Theory of field-induced spin reorientation transition in thin Heisenberg films. - In: Physical review. Condensed matter and materials physics / American Physical Society. - College Park, Md. : APS, 1970-2015 , ISSN: 1550-235X , ZDB-ID: 1473011-X, ISSN 1550-235X, Bd. 71 (2005), 2, S. 024428, insges. 7 S.
We consider the spin reorientation transition in a ferromagnetic Heisenberg monolayer with a second-order single-ion anisotropy as a function of temperature and external field. Up to now analytical methods give satisfying results only for the special case that the external field is aligned parallel to the easy axis of the crystal. We propose a theory based on a generalization of the Callen decoupling, which can be used for an arbritrary direction of the external field. Excellent agreement between our results and quantum Monte Carlo data is found for the field-induced reorientation at finite temperatures. Additionally, we discuss the temperature dependence of the transition in detail.
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.71.024428
Temperature dependence of interlayer exchange coupling: spin waves versus spacer effects. - In: Physical review. Condensed matter and materials physics / American Physical Society. - College Park, Md. : APS, 1970-2015 , ISSN: 1550-235X , ZDB-ID: 1473011-X, ISSN 1550-235X, Bd. 71 (2005), 17, S. 174441, insges. 9 S.
There are different mechanisms proposed to be responsible for the temperature dependence of the interlayer exchange coupling, namely, a smearing out of the spacer or interface Fermi surface and excitations and interactions of spin waves. We propose a possibility to separate both effects by calculating the excitation spectrum of an extended Heisenberg model and connecting the results with ferromagnetic resonance (FMR) experiments. To solve the Heisenberg model we use an approximation that was shown to yield excellent results. In this paper the main idea of this procedure is explained and a detailed investigation of the spin-wave contribution to the temperature dependence of FMR resonance frequencies and fields is carried out.
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.71.174441
Spectral broadening and diffusion by torsional motion in biphenyl. - In: The journal of chemical physics, ISSN 1089-7690, Bd. 123 (2005), 14, 144311, insges. 9 S.
We have studied biphenyl by time-dependent density-functional theory. In particular, we have analyzed the dependence of singlet excitation energies and transition dipoles on the torsional angle between the phenyl groups. The torsional spectrum has been computed quantum mechanically as well as semiclassically in order to understand how this influences the broadening of absorption and luminescence spectra. Our results are in best agreement with supersonic jet spectroscopy data, but also fit astonishingly well to spectra of biphenyl in condensed phase. Furthermore, we compare the torsional and vibrational relaxation and discuss qualitatively the general consequences for poly-para-phenylenes and related conjugated polymers as poly-thiophenes, considering, in particular, how side chains and solvents may affect the optical spectra.
https://doi.org/10.1063/1.2049269
Surface phonons of clean and hydrogen terminated Si(1 1 0) surfaces. - In: Surface science, ISSN 1879-2758, Bd. 582 (2005), 1/3, S. 159-172
We report an investigation of the dynamical properties of clean and monohydride-terminated Si(1 1 0) surfaces, measured by means of high resolution electron energy loss spectroscopy (HREELS). On both surfaces a number of surface phonons is observed and successfully assigned to predicted modes. A (1 x 5) reconstruction is found to be the stable surface phase corresponding to monohydride coverage of Si(1 1 0). For the SiH stretching and bending bands of this monohydride Si(1 1 0) surface we find a relatively strong dispersion along the [1 -1 0] direction. Apparently, this is related to the coupling of oscillators along the Si chains of the (1 1 0) surface. In addition, surface vibrations induced by adsorbed residual gases are measured and analysed.
http://dx.doi.org/10.1016/j.susc.2005.03.013
Charge degrees of freedom in frustrated lattice structures. - In: Physical review. Condensed matter and materials physics / American Physical Society. - College Park, Md. : APS, 1970-2015 , ISSN: 1550-235X , ZDB-ID: 1473011-X, ISSN 1550-235X, Bd. 70 (2004), 24, S. 245113, insges. 11 S.
We study numerically spinless fermions with strong nearest-neighbor repulsion V on frustrated lattice structures that show macroscopically many ground states in the absence of a kinetic energy term (hopping term). A finite hopping amplitude t lifts the macroscopic degeneracy and leads to a small number of degenerate ground states. These can be characterized by topological quantum numbers and transformation properties under symmetry operations such as particle-hole interchange. Results for the criss-crossed checkerboard lattice (two-dimensional pyrochlore lattice) with up to 32 fermions support the scenario that translational invariance is restored in the thermodynamic limit, making half-charged quasiparticles possible. A finite entropy of approximately (3?4)ln(4?3) per site is released at low temperatures kBT?tџ?Vø , much below the bare energies t,V . This is familiar from the widely studied models involving spins on frustrated lattices, but in a spinless-fermion model these low-energy excitations are necessarily related to charge degrees of freedom.
