Visualization and study of reconformation of polyelectrolytes (PEs) of different architecture is of great fundamental and practical interest. Verification of theoretical predictions with experiment is of essential importance. On the other hand, a wide range of bottom-up techniques based on patterning of matter on the length scale of a few nanometers have been recently developed. Particularly interesting is the possibility of using self-assembled single molecule structures as templates for the deposition of inorganic matter, in particular metals. Synthetic "normal-sized" polymers of various architecture, like poly-2-vinylpyridine (P2VP) or polystyrene-poly(2-vynil pyridine) P2VP7-PS7 star-like block copolymer, adsorbed on solid substrates have been visualized for the first time with molecular resolution by AFM in different conformation. This finding allowed us to study largely discussed problem, a coil-to-globule transition of PEs. It was found that PE molecules undergo conformational transitions from stretched worm-like coil to compact globule via set of necklace-like globules, as the fraction of charged monomers decreases with an increase of pH and ionic strength. These results are in good agreement with recently developed DRO theory for weakly charged flexible PEs in poor solvent. The size of the deposited single molecules correlates very well with molecular dimensions in solution obtained in light scattering experiments. PE single molecules of various architectures was mineralized in different conformations that constitutes the route to nanoparticles with desired shape (including wire-shape and star-shaped), size, and composition (including metallic, magnetic and semiconductive nanoparticles). It was shown that molecular details of the adsorbed linear flexible PE molecules determine the dimensions of the nanostructures after metallization and that observed sizes are consistent with the decoration of single molecules with nanoclusters. Thus those metallized nanoparticles (cluster assembles) reflect the conformation of original adsorbed PE molecules. The dimensions of the obtained nanowires are significantly smaller than those previously reported. All of these features are of the potential benefit in applications for nanodevices. Metallization of the PS7-P2VP7 improves AFM resolution due to the selective deposition of Pd clusters along the P2VP chains. For the first time, the number of the P2VP second generation arms of the heteroarm block-copolymer was directly counted in the single molecule AFM experiment. Simple contrasting procedure was developed to improve AFM visualization of positively charged polymer chains deposited on the substrates of relatively high roughness. This method allows increasing the thickness of the resulting structures up to 10 nm, and, consequently, provide visualization of polymer chains on rough surfaces. This innovation is important for the development of single molecule experiments with polymer chains. The reaction of HCF-anion could be used for recognition of polycation molecules, when polycations, polyanions and neutral molecules coexist on the surface. Recently, the study was strongly restricted to atomically smooth surfaces. The contrasting procedure extends the range of substrates (Si-wafers, chemically modified or patterned Si-wafers, polished glasses, polymer films, etc) appropriate for the experiments. Thus, polymer single molecules can be considered not only as representative of the ensemble molecules, but also as individual nanoscale objects which can be used for future nanotechnology for the fabrication of single molecule electronic devices. Also these findings are important from fundamental point of view, since developed approach can be successfully applied for investigation of various "classical" problems in polymer science, such as polymer reconformation, interpolyelectrolyte complex formation, polymer diffusion, adsorption, etc.

