Fock terms in the quark-meson coupling model

The mean field description of nuclear matter in the quark-meson coupling model is improved by the inclusion of exchange contributions (Fock terms). The inclusion of Fock terms allows us to explore the momentum dependence of meson-nucleon vertices and the role of pionic degrees of freedom in matter. It is found that the Fock terms maintain the previous predictions of the model for the in-medium properties of the nucleon and for the nuclear incompressibility. The Fock terms significantly increase the absolute values of the single-particle, four-component scalar and vector potentials, a feature that is relevant for the spin-orbit splitting in finite nuclei. © 1999 Elsevier Science B.V.

A theoretical study of the A2 ∑+-X2∏ system of the SiP molecule

The A2∑+ and Z2∏ electronic states of the SiP species have been investigated theoretically at a very high level of correlation treatment (CASSCF/MRSDCI). Very accurate potential energy curves are presented for both states, as well as the associated spectroscopic constants as derived from the vib-rotational energy levels determined by means of the numerical solution of the radial Schrödinger equation. Electronic transition moment function, oscillator strengths, Einstein coefficients for spontaneous emission, and Franck-Condon factors for the A2∑+-X2∏ system have been calculated. Dipole moment functions and radiative lifetimes for both states have also been determined. Spin-orbit coupling constants are also reported. The radiative lifetimes for the A2∑+ state, taking into account the spin-orbit diagonal correction to the X2∏ state, decrease from a value of 138 ms at v′ = 0 to 0.48 ms at v′ = 8, and, for the X2∏ state, from 2.32 s at v″ = 1 to 0.59 s at v″ = 5. Vibrational and rotational transitions are expected to be relatively strong.

Dynamics of rotation of super-Earths

We numerically investigate the dynamics of rotation of several close-in terrestrial exoplanet candidates. In our model, the rotation of the planet is disturbed by the torque of the central star due to the asymmetric equilibrium figure of the planet. We model the shape of the planet by a Jeans spheroid. We use surfaces of section and spectral analysis to explore numerically the rotation phase space of the systems adopting different sets of parameters and initial conditions close to the main spin-orbit resonant states. One of the parameters, the orbital eccentricity, is critically discussed here within the domain of validity of orbital circularization timescales given by tidal models. We show that, depending on some parameters of the system like the radius and mass of the planet, eccentricity etc., the rotation can be strongly perturbed and a chaotic layer around the synchronous state may occupy a significant region of the phase space. 55 Cnc e is an example. © 2013 Springer Science+Business Media Dordrecht.

Dinâmica de rotação de exoplanetas tipo terrestre com perturbação de terceiro corpo

In this work we study some topics of Celestial Mechanics, namely the problem of rigid body rotation and “spin-orbit” resonances. Emphasis is placed on the problem formulation and applications to some exoplanets with physical parameters (e.g. mass and radius) compatible with a terrestrial type constitution (e.g. rock) belonging to multiple planetary systems. The approach is both analytical and numerical. The analytical part consists of: i) the deduction of the equation of motion for the rotation problem of a spherical body with no symmetry, disturbed by a central body; ii) modeling the same problem by including a third-body in the planet-star system; iii) formulation of the concept of “spin-orbit” resonance in which the orbital period of the planet is an integer multiple of the rotation’s period. Topics of dynamical systems (e.g. equilibrium points, chaos, surface sections, etc.) will be included at this stage. In the numerical part simulations are performed with numerical models developed in the previous analytical section. As a first step we consider the orbit of the planet not perturbed by a third-body in the star-planet system. In this case the eccentricity and orbital semi-major axis of the planet are constants. Here the technique of surface sections, widely used in dynamical systems are applied. Next, we consider the action of a third body, developing a more realistic model for planetary rotation. The results in both cases are compared. Since the technique of disturbed surface sections is no longer applicable, we quantitatively evaluate the evolution of the characteristic angles of rotation (e.g. physical libration) by studying the evolution of individual orbits in the dynamically important regions of phase space, the latter obtained in the undisturbed case

Deformation and tidal evolution of close-in planets and satellites using a Maxwell viscoelastic rheology

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

Investigation of Ground- and Excited-State Photophysical Properties of 5,10,15,20-Tetra(4-pyridyl)-21H,23H-porphyrin with Ruthenium Outlying Complexes

The present work employs a set of complementary techniques to investigate the influence of outlying Ru(II) groups on the ground- and excited-state photophysical properties of free-base tetrapyridyl porphyrin (H(2)TPyP). Single pulse and, pulse train Z-scan techniques used M association with laser flash photolysis, absorbance and fluorescence spectroscopy, and fluorescence decay measurements, allowed us to conclude that the presence of outlying Ru(II) groups causes significant changes on both electronic structure and vibrational properties of porphyrin. Such modifications take place mainly due to the activation of. nonradiative decay channels responsible for the emission, quenching, as well as by favoring some vibrational modes in the light absorption process, It is also observed that, differently from what happens when the Ru(II) is placed at the center of the macrocycle, the peripheral groups cause an increase of the intersystem crossing processes, probably due to the structural distortion of the ring that implies a worse spin orbit coupling, responsible for the intersystem crossing mechanism.

