The Shubnikov-de Haas effect is an oscillation in the electrical resistivity or conductivity of a metal, semimetal, or semiconductor as a function of changing magnetic field which occurs at low temperatures. The effect is caused by the quantization of the momentum and energy of the charge carriers by the magnetic field. Since the nature of the oscillation depends strongly on the energy band structure of the material in which it is measured, the effect could be quite useful as an investigative tool. Its usefulness has been limited, however, by the uncertainty as to the functional form of the relationship between the measured oscillations and the parameters characterizing the material. One purpose of the present study is to extend the usefulness of the Shubnikov-de Haas effect by experimentally determining the functional form appropriate for a material such as n-type indium antimonide. The second purpose of the study is to determine values for the parameters which characterize the band structure of indium antimonide. The curve fitting procedure is found to be a powerful tool for investigating band structure. All computer programs used in processing the data, fitting the data, and comparing the results with the Kane model are given.

La catalyse homogène à l’or a longtemps été sous-estimée. Cela a changé au début du 21ème lorsque la communauté des chimistes a reconsidéré les nombreuses singularités que ce métal peut apporter. De nos jours, plus d’une centaine de groupe de recherche mondialement reconnus a permis d’élargir les domaines d’applications de ce précieux métal. De nombreuses avancées ont été réalisées, mais à ce jour très peu sont utilisées à grande échelle et la fréquence de turnover est souvent faible. Ces problèmes sont souvent liés à la rapide dégradation des espèces actives d’or cationiques. Ce manuscrit expose les avancées qui ont été proposée jusque là et les alternatives que nous avons offert. Nous avons ainsi décrit une méthode de cationisation lente et réversible de l’espèce d’or cationique en substituant les sels d’argent traditionnellement utilisés au profit d’autres acides de Lewis. La découvert de cette lente métathèse d’anion a permis : de retarder la décomposition de l’espèce active dans le milieu, de diminuer la charge catalytique d’or et de monter en charge les réactions à l’échelle du gramme. Cette méthode a ensuite été appliquée avec succès à des réactions énantiosélectives d’hydroalkylation d’alcènes non activés, mais également à permis de considérer l’indium et le bismuth comme une alternative aux métaux de transition en π-catalyse. / Homogeneous gold catalysis has been underestimated for nearly a century. After reconsideration the by chemists’ community, it rapidly became a hot topic in chemistry. To date, more than a 100 worldwide groups have embraced the golden opportunity. Considerable breakthroughs have been made, nevertheless, the classical experimental procedures still suffer from low turnover numbers (TON) and scalability. These issues can be attributed to the decay of cationic gold catalysts and several solutions have been proposed in the literature. In this thesis, we will present our way to circumvent this thorny issue. Specifically, we have used Lewis acids other than silver salts for that purpose and found that some of them could indeed generate an active gold species through slow anion metathesis. The slow anion metathesis could retard the decomposition of the active gold species. Thus, gold could be used in low amounts in scalable reactions by simply avoiding the use of silver. These silver-free two-component mixtures could address the difficult issue of C-C bond forming reaction. Besides, we have developed catalytic enantioselective hydroalkylations of unactivated alkenes. This study led us to consider indium and bismuth catalysis in addition to gold.

Thesis (Ph.D.)--University of Delaware, 2008. / Principal faculty advisors: Valeria Gabriela Stoleru, Dept. of Materials Science & Engineering; and S. Ismat Shah, Dept. of Materials Science. Includes bibliographical references.

