Understanding the behaviour of molecules on a semiconductor surface is necessary if molecular self-assembly is going to be employed, with existing semiconductor technology, to create useful devices. Si(111)-7x7 is an invaluable surface upon which to study molecular adsorption. The surface reconstruction has been well characterized and it possesses seven symmetrically distinct dangling bonds that can serve as reaction sites. Aromatic molecules on Si(111)-7x7 have been investigated with a variety of techniques and have been shown to chemisorb at room temperature. However, it is not trivial to predict how an ensemble of aromatic molecules might distribute themselves amongst the available bonding sites on this surface. The work presented in this thesis begins with a joint STM and ab initio investigation of thiophene on 7x7 that demonstrates kinetics are necessary to describe the chemisorption sites occupied at various coverages. A kinetic Monte Carlo model, taking into account a mobile physisorbed state, is shown to accurately describe this site occupancy at room temperature. This model disregards molecule-molecule interaction because thiophene does not sterically hinder chemisorption to a neighbouring dangling bond. A larger molecule, mesitylene, was then studied on Si(111)-7x7, and shown to form an ordered molecular lattice on the Si(111)-7x7 surface. This is the first demonstration of a porous molecular lattice grown on Si(111)-7x7 at room temperature. Finally, molecular chemisorption on the related 5x5 reconstruction, grown by depositing Ge on 7x7, is studied. It is found that the presence of Ge hinders molecular chemisorption, preventing formation of the mesitylene lattice. / Thesis (Ph.D, Physics, Engineering Physics and Astronomy) -- Queen's University, 2009-09-11 10:14:10.118

It is suggested to discriminate between different state space models for a given time series by means of a Bayesian approach which chooses the model that minimizes the expected loss. Practical implementation of this procedures requires a fully Bayesian analysis for both the state vector and the unknown hyperparameters which is carried out by Markov chain Monte Carlo methods. Application to some non-standard situations such as testing hypotheses on the boundary of the parameter space, discriminating non-nested models and discrimination of more than two models is discussed in detail. (author's abstract) / Series: Forschungsberichte / Institut für Statistik

Optical spectroscopy is a real-time technique that holds promise as a potential surgical guidance tool. Fiber-optic diffuse reflectance spectroscopy (DRS) is a technique capable of intraoperative tissue differentiation. The common DRS focuses on estimating chromophore concentrations in the visible (VIS) wavelength range (400-1000 nm), where spectroscopic features of the blood, pigments, and tissue densities are present between 400 and 700 nm. Recently, extended-wavelength DRS (EWDRS), which extends the spectral window from the VIS through the short wave-infrared region (SWIR) up to 1800 nm, has emerged as a promising approach for identifying nerves and nerve bundles due to the SWIR including robust tissue absorption features associated with nerve-tissue related chromophores, including lipids, water and collagen proteins. One potential application of EWDRS is guiding minimally invasive surgical techniques, such as laparoscopy, where inadvertent injury to pelvic autonomic nerves (PANs) is a primary complication that can result in over 70% of patients suffering long-term side effects, including urinary incontinence and sexual dysfunction. There is a need for objective laparoscopic surgical guidance to precisely identify PANs from other tissues, and an improved basis for EWDRS development could assist clinical translation. Prior development of Fiber-optic DRS for tissue classification in the VIS greatly benefited from the application of modeling techniques for simulation of optical measurements, analysis, and fiber-probe design. Model-based analysis can inform fundamental understanding of measured signals in