First-principles studies of complex magnetism in Mn nanostructures on the Fe(001) surface

The magnetic properties of Mn nanostructures on the Fe(001) surface have been studied using the noncollinear first-principles real space-linear muffin-tin orbital-atomic sphere approximation method within density-functional theory. We have considered a variety of nanostructures such as adsorbed wires, pyramids, and flat and intermixed clusters of sizes varying from two to nine atoms. Our calculations of interatomic exchange interactions reveal the long-range nature of exchange interactions between Mn-Mn and Mn-Fe atoms. We have found that the strong dependence of these interactions on the local environment, the magnetic frustration, and the effect of spin-orbit coupling lead to the possibility of realizing complex noncollinear magnetic structures such as helical spin spiral and half-skyrmion.

A theoretical contribution characterizing a potentially new molecular species: MgAs

A new molecular species, MgAs, is investigated theoretically for the first time at the CASSCF/MRCI level using quintuple-zeta quality basis sets. Potential energy curves for the lowest-lying electronic states are presented as well as the associated spectroscopic constants. Dipole and transition moment functions for selected states complement this characterization. Estimates of transition probabilities and radiative life-times for the most important transitions are also reported. The effect of spin-orbit interactions is clearly reflected on the potential energy curves. Comparisons with BeAs, BeN, and BeP are made where pertinent. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Electronic Structure Calculations in a 2D SixGe1-x Alloy Under an Applied Electric Field.

The recent advances and promises in nanoscience and nanotechnology have been focused on hexagonal materials, mainly on carbon-based nanostructures. Recently, new candidates have been raised, where the greatest efforts are devoted to a new hexagonal and buckled material made of silicon, named Silicene. This new material presents an energy gap due to spin-orbit interaction of approximately 1.5 meV, where the measurement of quantum spin Hall effect(QSHE) can be made experimentally. Some investigations also show that the QSHE in 2D low-buckled hexagonal structures of germanium is present. Since the similarities, and at the same time the differences, between Si and Ge, over the years, have motivated a lot of investigations in these materials. In this work we performed systematic investigations on the electronic structure and band topology in both ordered and disordered SixGe1-x alloys monolayer with 2D honeycomb geometry by first-principles calculations. We show that an applied electric field can tune the gap size for both alloys. However, as a function of electric field, the disordered alloy presents a W-shaped behavior, similarly to the pure Si or Ge, whereas for the ordered alloy a V-shaped behavior is observed.

Synthesis and characterization of new discotic polycyclic aromatic hydrocarbons and related pyrolytic nanostructures

