Universität Stuttgart
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Item Open Access Measurements of entropic uncertainty relations in neutron optics(2020) Demirel, Bülent; Sponar, Stephan; Hasegawa, YujiThe emergence of the uncertainty principle has celebrated its 90th anniversary recently. For this occasion, the latest experimental results of uncertainty relations quantified in terms of Shannon entropies are presented, concentrating only on outcomes in neutron optics. The focus is on the type of measurement uncertainties that describe the inability to obtain the respective individual results from joint measurement statistics. For this purpose, the neutron spin of two non-commuting directions is analyzed. Two sub-categories of measurement uncertainty relations are considered: noise-noise and noise-disturbance uncertainty relations. In the first case, it will be shown that the lowest boundary can be obtained and the uncertainty relations be saturated by implementing a simple positive operator-valued measure (POVM). For the second category, an analysis for projective measurements is made and error correction procedures are presented.Item Open Access Spin-orbital entanglement and molecular orbital formation in 4d and 5d transition metal oxides(2020) Krajewska, Aleksandra; Takagi, Hidenori (Prof. Dr.)Item Open Access Topology of open spin chains(2020) Sattler, AlexanderItem Open Access Excitonic antiferromagnetism in two-dimensional t4 2g systems(2020) Feldmaier, Teresa; Daghofer, Maria (Prof. Dr.)Item Open Access Molekulardynamische Simulationen der Laserablation an Aluminium unter Einbeziehung von Plasmaeffekten(2020) Eisfeld, Eugen; Roth, Johannes (Prof. Dr.)Die vorliegende Arbeit widmet sich der Modellierung und Simulation der ultrakurz gepulsten Laserablation am Modellmaterial Aluminium. Das Zweitemperaturmodell, welches das anfängliche thermische Nichtgleichgewicht zwischen den angeregten Elektronen und dem kalten Metallgitter beschreibt wird mit der klassischen Molekulardynamik in einem Hybridansatz gekoppelt. Auf diese Weise wird eine plausible Beschreibung der hierbei stattfindenden, mehrere Zeit- und Längenskalen überspannenden physikalischen Prozesse ermöglicht, ohne auf a priori Annahmen hinsichtlich der metastabilen Phasenübergänge und sonstiger Ablationsmechanismen angewiesen zu sein. Ergänzt wird dieser Ansatz mit unterschiedlichen Modellen für die thermophysikalischen, optischen und Transporteigenschaften des Elektronensystems um einen weiten Temperatur- und Dichtebereich, ausgehend vom kalten Festkörper- bis hin in den heißen Plasmazustand zu berücksichtigen. Das neue Modell wird in das, am ehemaligen Institut für theoretische und angewandte Physik entwickelte Programmpaket IMD implementiert und erweitert den Anwendungsbereich auf Ablations-Simulationen bei hohen Laserintensitäten und Mehrfachpulse. In dieser Arbeit wird es unter anderem dafür eingesetzt, die experimentell beobachtete Sättigung der Ablationseffizienzbei hohen Intensitäten sowie die Abnahme der Abtragstiefe bei Doppelpulsen mit zunehmendem Pulsabstand zu untersuchen. Im Vordergrund steht dabei immer der Vergleich mit dem Experiment. Im Falle von ultrakurzen Pulsen kann eine sehr gute Übereinstimmung mit experimentellen Messungen erzielt werden. Als essentiell erweist sich hierbei das Einbeziehen der verminderten Elektronen-Ionen Stoßfrequenz beim allmählichen Übergang in den Plasmazustand sowie eine vollständig wellenoptische Behandlung der Licht-Materie-Wechselwirkung. Für Pulsdauern oberhalb von 1 ps führt eine Erweiterung des Modells zur Berücksichtigung des ballistischen Transports angeregter Elektronen, sowie deren verzögerte Thermalisierung zu zuverlässigen Vorhersagen der Abtragstiefen. Auf Grundlage der Simulationen sowie simpler thermodynamischer Überlegungen werden Kriterien, in Form von Schwellenwerten für die isochore Temperaturzunahme formuliert, die eine systematische Kategorisierung der unterschiedlichen Ablationsmechanismen erlauben. In diesem Zusammenhang kann ferner festgestellt werden, dass die Phasenexplosion entgegen der