Low energy excitations of double quantum dots in the lowest Landau level regime

We study the spectrum and magnetic properties of double quantum dots in the lowest Landau level for different values of the hopping and Zeeman parameters by means of exact diagonalization techniques in systems of N=6 and 7 electrons and a filling factor close to 2. We compare our results with those obtained in double quantum layers and single quantum dots. The Kohn theorem is also discussed.

A Low-Energy Ion Scattering (LEIS) Study of the Influence of the Vanadium Concentration on the Activity of Vanadium-Niobium Oxide Catalysts for the Oxidative Dehydrogenation of Propane

A series of vanadium-niobium oxide catalysts in which the vanadia content varies between 0.3 and 18mol%was prepared by coprecipitation. These catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), low-energy ion scattering (LEIS), and by catalytic testing in the oxidative dehydrogenation reaction of propane. The results of the surface analysis by XPS and LEIS are compared. It is concluded that the active site on the catalyst surface contains 2.0 ± 0.3 vanadium atoms on average. This can be understood byassuming the existenceof two or three different sites:isolated vanadium atoms, pairs of vanadium atoms, or ensembles of three vanadium atoms. At higher vanadium concentration more vanadium clusters with a higher activity are at the surface.LEIS revealed that as the vanadium concentration in the catalyst increases, vanadium replaces niobium at the surface. At vanadium concentrations above 8 mol%, new phases such as P-(Nb, V)20S which are less active because vanadium is present in isolated sites are formed, while the vanadium surface concentration shows a slight decrease

Excitation of Phonons in Solids and Nanostructures by Intense Laser and XUV Pulses and by Low Energy Atomic Collision