different measurement scenarios, such as the varying tissue morphologies possible in laparoscopic procedures, and guide application-specific fiber-probe design through comparison of unique illumination/collection geometries; however, the demonstration of these approaches in EWDRS is not widely reported. This dissertation focuses on the advancement of platforms for model-driven analysis of EWDRS for nerve identification. In order to advance the current state of EWDRS, a model-based characterization platform for analysis of a custom-developed fiber-optic EWDRS system was developed in Aim 1, which demonstrated agreement between data collected from optical phantoms, ex vivo microsurgical model, and Monte Carlo (MC) computational simulations of EWDRS measurements. In Aim 2, the model-based platform was used to perform a detailed analysis of two similar EWDRS fiber-optic probes, which indicated subtle differences in the depth-dependent measurement performance. Finally, in Aim 3, the custom EWDRS was prepared for adapting laparoscopic use to demonstrate laparoscopic measurement feasibility, including evaluation of placement variance and customized EWDRS package for short-distance transportation. The successful completion of this dissertation will enable improved analyses of EWDRS devices for a variety of future intraoperative applications. / Bioengineering

This paper uses Bayesian model comparison methods to simultaneously specify both the spatial weight structure and explanatory variables for a spatial growth regression involving 255 NUTS 2 regions across 25 European countries. In addition, a correct interpretation of the spatial regression parameter estimates that takes into account the simultaneous feed- back nature of the spatial autoregressive model is provided. Our findings indicate that incorporating model uncertainty in conjunction with appropriate parameter interpretation decreased the importance of explanatory variables traditionally thought to exert an important influence on regional income growth rates. (authors' abstract)

Ο γενικός σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να προτείνει μια νέα μέθοδο για την πλήρη περιγραφή των χαρακτηριστικών ποιότητας εικόνας και την βελτιστοποίηση της Τομογραφίας Εκπομπής Ποζιτρονίων (PET) αναπτύσσοντας ένα μοντέλο Monte Carlo. Υλικά και Μέθοδοι: Η μέθοδος αναπτύχθηκε χρησιμοποιώντας τον κώδικα Monte Carlo (GEANT4 Application For Tomographic Emissions) του GEANT4 με το πακέτο λογισμικού GATE που αναπτύχθηκε από την Open-GATE collaboration. Για την ανακατασκευή των εικόνων χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό STIR και για τη λήψη των δεδομένων της ανακατασκευής, από το GATE, χρησιμοποιήθηκε μια συστοιχία από 12 επεξεργαστές Dual Core Intel (R) Xeon (TM) 3.00GHz (Supermicro SuperServer 6015B-UR/NTR, Αγγλία). Ο σαρωτής PET που προσομοιώθηκε σε αυτή τη μελέτη ήταν ο General Electric Discovery-ST (ΗΠΑ). Το μοντέλο GATE πιστοποιήθηκε μέσω της σύγκρισης των αποτελεσμάτων που ελήφθησαν με δημοσιευμένα αποτελέσματα (Bettinardi et al 2004, Mawlawi et al 2004) τα οποία ακολουθούν το πρωτόκολλο της NEMA-NU-2 2001. Οι εικόνες ανακατασκευάστηκαν με τρεις μεθόδους, αρχικά με τη 2D φιλτραρισμένη οπισθοπροβολή (FBP2D), στη συνέχεια με τη μέθοδο της 3D φιλτραρισμένης οπισθοπροβολής (FPB3DRP), των Kinahan και Rogers, και τέλος με χρήση επαναληπτικών αλγορίθμων (MLE-OSMAPOSL). Αρχικά έγινε προσδιορισμός της Συνάρτησης Μεταφοράς Διαμόρφωσης (MTF) για την αξιολόγηση της ποιότητας εικόνας συστημάτων PET. Η αξιολόγηση έγινε μέσω της προσομοίωσης μιας νέας επίπεδης πηγής Λεπτού Χρωματογραφικού Φιλμ (Thin Layer Chromatography-TLC) το οποίο αποτελείται από ένα στρώμα Διοξειδίου του Πυριτίου και υποστρώματα φύλλου Αλουμινίου, εμβαπτισμένο σε 18F-FDG με ενεργότητα 44.4MBq. Η αξιολόγηση της MTF έγινε μέσω των ανακατασκευασμένων εικόνων της επίπεδης πηγής κάνοντας χρήση του λογισμικού STIR. Η αξιολόγηση της MTF πραγματοποιήθηκε επίσης: α) σε τρεις διαστάσεις (3D), τοποθετώντας την επίπεδη πηγή σε οριζόντια και σε κάθετη κατεύθυνση (διαστάσεις πηγής οριζόντια και κάθετα 5x10 εκατοστά), β) με σάρωση