Sirvi Autor "Pae, Kaja" järgi

Nüüd näidatakse 1 - 1 1

Electron-phonon interactions in local degenerate electronic states in solids
(2024-06-06) Pae, Kaja; Hizhnyakov, Vladimir, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
Elektronide interaktsioon kristallvõre võnkumistega ehk elektron-foononinteraktsioon määrab tahke keha paljud füüsikalised omadused. Doktoritöö keskendub kristallide lisanditsentritele, kus kaks ergastatud ja sama energiaga elektronolekut (nn kõdunud olekut) on interaktsioonis kahekordselt kõdunud (võrdse energiaga) lokaalse võnkemoodiga (Jahn-Telleri efekt) ja lisaks ka kõigi kahekordselt kõdunud kristallvõre võnkumistega, mille arvuline suurusjärk on ~10²³. Loodud on puhtalt kvantmehhaaniline meetod, mis võimaldab arvutada lisanditsentri interaktsiooni kristallvõre võnkumistega ja kirjeldada olulisi kvantmehhaanilisi efekte. Varasemad arvutusmeetodid suudavad arvesse võtta kuni paarkümmend võnkemoodi, mistõttu pole võimalik kvantmehhaaniliselt kirjeldada näiteks ajaliselt pöördumatuid protsesse. Väljatöötatud meetodit rakendades on arvutatud kristalli lisanditsentri optiline neeldumisspekter ja esimest ja teist järku Ramanhajumise spektrid erinevate interaktsioonitugevuste puhul. Kõdunud elektron- ja võnkeolekute interaktsioonil tekib süsteemis spontaanne sümmeetria rikkumine ning elektron- ja võnkeolekute segunemine. Spontaanne sümmeetria rikkumine, mis on seotud kõdunud ehk samaväärsete energiaolekutega, on füüsikalise maailma universaalne nähtus, mis peitub paljude aine ja universumi omadusi suunavate protsesside taga. Suure paugu järgse universumi arengut juhtisid erinevat tüüpi spontaansed sümmeetria rikkumised. Selliste süsteemide potentsiaalset energiat saab kirjeldada koonilise lõikumisega potentsiaalipinnaga, mis oluliselt määrab süsteemi evolutsiooni. Täiendav interaktsioon aine oma moodidega suunab relaksatsiooni teatavate konfiguratsioonide suunas ja võimaldab ainetes ergastatud olekute relaksatsiooni põhiolekusse. Biomolekulides on kõdunud elektron- ja võnkeolekute interaktsioon seotud mitmete oluliste efektidega, näiteks fotosünteesiga. DNA-s põhjustab elektronide ja võnkumiste interaktsioon tümiin aluste omavahelist reageerimist, mis takistab DNA transkriptsiooni ja võib põhjustada vähki. Kuna koonilised potentsiaalipindade lõikumised määravad suuresti molekulaarsüsteemide ja tahkiste fotofüüsikalised ja -keemilised omadused, on nende süsteemide uurimine viimastel aastakümnetel tublisti hoogu juurde saanud. Kasutades loodud arvutusmeetodit on uuritud ergastatud seisundis Jahn-Telleri efektiga kristalli lisanditsentri kiirgusvaba relaksatsiooni tänu tsentri interaktsioonile kristallvõre võnkumistega. Esmakordselt on visualiseeritud lainefunkstiooni evolutsioon läbi koonilise potentsiaalilõike. Seni on arvatud, et antud protsess toimub femtosekund skaalal, doktoritöö arvutused näitavad aga, et üleminek ergastatud Jahn-Telleri olekust põhiolekusse toimub pikosekund skaalas ja on suunatud teatavate koordinaatide suunas. Lisaks laine funktsiooni evolutsioonile ja energia relaksatsioonile on esmakordselt uuritud ka pöörlemisrelaksatsiooni, mis on seotud pöörlemismomenti omavate võnkekvantide emiteerimisega. Pöörlemise kvanthõõrdumine Jahn-Telleri süsteemis erineb klassikalisest – arvustuste kohaselt võib pöörlemismoment pöörlemise vahefaasides kasvada ja ületada isegi esialgset väärtust. Tegu on ootamatu nähtusega, mis on võimalik kvantsüsteemides. Lahendatud on ka pikki aastaid vaidluse all olnud Jahn-Telleri E ⊗ e ja Renner-Telleri süsteemi põhioleku sümmeetria ja näidatud selle sõltuvust lineaarse ja ruutvibrooninteraktsiooni tugevustest.