems ergibt sich die Grundzustandsenergie Egs[γgs] = min° E[γ] durch die Minimierung des Energiefunktionals E[γ] bezüglich aller physikalischer bzw. repräsentativer γ. Das Energiefunktional kann in zwei Beiträge aufgeteilt werden: Das Funktional der kinetischen Energie T[γ], dessen lineare Abhängigkeit von γ genau bekannt ist, und das Funktional der Korrelationsenergie W[γ], dessen Abhängigkeit von γ nicht explizit bekannt ist. Das Auffinden präziser Näherungen für W[γ] stellt die tatsächliche Herausforderung dieser These dar. Einem Teil dieser Arbeit liegen vorausgegangene Studien zu Grunde, in denen eine Näherung des Funktionals W[γ] für das Hubbardmodell, basierend auf Skalierungshypothesen und exakten analytischen Ergebnissen für das Dimer, hergeleitet wird. Jedoch ist dieser Ansatz begrenzt auf spin-unabhängige und homogene Systeme. Um den Anwendungsbereich von LDFT zu erweitern, entwickeln wir drei verschiedene Ansätze zur Herleitung von W[γ], die das Studium von Systemen mit gebrochener Symmetrie ermöglichen. Zuerst wird das bisherige Skalierungsfunktional erweitert auf Systeme mit Ladungstransfer. Eine systematische Untersuchung der Abhängigkeit des Funktionals W[γ] von der Ladungsverteilung ergibt ähnliche Skalierungseigenschaften wie für den homogenen Fall. Daraufhin wird eine Erweiterung auf das Hubbardmodell auf bipartiten Gittern hergeleitet und an sowohl endlichen als auch unendlichen Systemen mit repulsiver und attraktiver Wechselwirkung angewandt. Die hohe Genauigkeit dieses Funktionals wird aufgezeigt. Es erweist sich jedoch als schwierig, diesen Ansatz auf komplexere Systeme zu übertragen, da bei der Berechnung von W[γ] das System als ganzes betrachtet wird. Um dieses Problem zu bewältigen, leiten wir eine weitere Näherung basierend auf lokalen Skalierungseigenschaften her. Dieses Funktional ist lokal bezüglich der Gitterplätze formuliert und ist daher anwendbar auf jede Art von geordneten oder ungeordneten Hamiltonoperatoren mit lokalen Wechselwirkungen. Als Anwendungen untersuchen wir den Metall-Isolator-Übergang sowohl im ionischen Hubbardmodell in einer und zwei Dimensionen als auch in eindimensionalen Hubbardketten mit nächsten und übernächsten Nachbarn. Schließlich entwickeln wir ein numerisches Verfahren zur Berechnung von W[γ], basierend auf exakten Diagonalisierungen eines effektiven Vielteilchen-Hamilton-Operators, welcher einen von einem effektiven Medium umgebenen Cluster beschreibt. Dieser effektive Hamiltonoperator hängt von der Dichtematrix γ ab und erlaubt die Herleitung von Näherungen an W[γ], dessen Qualität sich systematisch mit steigender Clustergröße verbessert. Die Formulierung ist spinabhängig und ermöglicht eine direkte Verallgemeinerung auf korrelierte Systeme mit mehreren Orbitalen, wie zum Beispiel auf den spd-Hamilton-Operator. Darüber hinaus berücksichtigt sie die Effekte kurzreichweitiger Ladungs- und Spinfluktuationen in dem Funktional. Für das Hubbardmodell wird die Genauigkeit der Methode durch Vergleich mit Bethe-Ansatz-Resultaten (1D) und Quanten-Monte-Carlo-Simulationen (2D) veranschaulicht. Zum Abschluss wird ein Ausblick auf relevante zukünftige Entwicklungen dieser Theorie gegeben.