πηγής μεγαλύτερου πλάτους, ανακατασκευάζοντας την εγκάρσια τομή της (διαστάσεις 18x10cm) και γ) από ανακατασκευασμένες εικόνες σημειακής πηγής. Να τονίσουμε εδώ ότι η παρούσα μελέτη είχε ως στόχο να συγκρίνει την προτεινόμενη μέθοδο (αξιολόγηση της MTF μέσω επίπεδης πηγής) με την πιο παραδοσιακή τεχνική που βασίζεται σε σημειακές πηγές. Στη συνέχεια έγινε προσδιορισμός της Ανιχνευτικής Κβαντικής Αποδοτικότητας (DQE) για την εκτίμηση της συνολικής απόδοσης του συστήματος PET, μέσω υπολογισμού της Συνάρτησης Μεταφοράς Διαμόρφωσης και του Κανονικοποιημένου Φάσματος Ισχύος Θορύβου (NNPS). Οι καμπύλες της MTF υπολογίστηκαν από την ανακατασκευή των εγκάρσιων τομών της επίπεδης πηγής (1 MBq), ενώ το NNPS υπολογίστηκε από τις αντίστοιχες στεφανιαίες τομές. Οι εικόνες ανακατασκευάστηκαν εφαρμόζοντας επαναληπτικούς αλγόριθμους (MLE-OSMAPOSL), χρησιμοποιώντας διάφορα υποσύνολα των προβολών (subsets) (3 έως 21) και επαναλήψεων (iterations) (1 έως 20). Επιπλέον, η αξιολόγηση της DQE έγινε μέσω διερεύνησης της επίδρασης διαφόρων κρυστάλλων σπινθηριστών στην διακριτική ικανότητα (MTF) και τον θόρυβο (NNPS) των ανακατασκευασμένων εικόνων του PET. Σε αυτή την περίπτωση, ο αλγόριθμος ανακατασκευής της εικόνας MLE-OSMAPOSL, υλοποιήθηκε χρησιμοποιώντας 15 subsets και 3 iterations. Αποτελέσματα και Συζήτηση: Τα αποτελέσματα της πιστοποίησης μέσω σύγκρισης με δημοσιευμένα αποτελέσματα είναι τα ακόλουθα: Η Διακριτική Ικανότητα (Spatial Resolution, SR) στο Πλήρες Εύρος στο Ήμιση του Μέγιστου (Full Width at Half Maximum - FWHM) βρέθηκε να έχει απόκλιση μικρότερη από 3,29% σε λειτουργία 2D και μικρότερη από 2,51% σε λειτουργία 3D, σε σχέση με δημοσιευμένα πειραματικά αποτελέσματα (Mawlawi et al 2004), αντιστοίχως. Οι τιμές 2D, για την Ευαισθησία (Sensitivity), το Ποσοστό Σκέδασης (Scatter Fraction-SF) και την Απόδοση του Ρυθμού Μέτρησης (Count-Rate), τα οποία ελήφθησαν ακολουθώντας το πρωτόκολλο της NEMA NU 2-2001, βρέθηκαν να διαφέρουν λιγότερο από 0,46%, 4,59% και 7,86%, αντίστοιχα με τα δημοσιευμένα πειραματικά αποτελέσματα (Mawlawi et al 2004). Ακολούθως, οι αντίστοιχες τιμές σε λειτουργία 3D βρέθηκαν να διαφέρουν λιγότερο από 1,62%, 2,85% και 9,13%, αντίστοιχα, με τα δημοσιευμένα πειραματικά αποτελέσματα (Mawlawi et al 2004). Η ευαισθησία επιπλέον εκτιμήθηκε χωρίς την παρουσία υλικού εξασθένησης, προσομοιώνοντας απευθείας μια ιδανική πηγή. Οι διαφορές που προέκυψαν μεταξύ της ιδανικής πηγής και της μεθοδολογίας κατά NEMA-NU-2 2001 κυμαίνονται από 0,04% έως 0,82% (ακτινική θέση R = 0cm) σε λειτουργία 2D και από 0,52% έως 0,67% σε λειτουργία 3D (ακτινικές θέσεις R = 10cm). Συνεπώς κάνοντας χρήση αυτής της μεθόδου, η ευαισθησία μπορεί να προσδιοριστεί με πιο απλοποιημένη και γρήγορη διαδικασία. Οι τιμές του Ρυθμού Μέτρησης Ισοδύναμου Θορύβου (Noise Equivalent Count Rate-NECR) που προέκυψαν ήταν 94.31kcps σε 2D και 66.9kcps σε 3D στα 70 και 15kBq/mL αντίστοιχα, σε σύγκριση με τα δημοσιευμένα αποτελέσματα τα οποία ήταν 94.08kcps σε 2D και 70.88kcps σε 3D στα 54.6kBq/mL και 14kBq/mL αντίστοιχα. Οι τιμές για την ποιότητα εικόνας βρέθηκαν σε εξαιρετική συμφωνία με τα δημοσιευμένα αποτελέσματα. Αφού ολοκληρώθηκε η πιστοποίηση του μοντέλου έγινε υπολογισμός της MTF. Οι τιμές MTF που προέκυψαν από την ανακατασκευή με τον αλγόριθμο FBP2D βρέθηκαν σε εξαιρετική συμφωνία με αυτές που προέκυψαν από την ανακατασκευή με τον αλγόριθμο FBP3DRP, ενώ οι αντίστοιχες τιμές μέσω του αλγόριθμου MLE-OSMAPOSL ήταν σε όλο το φάσμα των χωρικών συχνοτήτων υψηλότερες σε σχέση με τους αλγόριθμους οπισθοπροβολής (FBP). Η προσομοίωση της μεγάλης επίπεδης πηγής με αλγορίθμους οπισθοπροβολής έδειξε ότι οι τιμές της MTF ελαττώνονται σταδιακά από το κέντρο προς τα άκρα του οπτικού πεδίου (Field Of View-FOV). H MTF, της κάθετης τομής, διέφερε ελάχιστα σε σχέση με την οριζόντια. Η σύγκριση της επίπεδης πηγής με τη σημειακή πηγή έδειξε ότι η πρώτη είναι λιγότερη ευαίσθητη στο θόρυβο (SD = 0,0031 και 0,0203, αντίστοιχα). Η αξιολόγηση της DQE μέσω επαναληπτικών αλγορίθμων MLE-OSMAPOSL έδειξε ότι η απόδοση του συστήματος βελτιώνεται όσο αυξάνεται ο αριθμός των επαναλήψεων μέχρι μια μέγιστη τιμή (12 