Multiferroika, also Materialien, die gleichzeitig ferroelektrische und ferromagnetische Eigenschaften besitzen, sind sowohl für die Forschung um das Verständnis dieser Eigenschaften als auch für potentielle Anwendungen in neuartigen Speichern von großem Interesse. Die Rasterkraftmikroskopie spielt hierbei eine entscheidende Rolle, da mit ihrer Hilfe die Eigenschaften solcher Probensysteme auf der Nanometerlängenskala untersucht werden können. In der vorliegenden Arbeit werden drei unterschiedliche multiferroische Systeme auf ihre ferroelektrischen und ferromagnetischen Eigenschaften sowie auf deren Kopplung hin mit Hilfe verschiedener Methoden der Rasterkraftmikroskopie untersucht. Im Grundlagenteil dieser Arbeit wird dazu zunächst eine Methode vorgestellt, mit der magnetische Spitzen für die Rasterkraftmikroskopie charakterisiert werden können, so dass in experimentellen Untersuchungen die Wechselwirkung zwischen der untersuchenden Spitze und der untersuchten Probe besser abgeschätzt werden kann. Des Weiteren wird eine Möglichkeit vorgestellt, Kelvin-Sonden-Rasterkraftmikroskopie mit der magnetischen Rasterkraftmikroskopie zu kombinieren, um elektrostatische Artefakte bei den Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften auszuschließen. Im experimentellen Teil der Arbeit werden zuerst die beiden einphasigen Multiferroika BiFeO3 und BiCrO3 untersucht. Es kann experimentell gezeigt werden, dass für die Untersuchung der ferromagnetischen Eigenschaften von Multiferroika die Kombination aus Kelvin-Sonden-Rasterkraftmikroskopie und magnetischer Rasterkraftmikroskopie notwendig ist und mit dieser Technik die magnetischen und elektrostatischen Kräfte ohne Übersprechen voneinander getrennt werden können. Mit Hilfe der Piezoantwort-Rasterkraftmikroskopie werden die ferroelektrischen Domänen dieser Systeme untersucht und lokal die Polarisationsrichtung in den einzelnen Domänen bestimmt. Weiterhin wird an einem Schichtsystem, bestehend aus einem Nickelfilm, der auf BaTiO3 aufgebracht ist, die magnetoelektrische Kopplung analysiert. Hierbei wird vor allem der Einfluss einer elektrischen Spannung auf die leichte magnetische Achse des Nickelfilms studiert, sowie die Veränderung der magnetischen Domänenstruktur in Abhängigkeit der angelegten elektrischen Spannung.:Abbildungsverzeichnis Abkürzungen 1. Einleitung I. Grundlagen 2. Ferroische Materialien 2.1. Ferromagnetika 2.2. Ferroelektrika 2.3. Kopplung ferroischer Eigenschaften: Multiferroika 3. Messmethoden 3.1. Grundlagen der Rasterkraftmikroskopie 3.1.1. Kontakt-Rasterkraftmikroskopie 3.1.2. Nichtkontakt-Rasterkraftmikroskopie 3.2. Piezoantwort-Rasterkraftmikroskopie 3.2.1. Aufbau und Grundlagen 3.2.2. Verwendete Messgeräte 3.3. Kelvin-Sonden-Rasterkraftmikroskopie 3.4. Magnet-Rasterkraftmikroskopie 3.4.1. Grundlagen 3.4.2. MFM in externen Magnetfeldern 3.4.3. Verwendete Messgeräte II Experimente 4. Experimente 4.1. Charakterisierung magnetischer Spitzen 4.2. Untersuchungen an BiFeO3 4.2.1. Eigenschaften von BiFeO3 4.2.2. Piezoantwort-Rasterkraftmikroskopie-Messungen 4.2.3. Magnetische-Rasterkraftmikroskopie-Messungen 4.3. Untersuchungen an BiCrO3 4.3.1 Eigenschaften von BiCrO3 4.3.2. Piezoantwort-Rasterkraftmikroskopie-Messungen 4.3.3. Magnetische-Rasterkraftmikroskopie-Messungen 4.4. Untersuchungen an Ni-Dünnfilmen auf BaTiO3 4.4.1. Magnetische Eigenschaften von Ni 4.4.2. Theoretische Beschreibung des Systems 4.4.3. Magnetische Rasterkraftmikroskopie-Messungen 5. Zusammenfassung und Ausblick Angang A A.1. Koordinatentransformation des piezoelektrischen Tensors A.2. Bestimmung der Polarisationsrichtung aus der Verzerrung Literaturverzeichnis Eigene Publikationen A.3. Vorträge A.4. Poster A.5. Veröffentlichungen Danksagung

