Radiation damping effects on the ultrashort x-ray pulses generated by nonlinear Thomson backscattering

Nonlinear Thomson backscattering of an intense Gaussian laser pulse by a counterpropagating energetic electron is investigated by numerically solving the electron equation of motion taking into account the radiative damping force. The backscattered radiation characteristics are different for linearly and circularly polarized lasers because of a difference in their ponderomotive forces acting on the electron. The radiative electron energy loss weakens the backscattered power, breaks the symmetry of the backscattered-pulse profile, and prolongs the duration of the backscattered radiation. With the circularly polarized laser, an adjustable double-peaked backscattered pulse can be obtained. Such a profile has potential applications as a subfemtosecond x-ray pump and probe with adjustable time delay and power ratio. (c) 2006 American Institute of Physics.

Surface effects on spinwave resonance in thin magnetic films

Over the past few decades, ferromagnetic spinwave resonance in magnetic thin films has been used as a tool for studying the properties of magnetic materials. A full understanding of the boundary conditions at the surface of the magnetic material is extremely important. Such an understanding has been the general objective of this thesis. The approach has been to investigate various hypotheses of the surface condition and to compare the results of these models with experimental data. The conclusion is that the boundary conditions are largely due to thin surface regions with magnetic properties different from the bulk. In the calculations these regions were usually approximated by uniform surface layers; the spins were otherwise unconstrained except by the same mechanisms that exist in the bulk (i.e., no special "pinning" at the surface atomic layer is assumed). The variation of the ferromagnetic spinwave resonance spectra in YIG films with frequency, temperature, annealing, and orientation of applied field provided an excellent experimental basis for the study.

This thesis can be divided into two parts. The first part is ferromagnetic resonance theory; the second part is the comparison of calculated with experimental data in YIG films. Both are essential in understanding the conclusion that surface regions with properties different from the bulk are responsible for the resonance phenomena associated with boundary conditions.

The theoretical calculations have been made by finding the wave vectors characteristic of the magnetic fields inside the magnetic medium, and then combining the fields associated with these wave vectors in superposition to match the specified boundary conditions. In addition to magnetic boundary conditions required for the surface layer model, two phenomenological magnetic boundary conditions are discussed in detail. The wave vectors are easily found by combining the Landau-Lifshitz equations with Maxwell's equations. Mode positions are most easily predicted from the magnetic wave vectors obtained by neglecting damping, conductivity, and the displacement current. For an insulator where the driving field is nearly uniform throughout the sample, these approximations permit a simple yet accurate calculation of the mode intensities. For metal films this calculation may be inaccurate but the mode positions are still accurately described. The techniques necessary for calculating the power absorbed by the film under a specific excitation including the effects of conductivity, displacement current and damping are also presented.

In the second part of the thesis the properties of magnetic garnet materials are summarized and the properties believed associated with the two surface regions of a YIG film are presented. Finally, the experimental data and calculated data for the surface layer model and other proposed models are compared. The conclusion of this study is that the remarkable variety of spinwave spectra that arises from various preparation techniques and subsequent treatments can be explained by surface regions with magnetic properties different from the bulk.

Damping and saturation of a second order electron plasma wave echo

A description is given of experimental work on the damping of a second order electron plasma wave echo due to velocity space diffusion in a low temperature magnetoplasma. Sufficient precision was obtained to verify the theoretically predicted cubic rather than quadratic or quartic dependence of the damping on exciter separation. Compared to the damping predicted for Coulomb collisions in a thermal plasma in an infinite magnetic field, the magnitude of the damping was approximately as predicted, while the velocity dependence of the damping was weaker than predicted. The discrepancy is consistent with the actual non-Maxwellian electron distribution of the plasma.

In conjunction with the damping work, echo amplitude saturation was measured as a function of the velocity of the electrons contributing to the echo. Good agreement was obtained with the predicted J₁ Bessel function amplitude dependence, as well as a demonstration that saturation did not influence the damping results.

Dualidade na teoria de Landau-Ginzburg da supercondutividade

Neste trabalho abordamos a teoria de Ginzburg-Landau da supercondutividade (teoria GL). Apresentamos suas origens, características e resultados mais importantes. A idéia fundamental desta teoria e descrever a transição de fase que sofrem alguns metais de uma fase normal para uma fase supercondutora. Durante uma transição de fase em supercondutores do tipo II é característico o surgimento de linhas de fluxo magnético em determinadas regiões de tamanho finito chamadas comumente de vórtices. A dinâmica destas estruturas topológicas é de grande interesse na comunidade científica atual e impulsiona incontáveis núcleos de pesquisa na área da supercondutividade. Baseado nisto estudamos como essas estruturas topológicas influenciam em uma transição de fase em um modelo bidimensional conhecido como modelo XY. No modelo XY vemos que os principais responsáveis pela transição de fase são os vórtices (na verdade pares de vórtice-antivórtice). Villain, observando este fato, percebeu que poderia tornar explícita a contribuição desses defeitos topológicos na função de partição do modelo XY realizando uma transformação de dualidade. Este modelo serve como inspiração para a proposta deste trabalho. Apresentamos aqui um modelo baseado em considerações físicas sobre sistemas de matéria condensada e ao mesmo tempo utilizamos um formalismo desenvolvido recentemente na referência [29] que possibilita tornar explícita a contribuição dos defeitos topológicos na ação original proposta em nossa teoria. Após isso analisamos alguns limites clássicos e finalmente realizamos as flutuações quânticas visando obter a expressão completa da função correlação dos vórtices o que pode ser muito útil em teorias de vórtices interagentes (dinâmica de vórtices).

Teoria de Landau-Ginzburg para o estado supercondutor nemático

O objetivo geral deste projeto é propor um modelo bidimensional que descreva o novo estado supercondutor, que apresenta simetria de cristal líquido, chamado de supercondutor nemático. O estudo começa com uma introdução sobre a teoria de Landau-Ginzburg das transições de fase, onde são discutidos conceitos como parâmetro de ordem e as ordens das transições de fase, que são essenciais para o desenvolvimento deste projeto. Em seguida, é feita uma discussão sobre as principais características dos supercondutores como a resistência zero, o efeito Meissner-Ochsenfeld, os tipos de supercondutores, o surgimento de vórtices e uma análise sobre a teoria de Landau-Ginzburg para transição de fase metal-supercondutor. Após isto, é feita uma abordagem sobre os principais tipos de cristais líquidos, com destaque ao cristal líquido nemático, onde é desenvolvida a teoria de Landau-Ginzburg para transição de fase isotrópica-nemática e um estudo sobre o surgimento de disclinações no cristal líquido nemático em duas dimensões. Por fim, é apresentado o modelo proposto para descrever o estado supercondutor nemático, com a construção da teoria de Landau-Ginzburg, o estudo do acoplamento entre as fases e os defeitos topológicos presentes nesse estado.