iterations) και παρέμενε αναλλοίωτη από εκεί και έπειτα. Επιπλέον, η μεταβολή του αριθμού των subsets δεν είχε επίδραση στην MTF, για ίσο αριθμό επαναλήψεων. Αντίστοιχα τα επίπεδα θορύβου (NNPS) μειώθηκαν με την αύξηση του αριθμού των iterations και των subsets. Με βάση τα προηγούμενα οι τιμές της DQE επηρεάστηκαν τόσο από την MTF όσο και από το NNPS και βρέθηκαν να αυξάνουν με την αντίστοιχη αύξηση του αριθμού των iterations και των subsets. Τέλος, ο ανιχνευτής PET στον οποίο τοποθετήθηκαν κρύσταλλοι LuAP, παρείχε τις βέλτιστες τιμές MTF σε οπισθοπροβολή 2D και 3D ενώ η αντίστοιχη διαμόρφωση με κρυστάλλους BGO παρείχε τις βέλτιστες τιμές MTF μετά την ανακατασκευή με MLE-OSMAPOSL. Αντίστοιχα, ο ανιχνευτής με κρυστάλλους BGO είχε τα χαμηλότερα επίπεδα θορύβου και τις υψηλότερες τιμές DQE μετά από την εφαρμογή όλων των αλγόριθμων ανακατασκευής. Συμπερασματικά: Η παρούσα μελέτη έδειξε ότι η συνολική απόδοση συστημάτων PET μπορεί να χαρακτηριστεί πλήρως, να βελτιωθεί περαιτέρω και να γίνει πιο απλή με τη διερεύνηση των διαφόρων στοιχείων της αλυσίδας απεικόνισης μέσω μεθόδων Monte Carlo. Η μέθοδος αξιολόγησης ανιχνευτών ΡΕΤ, βασιζόμενη σε επίπεδη πηγή TLC, απαιτεί υλικά που είναι συνηθισμένα στο κλινικό περιβάλλον, μπορεί να εφαρμοστεί πειραματικά και να χρησιμοποιηθεί στην κλινική πράξη. Σε αυτή τη μελέτη χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση και βελτιστοποίηση της ποιότητας εικόνας, αλλά μπορεί να είναι επίσης χρήσιμη στον τομέα της έρευνας για περαιτέρω ανάπτυξη συστημάτων ΡΕΤ και SPECT, μέσω προσομοιώσεων με το πακέτο λογισμικού GATE. Οι ανακατασκευασμένες εικόνες από το λογισμικό STIR μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση της κατανομής του ραδιοφαρμάκου, καθώς και την απευθείας λήψη της δοσιμετρικής κατανομής, με αντίστοιχο όφελος στους πυρηνικούς γιατρούς. / The overall purpose of this study was to propose a novel method for the complete image quality characterization and optimization of Positron Emission Tomography (PET) scanners with Monte-Carlo (MC) methods. Α model was developed using the Monte Carlo package of Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) and the software for tomographic image reconstruction (STIR) with cluster computing to obtain reconstructed images. The PET scanner used in this study was the General Electric Discovery-ST (US). The GATE model was validated by comparing results obtained in accordance with the National Electrical Manufacturers Association NEMA-NU-2-2001 protocol (Bettinardi et al 2004, Mawlawi et al 2004). Validation images were reconstructed with the commonly used 2D Filtered Back Projection (FBP2D) and the Kinahan and Rogers FPB3DRP Reprojection Algorithms. Image quality, in terms of the Modulation Transfer Function (MTF), was initially assessed with a novel plane source consisting of a Thin Layer Chromatography (TLC) plate, simulated by a layer of Silica gel on Aluminium foil substrates immersed in Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) bath solution (44.4MBq). MTF was assessed from the evaluated STIR digital reconstructed images of the plane source. MTF was also assessed a) in three dimensions, in lines passing through the central axis of the PET scanner, by placing the plane source only horizontally and vertically (5x10cm), b) by scanning 18cm of the transaxial Field Of View (FOV) through the simulation of a horizontal large plane source (18x10cm) and c) by evaluating reconstructed point source images. Furthermore, the study aimed to compare the proposed method with the more traditional technique based on a line source. The complete image quality characterization was assessed in terms of the Detective Quantum Efficiency (DQE) by estimating the MTF and the Normalized Noise Power Spectrum (NNPS) of the 18F-FDG TLC plane source (1 MBq). MTFs curves were estimated from transverse reconstructed images of the plane source, whereas the NNPS data were estimated from the corresponding coronal images. Images were reconstructed by the Maximum Likelihood Estimation (MLE)-OSMAPOSL reprojection algorithm by using various subsets (3 to 21) and