Giant and zero electron g factors of dilute nitride semiconductor nanowires

The electronic structures and electron g factors of InSb1-sNs and GaAs1-sNs nanowires and bulk material under the magnetic and electric fields are investigated by using the ten-band k.p model. The nitrogen doping has direct and indirect effects on the g factors. A giant g factor with absolute value larger than 900 is found in InSb1-sNs bulk material. A transverse electric field can increase the g factors, which has obviously asymmetric effects on the g factors in different directions. An electric field tunable zero g factor is found in GaAs1-sNs nanowires. (C) 2007 American Institute of Physics.

Electron attachment to SF(6) and lifetimes of SF(6)(-) negative ions

We study the process of low-energy electron capture by the SF(6) molecule. Our approach is based on the model of Gauyacq and Herzenberg [J. P. Gauyacq and A. Herzenberg, J. Phys. B 17, 1155 (1984)] in which the electron motion is coupled to the fully symmetric vibrational mode through a weakly bound or virtual s state. By tuning the two free parameters of the model, we achieve an accurate description of the measured electron attachment cross section and good agreement with vibrational excitation cross sections of the fully symmetric mode. An extension of the model provides a limit on the characteristic time of intramolecular vibrational relaxation in highly excited SF(6)(-). By evaluating the total vibrational spectrum density of SF(6)(-), we estimate the widths of the vibrational Feshbach resonances of the long-lived negative ion. We also analyze the possible distribution of the widths and its effect on the lifetime measurements, and investigate nonexponential decay features in metastable SF(6)(-).

Ein Experiment zur Bestimmung des g-Faktors des gebundenen Elektrons in wasserstoff- und lithiumähnlichen mittelschweren Ionen

In dieser Arbeit werden der experimentelle Aufbau und erste Messungen für die Bestimmung des g-Faktors des Elektrons gebunden in wasserstoff- und lithiumähnlichen mittelschweren Ionen beschrieben. Mit dem hochpräzisenWert des g-Faktors können theoretische Berechnungen der Quantenelektrodynamik gebundener Zustände überprüft werden. Die Messungen werden in einem Dreifach-Penningfallen-System durchgeführt. Dort wurden im Rahmen dieser Arbeit auch erstmals hochgeladene Ionen bis 28Si13+ in einer hierfür entwickelten Elektronenstrahl-Ionenquelle/-falle erzeugt. Für die Bestimmung des g-Faktors werden die freie Zyklotronfrequenz und die Larmorfrequenz benötigt. Erstere wird aus den drei Eigenfrequenzen des in der Präzisionsfalle gespeicherten Ions berechnet. Um das Ion bei den Messungen nicht zu verlieren, werden die Eigenfrequenzen des Ions durch Kopplung an einen radiofrequenten Nachweisschwingkreis nicht-destruktiv nachgewiesen. Die freie Zyklotronfrequenz konnte dabei mit einer relativen Genauigkeit von wenigen 10E−9 bestimmt werden. Zur Bestimmung der Larmorfrequenz ist die genaue Kenntnis der Spinrichtung des Elektrons im Magnetfeld notwendig. Diese wird durch den kontinuierlichen Stern-Gerlach-Effekt in der sogenannten Analysefalle bestimmt. Hierzu muss eine hohe Stabilität der axialen Frequenz des Ions erreicht werden. Um dies sowie die Hochpräzisionsmessungen in der Präzisionsfalle zu erreichen, wurden in dieser Arbeit beide Fallen hinsichtlich ihrer elektrischen und magnetischen Eigenschaften charakterisiert.

Electron paramagnetic resonance studies on Mn doped GaSb

We report on the X-band (similar to 9.43 GHz) electron paramagnetic resonance (EPR) investigations carried out on polycrystalline Ga1-xMnxSb (x=0.02). A strong EPR signal with an effective g factor (g(eff)) close to 2.00 was observed, suggesting that the ionic state of Mn which replaces Ga ion in the lattice, is Mn2+ attributable to Delta M=1 transition of the ionized Mn acceptor A(-), Mn (3d(5)). The apparent absence of EPR signal, typical for neutral Mn acceptor at g=2.7 suggests either no such centers are present or the signal broadens beyond detection limit. The temperature dependent EPR studies combined with dc magnetization data suggest the possible coexistence of antiferromagnetic and ferromagnetic phases at very low temperatures. (C) 2011 American Institute of Physics. doi:10.1063/1.3543983]

Two-electron-one-photon M1 and E2 transitions between the states of the 2p(3) and 2s(2)2p odd configurations for B-like ions with 18 <= Z <= 92

