We investigated the antiferromagnetic phase transition in the frustrated and multiferroic hexagonal manganites h-YMnO3 (YMO) and h-(Y0.98Eu0.02)MnO3 (YEMO). Elastic neutron scattering was used to study, in detail, the phase transition in YMO and YEMO under zero pressure and in YMO under a hydrostatic pressure of 1.5 GPa. Under conditions of zero pressure, we found critical temperatures of TN = 71.3(1) K and 72.11(5) K and the critical exponent 0.22(2) and b = 0.206(3), for YMO and YEMO, respectively. This is in agreement with earlier work by Roessli et al. Under an applied hydrostatic pressure of 1.5 GPa, the ordering temperature increased to TN = 75.2(5) K, in agreement with earlier reports, while b was unchanged. Inelastic neutron scattering was used to determine the size of the anisotropy spin wave gap close to the phase transition. From spin wave theory, the gap is expected to close with a critical exponent, b0, identical to the order parameter b. Our results indicate that the gap in YEMO indeed closes at TN = 72.4(3) K with b0 = 0.24(2), while the in-pressure gap in YMO closes at 75.2(5) K with an exponent of b0 = 0.19(3). In addition, the low temperature anisotropy gap was found to have a slightly higher absolute value under pressure. The consistent values obtained for b in the two systems support the likelihood of a new universality class for triangular, frustrated antiferromagnets.

Spectroscopic measurements are detailed within this thesis, utilising incoherent neutron scattering to examine the dynamics of various condensed-matter systems, from nanosecond to sub-femtosecond timescales. The body of this work is divided into two distinct areas of research. I. Nuclear Momentum Measurements of Multiple Masses Deep inelastic neutron scattering (DINS) is used to probe the nuclear momentum distributions and kinetic energies of individual atomic species in sodium hydride (both in bulk and as nanoparticulates within a silica matrix), enriched lithium-7 fluoride and lithium tetra-ammoniate. Extension of DINS to examine heavier (M>4amu) nuclei is detailed, accomplished by the application of a simple stoichiometric fixing technique within the standard DINS theory and analysis protocols. The validity and accuracy of such simultaneous measurements are discussed. II. The Dynamics of Coordinated Ammonia in Zeolite A Inelastic neutron scattering (INS) and quasielastic neutron scattering (QENS) are utilised in the examination of vibrational and stochastic dynamics of the ammonia molecule, as coordinated to the internal surface of a zeolite host. Both sodium and copper-exchanged forms of zeolite-A are studied, with proton-weighted, low energy phonon-modes and rotational processes being observed and assigned.

No description available.

An der Neutronen-Flugzeit-Anlage nELBE des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf sollen Reaktionsquerschnitte mit Relevanz für die nukleare Transmutation bestimmt werden. Die Transmutation hochradioaktiver Abfälle aus abgebrannten Brennelementen thermischer Kernreaktoren in schnellen Neutronenspektren hat das Potential die langlebige Radiotoxizität der Abfälle deutlich zu reduzieren. Zum grundlegenden Verständnis der Physik der Transmutation müssen sowohl Spalt- und Neutroneneinfang-Wahrscheinlichkeiten von Brennelementbestandteilen als auch inelastische Streuquerschnitte an Konstruktionsmaterialien im schnellen Neutronenspektrum mit möglichst kleinen Unsicherheiten bekannt sein. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Messung des inelastischen Neutronen-Streuquerschnittes mit Hilfe einer neu entwickelten Doppel-Flugzeit-Methode. Mit einem kombinierten Aufbau aus Plastik- und BaF2-Szintillationsdetektoren werden die beim Streuprozess emittierten Neutronen und Photonen in Koinzidenz erstmalig nachgewiesen und dadurch der bei der Streuung angeregte Zustand des Zielkerns identifiziert. An nELBE wird weltweit einzigartig der Elektronenstrahl eines supraleitenden Linearbeschleunigers, des ELBE-Beschleunigers, zur Erzeugung schneller Neutronen benutzt. Dieser wird auf einen Kreislauf flüssigen Bleis fokussiert, in dem die Elektronen Bremsstrahlung erzeugen, die wiederum Neutronen aus Bleikernen herauslöst. Durch die kurze Zeitdauer der Elektronenstrahlimpulse von ca. 5 ps kann mit einem kompakten Neutronenquellvolumen auch mit einer kurzen Flugstrecke eine gute Zeitauflösung erzielt werden. Das emittierte Neutronenspektrum hat eine einem Maxwell-Boltzmann-Spektrum ähnliche Verteilung und reicht von etwa 10 keV bis etwa 10 MeV. Bei einem verwendbaren Elektronenstrom von 15 μA beträgt die Quell-Stärke etwa 1,6 · 10^11 n/s. Die Neutronen werden kollimiert und auf eine Probe natürlichen Eisens geschossen, die bei einer Flugstrecke von etwa 6 m positioniert war. Die Probenposition ist von einem Array von bis zu 42 BaF2-Szintillationsdetektoren zur Photonendetektion umgeben. In einem Abstand von 1 m sind fünf 1 m lange Plastik-Szintillationsdetektoren zum Neutronennachweis aufgebaut. Zur Bestimmung des einfallenden Neutronenflusses wurde eine 235U-Spaltkammer verwendet, die bei einer Flugstrecke von etwa 4,3 m zwischen Neutronenquelle und Probe aufgestellt war. Die Signale aller Detektoren werden von einer speziell dafür entworfenen VME basierten Datenaufnahmeelektronik verarbeitet und die Zeit- und Ladungs-Werte bestimmt. Aus dem Detektionszeitpunkt des Photons wird die Flugzeit und damit die Energie des einfallenden Neutrons bestimmt. Aus der Zeitdifferenz zwischen der Photonen- und Neutronendetektion ergibt sich die Flugzeit bzw. Energie des gestreuten Neutrons. Mit Hilfe von Kinematik-Rechnungen können die Ereignisse herausgefiltert werden, die der inelastischen Streuung unter Anregung eines bestimmten Kernniveaus eines bestimmten Isotops entsprechen. Aus dem Verhältnis von eingefallenem Neutronenstrom und nachgewiesenen Streuereignissen jeder Kombination aus einem Plastik- und einem BaF2-Szintillationsdetektor wurde entsprechend der Raumwinkelabdeckung der Detektoren der winkel- und energiedifferentielle inelastische Streuquerschnitt bestimmt.