Intensive, ultrakurze Laserpulse regen Festkörper in einen Zustand an, in dem die Elektronen hohe Temperaturen erlangen, während das Gitter kalt bleibt. Die heißen Elektronen beeinflussen das sog. Laser-angeregte interatomare Potential bzw. die Potentialenergiefläche, auf der die Ionen sich bewegen. Dieses kann neben anderen ultrakurzen Prozessen zu Änderungen der Phononfrequenzen (phonon softening oder phonon hardening) führen. Viele ultrakurze strukturelle Phänomene in Festkörpern hängen bei hohen Laseranregungen von Änderungen der Phononfrequenzen bei niedrigeren Anregungen ab. Um die Laser-bedingten Änderungen des Phononenspektrums von Festkörpern beschreiben zu können, haben wir ein auf Temperatur-abhängiger Dichtefunktionaltheorie basierendes Verfahren entwickelt. Die dramatischen Änderungen nach einer Laseranregung in der Potentialenergiefläche werden durch die starke Veränderung der Zustandsdichte und der Besetzungen der Elektronen hervorgerufen. Diese Änderungen in der Zustandsdichte und den Besetzungszahlen können wir mit unserer Methode berechnen, um dann damit das Verhalten der Phononen nach einer Laseranregung zu analysieren. Auf diese Art und Weise studierten wir den Einfluss einer Anregung mit einem intensiven, ultrakurzen Laserpuls auf repräsentative Phonon Eigenmoden in Magnesium, Kupfer und Aluminium. Wir stellten dabei in manchen Gitterschwingungen entweder eine Abnahme (softening) und in anderen eine Zunahme (hardening) der Eigenfrequenz fest. Manche Moden zeigten bei Variation der Laseranregungsstärke sogar beide Verhaltensweisen. Das eine Phonon-Eigenmode ein hardening und softening zeigen kann, wird durch das Vorhandensein von van Hove Singularitäten in der elektronischen Zustandsdichte des betrachteten Materials erklärt. Für diesen Fall stellt unser Verfahren zusammen mit der Sommerfeld-Entwicklung die Eigenschaften der Festkörper Vibrationen in Verbindung mit den Laser induzierten Veränderungen in den elektronischen Besetzungen für verschiedene Phonon-eingefrorene Atomkonfigurationen. Auch die absolute Größe des softening und hardening wurde berechnet. Wir nehmen an, dass unsere Theorie Licht in die Effekte der Laseranregung von verschiedenen Materialien bringt. Außerdem studierten wir mit Hilfe von Dichtefunktionaltheorie die strukturellen Material-Eigenschaften, die durch kurze XUV Pulse induziert werden. Warme dichte Materie in Ultrakurzpuls angeregten Magnesium wurde analysiert und verglichen mit den Ergebnissen bei durch Laser Anregung bedingten Änderungen. Unter Verwendung von elektronischer-Temperatur-abhängiger Dichtefunktionaltheorie wurden die Änderungen in den Bindungseigenschaften von warmen dichten Magnesium studiert. Wir stellten dabei beide Effekte, Verstärkung und Abschwächung von Bindungen, bei jeweils verschiedenen Phonon Eigenmoden von Magnesium auf Grund von der Erzeugung von Rumpflöchern und dem Vorhandensein von heißen Elektronen fest. Die zusätzliche Erzeugung von heißen Elektronen führt zu einer Änderung der Bindungscharakteristik, die der Änderung, die durch die bereits vorhandenen Rumpflöcher hervorgerufen wurde, entgegen wirkt. Die thermischen Eigenschaften von Nanostrukturen sind teilweise sehr wichtig für elektronische Bauteile. Wir studierten hier ebenfalls den Effekt einer einzelnen Graphen Lage auf Kupfer. Dazu untersuchten wir mit Dichtefunktionaltheorie die strukturellen- und Schwingungseigenschaften von Graphen auf einem Kupfer Substrat. Wir zeigen, dass die schwache Wechselwirkung zwischen Graphen und Kupfer die Frequenz der aus der Ebene gerichteten akustischen Phonon Eigenmode anhebt und die Entartung zwischen den aus der Ebene gerichteten akustischen und optischen Phononen im K-Punkt des Graphen Spektrums aufhebt. Zusätzlich führten wir ab initio Berechnungen zur inelastischen Streuung eines Helium Atoms mit Graphen auf einem Kuper(111) Substrat durch. Wir berechneten dazu das Leistungsspektrum, das uns eine Idee über die verschiedenen Gitterschwingungen des Graphene-Kuper(111) Systems gibt, die durch die Kollision des Helium Atom angeregt werden. Wir brachten die Positionen der Peaks im Leistungsspektrum mit den Phonon Eigenfrequenzen, die wir aus den statischen Rechnungen erhalten haben, in Beziehung. Unsere Ergebnisse werden auch verglichen mit den Ergebnissen experimenteller Daten zur Helium Streuung an Graphen-Kupfer(111) Oberflächen.

An optical study of multiple NEIAL events driven by low energy electron precipitation

Optical data are compared with EISCAT radar observations of multiple Naturally Enhanced Ion-Acoustic Line (NEIAL) events in the dayside cusp. This study uses narrow field of view cameras to observe small-scale, short-lived auroral features. Using multiple-wavelength optical observations, a direct link between NEIAL occurrences and low energy (about 100 eV) optical emissions is shown. This is consistent with the Langmuir wave decay interpretation of NEIALs being driven by streams of low-energy electrons. Modelling work connected with this study shows that, for the measured ionospheric conditions and precipitation characteristics, growth of unstable Langmuir (electron plasma) waves can occur, which decay into ion-acoustic wave modes. The link with low energy optical emissions shown here, will enable future studies of the shape, extent, lifetime, grouping and motions of NEIALs.

