Entanglement of indistinguishable particles in condensed-matter physics

The concept of entanglement in systems where the particles are indistinguishable has been the subject of much recent interest and controversy. In this paper we study the notion of entanglement of particles introduced by Wiseman and Vaccaro [Phys. Rev. Lett. 91, 097902 (2003)] in several specific physical systems, including some that occur in condensed-matter physics. The entanglement of particles is relevant when the identical particles are itinerant and so not distinguished by their position as in spin models. We show that entanglement of particles can behave differently than other approaches that have been used previously, such as entanglement of modes (occupation-number entanglement) and the entanglement in the two-spin reduced density matrix. We argue that the entanglement of particles is what could actually be measured in most experimental scenarios and thus its physical significance is clear. This suggests that entanglement of particles may be useful in connecting theoretical and experimental studies of entanglement in condensed-matter systems.

Investigations of growth processes in Y-Ba-Cu-O materials by microstructural examination of quenched samples

Y-Ba-Cu-O samples with additions of Y2O3 and CeO2 were quenched during seeded isothermal melt processing and examined by optical microscopy and scanning electron microscopy. Large YBa2Cu3O7-y (Y123) particles in the starting powder were found to form a distinct type of melt during heating, which was unaffected by the Y2O3 or CeO2 additives. This type of melt later formed regions with a low concentration of Y2BaCuO5 (Y211) particles in the Y123 matrix. The maximum growth rate of Y123 that could be sustained in the sample was found to be lower in the melt formed from large Y123 particles, and this may lead to growth accidents and subgrains in some samples.

Detecting ultrafast interatomic electronic processes in media by fluorescence

Interatomic coulombic decay (ICD), a radiationless transition in weakly bonded systems, such as solutes or van der Waals bound aggregates, is an effective source for electrons of low kinetic energy. So far, the ICD processes could only be probed in ultra-high vacuum by using electron and/or ion spectroscopy. Here we show that resonant ICD processes can also be detected by measuring the subsequently emitted characteristic fluorescence radiation, which makes their study in dense media possible.

Energy transfer processes in Yb(3+)-Tm(3+) co-doped sodium alumino-phosphate glasses with improved 1.8 mu m emission

Sodium alumino-phosphate glasses co-doped with Yb(3+) and Tm(3+) ions have been prepared with notably low OH(-) content, and characterized from the viewpoint of their spectroscopic properties. In these glasses, Yb(3+) acts as an efficient sensitizer of excitation energy at 0.98 mu m - which can be provided by high power and low cost diode lasers, and subsequently undergoes non-resonant energy transfer to Tm(3+) ions ((2)F(5/2), (3)H(6) --> (2)F(7/2), (3)H(5)). Through this process, the emitting level (3)F(4) is rapidly populated, generating improved emission at 1.8 mu m ((3)F(4) --> (3)H(6)). In order to guarantee the efficiency of such favorable energy transfer, energy losses via multiphonon decay, Yb-Yb radiative trapping, and non- radiative transfer to OH(-) groups were evaluated, and minimized when possible. The dipole - dipole energy transfer microscopic parameters corresponding to Yb(3+) --> Tm(3+), Yb(3+) --> Yb(3+) and Tm(3+) --> Tm(3+) transfers, calculated by the Forster-Dexter model, are C(Yb-Tm) = 2.9 x 10(-40) cm(6) s(-1), C(Yb-Yb) = 42 x 10(-40) cm(6) s(-1) and C(Tm-Tm) = 43 x 10(-40) cm(6) s(-1), respectively.

Towards a Realization of the Condensed-Matter-Gravity Correspondence in String Theory via Consistent Abelian Truncation of the Aharony-Bergman-Jafferis-Maldacena Model

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Interacting fermionic atoms in optical lattices - A quantum simulator for condensed matter physics

This thesis reports on the creation and analysis of many-body states of interacting fermionic atoms in optical lattices. The realized system can be described by the Fermi-Hubbard hamiltonian, which is an important model for correlated electrons in modern condensed matter physics. In this way, ultra-cold atoms can be utilized as a quantum simulator to study solid state phenomena. The use of a Feshbach resonance in combination with a blue-detuned optical lattice and a red-detuned dipole trap enables an independent control over all relevant parameters in the many-body hamiltonian. By measuring the in-situ density distribution and doublon fraction it has been possible to identify both metallic and insulating phases in the repulsive Hubbard model, including the experimental observation of the fermionic Mott insulator. In the attractive case, the appearance of strong correlations has been detected via an anomalous expansion of the cloud that is caused by the formation of non-condensed pairs. By monitoring the in-situ density distribution of initially localized atoms during the free expansion in a homogeneous optical lattice, a strong influence of interactions on the out-of-equilibrium dynamics within the Hubbard model has been found. The reported experiments pave the way for future studies on magnetic order and fermionic superfluidity in a clean and well-controlled experimental system.

