Kaiserslautern - Fachbereich Physik
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Um stationäre bzw. quasi-stationäre Ohmsche Ströme in leitenden Medien berechnen zu können, wird aus komplexifizierten Maxwellschen Gleichungen mittels des Clifford Produktes eine vereinheitlichte hyperkomplexe Feldgleichung hergeleitet. Für, längs einer Achse translationsinvariante, komplexe Leitfähigkeitsfelder wird eine Dimension absepariert und die verbleibenden 2 Raumdimensionen mit der komplexen Zahlenebene identifiziert. Diese Identifikation kann durch den Clifford Formalismus explizit und völlig kanonisch definiert werden, da sowohl die komplexen Zahlen als auch Ortsvektoren in der Clifford Algebra enthalten sind. Da direkt die Spinor Feldgleichung gelöst wird, treten Eichprobleme, wie sie bei entsprechenden Potentialgleichungen üblich sind, erst gar nicht auf. Durch die Liftung der Spinor Feldgleichung vom \(\mathbb{R}^2 \to \mathbb{C}^2\) wird sofort ersichtlich wie wichtig monogene (holomorphe) Funktionen für die Lösung dieser Gleichung sind.
Die zugehörige Randbedingung ist im allgemeinen weder rein vom Neumannschen noch vom Diricheltschen Typ. Ausgehend von elementaren Lösungen für \(\delta\)-Quellen in Gebieten konstanter Leitfähigkeit, werden durch Fortsetzung dieser Lösungen mittels der Randbedingung Feldlösungen für zusammengesetzte Gebiete konstruiert.
Im Gegensatz zu Gebieten mit nur einem Rand, ist es für mehrfach berandete Gebiete viel schwieriger, die lokalen Lösungen so anzupassen, daß alle Randbedingungen erfüllt sind. Deshalb wird eine neue Lösungsmethode vorgestellt, welche die lokalen Feldgleichungen und alle Randbedingungen durch sukzessive Konstruktion von Spiegelpolreihen löst. Dieses Verfahren wird anhand einiger Klassen von geometrischen Konfigurationen erläutert, deren topologische Unterschiede sich direkt auf die Struktur der Spiegelpolverteilungen auswirkt.
Bei der Diskussion wird besonders der Fall von N kreisförmigen Anomalien in einer Kreisscheibe hervorgehoben, da diese Klasse von Problemen auch von besonderem Interesse in der medizinischen Physik, im Bereich der Impedanz-Tomographie ist. Die Lösungen erlauben die Variation der Zusammenhangszahl über die relativen Leitfähigkeitsdifferenzen. Studien der Potentialverteilung auf dem Rand, wie sie für die elektrische Impedanz-Tomographie wesentlich sind, werden zum Teil durch numerische, als auch durch analytische Berechnungen durchgeführt. Komplexe Potentiale können aus den Feldlösungen leicht berechnet werden, indem die typischen Polterme \(\displaystyle{1 \over z-p}\) durch die komplexen Logarithmen \(- \log(z-p)\)
ersetzt werden.
Das elektrische Potential ergibt sich aus dem Komplexen als dessen Realteil. Der Imaginärteil hat eine große Bedeutung bei der Visualisierung der Vektorfelder. Es wird gezeigt, daß die Höhenlinien dieses Imaginärteils, der aus der Strömungsmechanik auch als Strömungsfunktion bekannt ist, gerade die Feldlinien des zugehörigen Feldes liefert.
Für die elektrische Impedanz-Tomographie wird am Beispiel einer kleinen, konzentrisch positionierten Anomalie das Auflösungsvermögen diskutiert, woraus unter anderem eine optimale Lage der Einprägepole resultiert. Aus den analytischen Ergebnissen ist eindeutig zu erkennen, daß sich maximale Potentialänderungen auf dem Rand bei diametral angeordneten Einprägepolen ergeben.