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.70.245113
About thermodynamics and statistics of moving charges. - In: Physica, ISSN 1873-2119, Bd. 324 (2003), 3/4, S. 589-605
https://doi.org/10.1016/S0378-4371(03)00055-4
Langwellige Magnonen und Phononen und rotonenähnliche Anregungen in amorphen Festkörpern, 2003. - Online-Ressource (PDF-Datei: 99 S., 1506 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2003
Parallel als Druckausg. erschienen
Ausgedehnte Inhomogenitäten und Variation der Nächste-Nachbar-Abstände sind eine charakteristische Gemeinsamkeit amorpher Festkörper. Wesentliche Informationen über die (magnetische) Struktur amorpher Festkörper erhält man aus dem statischen Strukturfaktor bzw. der radialen Verteilungsfunktion. Für langwellige Magnonen und Phononen führen die Inhomogenitäten zur Dämpfung und Renormierung (Verringerung) der Stiffnesskonstanten bzw. der Schallgeschwindigkeit. Sehr langwellige Magnonen und Phononen werden an den Inhomogenitäten wie an Punktdefekten gestreut und man erhält eine Magnon- bzw. Phonon-Rayleigh-Streuung. Diese Ergebnisse folgen sowohl aus der Greenfunktionen-Theorie (Matsubara-Kaneyoshi-Formalismus) als auch - für Magnonen - aus einer quantemechanischen Störungsrechnung. Für Magnonen und Phononen mit Wellenlängen, die kürzer als die mittlere Ausdehnung der Inhomogenitäten sind, folgt eine scheinbare Gap-Energie infolge der Bildung von Wellenpaketen (Magnon-dressed Magnon bzw. Phonon-dressed Phonon). Die Zustandsdichte langwelliger Magnonen und Phononen wird einerseits durch die Renormierung der Energie und andererseits durch die Umverteilung der Zustände infolge der Inhomogenitäten sowie durch Amorphonen-Zustände geändert. Letztere sind eine neue Art von (bei kleinen Energien lokalisierten) Elementaranregungen, die aufgrund der amorphen Struktur entstehen. Die zusätzlichen Beiträge zur Zustandsdichte von niederenergetischen langwelligen Magnonen und Phononen werden als Beitrag zum Bosonen-Peak interpretiert. Die Wärmeleitfähigkeit und der inverse Wärmewiderstand der Magnonen und Phononen bei tiefen Temperaturen sinken mit wachsender Stärke und zunehmender räumlicher Ausdehnung der Inhomogenitäten. In amorphen Ferromagneten ist der Beitrag der Magnonen zur Wärmeleitfähigkeit nicht vernachlässigbar. Er kann sogar den Phononen-Beitrag überwiegen. Rotonenähnliche Anregungen (Magnon-Rotonen und Phonon-Rotonen) bilden als Wellenpakete spezifische Anregungszweige in amorphen Festkörpern, die in die erste Debye-Kugel vorreduziert werden können. Diese Vorreduktion wird als diffuser Umklapp-Prozeß an dem ersten scharfen Peak des statischen Strukturfaktors (FSDP) interpretiert. Die Magnon- und Phonon-Rotonen, dargestellt durch Wellenpakete, führen zu einer endlichen Gap- Energie im Rotonen-Minimum der Dispersionsrelation. Dabei hängt die Größe der Gap-Energie im Wesentlichen von der Breite des FSDP ab.Die vorreduzierte Dispersionsrelation der Phonon-Rotonen führt zu einem zusätzlichen Beitrag zur spezifischen Wärme amorpher Festkörper für Temperaturen oberhalb 1 K. Dieser wird als Super-Debye-Beitrag (excess specific heat) interpretiert,der für amorphe Festkörper charakteristisch ist. Die Gap-Energie des Phonon-Rotonen-Minimums bestimmt die Lage des Maximums des Super-Debye-Beitrages. - In amorphen Festkörpern besitzen die langwelligen Magnonen und Phononen einerseits und die Magnon- und Phonon-Rotonen andererseits weitreichende Gemeinsamkeiten, die auf die analogen Streu- Mechanismen für die langwelligen Anregungen bzw. die Wellenpaket-Natur der rotonenähnlichen Anregungen zurückzuführen sind.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=1190
Gerichtete Bewegung aus dem Chaos bei asymmetrischer Wechselwirkung unter Berücksichtigung der Translations-Rotations-Kopplung, 2002. - Online-Ressource (PDF-Datei: 130 S., 2463 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2002