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss von Adsorptionsschichten auf die Fließfähigkeit feuchter kohäsiver Schüttgüter in Abhängigkeit der relativen Luftfeuchte. Ziel ist der Nachweis einer Ver- bzw. Behinderung der Feuchteadsorption durch eine Hydrophobierung der Partikeloberfläche und die Untersuchung der Abhängigkeit des Feuchteaufnahmevermögens von Zusatzstoff, Substratmaterial und Oberflächeneigenschaften. Dazu wurden Kalksteinpulver und Mikroglaskugeln unterschiedlicher Kornform und Korngrößenverteilung mit oberflächenaktiven Substanzen beschichtet und die erfolgreiche Oberflächenmodifikation u.a über Randwinkelmessungen und Scherversuche belegt. Es konnte gezeigt werden, dass die Modifizierung der Oberfläche und die daraus resultierenden veränderten Oberflächen- sowie Benetzungseigenschaften zusatzstoffspezifisch sind und somit eine gezielte Verbesserung der Fließeigenschaften erreicht werden kann. Beschichtete Schüttgüter können je nach Art des Zusatzstoffes weniger Feuchtigkeit als unbehandelte Pulver adsorbieren, bilden geringere Haftkräfte im Partikelkontakt aus und besitzen ein günstigeres Fließverhalten. Weiterhin wird ein mathematisch-physikalisches Modell zur Abschätzung der Fließfähigkeit feiner Schüttgüter in Abhängigkeit der relativen Luftfeuchtigkeit und einer Oberflächenmodifikation unter Verwendung charakteristischer Schüttgutparameter entwickelt.

Die vorliegende Arbeit widmete sich unter grundlagenorientierten und praxisrelevanten Aspekten der Entwicklung maßgeschneiderter, multifunktionalisierter Tenside mit potenziellen Sammler- und Filmbildungseigenschaften im Zusammenhang mit der mineralischen Flotation. Auf der Basis supramolekularer Konstruktionsprinzipien gelang die Synthese dendritisch verzweigter Amphiphile, die relevante Unterschiede in der Hydrophilie-Hydrophobie-Balance aufweisen und in der Flexibilität des Spacersegmentes sowie der peripheren Alkylkettenlänge im hydrophoben Molekülbereich variieren. Im Hinblick auf die Struktur-Wirkungs-Beziehungen der neuartigen Amphiphile fanden Versuche zur Ermittlung der tensidchemischen Parameter sowie Untersuchungen zu ihrem Filmbildungsverhalten statt. Des Weiteren wurden die synthetisierten Tenside im Mikroflotationsversuch auf ihre Eignung als Sammlerkomponenten am Modellmineral Fluorit getestet. Generell führt eine Erweiterung der polaren Haftgruppen zu einer wesentlich besseren Fixierung der amphiphilen Moleküle sowohl an der Phasengrenzfläche Wasser/Luft als auch an der mineralischen Fluoritoberfläche. Darüber hinaus begünstigt eine starre Geometrie die Ausbildung stabilerer monomolekularer Adsorptionsschichten. Im Flotationsprozess bewirken die präorganisierten, dendritisch verzweigten Sammlermoleküle gegenüber konventionellen Reagenzien eine deutliche Effizienzsteigerung.

Magnetic force microscopy (MFM) is a widely-used technique for measuring the local magnetic properties of a variety of materials. This method covers a large fi eld of applications ranging from fundamental research of micro-magnetic phenomena to industrial applications in the development of magnetic recording components. The image formation in MFM measurements is based on the magneto-static interaction of a sharp magnetic tip with the probed sample. Despite the fact that MFM is quite easy to perform, image interpretation remains challenging. This is due to the accurate characterization of the probing tip that is needed for a quantitative interpretation of the MFM data in terms of the local magnetic properties of the sample. This thesis examines the fabrication and utilization of special MFM probes based on single ferromagnetic nanoparticles as the magnetically interacting element. A magnetic probe that consists of a very small magnetic single-domain particle can be accurately described by a magnetic point dipole. Such a probe potentially yields an improved lateral resolution and a simplifi ed quantitative interpretation of MFM images compared to a standard thin-fi lm coated MFM tip. First of all, one part of this thesis examines the fabrication of suitable single-domain particles. In particular, this part is focussed on experiments concerning the protection of these particles from oxidation in ambient conditions. To this end, these ferromagnetic particles were coated with gold using the light-induced deposition of gold in a photoactive metal-salt solution. The chemical surface passivation of the particles by the gold coating was verifi ed using diff erent techniques (SQUID, MFM). In the next step, these particles were mechanically affi xed to a standard silicon tip of atomic force microscopy (AFM). The controlled attachment of a single particle, as well as the attachment of multiple particles to such a Si-AFM tip was demonstrated. Another part of the thesis examines the magnetic imaging with particle based probes in MFM experiments. A minimum of four cobalt particles affi xed to the tip was determined as the threshold for obtaining a reasonable MFM signal. It was possible to image the magnetic domain structure of a hard disk drive sample with these particle probes. Using a simulation of the MFM data, the orientation and the position of the e ffective tip dipole were determined. The e ffective dipole moment of the tip is found by a calibration experiment assuming a magnetic dipole-dipole interaction between the tip and another magnetic particle.