Title: Studies of Relaxor Ferroelectrics with Spontaneous Polar Nanoregions Author: Petr Ondrejkovič Institute: Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences Supervisor: Ing. Jiří Hlinka, Ph.D., Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences Abstract: The thesis is devoted to relaxor ferroelectrics with spontaneous polar nanoregions. We have investigated one of the canonical representatives, uniaxial strontium barium niobate, by means of neutron scattering, and also performed computer simulations with a model of a uniaxial ferroelectric with point defects. Neutron scattering studies of strontium barium niobate single crystals under a defined sequence of thermal and electric field treatments elucidate nature of distinct components of its transverse diffuse scattering. These components are associated mainly with the static ferroelectric nanodomain structure and the dynamic order-parameter (polarization) fluctuations. Moreover, high-resolution neutron backscattering experiments allowed us to resolve characteristic frequencies of the order-parameter fluctuations and prove that this component is caused by the same polar fluctuations that are responsible for the Vogel-Fulcher dielectric relaxation, the hallmark of relaxor ferroelectrics. The model system of a uniaxial ferroelectric with point...

This work presents a comprehensive study on single crystalline LaPt2Si2, in which superconductivity and a charge density wave (CDW) coexist. The usage of density functional theory (DFT) modeling and Inelastic Neutron Scattering has been the primary form of investigation, in order to determine all the characteristic features of the sample taken under consideration. From the results one can observe that the Fermi surface nesting is the primary contributor for the CDW wavevector ~qCDW = (1/3, 0, 0). In addition, the phonon density of states present two typical energy levels, with soft modes in the Pt3-Pt4 layer coherent with the presence of a CDW. The superconducting temperature has been estimated at Tc = 1.6 K. The experimental data from the inelastic instrument High Resolution Chopper Spectrometer (HRC) at the J-PARC neutron source are in good agreement with the theoretical simulations, showing the same energy levels for the polarization phonon modes (from 4 to 18 meV and from 32 to 42 meV). / Denna rapport presenterar en omfattande studie av enkristalls LaPt2Si2 i vilken supraledning och en laddningsdensitetsvåg (CDW) samexisterar. Användandet av DFT-modellering och neutronspridning har varit de huvudsakliga undersökningsmetoderna, för att bestämma alla karakteristiska drag hos det undersökta provet. Från resultaten kan observeras att den inneslutna Fermiytan är den huvudsakliga bidragaren till CDW-vågvektorn~qCDW = (1/3, 0, 0). Vidare visar den närvarande fonontillståndsdensiteten två typiska energinivåer, med mjuka lägen i Pt3-Pt4-skiktet, som stämmer överens med närvaron av en CDW. Den supraledande temperaturen har uppskattats till Tc = 1.6 K. Experimentella data från det inelastiska instrumentet HRC vid J-PARCs neutronkälla stämmer väl överens med teoretiska simuleringar, som visar samma energinivåer för polarisationsfononlägena (från 4 till 18 meV och från 32 till 42 meV).