Die für die Visualisierung der Felder nötigen Studien von Strömungsfunktionen, lieferte unter anderem auch eine Berechnungsmöglichkeit von Strömungsfunktionen für Felder im \(\mathbb{R}^3\)! Des weitern wird eine mögliche Wahl der Schnitte dieser mehrblättrigen Funktion für den Fall der Kreisscheibe mit N Anomalien explizit gegeben und die Vorteile dieser speziellen Wahl anhand numerischer Studien aufgezeigt. Typische Darstellungen von Feld- und Potentiallinien, von Verteilungen von Spiegelpolen, sowie von Potential und Strömungsfunktionen selbst, verdeutlichen die Vorteile dieses Lösungsverfahrens. Für sehr viele, in der Praxis wichtige Konfigurationen ist vor allem die große Konvergenzgeschwindigkeit ein Vorteil, welcher es ermöglicht Feldlinienbilder dieser Lösungen in kurzer Zeit auf einem PC zu erstellen.
Static magnetic and spin wave properties of square lattices of permalloy micron dots with thicknesses of 500 Å and 1000 Å and with varying dot separations have been investigated. The spin wave frequencies can be well described taking into account the demagnetization factor of each single dot. A magnetic four-fold anisotropy was found for the lattice with dot diameters of 1 micrometer and a dot separation of 0.1 micrometer. The anisotropy is attributed to an anisotropic dipole-dipole interaction between magnetically unsaturated parts of the dots. The anisotropy strength (order of 100000 erg/cm^3 ) decreases with increasing in-plane applied magnetic field.
Skyrme Sphalerons of an O(3)-oe Model and the Calculation of Transition Rates at Finite Temperature
(1997)
The reduced O(3)-oe model with an O(3) ! O(2) symmetry breaking potential is considered with an additional Skyrmionic term, i. e. a totally antisymmetric quartic term in the field derivatives. This Skyrme term does not affect the classical static equations of motion which, however, allow an unstable sphaleron solution. Quantum fluctuations around the static classical solution are considered for the determination of the rate of thermally induced transitions between topologically distinct vacua mediated by the sphaleron. The main technical effect of the Skyrme term is to produce an extra measure factor in one of the fluctuation path integrals which is therefore evaluated using a measure-modified Fourier-Matsubara decomposition (this being one of the few cases permitting this explicit calculation). The resulting transition rate is valid in a temperature region different from that of the original Skyrme-less model, and the crossover from transitions dominated by thermal fluctuations to those dominated by tunneling at the lower limit of this range depends on the strength of the Skyrme coupling.
For periodically driven systems, quantum tunneling between classical resonant stability islands in phase space separated by invariant KAM curves or chaotic regions manifests itself by oscillatory motion of wave packets centered on such an island, by multiplet splittings of the quasienergy spectrum, and by phase space localisation of the quasienergy states on symmetry related ,ux tubes. Qualitatively di,erent types of classical resonant island formation | due to discrete symmetries of the system | and their quantum implications are analysed by a (uniform) semiclassical theory. The results are illustrated by a numerical study of a driven non-harmonic oscillator.
The Filter-Diagonalization Method is used to ,nd the broad and even overlapping resonances of a 1D Hamiltonian used before as a test model for new resonance theories and computational methods. It is found that the use of several complex-scaled cross-correlation probability amplitudes from short time propagation enables the calculation of broad overlapping resonances, which can not be resolved from the amplitude of a single complex-scaled autocorrelation calculation.
We report on the observation of quantized surface spin waves in periodic arrays of magnetic Ni81Fe19 wires by means of Brillouin light scattering spectroscopy. At small wavevectors (q_1 = 0 - 0.9*100000 cm^-1 ) several discrete, dispersionless modes with a frequency splitting of up to 0.9 GHz were observed for the wavevector oriented perpendicular to the wires. From the frequencies of the modes and the wavevector interval, where each mode is observed, the modes are identified as dipole-exchange surface spin wave modes of the film with quantized wavevector values determined by the boundary conditions at the lateral edges of the wires. With increasing wavevector the separation of the modes becomes smaller, and the frequencies of the discrete modes converge to the dispersion of the dipole-exchange surface mode of a continuous film.
The Fock space of bosons and fermions and its underlying superalgebra are represented by algebras of functions on a superspace. We define Gaussian integration on infinite dimensional superspaces, and construct superanalogs of the classical function spaces with a reproducing kernel - including the Bargmann-Fock representation - and of the Wiener-Segal representation. The latter representation requires the investigation of Wick ordering on Z 2 -graded algebras. As application we derive a Mehler formula for the Ornstein-Uhlenbeck semigroup on the Fock space.