Unraveling efficiency-limiting processes in organic solar cells by ultrafast spectroscopy - impact of chemical structure and morphology on photophysics and efficiency

Diese Arbeit widmet sich der Untersuchung der photophysikalischen Prozesse, die in Mischungen von Elektronendonoren mit Elektronenakzeptoren zur Anwendung in organischen Solarzellen auftreten. Als Elektronendonoren werden das Copolymer PBDTTT-C, das aus Benzodithiophen- und Thienothiophene-Einheiten besteht, und das kleine Molekül p-DTS(FBTTh2)2, welches Silizium-überbrücktes Dithiophen, sowie fluoriertes Benzothiadiazol und Dithiophen beinhaltet, verwendet. Als Elektronenakzeptor finden ein planares 3,4:9,10-Perylentetracarbonsäurediimid-(PDI)-Derivat und verschiedene Fullerenderivate Anwendung. PDI-Derivate gelten als vielversprechende Alternativen zu Fullerenen aufgrund der durch chemische Synthese abstimmbaren strukturellen, optischen und elektronischen Eigenschaften. Das gewichtigste Argument für PDI-Derivate ist deren Absorption im sichtbaren Bereich des Sonnenspektrums was den Photostrom verbessern kann. Fulleren-basierte Mischungen übertreffen jedoch für gewöhnlich die Effizienz von Donor-PDI-Mischungen.rnUm den Nachteil der PDI-basierten Mischungen im Vergleich zu den entsprechenden Fulleren-basierten Mischungen zu identifizieren, werden die verschiedenen Donor-Akzeptor-Kombinationen auf ihre optischen, elektronischen und strukturellen Eigenschaften untersucht. Zeitaufgelöste Spektroskopie, vor allem transiente Absorptionsspektroskopie (TA), wird zur Analyse der Ladungsgeneration angewendet und der Vergleich der Donor-PDI Mischfilme mit den Donor-Fulleren Mischfilmen zeigt, dass die Bildung von Ladungstransferzuständen einen der Hauptverlustkanäle darstellt.rnWeiterhin werden Mischungen aus PBDTTT-C und [6,6]-Phenyl-C61-buttersäuremethylesther (PC61BM) mittels TA-Spektroskopie auf einer Zeitskala von ps bis µs untersucht und es kann gezeigt werden, dass der Triplettzustand des Polymers über die nicht-geminale Rekombination freier Ladungen auf einer sub-ns Zeitskala bevölkert wird. Hochentwickelte Methoden zur Datenanalyse, wie multivariate curve resolution (MCR), werden angewendet um überlagernde Datensignale zu trennen. Zusätzlich kann die Regeneration von Ladungsträgern durch Triplett-Triplett-Annihilation auf einer ns-µs Zeitskala gezeigt werden. Darüber hinaus wird der Einfluss des Lösungsmitteladditivs 1,8-Diiodooctan (DIO) auf die Leistungsfähigkeit von p-DTS(FBTTh2)2:PDI Solarzellen untersucht. Die Erkenntnisse von morphologischen und photophysikalischen Experimenten werden kombiniert, um die strukturellen Eigenschaften und die Photophysik mit den relevanten Kenngrößen des Bauteils in Verbindung zu setzen. Zeitaufgelöste Photolumineszenzmessungen (time-resolved photoluminescence, TRPL) zeigen, dass der Einsatz von DIO zu einer geringeren Reduzierung der Photolumineszenz führt, was auf eine größere Phasentrennung zurückgeführt werden kann. Außerdem kann mittels TA Spektroskopie gezeigt werden, dass die Verwendung von DIO zu einer verbesserten Kristallinität der aktiven Schicht führt und die Generation freier Ladungen fördert. Zur genauen Analyse des Signalzerfalls wird ein Modell angewendet, das den gleichzeitigen Zerfall gebundener CT-Zustände und freier Ladungen berücksichtigt und optimierte Donor-Akzeptor-Mischungen zeigen einen größeren Anteil an nicht-geminaler Rekombination freier Ladungsträger.rnIn einer weiteren Fallstudie wird der Einfluss des Fullerenderivats, namentlich IC60BA und PC71BM, auf die Leistungsfähigkeit und Photophysik der Solarzellen untersucht. Eine Kombination aus einer Untersuchung der Struktur des Dünnfilms sowie zeitaufgelöster Spektroskopie ergibt, dass Mischungen, die ICBA als Elektronenakzeptor verwenden, eine schlechtere Trennung von Ladungstransferzuständen zeigen und unter einer stärkeren geminalen Rekombination im Vergleich zu PCBM-basierten Mischungen leiden. Dies kann auf die kleinere Triebkraft zur Ladungstrennung sowie auf die höhere Unordnung der ICBA-basierten Mischungen, die die Ladungstrennung hemmen, zurückgeführt werden. Außerdem wird der Einfluss reiner Fullerendomänen auf die Funktionsfähigkeit organischer Solarzellen, die aus Mischungen des Thienothienophen-basierenden Polymers pBTTT-C14 und PC61BM bestehen, untersucht. Aus diesem Grund wird die Photophysik von Filmen mit einem Donor-Akzeptor-Mischungsverhältnis von 1:1 sowie 1:4 verglichen. Während 1:1-Mischungen lediglich eine co-kristalline Phase, in der Fullerene zwischen den Seitenketten von pBTTT interkalieren, zeigen, resultiert der Überschuss an Fulleren in den 1:4-Proben in der Ausbildung reiner Fullerendomänen zusätzlich zu der co kristallinen Phase. Transiente Absorptionsspektroskopie verdeutlicht, dass Ladungstransferzustände in 1:1-Mischungen hauptsächlich über geminale Rekombination zerfallen, während in 1:4 Mischungen ein beträchtlicher Anteil an Ladungen ihre wechselseitige Coulombanziehung überwinden und freie Ladungsträger bilden kann, die schließlich nicht-geminal rekombinieren.