iterations (1 to 20). Additionally, the influence of different scintillating crystals on PET scanner’s image quality, in terms of the MTF, the NNPS and the DQE, was also investigated. In this case, OSMAPOSL image reconstruction was assessed by using 15 subsets and 3 iterations. The simulated spatial resolution in terms of Full Width at Half Maximum (FWHM) agreed with published data of Mawlawi et al (2004), within less than 3.29% in 2D and less than 2.51% in 3D with published data of others, respectively. The 2D values for the sensitivity, the scatter fraction and the count-rate were found to agree within less than 0.46%, 4.59% and 7.86%, respectively with corresponding published values. Accordingly, the corresponding 3D values were found to agree to less than 1.62%, 2.85% and 9.13%, respectively with Mawlawi et al (2004) published values. Sensitivity, which was also estimated in the absence of attenuation material by simulating an ideal source, showed differences between the extrapolated and the ideal source values (with and without attenuation) ranging in 2D from 0.04% to 0.82% (radial location R=0cm) in 2D and from 0.52% to 0.67% in 3D mode (radial locations R=10cm). By using this model, sensitivity can be obtained in a more simplified procedure. The simulated noise equivalent count rate was found to be 94.31kcps in 2D and 66.9kcps in 3D at 70 and 15kBq/mL respectively, compared to 94.08kcps in 2D and 70.88kcps in 3D at 54.6kBq/mL and 14kBq/mL respectively, from the published by others values. The simulated image quality was found in excellent agreement with these published values. The MTFs obtained using the FBP2D were in close agreement to those obtained by the FBP3DRP, whereas the MTFs of the OSMAPOSL show, in all cases, that higher frequencies are preserved than in the case of the FBP. FBP reconstructed images obtained from the large horizontal plane source showed that the MTF was found to degrade gradually as we move towards the edge of the FOV. The MTFs of the FBP images along the vertical direction were slightly lower than the corresponding horizontal ones. In addition, the plane source method is less prone to noise than the conventional line source method (sd=0.0031 and 0.0203, respectively). In the case of DQE investigation, MTF values assessed from the evaluated STIR digital reconstructed images, of the TLC based plane source, were found to improve as the number of iterations increased up to 12 and remain almost constant thereafter. Furthermore, variation in the number of subsets didn’t show any effect on the MTF, for equal number of iterations. The noise levels, in terms of the NNPS, in the reconstructed PET image, were found to decrease with the corresponding increase of both the number of iterations and subsets. DQE values were influenced by both MTF and NNPS and were found to increase with the corresponding increase in both number of iterations and subsets. Finally, the PET scanner configuration, incorporating LuAP crystals, provided the optimum MTF values in both 2D and 3DFBP whereas the corresponding configuration with BGO crystals was found with the higher MTF values after OSMAPOSL. The scanner incorporating BGO crystals were also found with the lowest noise levels and the highest DQE values after all image reconstruction algorithms. In conclusion, our study showed that the imaging performance of PET scanners can be fully characterized, further improved and simplified by investigation of the imaging chain components through MC methods. The simulated PET evaluation method, based on a TLC plane source, requires materials commonly found in a clinical environment and can be experimentally implemented and used in clinical practice. In this study it was used for the image quality assessment and optimization, but it can be also useful in research for the further development of PET and SPECT (Single Photon Emission Tomography) scanners though GATE simulations. Reconstructed images by STIR can be also used to obtain radiopharmaceutical distribution of images and direct dose maps, quite useful to nuclear medicine practitioners.