Zugl.: Hamburg, Techn. Univ., Diss., 2006

Thesis (doctoral)--Ludwig-Maximilians-Universität München, 2003. / Accompanying CD-ROM includes color images of all figures. Includes bibliographical references (p. 130-135). Original thesis in German available online via the Internet.

Techn. Hochsch., Diss., 2000--Aachen.

Techn. University, Diss., 2003--Chemnitz.

The scope of this PhD-thesis is the production and characterization of highly conductive ferroelectric domain walls in 5 mol% magnesium-doped lithium niobate single crystals. Therefore one domain wall is induced into a single domain sample by the means of a local poling procedure. The produced structure is contacted through evaporated macroscopic metal electrodes. Since domain walls typically exhibit low currents a high voltage treatment is applied to persistantly increase the conductance by several orders of magnitude. A deeper understanding of the mechansimn behind the transport characteristics is given via atomic force microscopy and Cherenkov second-harmonicgeneration-microscopy. The combinaiton of surface sensitive conduction measurements and three dimensional topology detection prove to be magnificent complementary methods. A clear correlation between inclination with respect to the z-axis and local conductivity is found. Through this correllation a simple and intuitive theory is derived inside the band model, which quantitativly explains the observed behaviour. Following some key process parameters like electrode material, poling procedure and doping of the lithiumniobate crystal are varied, while their influence on the high voltage treatment is investigated. Additionally the procedure is also applied to domain walls in lithium tantalate. Lastly domain walls are observed in real time under the influence of an electric field via Cherenkov second-harmonic-generation-microscopy. There is the possibillity of either two or three dimansional investigations while the latter bears a worse time resolution. It is shown that the speed of the domain wall movement holds a gradient along the z-axis, depending on the polarity of the electric field. / Die vorliegende Dissertation behandelt die Herstellung und Charakterisierung hochleitfähiger ferroelektrischer Domänenwände in 5 mol% magnesiumdotierten Lithiumniobat-Einkristallen. Dabei kommen eindomänige Probenstücke zum Einsatz in die durch lokale Umpolung eine einzelne Domänenwand induziert wird. Die makroskopische Kontaktierung der erzeugten Struktur erfolgt mit Hilfe von aufgedampften Metallelektroden. Da die Domänenwände üblicherweise nur sehr kleine Leitfähigkeiten zeigen wird durch eine Hochspannungsbehandlung selbige nachhaltig um mehrere Gröÿenordnungen erhöht. Einen tieferen Einblick in die Mechanismen der veränderten Transportcharakteristik gewähren die Rasterkraft- und Cherenkov-Second-Harmonic-Generation-Mikroskopie. Die Kombination aus oberflächensensitiver lokaler Leitfähigkeitsmessung und dreidimensionaler Topologieerfassung erweisen sich als ausgezeichnete komplementäre Methoden. Sie zeigen eine klare Korrelation zwischen Neigungswinkel der Wand im Verhältnis zur z-Achse und der gemessenen Leitfähigkeit. Über diesen Zusammenhang wird eine einfache, intuitive Theorie der Domänenwand im Bändermodell entwickelt, die das Verhalten quantitativ erklärt. Es folgt die Untersuchung verschiedener Prozessparameter wie Elektrodenmaterial, Polungsprozedur sowie Dotierung des Lithiumniobats und deren Einfluss auf die Hochspannungsbehandlung. Zudem wird diese auch an Lithiumtantalat-Kristallen getestet. Abschlieÿend wird eine Echtzeitmessung der Domänenwand unter angelegtem Feld mittels Cherenkov-Second-Harmonic-Generation-Mikroskopie durchgeführt. Diese ist dabei in zwei bzw. drei räumlichen Dimensionen möglich, wobei letztere eine geringere Zeitauflösung besitzt. Es wird deutlich, dass die Geschwindigkeit mit der sich die Domänenwand bewegt, einen Gradienten entlang der z-Achse aufweist. Dieser ist von der Polarität des elektrischen Feldes abhängig.