xi, 193 p. : ill. (some col.) A print copy of this thesis is available through the UO Libraries. Search the library catalog for the location and call number. / State of the art semiconductor materials engineering provides the possibility to fabricate devices on the lower end of the mesoscopic scale and confine only a handful of electrons to a region of space. When the thermal energy is reduced below the energetic quantum level spacing, the confined electrons assume energy levels akin to the core-shell structure of natural atoms. Such "artificial atoms", also known as quantum dots, can be loaded with electrons, one-by-one, and subsequently unloaded using source and drain electrical contacts. As such, quantum dots are uniquely tunable platforms for performing quantum transport and quantum control experiments. Voltage-biased electron transport through quantum dots has been studied extensively. Far less attention has been given to thermoelectric effects in quantum dots, that is, electron transport induced by a temperature gradient. This dissertation focuses on the efficiency of direct thermal-to-electric energy conversion in InAs/InP quantum dots embedded in nanowires. The efficiency of thermoelectric heat engines is bounded by the same maximum efficiency as cyclic heat engines; namely, by Carnot efficiency. The efficiency of bulk thermoelectric materials suffers from their inability to transport charge carriers selectively based on energy. Owing to their three-dimensional momentum quantization, quantum dots operate as electron energy filters--a property which can be harnessed to minimize entropy production and therefore maximize efficiency. This research was motivated by the possibility to realize experimentally a thermodynamic heat engine operating with near-Carnot efficiency using the unique behavior of quantum dots. To this end, a microscopic heating scheme for the application of a temperature difference across a quantum dot was developed in conjunction with a novel quantum-dot thermometry technique used for quantifying the magnitude of the applied temperature difference. While pursuing high-efficiency thermoelectric performance, many mesoscopic thermoelectric effects were observed and studied, including Coulomb-blockade thermovoltage oscillations, thermoelectric power generation, and strong nonlinear behavior. In the end, a quantum-dot-based thermoelectric heat engine was achieved and demonstrated an electronic efficiency of up to 95% Carnot efficiency. / Committee in charge: Stephen Kevan, Chairperson, Physics; Heiner Linke, Member, Physics; Roger Haydock, Member, Physics; Stephen Hsu, Member, Physics; David Johnson, Outside Member, Chemistry

Ce travail de thèse porte sur la synthèse de nanocristaux de phosphure d'indium (InP) et en particulier sur l'utilisation de précurseurs phosphorés tels que le phosphore blanc et les aminophosphines. Les nanocristaux d'InP sont des matériaux semi-conducteurs prometteurs dans le cadre d'applications biologiques et optoélectroniques grâce à leur faible toxicité et à leurs spectres d'absorption et de fluorescence dans le visible. En outre, le phosphore blanc, allotrope le plus réactif du phosphore, est un produit industriel fabriqué à très grande échelle. Il est en effet à l'origine de tous les produits phosphorés à bas degrés d'oxydation tels que les phosphines. Sa fonctionnalisation directe visant à former des espèces chimiques nouvelles ou valorisables est un domaine de recherche actif. Alors que les nanocristaux d'InP sont traditionnellement synthétisés en utilisant une silylphosphine comme précurseur phosphoré, une nouvelle méthodologie reposant sur l'utilisation d'aminophosphines a émergé. Les aminophosphines étant plus facilement accessibles et manipulables que les silylphosphines, il s'agit d'une avancée importante pour le développement des nanocristaux d'InP. C'est pourquoi nous avons étudié précisément le mécanisme de formation de ces nanocristaux, en nous appuyant notamment sur la RMN, la spectrométrie de masse et les calculs DFT. Cette compréhension fine du mécanisme a permis l'optimisation de la synthèse des nanocristaux d'InP.L'utilisation du phosphore blanc pour former des nanocristaux d'InP repose sur la formation de nanoparticules d'indium monodisperses puis sur l'incorporation du phosphore à l'intérieur