Two-electron-one-photon (TEOP) M1 and E2 transition energies, line strengths and transition probabilities between the states of the 2p(3) and 2s(2)2p odd configurations for B-like ions with 18 <= Z <= 92 have been calculated using the GRASP2K package based on the multiconfiguration Dirac-Hartree-Fock (MCDHF) method. Employing active-space techniques to expand the configuration list, we have systematically considered the valence, core-valence and core-core electron correlation effects. Breit interaction and quantum electrodynamical (QED) effects were also included to correct atomic state wavefunctions and the corresponding energies. Influences of electron correlation, Breit interaction and QED effects on transition energies and line strengths of the TEOP M1 and E2 transitions were analysed in detail. The present results were also compared with other theoretical and experimental values.

Recoil-induced electronic excitation and ionization in one-and two-electron ions

The electronic redistribution of an ion or atom induced by a sudden recoil of the nucleus occurring during the emission or capture of a neutral particle is theoretically investigated. For one-electron systems, analytical expressions are derived for the electronic transition probabilities to bound and continuum states. The quality of a B-spline basis set approach is evaluated from a detailed comparison with the analytical results. This numerical approach is then used Io study the dynamics of two-electron systems (neutral He and Ne ) using correlated wavefunctions for both the target and daughter ions. The total transition probabilities to discrete states, autoionizing states and direct single- and double-ionization probabilities are calculated from the pseudospectra. Sum rules for transition probabilities involving an initial bound state and a complete final series are discussed.

Electron scattering by atoms and ions using the Breit-Pauli Hamiltonian:An R-matrix approach

The R-matrix method describing the scattering of low-energy electrons by complex atoms and ions is extended to include terms of the Breit-Pauli Hamiltonian. An application is made to the astrophysically important 1s 2s S-1s 2s2p P transition in Fe XXIII, where in the most accurate calculations carried out all terms of the 1s 2s, 1s2s2p and 1s2p configurations are included in the expansion describing the collision. This gives up to 28 coupled channels for each total angular momentum and parity which are solved on a CRAY-1. The collision strengths are increased by more than a factor of two from their non-relativistic values at all energies considered.

Weakly bound atomic trimers in ultracold traps

The scaling dependence of the recombination parameter as a function of the ratio between the energies of the atomic dimer and the most excited trimer states was derived. The scaling function tends to a unversal function in the limit of zero-range interaction or infinite scattering length. This paper reports on how one can obtain the trimer binding energy of a trapped atomic system, from the three-body recombination rate and the corresponding two-body scattering length.

Messung des Landé-gJ-Faktors im Grundzustand von Ca + und Untersuchung des Speicherverhaltens von Elektronen in einem Penningkäfig

Ionenkäfige und speziell Penningfallen stellen sich in der Atomphysik als außergewöhnliche Werkzeuge heraus. Zum einen bieten diese 'Teilchencontainer' die Möglichkeit atomphysikalische Präzisionsmessungen durchzuführen und zum anderen stellen Penningfallen schwingungsfähige Systeme dar, in welchen nichtlineare dynamische Prozesse an gespeicherten Teilchen untersucht werden können. In einem ersten Teil der Arbeit wurde mit der in der Atomphysik bekannten Methode der optischen Mikrowellen-Doppelresonanz Spektroskopie der elektronische g-Faktor von Ca+ mit einer Genauigkeit von 4*10^{-8} zu gJ=2,00225664(9) bestimmt. g-Faktoren von Elektronen in gebundenen ionischen Systemen sind fundamentale Größen der Atomphysik, die Informationen über die atomare Wellenfunktion des zu untersuchenden Zustandes liefern. In einem zweiten Teil der Arbeit wurde hinsichtlich der Untersuchungen zur nichtlinearen Dynamik von parametrisch angeregten gespeicherten Elektronen beobachtet, dass ab bestimmten kritischen Teilchendichten in der Penningfalle die gespeicherten Elektronen kollektive Eigenschaften manifestieren. Weiterhin wurde bei der Anregung der axialen Eigenbewegung ein Schwellenverhalten der gemessenen Subharmonischen zur 2*omega_z-Resonanz beobachtet. Dieser Schwelleneffekt lässt sich mit der Existenz eines Dämpfungsmechanismus erklären, der auf die Elektronenwolke einwirkt, so dass eine Mindestamplitude der Anregung erforderlich ist, um diese Dämpfung zu überwinden. Durch Bestimmung der charakteristischen Kurven der gedämpften Mathieuschen Differentialgleichung konnte das beobachtete Phänomen theoretisch verstanden werden.