The thesis deals with the optimization of the stock portfolio using modern portfo-lio theory and mathematical programming. Optimization is achieved by Markowitz Model, the Capital Asset Pricing Model and Black-Litterman model. Stocks traded on the Prague Stock Exchange, Inc., are selected as exploration assets. The simula-tion technique Monte Carlo is used for the model evaluation.

The Monte-Carlo simulation package APACIC++/AMEGIC++ is able to describe current and future electron-positron annihilation experiments, namely the LEP collider at CERN and the TESLA collider at DESY. APACIC++ is responsible for the complete generation of one event and AMEGIC++ deals with the exact calculation of matrix elements. The development of both programs was the major task of my thesis. / Das Monte Carlo Simulationspaket APACIC++/AMEGIC++ ist in der Lage Elektron-Positron Annihilationsexperimente wie sie bei Lep am Cern stattfanden und zukuenftig an einem Linearbeschleuniger, z.B. Tesla am Desy durchgefuehrt werden zu beschreiben. Dabei ist APACIC++ verantwortlich fuer die gesamte Generierung eines Ereignisses und AMEGIC++ ein dedizierter Matrixelement-Generator. Die Entwicklung beider Programme war das Hauptthema meiner Dissertation.

Records of change of [delta]13C values in vertebrate teeth offer an opportunity to gain insight into changes in past vegetation. Increasingly, teeth from small mammals are used for such purposes, but because their teeth grow very rapidly, seasonal changes in vegetation potentially provide a large source of variability in carbon isotope composition, complicating interpretations of small mammal tooth isotope data. To investigate the controls of seasonality on the stable isotope composition of fossil teeth, we constructed a Monte-Carlo-based model to simulate the effects of changes in the seasonal pattern of diet in leporid lagomorphs (rabbits and hares) on the distribution of [delta]¹³C values in random populations of leporid teeth from the Edwards Plateau in central Texas. Changes in mean-state, seasonal vegetation range, and relative season length manifest themselves in predictable ways in the median, standard deviation, and skewness of simulated tooth [delta]¹³C populations, provided sufficient numbers of teeth are analyzed. This Monte Carlo model was applied to the interpretation of a 20,000 year record of leporid tooth [delta]¹³C values from Hall's Cave on the Edwards Plateau in central Texas. Variations in the [delta]¹³C values of teeth deposited at the same time (standard deviation = 1.69%) are larger than changes in the mean vegetation composition reconstructed from bulk organic carbon [delta]¹³C, indicating the influence of short-term variability, making it difficult to assess changes in mean C3/C4 vegetation from the tooth [delta]¹³C data. However, populations of teeth from different climate intervals (e.g., the late Glacial, Younger Dryas, and the Holocene) display changes in the shape of the tooth [delta]¹³C distributions. Interpretation of these changes as shifts in seasonal vegetation patterns that are based upon results from our model are consistent with hypothesized climatic changes. An increase in the standard deviation of the tooth population between the late Glacial and the Younger Dryas -- Holocene is consistent with an increase in seasonality. Furthermore, a shift to more C3-dominated vegetation in the tooth [delta]¹³C distribution during the Younger Dryas is accompanied by a more skewed population -- indicative of not only wetter conditions but an increase in the duration in the C3 growing season. However, late Holocene changes in vegetation are not clear in the tooth data, despite the evidence from bulk organic carbon [delta]¹³C values for an increase in % C3 vegetation of 57%. Small mammal teeth can potentially provide unique insights into climate and vegetation on seasonal and longer timescales that complement other data, but should be interpreted with a careful consideration of local conditions, taxon ecology and physiology, and the dominant timescales of isotope variability. / text