Parallel als Druckausg. erschienen
In der vorliegenden Dissertation wird das Verhalten von Testteilchen (TT) in einem stark verdünnten Gas von Medienteilchen (MT) analytisch und mittels Computersimulationen detailliert untersucht. Zur Vereinfachung wird das Modell eines flachen, diskusförmigen, räumlich fest orientierten TT eingeführt, um grundlegende physikalische Eigenschaften zu untersuchen. In diesemModell wird neben den drei Translationsfreiheitsgraden des TT ein zusätzlicher Rotationsfreiheitsgrad (um eine fest in Normalenrichtung orientierte Drehachse) berücksichtigt. Das Gas von MT befindet sich stets im thermodynamischen Gleichgewicht. Neben der spiegelnd-elastischen Reflexion werden besonders die nichtrivialen Wechselwirkungen: total diffus-elastische Reflexion und total inelastische Wechselwirkung (totale Akkomodation) untersucht. Im Mittelpunkt stehen TT, die im Falle einer Asymmetrie und unter bestimmten Nichtgleichgewichtsbedingungen, jedoch ohne Vorhandensein irgendwelcher Gradienten, eine kurzzeitige, gerichtete Bewegung aus dem weißen Rauschen heraus erfahren. Bei rotierenden, asymmetrischen TT (eine Seite spiegelnd-elastisch reflektierend, die andere Seite total diffus-elastisch reflektierend) treten in der systematischen Beschleunigung in Normalenrichtung neben Termen erster Ordnung auch Terme zweiter Ordnung in der Translationsgeschwindigkeit u und der Winkelgeschwindigkeit w auf. Diese Terme führen zu einer gerichteten Beschleunigung der TT, solange nicht alle Freiheitsgrade der TT zum thermodynamischen Gleichgewicht relaxiert sind. Diese systematische Beschleunigung ist proportional zu 2<u2z> - (<u2x> + <u2y>) + [<w2> - 1]. Die Terme in der eckigen Klammer, die bei nichtrotierenden TT fehlen, sind eine Folge der Translations-Rotations- Kopplung. Diese Terme werden für asymmetrische TT erstmalig erhalten. Aufgrund des Terms [<w2> - 1] zeigen asymmetrische TT, bei denen die Translationsfreiheitsgrade zum Startzeitpunkt maxwellverteilt sind und allein der Rotationsfreiheitsgrad sich im Nichtgleichgewicht befindet, eine gerichtete Beschleunigung. Zur Startzeit vollkommen ruhende TT mit einem Rotationsfreiheitsgrad erfahren eine größere gerichtete Beschleunigung als nichtrotierende TT. Für leichtere rotierende, asymmetrische TT wird erstmals ein System gekoppelter, nichtlinearer Langevin-Gleichungen hergeleitet. Diese werden mit Hilfe einer Störungsrechnung in erster Näherung gelöst. Für hinreichend schwere TT stimmt die analytische Näherungslösung für die mittlere Normalengeschwindigkeit der TT mit entsprechenden Resultaten der Computersimulation sehr gut überein. Darüber hinaus werden beidseitig spiegelnd-elastisch reflektierende, diskus- und kugelförmige TT betrachtet, die sich in einem Zylinder in Normalenrichtung bewegen können. Dabei sollen stets auf die linke bzw. rechte Seite des TT jeweils MT unterschiedlicher Masse auftreten, wobei der Druck auf beiden Seiten gleich sein soll. Daraus resultiert eine Asymmetrie der stochastischen Kraft bzgl. ihrer Stärke und Stoßfrequenz. Für diesen Fall folgt ebenfalls eine kurzzeitige, gerichtete Beschleunigung der TT, solange ihre Normalen-Freiheitsgrade nicht zum hermodynamischen Gleichgewicht relaxiert sind. Die gerichtete Beschleunigung diskusförmiger TT ist dabei größer als die kugelförmiger TT und deutlich größer, als die gerichtete Beschleunigung asymmetrischer TT.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=1169
Physiker als Namensgeber für die TU Ilmenau. - In: Beiträge aus dem wissenschaftlichen Leben, Bd. 5 (2001), S. 71-86
Aus dem Fachgebiet Theoretische Physik I. - In: Beiträge aus dem wissenschaftlichen Leben, Bd. 5 (2001), S. 41-43