Diskotische Hexa-peri-hexabenzocoronene (HBC) als molekulare, definierte graphitische Substrukturen sind bereits seit langem Gegenstand von Untersuchungen zu der Delokalisierung von π-Elektronen. In dieser Arbeit wurden zusätzlich Platin-Komplexe in das periphere Substitutionsmuster von HBC eingeführt. Dies führte zu einer Verbesserung der Emission von dem angeregten Triplett-Zustand in den Singulett-Grundzustand mit einer zusätzlichen Verlängerung der Lebensdauer des angeregten Zustandes. Zusätzlich erlaubte diese Konfiguration ein schnelles Intersystem-Crossing mittels einer verstärkten Spin-Orbit Kopplung, die sowohl bei tiefen Temperaturen, als auch bei Raumtemperatur exklusiv zu Phosphoreszenz (T1→S0) führte. Das Verständniss über solche Prozesse ist auch essentiell für die Entwicklung verbesserter opto-elektronischer Bauteile. Die Erstellung von exakt definierten molekularen Strukturen, die speziell für spezifische Interaktionen hergestellt wurden, machten eine Inkorporation von hydrophoben-hydrophilen, wasserstoffverbrückten oder elektrostatischen funktionalisierten Einheiten notwendig, um damit den supramolekularen Aufbau zu kontrollieren. Mit Imidazolium-Salzen funktionalisierte HBC Derivate wurden zu diesem Zwecke hergestellt. Eine interessante Eigenschaft dieser Moleküle ist ihre Amphiphilie. Dies gestattete die Untersuchung ihrer Eigenschaften in einem polaren Solvens und sowohl der Prozessierbarkeit als auch der Faserbildung auf Siliziumoxid-Trägern. Abhängig vom Lösungsmittel und der gewählten Konditionen konnten hochkristalline Fasern erhalten werden. Durch eine Substitution der HBCs mit langen, sterisch anspruchsvollen Seitenketten, konnte durch eine geeignete Prozessierung eine homöotrope Ausrichtung auf Substraten erreicht werden, was dieses Material interessant für photovoltaische Applikationen macht. Neuartige Polyphenylen-Metall-Komplexe mit diskotischen, linearen und dendritischen Geometrien wurden mittels einer einfachen Reaktion zwischen Co2(CO)8 und Ethinyl-Funktionalitäten in Dichlormethan hergestellt. Nach der Pyrolyse dieser Komplexe ergaben sich unterschiedliche Kohlenstoff-Nanopartikel, inklusive Nanoröhren, graphitischen Nanostäben und Kohlenstoff/Metall Hybrid Komplexe, die durch Elektronenmikroskopie untersucht wurden. Die resultierenden Strukturen waren dabei abhängig von der Zusammensetzung und Struktur der Ausgangssubstanzen. Anhand dieser Resultate ergeben sich diverse Möglichkeiten, um den Mechanismus, der zur Herstellung graphitischer Nanopartikel führt, besser zu verstehen.

Übergangsmomente zwischen angeregten Zuständen mit der RI-CC2-Methode: Implementierung und Anwendung auf Triplett-Excimere

Die Themengebiete dieser Arbeit umfassen sowohl methodische Weiterentwicklungen im Rahmen der ab initio zweiter Ordnungsmethoden CC2 und ADC(2) als auch Anwendungen dieser Weiterentwick-lungen auf aktuelle Fragestellungen. Die methodischen Erweiterungen stehen dabei hauptsächlich im Zusammenhang mit Übergangsmomenten zwischen angeregten Zuständen. Durch die Implementie-rung der selbigen ist nun die Berechnung transienter Absorptionsspektren möglich. Die Anwendungen behandeln vorwiegend das Feld der organischen Halbleiter und deren photo-elektronische Eigen-schaften. Dabei spielen die bislang wenig erforschten Triplett-Excimere eine zentrale Rolle.rnDie Übergangsmomente zwischen angeregten Zuständen wurden in das Programmpaket TUR-BOMOLE implementiert. Dadurch wurde die Berechnung der Übergangsmomente zwischen Zustän-den gleicher Multiplizität (d.h. sowohl Singulett-Singulett- als auch Triplett-Triplett-Übergänge) und unterschiedlicher Multiplizität (also Singulett-Triplett-Übergänge) möglich. Als Erweiterung wurde durch ein Interface zum ORCA Programm die Berechnung von Spin-Orbit-Matrixelementen (SOMEs) implementiert. Des Weiteren kann man mit dieser Implementierung auch Übergänge in offenschaligen Systemen berechnen. Um den Speicherbedarf und die Rechenzeit möglichst gering zu halten wurde die resolution-of-the-identity (RI-) Näherung benutzt. Damit lässt sich der Speicherbedarf von O(N4) auf O(N3) reduzieren, da die mit O(N4) skalierenden Größen (z. B. die T2-Amplituden) sehr effizient aus RI-Intermediaten berechnet werden können und daher nicht abgespeichert werden müssen. Dadurch wird eine Berechnung für mittelgroße Moleküle (ca. 20-50 Atome) mit einer angemessenen Basis möglich.rnDie Genauigkeit der Übergangsmomente zwischen angeregten Zuständen wurde für einen Testsatz kleiner Moleküle sowie für ausgewählte größere organische Moleküle getestet. Dabei stellte sich her-aus, dass der Fehler der RI-Näherung sehr klein ist. Die Vorhersage der transienten Spektren mit CC2 bzw. ADC(2) birgt allerdings ein Problem, da diese Methoden solche Zustände nur sehr unzureichend beschreiben, welche hauptsächlich durch zweifach-Anregungen bezüglich der Referenzdeterminante erzeugt werden. Dies ist für die Spektren aus dem angeregten Zustand relevant, da Übergänge zu diesen Zuständen energetisch zugänglich und erlaubt sein können. Ein Beispiel dafür wird anhand eines Singulett-Singulett-Spektrums in der vorliegenden Arbeit diskutiert. Für die Übergänge zwischen Triplettzuständen ist dies allerdings weniger problematisch, da die energetisch niedrigsten Doppelan-regungen geschlossenschalig sind und daher für Tripletts nicht auftreten.rnVon besonderem Interesse für diese Arbeit ist die Bildung von Excimeren im angeregten Triplettzu-stand. Diese können aufgrund starker Wechselwirkungen zwischen den π-Elektronensystemen großer organischer Moleküle auftreten, wie sie zum Beispiel als organische Halbleiter in organischen Leucht-dioden eingesetzt werden. Dabei können die Excimere die photo-elktronischen Eigenschaften dieser Substanzen signifikant beeinflussen. Im Rahmen dieser Dissertation wurden daher zwei solcher Sys-teme untersucht, [3.3](4,4’)Biphenylophan und das Naphthalin-Dimer. Hierzu wurden die transienten Anregungsspektren aus dem ersten angeregten Triplettzustand berechnet und diese Ergebnisse für die Interpretation der experimentellen Spektren herangezogen. Aufgrund der guten Übereinstimmung zwischen den berechneten und den experimentellen Spektren konnte gezeigt werden, dass es für eine koplanare Anordnung der beiden Monomere zu einer starken Kopplung zwischen lokal angereg-ten und charge-transfer Zuständen kommt. Diese Kopplung resultiert in einer signifikanten energeti-schen Absenkung des ersten angeregten Zustandes und zu einem sehr geringen Abstand zwischen den Monomereinheiten. Dabei ist der angeregte Zustand über beide Monomere delokalisiert. Die star-ke Kopplung tritt bei einem intermolekularen Abstand ≤4 Å auf, was einem typischen Abstand in orga-nischen Halbleitern entspricht. In diesem Bereich kann man zur Berechnung dieser Systeme nicht auf die Förster-Dexter-Theorie zurückgreifen, da diese nur für den Grenzfall der schwachen Kopplung gültig ist.