Spectral functions of half-filled one-dimensional Hubbard rings with varying boundary conditions

We study the effect of varying the boundary condition on: the spectral function of a finite one-dimensional Hubbard chain, which we compute using direct (Lanczos) diagonalization of the Hamiltonian. By direct comparison with the two-body response functions and with the exact solution of the Bethe ansatz equations, we can identify both spinon and holon features in the spectra. At half-filling the spectra have the well-known structure of a low-energy holon band and its shadow-which spans the whole Brillouin zone-and a spinon band present for momenta less than the Fermi momentum. Features related to the twisted boundary condition are cusps in the spinon band. We show that the spectral building principle, adapted to account for both the finite system size and the twisted boundary condition, describes the spectra well in terms of single spinon and holon excitations. We argue that these finite-size effects are a signature of spin-charge separation and that their study should help establish the existence and nature of spin-charge separation in finite-size systems.

Fermion perturbations in string theory black holes

In this paper we study fermion perturbations in four-dimensional black holes of string theory, obtained either from a non-extreme configuration of three intersecting five-branes with a boost along the common string or from a non-extreme intersecting system of two two-branes and two five-branes. The Dirac equation for the massless neutrino field, after conformal re-scaling of the metric, is written as a wave equation suitable to study the time evolution of the perturbation. We perform a numerical integration of the evolution equation, and with the aid of Prony fitting of the time-domain profile, we calculate the complex frequencies that dominate the quasinormal ringing stage, and also determine these quantities by the semi-analytical sixth-order WKB method. We also find numerically the decay factor of fermion fields at very late times, and show that the falloff is identical to those showing for massless fields in other four-dimensional black hole spacetimes.

Fock space for fermion-like lattices and the linear Glauber model

The concept of Fock space representation is developed to deal with stochastic spin lattices written in terms of fermion operators. A density operator is introduced in order to follow in parallel the developments of the case of bosons in the literature. Some general conceptual quantities for spin lattices are then derived, including the notion of generating function and path integral via Grassmann variables. The formalism is used to derive the Liouvillian of the d-dimensional Linear Glauber dynamics in the Fock-space representation. Then the time evolution equations for the magnetization and the two-point correlation function are derived in terms of the number operator. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Dynamical self-stabilization of the Mott insulator: Time evolution of the density and entanglement entropy of out-of-equilibrium cold fermion gases

The time evolution of the out-of-equilibrium Mott insulator is investigated numerically through calculations of space-time-resolved density and entropy profiles resulting from the release of a gas of ultracold fermionic atoms from an optical trap. For adiabatic, moderate and sudden switching-off of the trapping potential, the out-of-equilibrium dynamics of the Mott insulator is found to differ profoundly from that of the band insulator and the metallic phase, displaying a self-induced stability that is robust within a wide range of densities, system sizes and interaction strengths. The connection between the entanglement entropy and changes of phase, known for equilibrium situations, is found to extend to the out-of-equilibrium regime. Finally, the relation between the system`s long time behavior and the thermalization limit is analyzed. Copyright (C) EPLA, 2011

Electron spin resonance of Gd3+ in the antiferromagnetic heavy fermion CeIn3 and its reference compound LaIn3

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

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

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

Structural aspects of the fermion-boson mapping in two-dimensional gauge and anomalous gauge theories with massive fermions

Using a synthesis of the functional integral and operator approaches we discuss the fermion-buson mapping and the role played by the Bose field algebra in the Hilbert space of two-dimensional gauge and anomalous gauge field theories with massive fermions. In QED, with quartic self-interaction among massive fermions, the use of an auxiliary vector field introduces a redundant Bose field algebra that should not be considered as an element of the intrinsic algebraic structure defining the model. In anomalous chiral QED, with massive fermions the effect of the chiral anomaly leads to the appearance in the mass operator of a spurious Bose field combination. This phase factor carries no fermion selection rule and the expected absence of Theta-vacuum in the anomalous model is displayed from the operator solution. Even in the anomalous model with massive Fermi fields, the introduction of the Wess-Zumino field replicates the theory, changing neither its algebraic content nor its physical content. (C) 2002 Elsevier B.V. (USA).