Kurzfassung
Diese Dissertation ist dem theoretischen und praktischen Verständnis von verschiedenen Wechselwirkungseffekten auf statische und dynamische Eigenschaften von klassischen und quantenmechanischen Spinsystemen gewidmet. Als interessante Systeme wurden dipolar gekoppelte Nanoteilchen in einem Temperaturbad, Spinketten mit kurz- und langreichweitiger Austausch- und Dipol-Dipol-Wechselwirkung sowie austauschgekoppelte, anisotrope Quantenspins in einer Energierelaxation auslösenden Umgebung studiert.
Für den Fall der gekoppelten Nanoteilchen wurde dabei ein Langevin-Algorithmus zur Implementierung von stochastischen Landau-Lifshitz-Gilbert-Gleichungen (LLG) bei endlicher Temperatur verwendet und durch analytische Betrachtungen für den Phasenraum und die Energielandschaft komplementiert. Die Untersuchung der Spinketten wurde ebenfalls mit der stochastischen LLG sowie mit Monte-Carlo-Simulationen und analytischen Betrachtungen für die Vorhersage kollinearer und nichtkollinearer Grundzustände unterfüttert. Desweiteren wurde das Relaxationsverhalten isolierter und austauschgekoppelter Quantenspins in einer thermischen Umgebung mit einem neuartigen nichthermiteschen Erzeuger für die Zeitentwicklung reiner Zustände modelliert.
This thesis is dedicated to the theoretical and practical understanding of different influences of interactions on the statical and dynamical properties of classical and quantum spin systems. Systems of interest have been finite temperature arrays of dipolarly coupled superparamagnetic nanoparticles with uniaxial anisotropy, spin chains with short and long range exchange or dipolar interactions, as well as coupled and diagonalized quantum spins in an infinitely large environment at zero temperature, leading to relaxation behavior for the spin system. For the case of the coupled nanoparticles, finite temperature Langevin spin dynamics in the form of stochastic Landau-Lifshitz-Gilbert-Equation simulations were employed and supplemented with analytic modelling of the phase space. The investigation of the spin chains was realized by both spin dynamical and Monte Carlo simulations as well as analytical calculations for the prediction of collinear and non-collinear ground states of the chains. Finally, the study of the relaxation behavior of isolated and coupled quantum spins in a thermal environment was described by a non-Hermitian Hamiltonian generator for the dynamics of pure quantum states.