The aim of this thesis is the quantum dynamical study of two examples of scanning tunneling microscope (STM)-controllable, Si(100)(2x1) surface-mounted switches of atomic and molecular scale. The first example considers the switching of single H-atoms between two dangling-bond chemisorption sites on a Si-dimer of the Si(100) surface (Grey et al., 1996). The second system examines the conformational switching of single 1,5-cyclooctadiene molecules chemisorbed on the Si(100) surface (Nacci et al., 2008). The temporal dynamics are provided by the propagation of the density matrix in time via an according set of equations of motion (EQM). The latter are based on the open-system density matrix theory in Lindblad form. First order perturbation theory is used to evaluate those transition rates between vibrational levels of the system part. In order to account for interactions with the surface phonons, two different dissipative models are used, namely the bilinear, harmonic and the Ohmic bath model. IET-induced vibrational transitions in the system are due to the dipole- and the resonance-mechanism. A single surface approach is used to study the influence of dipole scattering and resonance scattering in the below-threshold regime. Further, a second electronic surface was included to study the resonance-induced switching in the above-threshold regime. Static properties of the adsorbate, e.g., potentials and dipole function and potentials, are obtained from quantum chemistry and used within the established quantum dynamical models. / Die vorliegende Doktorarbeit befasst sich mit kleinsten schaltbaren Einheiten in Form des Moleküls Cyclooctadien (COD) und dem Wasserstoff-Atom, die chemisch fest mit einer Oberfläche aus kristallinem Silizium verbunden sind. Jeder dieser Schalter kann mittels einer winzigen Spitze, eines so genannten Rastertunnelmikroskops (RTM), von atomarem Durchmesser in zwei unterscheidbare und stabile Schaltpositionen gebracht werden. Dabei besteht das Schalten entweder in einer Änderung der Geometrie des molekularen Schalters oder im Brechen und Neu-knüpfen chemischer Bindungen. Dabei ist es entscheidend, dass durch die geringe Grösse dieser Schalter eine hohe Anzahl dieser Schalter auf einer Oberfläche deponiert werden können. Mit der in den Schaltern speicherbaren Informationen an oder aus, 0 oder 1 ließen sich sehr hohe Speicherkapazitäten erreichen. Vor einer Anwendung dieser Art ist es wichtig zunächst ein grundlegendes Verständnis der Schaltprozesse auf der Oberfläche zu gewinnen. Wenn alle wesentlichen Faktoren berücksichtigt wurden und der Mechanismus des Schaltens verstanden ist, kann das Ergebnis des Experiments mit Hilfe eines theoretischen Modells vorhergesagt werden. Für die Handhabbarkeit muss sich das theoretisches Modell auf wesentliche Einflüsse beschränken und diese so einfach wie möglich beschreiben. So wurde die simultane Bewegung der 12 Atome des COD in die Bewegung eines gemittelten Massenpunktes entlang von einer oder von zwei räumlichen Freiheitsgraden übersetzt. Dabei kann der Massenpunkt im klassischen Bild anschaulich als eine rollende Kugel beschrieben werden, die in einer Seite einer Doppelmulde gefangen ist. Die Kugel kann durch äußere Anregung zum Schwingen gebracht werden und schließlich über eine Barriere in die benachbarte Mulde schalten. Nun muss die Schwingung der Kugel gebremst werden, um ein Zurück-Schwingen der Kugel zu verhindern. Die Anregung erfolgt durch elektrische Ladungen die von der Spitze des RTM zur Oberfläche wandern oder durch eine schwingende, d.h. warme Oberfläche. Das Bremsen wird über die elastische Bindung zu einer kalten Oberfläche vermittelt. Um Quanteneffekte wie das Tunneln der Kugel durch die Barriere zu beschreiben wurde die Kugel durch ein Wellenpaket beschrieben und dessen Aufenthaltswahrscheinlichkeit in der Doppelmulde untersucht. Im Fall des Wasserstoffatoms war die experimentelle Prüfung des entworfenen Modells für ein Schalten bei starkem Strom leider nicht möglich. Für das COD Molekül konnte jedoch nicht nur die Übereinstimmung mit den experimentellen Befunden, sondern im Fall des Schaltens in Abhängigkeit der Oberflächentemperatur auch die Vorhersagefähigkeit des Modells unter Beweis gestellt werden.