Vielkanal-Spinpolarimeter für energie- und winkeldispersive Photoemissionsmessungen

Spinpolarisationsmessungen an freien Elektronen sind seit ihrer ersten Verwirklichung durch Mott anspruchsvoll geblieben. Die relevante Größe eines Spinpolarimeters ist seine Gütefunktion, FoM = S^2*I/I_0, mit der Asymmetriefunktion S und dem Verhältnis aus Streu- und Primärintensität I/I_0. Alle bisherigen Geräte basieren auf einer einkanaligen Streuung (Spin-Bahn- oder Austauschwechselwirkung), die durch FoM = 10^(-4) charakterisiert ist. Moderne Halbkugelanalysatoren ermöglichen hingegen eine effiziente Vielkanaldetektion der spinintegralen Intensität mit mehr als 10^4 simultan erfassten Datenpunkten. Im Vergleich zwischen spinaufgelöster und spinintegraler Elektronenspektroskopie findet man somit einen Effizienzunterschied von 8 Größenordnungen.rnDie vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Untersuchung eines neuartigen Verfahrens zur Effizienzsteigerung in der spinaufgelösten Elektronenspektroskopie unter Ausnutzung von Vielkanaldetektion. Der Spindetektor wurde in eine µ-metallgeschirmte UHV-Kammer integriert und hinter einem konventionellen Halbkugelanalysator angebracht. Durch elektronenoptische Simulationen wurde die Geometrie des elektrostatischen Linsensystems festgelegt. Das Grundkonzept basiert auf der k(senkrecht)-erhaltenden elastischen Streuung des (0,0)-Spekularstrahls an einem W(100)- Streukristall unter einem Einfallswinkel von 45°. Es konnte gezeigt werden, dass etwarn960 Datenpunkte (15 Energie- und 64 Winkelpunkte) in einem Energiebereich vonrnetwa 3 eV simultan auf einen Delayline-Detektor abgebildet werden können. Dies führt zu einer zweidimensionalen Gütefunktion von FoM_2D = 1,7. Verglichen mit konventionellen Spindetektoren ist der neuartige Ansatz somit durch einen Effizienzgewinn von 4 Größenordnungen gekennzeichnet.rnDurch Messungen einer Fe/MgO(100) und O p(1x1)/Fe(100)-Probe konnte die Funktionstüchtigkeit des neuen Spinpolarimeters nachgewiesen werden, indem die aus der Literatur bekannten typischen UPS-Ergebnisse mit stark verkürzter Messzeit reproduziert wurden. Durch die hohe Effizienz ist es möglich, besonders reaktive Oberflächen in kurzer Zeit zu vermessen. Dieser Vorteil wurde bereits für eine erste grundlagenorientierte Anwendung genutzt: Als Test für die Gültigkeit von Bandstrukturrechnungen für die Heusler-Verbindung Co_2MnGa, wobei eine gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment gefunden wurde.rnMit dem Vielkanal-Spinfilter wurde die Grundlage zu einem um Größenordnungen verbesserten Messverfahren der Elektronenspin-Polarisation geschaffen und damit der Zugang zu Experimenten eröffnet, die mit den bisherigen einkanaligen Detektoren nicht möglich sind.rn

