Spectra and Dynamics of Excitattions in Long-Range Correlated Strucutures

Abstract: Vad karaktäriserar en kristall? Svaret på denna till synes enkla fråga blir kanske att det är en anordning av atomer uppradade i periodiska mönster. Så ordnade strukturer kan studeras genom att det uppträder så kallade Braggtoppar i röntgendiffraktionsmönstret. Om frågan gäller elektrontäthetsfördelningen, kanske svaret blir att denna är periodisk och grundar sig på elektronvågor som genomtränger hela kristallen. I och med att nya typer av ordnade system, så kallade kvasikristaller, upptäcks och framställs på artificiell väg blir svaren på dessa frågor mer intrikata.En kristall behöver inte bestå av enheter upprepade periodiskt i rummet, och den klassiska metoden att karaktärisera strukturer via röntgendiffraktionsmönstret kanske inte alls är den allena saliggörande. I denna avhandling visas att ett ordnat gitter vars röntgendiffraktionsmönster saknar inre struktur, dvs är av samma diffusa typ som vad ett oordnat material uppvisar, fortfarande kan ha elektronerna utsträckta över hela strukturen. Detta implicerar att det inte finns något enkelt samband mellan diffraktionsmönstret från gittret och dess fysikaliska egenskaper såsom t ex lokalisering av vågfunktionerna. Man talar om lokalisering när en vågfunktion är begränsad inom en del av materialet och inte utsträckt över hela dess längd, vilket är av betydelse när man vill avgöra huruvida ett material är en isolator, halvledare eller ledare. Det vittnar samtidigt om behovet av att söka efter andra karakteristika när man försöker beskriva skillnaden mellan ett ordnat och ett oordnat material, där den senare kategorin kan uppvisa lokalisering. Resultaten utgör en klassificering av det svåröverskådliga området aperiodiska gitter i en dimension. Det leder till hypotesen att ideala kvasikristaller, genererade med bestämda regler, har kontinuerligt energispektrum av fraktal natur.I reella material spelar korrelation en viktig roll. Vid icke-linjär återkoppling till gittret kan man erhålla intrinsiskt lokaliserade vågor, som i många avseenden beter sig som partiklar, solitoner, vilka har visat sig ha viktiga tillämpningar inom bl a optisk telekommunikation. Sådana vågors roll for lagring och transport av energi har undersökts i teoretiska modeller for optiska vågledare och kristaller där ljuset har en förmåga att manipulera sig självt.