Foram determinadas por meio de difração de raios x as estruturas de cinco compostos azaçúcares. Foram estudadas as interações envolvidas na formação das redes cristalinas em cada um dos compostos analisados. Foi encontrado que nos compostos azaçúcares estudados, as interações principais são as ligações de hidrogênio do tipo C-H···O e C-H···π. Este comportamento foi verificado usando ferramentas como as superfícies de Hirshfeld e os gráficos de impressão digital. Realizou-se o estudo de docking molecular dos compostos azaçúcares com respeito à enzima purina nucleosídeo fosforilase (PNP). Foi determinado que estes compostos têm a capacidade de entrar no sitio ativo da PNP. O estudo das interações dos cinco azaçúcares com a PNP mostrou que estes compostos apresentam as mesmas interações presentes em inibidores da PNP já reportados. / Structures of five azasugars were determined by X-ray diffraction. Crystal network interactions were analyzed for each compound. The main interaction found for these azasugar compounds is hydrogen bond as C-H···O e C-H···π. This behavior was verified by tools as Hirshfeld surface and 2D finger print plots. Molecular docking was performed for azasugar compounds in Purine Nucleoside phosphorylase (PNP). This study confirmed that these compounds are available to enter to the PNP active site. Interactions exploration showed the same interactions for the azasugars studied and for already known PNP inhibitors.

Die Dissertation beschreibt Untersuchungen der intermetallischen Verbindungen TbxY1-xNi2B2C bzw. TbxEr1-xNi2B2C, Tb2PdSi3 sowie Dy2PdSi3, die sich auszeichnen durch physikalische Erscheinungen, die durch die Wechselwirkung der magnetischen Momente der Seltenerd (SE)-Ionen mit den Leitungselektronen hervorgerufen werden. Sie umfasst Beiträge zur Konstitution der Legierungssysteme, methodische Untersuchungen zur Einkristallzüchtung, zur Charakterisierung der Homogenität und Perfektion der Kristalle und zu physikalischen Eigenschaften (Supraleitung, Magnetismus). Die für das Erstarrungs- und Schmelzverhalten der intermetallischen Phasen relevanten quasi-binären Schnitte der Tb-(Y, Er)-Ni-B-C bzw. Tb(Dy)-Pd-Si-Phasendiagramme, die bisher noch nicht bekannt waren, konnten bestimmt werden. Damit wurden die Prozessparameter der Einkristallzüchtung durch tiegelfreies Zonenschmelzen optimiert. Die unterschiedlichen Erstarrungstypen, peritektische Erstarrung (SENi2B2C) bzw. kongruentes Erstarren (SE2PdSi3), wurden durch unterschiedliche Ziehgeschwindigkeiten bei der Einkristallzüchtung berücksichtigt. An den massiven Einkristallen wurden Homogenitätsuntersuchungen hinsichtlich Elementkonzentration und physikalischer Eigenschaften (Tc, Tn, RRR) als Funktion der Längskoordinate durchgeführt, die geringe Eigenschaftsunterschiede der einkristallinen Proben nachweisen. Aus der Zusammensetzungsänderung über die Kristalllänge konnte in Verbindung mit in-situ Messungen der Zonentemperatur ein einfaches Prozessmodell des Zonenschmelzens der untersuchten Verbindungen entwickelt werden. Die Korrelation von magnetischen und supraleitenden Eigenschaften der Borokarbidmischreihen werden primär vom Verhältnis der Seltenen Erden bestimmt aber auch durch die Konzentration der weiteren Elemente. An Einkristallen konnte eine Anisotropie des oberen kritischen Feldes der Supraleitung von TbxY1-xNi2B2C gezeigt werden, die durch die magnetischen Tb-Ionen bestimmt wird. Die Untersuchungen der Tb2PdSi3- und Dy2PdSi3-Einkristalle ergaben eine Anisotropie der magnetoelektrischen Eigenschaften. / In this thesis investigations of the intermetallic compounds TbxY1-xNi2B2C, TbxEr1-xNi2B2C, Tb2PdSi3 and Dy2PdSi3 are presented. These compounds exhibit interesting physical phenomena caused by the interaction of the rare earth (RE) magnetic moments on the conduction electrons. Moreover, contributions on the constitution of the alloy systems, basic investigations of crystal growth process, homogeneity, microstructure and physical properties (superconductivity, magnetism) of the crystals are given. The quasi-binary sections of the Tb-(Y, Er)-Ni-B-C and Tb(Dy)-Pd-Si-phase diagrams which are relevant for the crystallisation of the different intermetallic phases have been determined for the first time. They were utilised for optimisation of the process parameters of single crystal growth by floating-zone melting. Because of the different solidification modes of RENi2B2C (peritectic solidification) and RE2PdSi3 (congruent solidification) different growth velocities have been employed in crystal growth. The composition and the physical properties (Tc, Tn, RRR) have been investigated as function of the crystal axis co-ordinate. As these properties show only a slight shift over the crystal length samples are representative for the whole crystal. From the slight composition shift over the crystal length a process model of the floating zone growth has been developed utilising the in-situ measurements of the zone-temperature. The correlation of magnetic and superconducting properties of the borocarbide solid solution compounds are mainly governed by the RE-fraction but they are also influenced by the concentration of the other elements. For TbxY1-xNi2B2C single crystals an anisotropic upper critical field of superconductivity has been detected which is induced by the magnetic Tb-ions. The investigations of Tb2PdSi3 and Dy2PdSi3 revealed an anisotropy of the magnetoresistive properties.