This thesis entails the utilisation of ab initio density functional theory (DFT) in conjunction with neutron and synchrotron spectroscopy to study the mechanical, vibrational, and dielectric response of metal-organic framework (MOF) materials at the molecular level. MOFs are crystalline materials with nanoscale porosity, which have garnered immense scientific and technological interest for a wide variety of innovative engineering applications. One part of the thesis involves using low-frequency lattice vibrations to characterise the various physical motions that are possible for framework materials. These collective modes detected at terahertz (THz) frequencies have been used to reveal a broad range of exciting possibilities. New evidence has been established to demonstrate that THz modes are intrinsically linked to anomalous elasticity underpinning gate-opening and pore-breathing mechanisms, and to shear-induced phase transitions and the onset of structural instability. The phenomenon of molecular rotor mechanisms and trampoline-like motions are also observed, along with the first experimental confirmation of coordinated shear dynamics. Additionally, a new method to characterise the effects of temperature, and hence thermally-induced structural amorphisation is reported. Finally, for the first time, the frequency-dependent (dynamic) dielectric response of MOF materials, across the extended infrared (IR) spectral region was reported. The results were obtained from experimental synchrotron radiation IR reflectivity and DFT to reveal the low-к dielectric response of MOFs and established structure-property trends that highlight them as promising systems for microelectronic device applications.

No description available.

No description available.

Die Arbeit beinhaltet eine Untersuchung der magnetischen Anregungen in NdCu2 mittels inelastischer Neutronenstreuung. Die Zielsetzung besteht darin, die zur Beschreibung der magnetischen Eigenschaften notwendige Austauschwechselwirkung zu charakterisieren. Dazu wurden die Spinwellendispersionsrelationen in mehreren magnetischen Phasen gemessen (ferro-, ferri-, antiferromagnetisch; magnetische Momente parallel b). Die Lage der in der ferromagnetischen Phase F3 erwarteten zwei Dispersionszweige konnte vollständig bestimmt werden. Auffälligstes Merkmal ist ein ausgeprägtes Minimum an der Stelle q=(0.35,0,0), welches eine Energielücke im Anregungsspektrum definiert. Die Lage des Minimums fällt mit keinem der in NdCu2 beobachteten magnetischen Ordnungsvektoren zusammen, wodurch die starke magnetischen Anisotropie des Systems zum Ausdruck kommt. An die experimentell ermittelte Spinwellendispersion in der Phase F3 wurde ein MF-RPA-Modell angepaßt, welches einen Satz magnetischer Kopplungsparameter liefert. Durch Anwendung dieser Kopplungsparameter auf andere Verbindungen der RCu2-Reihe lassen sich Aussagen zum magnetischen Ordnungsprozeß in diesen Verbindungen machen. Werden die magnetischen Momente durch Anlegen eines starken Magnetfeldes in c-Richtung ausgerichtet, so läßt sich die Austauschkopplung innerhalb der ab-Ebene untersuchen. Die magnetischen Anregungen wurden bei µ0Hc=12T und T=2K gemessen. Das Minimum im Anregungsspektrum liegt jetzt bei q=(0.6,0,0) und damit im Bereich der magnetischen Ordnungsvektoren. Ein besonders interessantes Phänomen innerhalb der RCu2-Reihe ist die sogenannte Achsenkonversion. Mittels elastischer Neutronenstreuung konnte erstmals gezeigt werden, daß eine Achsenkonversion auch in RCu2-Verbindungen auftritt, in denen die leichte Magnetisierungsrichtung parallel zur orthorhombischen b-Achse liegt. In NdCu2 deuten starke magnetostriktive Effekte und das Zusammenbrechen eines Bragg-Reflexes bei µ0Hc=12.5T und T=2K auf einen strukturellen Phasenübergang hin. Im abnehmenden äußeren Magnetfeld relaxieren die strukturellen Änderungen bis zum Erreichen des Nullfeldes nicht. Nach der Konversion wurde zwischen µ0Hc=0T und 6T eine neue antiferromagnetische Phase beobachtet. Die Rückkonversion in den Ausgangszustand erfolgt durch Erwärmung der Probe auf T=130K.