des nanoparticules. En partant d'une méthodologie de synthèse de nanoparticules d'indium de la littérature, nous avons découvert le paramètre central de la synthèse : la présence d'une quantité bien précise d'eau dans le solvant. Les nanoparticules d'indium ainsi formées sont oxydées en surface et doivent être activées afin de réagir avec le phosphore blanc.Enfin, la fonctionnalisation moléculaire du phosphore blanc avec des borohydrures pour former des liaisons P-H et par voie radicalaire pour former des silylphosphines est présentée. / Ce travail de thèse porte sur la synthèse de nanocristaux de phosphure d'indium (InP) et en particulier sur l'utilisation de précurseurs phosphorés tels que le phosphore blanc et les aminophosphines. Les nanocristaux d'InP sont des matériaux semi-conducteurs prometteurs dans le cadre d'applications biologiques et optoélectroniques grâce à leur faible toxicité et à leurs spectres d'absorption et de fluorescence dans le visible. En outre, le phosphore blanc, allotrope le plus réactif du phosphore, est un produit industriel fabriqué à très grande échelle. Il est en effet à l'origine de tous les produits phosphorés à bas degrés d'oxydation tels que les phosphines. Sa fonctionnalisation directe visant à former des espèces chimiques nouvelles ou valorisables est un domaine de recherche actif. Alors que les nanocristaux d'InP sont traditionnellement synthétisés en utilisant une silylphosphine comme précurseur phosphoré, une nouvelle méthodologie reposant sur l'utilisation d'aminophosphines a émergé. Les aminophosphines étant plus facilement accessibles et manipulables que les silylphosphines, il s'agit d'une avancée importante pour le développement des nanocristaux d'InP. C'est pourquoi nous avons étudié précisément le mécanisme de formation de ces nanocristaux, en nous appuyant notamment sur la RMN, la spectrométrie de masse et les calculs DFT. Cette compréhension fine du mécanisme a permis l'optimisation de la synthèse des nanocristaux d'InP.L'utilisation du phosphore blanc pour former des nanocristaux d'InP repose sur la formation de nanoparticules d'indium monodisperses puis sur l'incorporation du phosphore à l'intérieur des nanoparticules. En partant d'une méthodologie de synthèse de nanoparticules d'indium de la littérature, nous avons découvert le paramètre central de la synthèse : la présence d'une quantité bien précise d'eau dans le solvant. Les nanoparticules d'indium ainsi formées sont oxydées en surface et doivent être activées afin de réagir avec le phosphore blanc.Enfin, la fonctionnalisation moléculaire du phosphore blanc avec des borohydrures pour former des liaisons P-H et par voie radicalaire pour former des silylphosphines est présentée.

Ces travaux de thèse ont développé l’ensemble des problématiques de diffusion liées à la fabrication de la technologie HgCdTe p/n, avec pour objectif l’obtention d’un modèle numérique permettant la simulation complète de la diode. Nous avons étudié le phénomène d’interdiffusion Hg/Cd, indispensable au processus de passivation du photodétecteur. Dans un milieu monocristallin le coefficient d’interdiffusion est calculé par la loi de Darken qui fait intervenir le facteur thermodynamique, dont nous avons déterminé la variation en température. L’exodiffusion de l’indium, le dopant n, et sa diffusion dans le HgCdTe ont aussi été étudiées. L’arsenic est utilisé comme dopant p et est donc activé en conditions riche-Hg. Nous avons tout d’abord étudié sa diffusion, tout d’abord dans des conditions classiques, puis après son incorporation dans le HgCdTe en présence de défauts hors-équilibre. / This thesis work focuses on the modeling of the different diffusion phenomena that occur during the processing steps of the p/n HgCdTe technology. Hg/Cd interdiffusion is essential for the passivation of the HgCdTe and so was addressed. In a monocrystalline material, the interdiffusion coefficient is calculated with the Darken law. It includes the thermodynamic factor which temperature dependence was determined. Indium exodiffusion and diffusion in HgCdTe were also studied. Arsenic is used as a p dopant and so is activated in Hg-rich conditions. Its diffusion was studied firstly in classic conditions, and then after its incorporation in HgCdTe with the influence of out of equilibrium point defects.