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The ground-state properties of f-electron compounds are characterized by strong interactions which lead to a plethora of exotic states. In this thesis we focused on compounds crystallizing in the tetragonal HonCoGa3n+2-type structure. Several new compounds have been synthesized from In-flux; particularly enigmatic are Ce3TIn11 (T = Pd, Pt). These compounds possess two inequivalent Ce-sites and reveal coexistence of antiferromagnetic order and heavy fermion superconductivity at ambient pressure. This coexistence can be explained in the framework of two-Kondo ion lattice model, assuming one Ce-site being completely Kondo screened with the 4f-electron behaving itinerant and participating in superconductivity while the second Ce-site retains its local character giving rise to magnetic order via the RKKY interaction. The influence of crystal electric field on the magnetic ground state has been investigated on the Kondo compound Ce2RhIn8 by means of neutron experiments. U2RhIn8 and URhIn5 behave like transition-metal antiferromagnets, contrary to Ce(4f)-counterparts. The 5f-states are entirely hybridized and Kondo interactions play no role. Neither does it in the investigated RE2CoIn8 (RE = Pr, Nd, Dy) compounds which exhibit strong localized 4f-electron behavior. Here, the influence of strong...

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung neuartiger thermoelektrischer (TE) Materialien, unter Berücksichtigung einer effizienten Präparation in Verbindung mit sorgfältiger chemischer Charakterisierung und physikalischer Messung. Als Grundvoraussetzung für eine TE aktive Verbindung muss diese ein Halbleiter sein, dessen Ladungsträgerkonzentration durch geeignete Substitution justiert werden kann. Weiterhin sollte eine starke Steigung der elektronischen Zustandsdichte am Fermi-Niveau vorhanden sein, um hohe Seebeck-Koeffizienten zu erhalten. Schwere Elemente in einer möglichst komplizierten Kristallstruktur sollten für eine relativ geringe thermische Leitfähigkeit von Vorteil sein. RuIn3 und seine Substitutionsvarianten erfüllen diese Voraussetzungen. Eine Fest-Flüssig-Reaktion mit anschließendem Spark-Plasma-Sintern (SPS) zur Präparation polykristalliner Materialien lieferte phasenreine Produkte. Binäres RuIn3 ist ein Halbleiter mit einer Bandlücke von 0,45 eV, welcher in Abhängigkeit von der Temperatur große negative und positive Seebeck-Koeffizienten zeigt. Die thermische Leitfähigkeit ist mit κmin = 3,8(8) W K-1 m-1 relativ gering. Eine genaue Einstellung der Ladungsträgerkonzentration kann durch Substitution von In mit Sn oder Zn erfolgen, wodurch ausschließlich negative (Sn) oder positive (Zn) Seebeck-Koeffizienten vorliegen. Gleichzeitig wird die thermische Leitfähigkeit um ca. 50 % im Vergleich zu binärem RuIn3 gesenkt. Die Substitution in RuIn3-xSnx und RuIn3-xZnx (x = 0,10) geht mit einem Halbleiter-Metall-Übergang einher, welcher durch Messungen des elektrischen Widerstands verifiziert wurde. Analysen mittels wellenlängendispersiver Röntgenspektroskopie zeigen eine gute Übereinstimmung der nominellen und experimentellen Zusammensetzung für die Sn-Substitution und einen vergleichsweise geringen Zn-Gehalt. RuO2-Verunreinigungen in kommerziellem Ru-Pulver sind die Ursache für kleine Nebenphasenanteile von In2O3 in RuIn3-xSnx und ZnO in RuIn3-xZnx. Die dadurch ablaufenden Reduktionen und die Redoxpotentiale der Elemente und Verbindungen können mit den Gitterparametern der Substitutionsvarianten und dem Homogenitätsbereich der Stammverbindung RuIn3 in Einklang gebracht werden. Zur Eliminierung der RuO2-Verunreinigungen wurde eine Wasserstoff-Reduktionsapparatur entwickelt. Damit konnten die Sauerstoffverunreinigungen im Ru-Pulver vollständig entfernt werden. Mit diesem gereinigten Ausgangsmaterial wurden die mit Zn substituierten Spezies erneut synthetisiert. Es zeigt sich eine sehr gute Übereinstimmung zwischen der nominellen und experimentellen Zusammensetzung für die Zn-Substitution unter Nutzung des reduzierten Ru-Pulvers. Die Substitutionen der In-Position mit Zn führten zu maximalen TE Gütewerten