Behauptung einiger Autoren, eine Besonderheit der ultrakurzen Laserablation ist. Bei Pulsdauern im Bereich einiger Pikosekunden hingegen wird festgestellt, dass die Ablation hauptsächlich auf einem Mechanismus beruht, der in der Literatur als Fragmentierung bekannt ist.Item Open Access From ground state properties to high energy spectroscopy : extending the application of DMFT for correlated quantum materials(2020) Schmid, Michael; Daghofer, Maria (Prof. Dr.)Strongly correlated electron systems exhibit rich physical phenomena reaching from superconductivity, Kondo- and, Mott physics to novel magnetic phases, which lie beyond most single-particle approaches such as density functional theory (DFT) or static mean-field theory. For many transition metal oxides (TMOs) such as Ca2RuO4 or LiV2O4 this is often a result of the partially filled d shells, leading to many-body wave functions, which cannot expressed as a single-slater determinant. Moreover, within this compounds there is often no clear hierarchy of energy scales, e.g. strong spin-orbit coupling, Hund’s coupling, and crystal-field splitting, making the description with minimal models difficult. The breakdown of the single-particle picture triggered the development of numerous numerical methods (DMFT, DMRG, VCA, . . . ) within the last decades, all aimed at tackling the aforementioned phenomena with complementary approximations. One of the most prominent methods for describing real compounds has become dynamical mean-field theory (DMFT), which in many cases has proven to describe local electronic phenomena in good agreement with experimental results. In this thesis we perform state of the art DFT+DMFT calculations in its single shot approach to complement theoretical k-resolved one-particle spectral functions to neutron and x-ray diffraction experiments on Ca2RuO4 . In the experiment small DC currents were applied to a Ca2RuO4 single-crystal resulting in the stabilization of new nonequilibrium phases. Based on experimentally refined structures, DFT calculations are performed to extract a tight binding model by projecting the correlated t2g -subspace onto maximally localized Wannier orbitals. Within our DMFT calculations spin-orbit coupling (SOC) and the spherical invariant Coulomb interaction are added to calculate spectral functions. The results indicate a semimetalic state with partially gapped Fermi surface in the nonequilibrium phases with elongated RuO6 octahedra. Additionally, we extend the DFT+DMFT scheme by a discretization scheme to obtain core-level spectroscopy data, such as XAS or RIXS spectra. This concept is based on the discretization of the DMFT hybridization function to construct an Anderson impurity model of finite bath sites. The discretized model is then extended by the core levels and core-valence interaction. To include sufficiently large amounts of bath sites, despite using an exact diagonalization (ED) solver, we choose the natural orbital basis as the single particle basis of choice to compute RIXS and XAS spectra.Item Open Access Molecular dynamics simulations of the laser ablation of silicon with the thermal spike model(2020) Klein, Dominic; Eisfeld, Eugen; Roth, JohannesThe purpose of this work is to model laser ablation of silicon on an atomistic scale in combination with a mesoscale model for the description of the electron-phonon interaction and an electron-temperature dependent interaction potential. The well-known continuum two-temperature model (TTM) for solids with highly excited electrons is extended from metals to silicon by explicitly taking charge carrier transport effects into account (nTTM). This is accomplished by the drift-diffusion limit of the Boltzmann-transport equation leading to the so called thermal-spike model (TSM). The model is further enhanced by extending the static modified Tersoff potential to a dynamical carrier excitation dependent interaction potential. We compare the TSM and nTTM with regard to physical correctness, numerical stability and applicability in the context of large-scale massive parallel high performance computing.