Sum rules and short-range correlations in nuclear matter at finite temperature

The nucleon spectral function in nuclear matter fulfills an energy weighted sum rule. Comparing two different realistic potentials, these sum rules are studied for Greens functions that are derived self-consistently within the T matrix approximation at finite temperature.

Modelling of Geochemical Processes in Mangrove Ecosystem

The mangrove ecosystem is one of the earth’s most endangered ecosystems. In this study, geochemical features of three mangrove ecosystems, Mangalavanam, Vypeen and Nettoor were compared. Water, sediment and core samples were collected from these stations for a period of one year. Nutrients, organic compounds orgnic carbon and hydrographical parameters of the samples were estimated. The present study revealed higher concentration of carbon in the surface sediments. The major temporary or ultimate sink for various pollutants in estuaries is the sedimentary reservoir, including intertidal areas. In the present study, higher values for dissolved nutrients, POC and carbohydrates were observed during low tide.

Sum rules and short-range correlations in nuclear matter at finite temperature

The nucleon spectral function in nuclear matter fulfills an energy weighted sum rule. Comparing two different realistic potentials, these sum rules are studied for Greens functions that are derived self-consistently within the T matrix approximation at finite temperature.

Studies an Optical and X-ray Emission Processes in Laser Produced Plasma

Developments in laser technology over the past few years have made it possible to do experiments with focused intensities of IO"-102' Wcm'z. Short-pulse high-intensity lasers are able to accelerate protons and heavier ions to multi-MeV energies during their interaction with solid targets, gas jets and clusters. When such a laser radiation is focused at the intensity above 10” Wcm'2, local electric field strength will be almost equivalent to that within an atom. Hence, new nonlinear optical phenomena will be expected in the field of light matter interaction. Most of the research in the material interaction using high power lasers, especially related to plasma interaction, has been directed to the short pulse x-ray generation- Nanosecond laser interactions with solid targets also generate plasmas which emit radiation mainly in the optical region, the understanding of which is far from satisfactory. This thesis deals with a detailed study of some of the dynamical processes in plasmas generated by nanosecond and femtosecond lasers