von ZTmax = 0,76(19) in RuIn2;975Zn0;025. Neben Optimierungen der Ladungsträgerkonzentration spielen Veränderungen des Gefüges für die Eigenschaften eines TE Materials eine zentrale Rolle. Zur Ermittlung der Auswirkungen des Gefüges auf die TE Eigenschaften wurden große Einkristalle von RuGa3 (isostrukturell zu RuIn3) durch ein modifiziertes Bridgman-Verfahren gezüchtet und mit polykristallinem Material verglichen, welches aus diesem Einkristall hergestellt wurde. Gitterparameter und chemische Zusammensetzung der untersuchten RuGa3-Proben weisen keinerlei Variation auf. Die TE Eigenschaften zeigen im Hochtemperaturbereich (T = 300 K) keine signifikanten Unterschiede. In der Messung des Seebeck-Koeffizienten des RuGa3-Einkristalls lässt sich bei tiefen Temperaturen ein scharfes Minimum beobachten, welches in der polykristallinen Probe nicht auftritt. Analog dazu ist die thermische Leitfähigkeit des Einkristalls durch ein deutliches Maximum gekennzeichnet, welches in der polykristallinen Probe nahezu vollständig zusammenfällt. Die zusätzlichen Korngrenzen im Gefüge des polykristallinen Materials wirken als Streuzentren für Phononen, welche im entsprechenden RuGa3-Einkristall nicht vorhanden sind. Die intrinsischen Eigenschaften von RuGa3 mit hoher Wärmeleitfähigkeit in Verbindung mit niedrigem Seebeck-Koeffizienten bei tiefen Temperaturen könnten mit dem Phonon-drag-Effekt erklärt werden. Darauffolgend wurde Ruthenium durch Eisen vollständig ersetzt und der momentan viel untersuchte Halbleiter FeGa3 (isostrukturell zu RuIn3) studiert. Die Präparation polykristalliner Proben wurde analog zu RuIn3 und RuGa3 mit einer Fest-Flüssig-Reaktion und anschließender SPS-Behandlung durchgeführt. Aufgrund fehlender Untersuchungen zu einem geeigneten Substitutionselement wurden die Substitutionsvarianten FeGa3-xEx (E = Al, In, Zn, Ge; x = 0,50) präpariert. Die festen Lösungen FeGa3-xEx mit E = Al, In, Zn zeigen keine Verbesserung der TE Aktivität. Für FeGa3-xGex konnten aus chemischer und physikalischer Sicht die besten Ergebnisse erzielt werden. Systematisch sinkende c-Gitterparameter bei steigender Substitutionskonzentration gehen mit einer sehr guten Übereinstimmung von nomineller und experimenteller Zusammensetzung einher. Mit steigendem Ge-Gehalt wird der elektrische Widerstand und die thermische Leitfähigkeit gesenkt. Für die feste Lösung FeGa2;80Ge0;20 wird eine maximale TE Aktivität ZTmax = 0,21(5) erreicht. Für Untersuchungen zu Gefügeeinflüssen in FeGa3 wurden Einkristalle mit polykristallinem Material verglichen. Dabei weisen die Gitterparameter und die chemische Zusammensetzung der Einkristalle und des polykristallinen Materials im Bereich des experimentellen Fehlers keine Unterschiede auf. Die TE Eigenschaften bei hohen Temperaturen (T = 400 K) zeigen keine signifikanten Unterschiede zwischen poly- und einkristallinen Proben. Im Gegensatz dazu stehen Messungen des Seebeck-Koeffizienten und der thermischen Leitfähigkeit bei tiefen Temperaturen. Bei Temperaturen unter 20 K sind die Wärmeleitfähigkeiten der Einkristalle durch starke Maxima geprägt (κ[001](Czochralski) < κ[100](Czochralski) < κ(Ga-Fluss)). Im polykristallinen Material mit der höchsten Defekt-Konzentration (Korngrenzen) ist dieses Signal durch viele zusätzliche Streuzentren für Phononen fast vollständig unterdrückt. Der Seebeck-Koeffizient der Einkristalle und des polykristallinen Materials ist im gleichen Temperaturbereich und in gleicher Reihenfolge ebenfalls durch starke Signale gekennzeichnet. Für die ungewöhnlich niedrigen Seebeck-Koeffizienten wurden magnetische oder strukturelle Phasenübergänge durch Messungen der magnetischen Suszeptibilität und der Wärmekapazität ausgeschlossen. Theoretische Berechnungen der elektronischen Eigenschaften auf Basis von ermittelten Ladungsträgerkonzentrationen aus Hall-Messungen zeigen, dass die extremen Seebeck-Koeffizienten in FeGa3 nicht elektronischen Ursprungs sein können, weshalb Elektronen-Korrelation ausgeschlossen wurde. Die gesamte thermische Leitfähigkeit ist bei Temperaturen kleiner 400 K nahezu ausschließlich durch den Anteil des Gitters bestimmt. Demzufolge wurde der Phonon-drag-Effekt als Ursache für die ungewöhnlich niedrigen Seebeck-Koeffizienten in FeGa3-Einkristallen von bis zu -16.000(800) µV K-1 begründet. Im Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die kontrollierte Durchführung von chemischen Reaktionen in Kombination mit einer gründlichen chemischen Charakterisierung eine entscheidende Rolle bei der effizienten Präparation von (un-)bekannten Verbindungen und Materialien spielt.