Preparation of cold Mg + ion clouds for sympathetic cooling of highly charged ions at SPECTRAP

Die Elektronen in wasserstoff- und lithium-ähnlichen schweren Ionen sind den extrem starken elektrischen und magnetischen Feldern in der Umgebung des Kerns ausgesetzt. Die Laserspektroskopie der Hyperfeinaufspaltung im Grundzustand des Ions erlaubt daher einen sensitiven Test der Quantenelektrodynamik in starken Feldern insbesondere im magnetischen Sektor. Frühere Messungen an wasserstoffähnlichen Systemen die an einer Elektronenstrahl-Ionenfalle (EBIT) und am Experimentierspeicherring (ESR) der GSI Darmstadt durchgeführt wurden, waren in ihrer Genauigkeit durch zu geringe Statistik, einer starken Dopplerverbreiterung und der großen Unsicherheit in der Ionenenergie limitiert. Das ganze Potential des QED-Tests kann nur dann ausgeschöpft werden, wenn es gelingt sowohl wasserstoff- als auch lithium-ähnliche schwere Ionen mit einer um 2-3 Größenordnung gesteigerten Genauigkeit zu spektroskopieren. Um dies zu erreichen, wird gegenwärtig das neue Penningfallensystem SPECTRAP an der GSI aufgebaut und in Betrieb genommen. Es ist speziell für die Laserspektroskopie an gespeicherten hochgeladenen Ionen optimiert und wird in Zukunft von HITRAP mit nierderenergetischen hochgeladenen Ionen versorgt werden.rnrnSPECTRAP ist eine zylindrische Penningfalle mit axialem Zugang für die Injektion von Ionen und die Einkopplung eines Laserstrahls sowie einem radialen optischen Zugang für die Detektion der Fluoreszenz. Um letzteres zu realisieren ist der supraleitende Magnet als Helmholtz-Spulenpaar ausgelegt. Um die gewünschte Genauigkeit bei der Laserspektroskopie zu erreichen, muss ein effizienter und schneller Kühlprozess für die injizierten hochegeladenen Ionen realisiert werden. Dies kann mittels sympathetischer Kühlung in einer lasergekühlten Wolke leichter Ionen realisiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Lasersystem und eine Ionenquelle für die Produktion einer solchen 24Mg+ Ionenwolke aufgebaut und erfolgreich an SPECTRAP in Betrieb genommen. Dazu wurde ein Festkörperlasersystem für die Erzeugung von Licht bei 279.6 nm entworfen und aufgebaut. Es besteht aus einem Faserlaser bei 1118 nm der in zwei aufeinanderfolgenden Frequenzverdopplungsstufen frequenzvervierfacht wird. Die Verdopplerstufen sind als aktiv stabilisierte Resonantoren mit nichtlinearen Kristallen ausgelegt. Das Lasersystem liefert unter optimalen Bedingeungen bis zu 15 mW bei der ultravioletten Wellenlänge und erwies sich während der Teststrahlzeiten an SPECTRAP als ausgesprochen zuverlässig. Desweiteren wurde eine Ionequelle für die gepulste Injektion von Mg+ Ionen in die SPECTRAP Falle entwickelt. Diese basiert auf der Elektronenstoßionisation eines thermischen Mg-Atomstrahls und liefert in der gepulsten Extraktion Ionenbündel mit einer kleinen Impuls- und Energieverteilung. Unter Nutzung des Lasersystems konnten damit an SPECTRAP erstmals Ionenwolken mit bis zu 2600 lasergekühlten Mg Ionen erzeugt werden. Der Nachweis erfolgte sowohl mittels Fluoreszenz als auch mit der FFT-ICR Technik. Aus der Analyse des Fluoreszenz-Linienprofils lässt sich sowohl die Sensitivität auf einzelne gespeicherte Ionen als auch eine erreichte Endtemperatur in der Größenordnung von ≈ 100 mK nach wenigen Sekunden Kühlzeit belegen.