Dans les dernières années, beaucoup de travail a été consacré par l’industrie électronique pour réduire la consommation d’énergie des composants micro-électroniques qui représente un fardeau important dans la spécification des nouveaux systèmes.Afin de réduire la consommation d’énergie, nombreuses stratégies peuvent être adoptées au niveau des systèmes micro-électroniques et des simples dispositifs nano-électroniques. Récemmentle Transistor Tunnel `a effet de champ (Tunnel-FET) s’est imposé comme un candidat possible pour remplacer les dispositifs MOSFET conventionnels pour applications de tr`es basse puissance à des tensions d’alimentation VDD < 0.5V. Nous présentons un modèle Multi-Subband Monte Carlo modifié (MSMC) qui a été adapté pour la simulation de TFET Ultra Thin Body Fully Depleted Seminconductor on Insulator (FDSOIUTB) avec homo- et hétéro-jonctions et des matériaux semi-conducteurs arbitraires. Nous prenons en considération la quantification de la charge avec une correction quantique heuristique mais précise, validée via des modèles quantiques complets et des résultats expérimentaux.Le modèle MSMC a été utilisé pour simuler et évaluer la performance de FD-SOI TFET sidéealisées avec homo- et hétéro-jonction en Si, alliages SiGe ou composés InGaAs. Dans la deuxième partie de l’activité de doctorat un travail de caractérisation à basse températurea été réalisé sur les TFETs en Si et SiGe homo- et hétéro-jonction fabriqués par le centre de recherche français du CEA -LETI. L’objectif est d’estimer la présence de l’effet Tunnel comme principal mécanisme d’injection et la contribution d’autres mécanismes d’injection comme le Trap Assisted Tunneling. / In the last years a significant effort has been spent by the microelectronic industry to reducethe chip power consumption of the electronic systems since the latter is becoming a majorlimitation to CMOS technology scaling.Many strategies can be adopted to reduce the power consumption. They range from thesystem to the electron device level. In the last years Tunnel Field Effect Transistors (TFET)have imposed as possible candidate devices for replacing the convential MOSFET in ultra lowpower application at supply voltages VDD < 0.5V. TFET operation is based on a Band-to-BandTunneling (BtBT) mechanism of carrier injection in the channel and they represent a disruptiverevolutionary device concept.This thesis investigates TFET modeling and simulation, a very challenging topic becauseof the difficulties in modeling BtBT accurately. We present a modified Multi Subband MonteCarlo (MSMC) that has been adapted for the simulation of Planar Ultra Thin Body (UTB)Fully Depleted Semiconductor on Insulator (FD-ScOI) homo- and hetero-junction TFET implementedwith arbitrary semiconductor materials. The model accounts for carrier quantizationwith a heuristic but accurate quantum correction validated by means of comparison with fullquantum model and experimental results.The MSMC model has been used to simulate and assess the performance of idealized homoandhetero-junction TFETs implemented in Si, SiGe alloys or InGaAs compounds.In the second part of the thesis we discuss the characterization of TFETs at low temperature.Si and SiGe homo- and hetero-junction TFETs fabricated by CEA-LETI (Grenoble,France) are considered with the objective to identify the possible presence of alternative injectionmechanisms such as Trap Assisted Tunneling. / Negli ultimi anni uno sforzo significativo `e stato speso dall’industria microelettronica per ridurreil consumo di potenza da parte dei sistemi microelettronici. Esso infatti sta diventando unadelle limitazioni pi`u significative per lo scaling geometrico della tecnologia CMOS.Diverse strategie possono essere adottate per ridurre il consumo di potenza considerando ilsistema microelettronico nella sua totalit`a e scendendo fino a giungere all’ottimizzazione delsingolo dispositivo nano-elettronico. Negli ultimi anni il transistore Tunnel FET (TFET) si`e imposto come un possibile candidato per rimpiazzare, in applicazioni a consumo di potenzaestremamente basso con tensioni di alimentazione inferiori a 0.5V, i transistori convenzionaliMOSFET. Il funzionamento del TFET si basa sul meccanismo di iniezione purament quantisticodel Tunneling da banda a banda (BtBT) e che dovrebbe permettere una significativa riduzionedella potenza dissipata. Il BtBT nei dispositivi convenzionali `e un effetto parassita, nel TFETinvece esso `e utilizzato per poter ottenere significativi miglioramenti delle performance sottosogliae pertanto esso rappresenta una nuova concezione di dispositivo molto innovativa erivoluzionaria.Questa tesi analizza la modellizazione e