A molecular T-matrix approach to calculating low-energy electron diffusion intensities for ordered molecular adsorbates

We present a novel approach to calculating Low-Energy Electron Diffraction (LEED) intensities for ordered molecular adsorbates. First, the intra-molecular multiple scattering is computed to obtain a non-diagonal molecular T-matrix. This is then used to represent the entire molecule as a single scattering object in a conventional LEED calculation, where the Layer Doubling technique is applied to assemble the different layers, including the molecular ones. A detailed comparison with conventional layer-type LEED calculations is provided to ascertain the accuracy of this scheme of calculation. Advantages of this scheme for problems involving ordered arrays of molecules adsorbed on surfaces are discussed.

Molecular t-matrices for low-energy electron diffraction (TMOL v1.1)*1

We describe a FORTRAN-90 program that computes scattering t-matrices for a molecule. These can be used in a Low-Energy Electron Diffraction program to solve the molecular structural problem very efficiently. The intramolecular multiple scattering is computed within a Dyson-like approach, using free space Green propagators in a basis of spherical waves. The advantage of this approach is related to exploiting the chemical identity of the molecule, and to the simplicity to translate and rotate these t-matrices without performing a new multiple-scattering calculation for each configuration. FORTRAN-90 routines for rotating the resulting t-matrices using Wigner matrices are also provided.

A FORTRAN-90 low-energy electron diffraction program (LEED90 v1.1)

We describe a FORTRAN-90 program to compute low-energy electron diffraction I(V) curves. Plane-waves and layer doubling are used to compute the inter-layer multiple-scattering, while the intra-layer multiple-scattering is computed in the standard way expanding the wavefield on a basis of spherical waves. The program is kept as general as possible, in order to allow testing different parts of multiple-scattering calculations. In particular, it can handle non-diagonal t-matrices describing the scattering of non-spherical potentials, anisotropic vibrations, anharmonicity, etc. The program does not use old FORTRAN flavours, and has been written keeping in mind the advantage for parallelism brought forward by FORTRAN-90.

Simulation of the future performance of low-energy evaporative cooling systems using UKCP09 climate projections

Recent activity in the development of future weather data for building performance simulation follows recognition of the limitations of traditional methods, which have been based on a stationary (observed) climate. In the UK, such developments have followed on from the availability of regional climate models as delivered in UKCIP02 and recently the probabilistic projections released under UKCP09. One major area of concern is the future performance and adaptability of buildings which employ exclusively passive or low-energy cooling systems. One such method which can be employed in an integral or retrofit situation is direct or indirect evaporative cooling. The effectiveness of evaporative cooling is most strongly influenced by the wet-bulb depression of the ambient air, hence is generally regarded as most suited to hot, dry climates. However, this technology has been shown to be effective in the UK, primarily in mixed-mode buildings or as a retrofit to industrial/commercial applications. Climate projections for the UK generally indicate an increase in the summer wet-bulb depression, suggesting an enhanced potential for the application of evaporative cooling. The paper illustrates this potential by an analysis of the probabilistic scenarios released under UKCP09, together with a detailed building/plant simulation of case study building located in the South-East of England. The results indicate a high probability that evaporative cooling will still be a viable low-energy technique in the 2050s.

Low-energy ion outflows from the ionosphere during a major polar cap expansion — evidence for equatorward motion of inverted-V structures

Data from the Dynamics Explorer 1 satellite and the EISCAT and Sondrestrom incoherent scatter radars, have allowed a study of low-energy ion outflows from the ionosphere into the magnetosphere during a rapid expansion of the polar cap. From the combined radar data, a 200kV increase in cross-cap potential is estimated. The upflowing ions show “X” signatures in the pitch angle-time spectrograms in the expanding midnight sector of the auroral oval. These signatures reveal low-energy (below about 60eV), light-ion beams sandwiched between two regions of ion conics and are associated with inverted-V electron precipitation. The lack of mass dispersion of the poleward edge of the event, despite great differences in the times of flight, reflects the equatorward expansion of the acceleration regions at velocities similar to those of the antisunward convection. In addition, a transient burst of upflow of 0+ is observed within the cap, possibly due to enhanced Joule heating during the event.