Titelaufnahme

Titel
Spin ladder systems doped with non magnetic impurities : a quantum Monte Carlo Study; from code development to simulating NMR spectra / Robert Achleitner
VerfasserAchleitner, Robert
Begutachter / BegutachterinMohn, Peter
Erschienen2013
UmfangIV, 120 Bl. : Ill., zahlr. graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2013
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (GND)Spinkette / Strontiumverbindungen / Cuprate / Fremdatom / Nichtmagnetisches Metall / Monte-Carlo-Simulation / Programmcode / NMR-Spektroskopie / Simulation
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-63320 Persistent Identifier (URN)
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Spin ladder systems doped with non magnetic impurities [4.23 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines wissenschaftlichen Codes, der in der Lage ist realitätsnahe Systeme zu simulieren, und diesen auf einen, nicht gut verstandenen, experimentellen Effekt anzuwenden. Dieser experimentell bekannte Effekt ist die nicht intuitive NMR Signalverbreiterung in ?spin-ladder-compounds? bei niedrigen Temperaturen, wenn diese mit nicht magnetischen Fremdatomen versetzt werden. Insbesondere wurde Zn dotiertes SrCu2O3 untersucht. Zu diesem Zweck wurde im Zuge dieser Arbeit ein Quantum Monte Carlo (QMC) Code, im Rahmen der Stochastischen Reihenentwicklung (Stochastic Series Expansion - SSE), geschrieben. Der Code ist eine Weiterentwicklung eines früher entwickelnten Programmes, in welchem nur einfache Spinsysteme ohne äußerem Magnetfeld simuliert werden konnten. Das für diese Studie entwickelte Programm ist in der Lage komplexe Systeme zu simulieren. Dazu gehören Systeme, die über orthogonale Kopplungen hinaus gehen, Systeme mit Löchern, als auch Systeme mit externem Magnetfeld. Zusätzlich wurde eine Effizienzsteigerung bezüglich Rechenzeit durch optimieren des Codes, sowie Parallelisation, die eine Ausführung des Programmes auf einem Grid-System ermöglicht, erreicht. Dieser hier entwickelte Code, angewandt auf das vorher genannte experimentell boabachtete Phänomen, führt zu der Schlussfolgerung, dass eine Kopplung in Stapel-Richtung (stacking direction) nötig ist, um die experimentelle Verbreiterung zu erreichen. Die hier simulierte Linienbreite benötigt, im Gegensatz zu früheren Studien zu ungestapelten Systemen, keine unphysikalisch großen Korrelationslängen. Zusätzlich führte die Analyse des Einflusses der Fremdatomkonfiguration auf das NMR Spektrum auf eine Simulationsprozedur, die es ermöglicht, eine große Anzahl an solchen Konfigurationen, basierend auf einigen wenigen QMC Rechnungen, zu simulieren. Diese Methode ist sehr effizient in der Rechenzeit und ermöglicht somit in zukünftigen Arbeiten aufwendigere Untersuchungen in dotierten Spinsystemen. Die Resultate dieser Dissertation wurden veröffentlicht.

Zusammenfassung (Englisch)

The aim of this study was to develop a scientific code capable of simulating systems close to reality and to apply it to simulate and study experimental findings. This experimentally observed effect is the counter intuitive low temperature broadening of the NMR spectra of spin ladder compounds that are doped with a tiny amount (x<=0.0025) of non magnetic impurities, in particularly Zn doped SrCu2O3. For this purpose, the code written in this work is a Quantum Monte Carlo (QMC) code in the framework of the Stochastic Series Expansion (SSE) based on earlier investigations, in which a very simple simple program was developed to simulate spin lattice systems without an external magnetic field. The further developed program used in this study is capable to simulate more complex systems, such as models beyond simple orthogonal couplings, systems with holes, and systems in an external magnetic field. Additionally, enhancements in computation time were achieved by code optimization as well as parallelization to allow the execution on a grid computing system. The theory as well as the algorithm behind this method is described in this work. Applying the developed code to the mentioned experimentally observed effect leads to the conclusion that a coupling in the stacking direction is necessary to describe the desired broadening. Our simulation of the broadening effect does not require physically unlikely large correlation lengths, which have been applied in former studies. Further, studying the influence of different impurity configurations on the NMR spectrum resulted in the development of a framework to simulate a large amount of impurity configurations based on a few QMC simulations only. This method proved to be very efficient in computation time and thus allows more intense studies of such systems for future works. The results of this thesis have been published.