The orbital-motion-limited regime of cylindrical Langmuir probes

An asymptotic analysis of electron collection at high bias Fp serves to determine the domain of validity of the orbital-motion-limited regime of cylindrical Langmuir probes, which is basic for the workings of conductive bare tethers. The radius of a wire collecting OML current in an unmagnetized plasma at rest cannot exceed a value, Rmax , which is found to exhibit a minimum as a function of Fp ; atFp values of interest, Rmax is already increasing and is larger than the electron Debye length lDe . The breakdown of the regime relates to conditions far fromthe probe, at electron energies comparable to the ion thermal energy, kTi ; Rmax is found to increase with Ti . It is also found that ~1! the maximumwidth of a thin tape, if used instead of a wire, is 4Rmax ; ~2! the electron thermal gyroradius must be larger than both R and lDe for magnetic effects to be negligible; and ~3! conditions applying to the tether case are such that trapped-orbit effects are negligible.

Propriedades magnéticas de trímeros de FexCo1-x depositados em Pt(111)

Quais propriedades magnéticas são modificadas quando se agrupam átomos de Fe/Co para formar estruturas quasi-2D, se comparadas aos nanofios (quasi-1D) de FexCo1-x? E como estas propriedades reagem com a variação da proporção de Fe/Co nos aglomerados? A fim de responder a estas questões, trímeros de FexCo1-x depositados em Pt(111) são investigados utilizando o método de primeiros princípios Real Space-Linear Muffin-Tin Orbital-Atomic Sphere Approximation (RS-LMTO-ASA) no âmbito da Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Diferentes configurações de trímeros triangulares são consideradas, variando-se as posições e a concentração dos átomos de Fe/Co. Neste trabalho, demonstra-se a ocorrência de uma tendência não-linear estritamente decrescente dos momentos orbitais médios como função da concentração de Fe, distinta do encontrado tanto para os nanofios de FexCo1-x (dependência linear) quanto para a monocamada correspondente (dependência não-linear). Os resultados obtidos mostram ainda que os momentos orbitais variam com o ambiente local e com a direção de magnetização, especialmente quando associados aos átomos de Co, em concordância com publicações anteriores. A mudança de dimensionalidade quasi-1D (nanofios) para quasi-2D (trímeros compactos) não afeta o comportamento dos momentos de spin, que permanecem descritos por uma função linear com respeito à proporção de Fe/Co. Ambos o formato e a concentração de Fe nos sistemas apresentam um papel importante nos valores de energia de anisotropia magnética. Em adição, observou-se que o subtrato de Pt opera ativamente na definição das propriedades magnéticas dos aglomerados. Embora todas as configurações lineares e compactas dos aglomerados de FexCo1-x sejam estáveis e exibam interações fortemente ferromagnéticas entre os primeiros vizinhos, nem todas revelaram o ordenamento colinear como estado fundamental, apresentando uma interação de Dzyaloshinskii-Moriya não-desprezível induzida pelo acoplamento spin-órbita. Estes casos específicos são: o trímero triangular de Co puro e o trímero linear (nanofio) de Fe puro, para o qual foi verificado o acoplamento do tipo Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida entre os átomos de Fe constituintes. Os resultados obtidos contribuem para o entendimento de quais mecanismos definem o magnetismo nos trímeros de FexCo1-x/Pt(111), e discutem as questões presentes atualmente na literatura no contexto destes sistemas.

Fano-Rashba effect in quantum dots

We consider the electronic transport through a Rashba quantum dot coupled to ferromagnetic leads. We show that the interference of localized electron states with resonant electron states leads to the appearance of the Fano-Rashba effect. This effect occurs due to the interference of bound levels of spin-polarized electrons with the continuum of electronic states with an opposite spin polarization. We investigate this Fano-Rashba effect as a function of the applied magnetic field and Rashba spin-orbit coupling.