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Des complexes NHC du gallium(III) et de l’indium(III) ont été préparés. Ces composés, simples à synthétiser, se sont révélés être beaucoup plus stables que les sels commerciaux de type MX₃ (M = Ga, In ; X = Cl, Br, I). Ces complexes, une fois activés par AgSbF₆, présentent un fort caractère acide de Lewis. [IPr-GaCl₂][SbF₆] s’est ainsi montré très actif en tant qu’acide de Lewis π et a été utilisé comme catalyseur dans différentes réactions impliquant l’activation de fonctions carbonées insaturées. Il a ainsi permis d’effectuer des hydroarylations inter- et intramoléculaires d’alcynes, d’alcènes et d’allènes. La généralité de cette transformation a pu être démontrée dans une réaction tandem de cycloisomérisation/Friedel-Crafts entre un arényne et un nucléophile aromatique. La capacité des complexes cationiques de gallium et d’indium à activer des alcènes a également pu être mise à profit pour la réduction de dérivés styréniques en présence de cyclohexa-1,4-diène comme source d’hydrogène. Et parce que ces complexes permettent la génération de dérivés du styrène par hydroarylation d’alcynes, une cyclisation réductrice d’arénynes sans précédent a pu être développée. Enfin le complexe [IPr-GaCl₂][SbF₆] a été utilisé dans des réaction impliquant l’eau en tant que réactif. Quelques alcynes ont ainsi pu être hydratés et des esters γ,δ-insaturés ont été transformés en lactones. En résumé, nos complexes cationiques de gallium et d’indium peuvent être utilisés dans des réactions généralement considérées comme relevant du domaine des métaux de transition nobles (Au, Pt, Ru…). / NHC complexes of gallium(III) and indium(III) have been prepared. These compounds, easy to synthesize, proved to be much more stable than the commercially-available salts MX₃ (M = Ga, In ; X = Cl, Br, I). These complexes, once activated by AgSbF₆, show a strong Lewis acid character. For instance, [IPr-GaCl₂][SbF₆] showed a high activity as π-Lewis acid and was used as catalyst in several reactions triggered by the activation of unsaturated C-C bonds such as inter- and intramolecular hydroarylations of alkynes, alkenes and allenes. The versatility of this transformation was demonstrated in a cycloisomerization/Friedel-Crafts tandem reaction between an arenyne and an aromatic nucleophile. The ability of cationic complexes of gallium and indium to activate alkenes was also used for the reduction of styrene derivatives with 1,4-cyclohexadiene as hydrogen source. Also, because these complexes are able to generate styrene derivatives by hydroarylation of alkynes, an unprecedented reductive cyclization of arenynes could be developped. Moreover, [IPr-GaCl₂][SbF₆] was used in reactions involving water as reagent. Several alkynes were hydrated and γ,δ-unsaturated esters were transformed into lactones. In summary, our cationic complexes of gallium and indium can be used in reactions generally catalyzed by noble metals (Au, Pt, Ru…).

The influence of uniaxial compression upon the Hall effect ad resistivity of cadmium-doped samples of InSb at 77 K, 64 K, and 12 K are reported. Unilaxial compressions as high as 6 kbar were applied to samples oriented in the {001} and {110} directions. The net hole concentration of the samples were about 5x10^13 cm^-3 at 77 K as determined from the Hall coefficient at 24 kilogauss. The net concentration of hole carriers decreases and then increases exponentially with stress at 77 k and 64 k, while at 12 k there is only a monotonic increase of carrier concentration with stress. Analysis of the hole concentration as a function of stress shows the presence of a deep acceptor level located about 90 meV above the valence band edge in additionb to the 10 meV vadmium acceptor level. The shallow acceptor level does not split with stress. The hole density data is represented very well by models which describe both the variation in the net density of states and motion of the acceptor levels as a function of stress.