Les nanotechnologies ont, depuis quelques années, envahi le marché et chaque jour, de nouveaux produits nano-technologiques, décrits comme plus robustes, plus pratiques et plus performants, sont offerts aux consommateurs. La mise sur le marché de produits de consommation nano-technologiques interpelle pourtant à plus d'un titre et pose de nombreux défis à la société et aux citoyens, parmi lesquels la question des risques éventuels pour la santé des consommateurs et pour l'environnement. Les dangers posés par certaines nanoparticules et l'insuffisance des connaissances permettant d'évaluer leur toxicité réelle sont confirmés par de nombreuses études scientifiques. La situation est à ce point préoccupante que les compagnies d'assurance placent les risques liés aux nanotechnologies dans la catégorie des risques les plus graves parmi l'ensemble des risques émergents. Ce mémoire porte sur une analyse comparative des cadres politiques et juridiques mis en place au Canada et dans l'Union européenne en vue de prévenir les risques liés à l'usage de nanotechnologies dans les produits de consommation. L'intervention politique dans ce domaine, tant au Canada qu'en Europe, est dominée par la volonté de soutenir massivement le développement des nanotechnologies et par des impératifs de compétitivité. Au-delà des proclamations d'intention, l'Union européenne et le Canada n'ont cessé de reporter à plus tard les initiatives visant à réglementer les nanotechnologies. Ni le Canada, ni l'Union européenne, si l'on excepte, pour cette dernière, le secteur des cosmétiques, ne disposent, à l'heure actuelle, de réglementation spécifique aux nanotechnologies. Par ailleurs, les législations existantes visant à assurer la sécurité des consommateurs et la protection de l'environnement, s'avèrent non adaptées aux caractéristiques des nanomatériaux et ne permettent pas de prévenir adéquatement les risques posés par les nanoparticules. Les experts s'entendent pourtant sur les questions prioritaires à régler pour protéger la santé des citoyens et l'environnement. La politique du laissez-faire menée actuellement est d'autant moins acceptable que tant le Canada que les institutions européennes clament leur souhait de garantir un niveau élevé de protection des personnes et de l'environnement. Dans l'attente d'un cadre législatif approprié, la présente recherche explore les voies possibles d'un encadrement adéquat des nanotechnologies et d'une meilleure prise en compte, au plan juridique, des risques que le recours à ces technologies nouvelles pose pour la santé des consommateurs et l'environnement. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : nanotechnologies, protection de l'environnement, politiques publiques, produits de consommation, sécurité des consommateurs

DNA-Netzwerke können als formgebende Muster (Template) zur Funktionalisierung technischer Oberflächen für die bottom-up Materialsynthese Verwendung finden. Zum Aufbau solcher Netzwerke werden synthetisch hergestellte DNA-Oligonukleotide hybridisiert. Im ersten Teil der Arbeit wird ein Weg beschrieben, wie die zum gezielten Aufbau einer vorgegebenen Struktur notwendigen DNA-Oligonukleotide hergeleitet werden können. Dies geschieht über eine schrittweise Zerlegung der Struktur in Bausteine, welche wiederum in die Oligonukleotide zerlegt werden. Weiterhin werden verschiedene DNA-Strukturen und Netzwerke hergestellt, welche mittels Gelelektrophorese, Atomkraft-, Elektronen- und Fluoreszensmikroskopie charakterisiert werden. Es wird gezeigt, wie die Herstellung von im Fluoreszensmikroskop beobachtbaren DNA-Verzweigungen möglich ist. Die Bildung von röhrenartigen Strukturen, welche sich mit der Zeit in zweidimensionale Netzwerke umlagern, wird anhand eines Modells zu Keimbildung und Keimwachstum erklärt. Für die gezielte Zusammenlagerung einer bestimmten Anzahl von Bausteinen werden mehrere Varianten untersucht. Bei den einzelnen Varianten sind große Unterschiede in der Steifigkeit feststellbar. Es werden Untersuchungen zum Einbau gebogener Abschnitte in DNA-Netzwerke durchgeführt. Dabei wird insbesondere auf Gestaltung der gebogenen Abschnitte zur Vermeidung von Fehlpaarungen eingegangen. Untersuchungen zur Metallisierung von Netzwerken zeigen, dass zur Beibehaltung der Struktur eine erhöhte Stabilität notwendig ist.

Thèse de doctorat--Électronique et communications--Paris--ENST, 2006. / Bibliogr. p. 157-166. En annexe articles en anglais.

Thèse de doctorat : Sciences. Dispositifs de l'électronique intégrée : Ecole Centrale de Lyon : 2003. / 215 réf.

Thèse doctorat : Micro-ondes et Micro-technologies : Lille 1 : 2003. / N° d'ordre (Lille 1) : 3408. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre.

Thèse doctorat : Sciences. Dispositifs de l'électronique intégrée : Ecole Centrale de Lyon : 2003. / Titre provenant de l'écran-titre. 215 réf.

Thèse doctorat : Chimie Physique : Strasbourg 1 : 2006. / Thèse soutenue sur un ensemble de travaux. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 24 p.

Thèse de doctorat : Sciences du Vivant : Strasbourg 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 165-175.

Thèse de doctorat : Chimie : Strasbourg 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 253-257.