Electron tomography reveals the steps in filovirus budding

The filoviruses, Marburg and Ebola, are non-segmented negative-strand RNA viruses causing severe hemorrhagic fever with high mortality rates in humans and nonhuman primates. The sequence of events that leads to release of filovirus particles from cells is poorly understood. Two contrasting mechanisms have been proposed, one proceeding via a "submarine-like" budding with the helical nucleocapsid emerging parallel to the plasma membrane, and the other via perpendicular "rocketlike" protrusion. Here we have infected cells with Marburg virus under BSL-4 containment conditions, and reconstructed the sequence of steps in the budding process in three dimensions using electron tomography of plastic-embedded cells. We find that highly infectious filamentous particles are released at early stages in infection. Budding proceeds via lateral association of intracellular nucleocapsid along its whole length with the plasma membrane, followed by rapid envelopment initiated at one end of the nucleocapsid, leading to a protruding intermediate. Scission results in local membrane instability at the rear of the virus. After prolonged infection, increased vesiculation of the plasma membrane correlates with changes in shape and infectivity of released viruses. Our observations demonstrate a cellular determinant of virus shape. They reconcile the contrasting models of filovirus budding and allow us to describe the sequence of events taking place during budding and release of Marburg virus. We propose that this represents a general sequence of events also followed by other filamentous and rod-shaped viruses.

Electron-hole recombination in cobalt-doped p-type germanium

The recombination properties of cobalt centers in p-type germanium containing cobalt in the concentration range 1014 to 1016 atoms/cm3 have been investigated. The measurement of lifetime has been carried out by steady-state photoconductivity and photo-magneto-electric methods in the temperature range 145 to 300°K. The cross-sections Sno (electron capture cross-section at neutral centers). Sn- (electron capture cross-section at singly negatively charged centers) and their temperature variations have been estimated by the analysis of the lifetime data on the basis of Sah-Shockley's multi-level formula. The value of Sno is (15±5).10-16 cm2 and is temperature independent. The value of Sn- is ≈4·10-16 cm2 around 225°K and it increases with increase of temperature. The possible mechanisms for capture at neutral and repulsive centers are discussed and a summary of the capture cross-sections for cobalt centers is given. A comparison of the cross-section values of cobalt and their temperature variations with those of the related impurities-manganese, iron and nickel-in germanium has been made.

Bound states of two spin-1/2 fermions in a synthetic non-Abelian gauge field

We study the bound states of two spin-1/2 fermions interacting via a contact attraction (characterized by a scattering length) in the singlet channel in three-dimensional space in presence of a uniform non-Abelian gauge field. The configuration of the gauge field that generates a Rashba-type spin-orbit interaction is described by three coupling parameters (lambda(x),lambda(y),lambda(z)). For a generic gauge field configuration, the critical scattering length required for the formation of a bound state is negative, i.e., shifts to the ``BCS side'' of the resonance. Interestingly, we find that there are special high-symmetry configurations (e.g., lambda(x) = lambda(y) = lambda(z)) for which there is a two-body bound state for any scattering length however small and negative. Remarkably, the bound-state wave functions obtained for such configurations have nematic spin structure similar to those found in liquid He-3. Our results show that the BCS-BEC (Bose-Einstein condensation) crossover is drastically affected by the presence of a non-Abelian gauge field. We discuss possible experimental signatures of our findings both at high and low temperatures.

Ballistic Single-Electron Quputer

We propose a new solid state implementation of a quantum computer (quputer) using ballistic single electrons as flying qubits in 1D nanowires. We use a single electron pump (SEP) to prepare the initial state and a single electron transistor (SET) to measure the final state. Single qubit gates are implemented using quantum dots as phase shifters and electron waveguide couplers as beam splitters. A Coulomb coupler acts as a 2-qubit gate, using a mutual phase modulation effect. Since the electron phase coherence length in GaAs/AlGaAs heterostructures is of the order of 30$\mu$m, several gates (tens) can be implemented before the system decoheres.

Electronic structure and g factors of CdTe quantum ellipsoids

The electronic structure, electron and hole g factors and optical properties of CdTe quantum ellipsoids are investigated, in the framework of eight-band effective-mass approximation. It is found that the light-hole states come down in comparison with the heavy-hole states when the spheres are elongated, and become the lowest states of valence band. When the aspect ratio of the ellipsoid length to diameter (e) changes from smaller than 1 to larger than 1, the linear polarization factors change from negative to positive. The electron g factors of CdTe spheres decrease with increasing radius, and are nearly 2 when the radius is very small. Actually, as some of the three dimensions increase, the electron g factors decrease. More dimensions increase, the g factors decrease. more. The dimensions perpendicular to the direction of the magnetic field affect the g factors more than the other dimension. The light-hole and heavy-hole g factors of quantum spheres are equal, and change from 0.88 to -1.14 with increasing radius. When e < 1 (e > 1) the light-hole g factor is smaller (larger) than the heavy-hole g factor. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.