Die Auswertung der Literatur hat für die Solventextraktion von In(III) mit sauren phosphororganischen Verbindungen voneinander abweichendes Verhalten ergeben. Dieses Verhalten bei der Extraktion von In(III) konnte durch Extraktionsexperimente mit Variation von pH-Wert und Beladung der organischen Phasen bestätigt werden. Durch spektroskopische und bildgebende Analysen konnte der Nachweis für die Bildung polymerer Komplexe erbracht werden. Die Ergebnisse zeigen außerdem, dass der entscheidende Faktor für die Bildung der polymeren Komplexe die Verbrückung einzelner monozentrischer Komplexe ist. Für die Phosphinsäure Cyanex272 gegenüber der Phosphonsäure EHEHPA und der Phosphorsäure D2EHPA ist der polare Bindungscharakter der P=O-Einheit stärker ausgeprägt, weshalb das Bestreben darüber eine Bindung auszubilden erhöht ist. Diese Eigenschaft bedingt die unvollständige Phasentrennung bei geringeren Beladungen mit In(III) gegenüber der Beladung der weiteren untersuchten phosphorhaltigen Extraktionsmittel bei vergleichbaren Extraktionsbedingungen.:Abkürzungs- und Symbolverzeichnis iii 1 Einleitung 7 2 Indium – Verfügbarkeit und Gewinnungstechnologien 10 2.1 Verfügbarkeit von Indium 10 2.2 Gewinnungstechnologien für Indium 13 2.2.1 Geeignete Extraktionssysteme für die In(III)-Extraktion 14 2.2.2 Struktur und Eigenschaften saurer phosphororganischer Verbindungen 16 2.2.3 Wechselwirkungen saurer phosphororganischer Verbindungen in wässriger und organischer Phase 18 3 Präzisierung der Aufgabenstellung 23 4 Extraktionsuntersuchungen 24 4.1 Material und Methoden 24 4.2 Untersuchung der Extraktion von In(III) in Abhängigkeit vom pH-Wert 26 4.3 Untersuchung der Beladung der organischen Phase mit In(III) 28 4.3.1 Variation der Ausgangskonzentration von In(III) in der wässrigen Phase 29 4.3.2 Variation des Phasenverhältnisses (wässrig/organisch) bei konstanter Konzentration von In(III) in der wässrigen Phase 31 4.4 Diskussion der Ergebnisse der Extraktionsuntersuchungen 34 5 Spektroskopische und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen der organischen Phasen 37 5.1 FT-IR-spektroskopische Untersuchungen 37 5.1.1 IR-Spektren der in Kerosin gelösten sauren phosphororganischen Verbindungen 40 5.1.2 IR-Spektren der in Kerosin gelösten sauren phosphororganischen Verbindungen in Gegenwart von In(III) 42 5.1.3 Diskussion der Ergebnisse der IR-Spektroskopie 45 5.2 ESI-massenspektrometrische Untersuchungen 47 5.2.1 ESI-Massenspektren der in Kerosin gelösten sauren phosphororganischen Verbindungen 49 5.2.2 ESI-Massenspektren der in Kerosin gelösten sauren phosphororganischen Verbindungen in Gegenwart von In(III) 54 5.2.3 Diskussion der Ergebnisse der ESI-Massenspektrometrie 59 5.3 NMR-spektroskopische Untersuchungen 63 5.3.1 Vorversuche zur Bestimmung der Signallagen von A1H in 1H NMR-Spektren 65 5.3.2 1H NMR-Spektren der in Kerosin gelösten sauren phosphororganischen Verbindungen 69 5.3.3 1H NMR-Spektren der in Kerosin gelösten sauren phosphororganischen Verbindungen in Gegenwart von In(III) 70 5.3.4 Diskussion der Ergebnisse der 1H NMR-Spektroskopie 73 5.3.5 Vorversuche zur Bestimmung der Signallagen von A1H in 31P NMR-Spektren 78 5.3.6 31P NMR-Spektren der in Kerosin gelösten sauren phosphororganischen Verbindungen 80 5.3.7 31P NMR-Spektren der in Kerosin gelösten sauren phosphororganischen Verbindungen in Gegenwart von In(III) 82 5.3.8 Diskussion der Ergebnisse der 31P NMR-Spektroskopie 85 5.4 Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen 89 5.4.1 REM-Aufnahmen und EDX-Analyse der gebildeten 3ten Phase von A3H in Gegenwart von In(III) 89 5.4.2 Diskussion der Ergebnisse der Rasterelektronenmikroskopie 90 5.5 Zusammenfassende Diskussion der relevanten Ergebnisse 91 6 Zusammenfassung und Ausblick 99 7 Abbildungsverzeichnis 101 8 Tabellenverzeichnis 104 Literaturverzeichnis 106 Danksagung 121 Versicherung 122 Anhang A