la simulazione del TFET. Questi sono argomenti moltocomplessi vista la difficolt`a che si hanno nel modellare accuratamente il BtBT. In questo lavoroviene presentata una versione modificata del modello di trasporto Multi Subband Monte Carlo(MSMC) adattato per la simulazione di dispositivi TFET planari Ultra Thin Body Fully DepletedSilicon on Insulator (UTB FD-SOI), implementati con un canale composto da un unicosemiconduttore (omogiunzione) o con differenti materiali semiconduttori (eterogiunzione). Ilmodello proposto tiene il conto l’effetto di quantizzazione dovuto al confinamento dei portatoridi carica, con un’euristico ma accurato sistema di correzione. Tale modello `e stato poivalidato tramite una comparazione con altri modelli completamente quantistici e con risultatisperimentali.Superata la fase di validazione il modello MSMC `e utilizzato per simulare e verificare le performancedi dispositivi TFET implementati come omo o eterogiunzione in Silicio, leghe SiGe,o composti semiconduttori InGaAs.Nella seconda parte della tesi viene illustrato un lavoro di caratterizazione di TFET planari abassa temperatura (fino a 77K). Sono stati misurati dispositivi in Si e SiGe a omo o eterogiuzioneprodotti nella camera bianca del centro di ricerca francese CEA-LETI di Grenoble. Tramite talimisure `e stato possibile identificare la probabile presenza di meccanismi di iniezione alternativial BtBT come il Tunneling assistito da trappole (TAT) dimostrando come questo effetto `e,con ogni probabilit`a, la causa delle scarse performance in sottosoglia dei dispositivi TFETsperimentali a temperatura ambiente.

Dans le cadre d'un consortium entre centres de recherche publics et industriels, ce travail de thèse de doctorat s'est attaché à démontrer l'intérêt des détecteurs photo-organiques (OPS) pour la caractérisation des suspensions et écoulements diphasiques. Les principes de plusieurs granulomètres permettant la caractérisation de ces milieux lorsqu'ils sont confinés dans une cuve cylindrique transparente (configuration standard du Process Analytical Technology) ont été proposés. Pour évaluer et optimiser les performances de ces systèmes, un code de simulation de type Monte-Carlo a été spécifiquement développé. Ce dernier permet de prendre en compte les nombreux paramètres du problème comme le profil du faisceau laser, les différentes surfaces spéculaires composant le montage, la composition du milieu particulaire (concentration, diamètre moyen, écart-type, matériau,...), la forme et la position des OPS. Les propriétés de diffusion des particules sont traitées à l'aide des théories de Lorenz-Mie et de Debye, de même qu'un modèle hydride prenant en compte les contributions géométriques et physiques. Pour les milieux dilués (diffusion simple), l'analyse repose sur l'inversion des diagrammes de diffusion obtenus sur une large plage angulaire ou au voisinage de singularités optiques remarquables (arc-en-ciel, diffusion critique, diffraction). Pour les milieux denses (diffusion multiple), les pistes étudiées reposent sur l'analyse des caractéristiques de la tache de rétrodiffusion. / As part of a consortium between academic and industry, this PhD work investigates the interest and capabilities of organic photo-sensors (OPS) for the optical characterization of suspensions and two-phase flows. The principle of new optical particle sizing instruments is proposed to characterize particle systems confined in a cylinder glass (standard configuration for Process Analytical Technologies). To evaluate and optimize the performance of these systems, a Monte-Carlo model has been specifically developed. This model accounts for the numerous parameters of the system: laser beam profile, mirrors, lenses, sample cell, particle medium properties (concentration, mean & standard deviation, refractive indices), OPS shape and positions, etc. Light scattering by particles is treated either by using Lorenz-Mie theory, Debye, or a hybrid model (that takes into account the geometrical and physical contributions). For diluted media (single scattering), particle size analysis is based on the inversion of scattering diagrams obtained over a wide angular range or near optical singularities (rainbow, critical scattering, diffraction). For dense media (multiple scattering), the solutions foreseen are based on the analysis of the backscattering spotlight characteristics.