The field of low-dimensional quantum magnets has received lot of attention owing to the possibility of studying phenomena associated with the quantum nature of matter. Many materials that realize low-dimensional spin arrangements in their structure have been synthesized in the past twenty years due to the emergence and development of crystal growth techniques. These materials have been studied using various experiments in order to explore the wide range of interesting properties predicted theoretically for low-dimensional systems. In this pursuit, novel properties have been observed and many open questions have been raised. One such property that is typically observed in many low-dimensional quantum magnets is heat transport via magnetic excitations. Large magnitudes of magnetic heat conductivity has been found experimentally in materials belonging to this class in addition to the conventionally known phononic heat conduction, and interesting theoretical predictions like the divergence of heat conductivity in certain spin models exist, that have stimulated research in this field. This experimental work mainly deals with the crystal growth and heat transport properties of low-dimensional quantum magnets that include one-dimensional (1D) spin chain systems Sr$_2$CuO$_3$ and SrCuO$_2$, two-dimensional (2D) Heisenberg antiferromagnet La$_2$CuO$_4$, and a five-leg spin ladder La$_8$Cu$_7$O$_{19}$, with a view to understand propagating low-energy magnetic excitations and their interaction amongst themselves, other quasiparticles and impurities present in the systems. These interactions result in scattering processes that govern the magnitude and temperature dependence of heat conductivity. In spite of considerable theoretical and experimental work in the field of heat transport, a complete understanding of the scattering mechanisms is lacking. The work tries to add to the experimental knowledge about magnetic heat transport in such systems and presents cases which motivate the need for theoretical understanding of aspects of heat transport. The focus of this work was twofold. One part focusses on the single crystal growth using the travelling-solvent floating zone (TFSZ) method of materials which realize low-dimensional spin systems in their structure. The TFSZ method is indispensable for growing large single crystals of extraordinary purity, which can be used for investigations using neutrons and other techniques like heat conductivity measurements that probe anisotropic properties. The other part deals with the experimental results on heat transport and other thermodynamic properties of these materials. In order to study the behaviour of the magnetic heat conductivity at high temperatures, and the effect of small amount of magnetic and non-magnetic impurities on the heat transport of 2D Heisenberg antiferromagnet La$_2$CuO$_4$, single crystals of pure La$_2$CuO$_4$, and Ni- and Zn-doped versions, La$_2$Cu$_x$Ni$_{1-x}$O$_4$ and La$_2$Cu$_x$Zn$_{1-x}$O$_4$ for $x$ = 0.001 and 0.003, were grown using the TFSZ method. Heat transport in the pure compound was experimentally investigated for the first time up to very high temperatures of 813 K using two methods, namely the steady state method for low temperatures and the dynamic flash method for measuring high temperature conductivity. Analysis of the magnon mean-free path using empirical models based on semi-classical theories, and qualitative comparison to theoretical calculations seems to suggest that scattering between magnons might play an important role in addition to scattering of magnons with phonons and defects, and that the spin-spin correlation length could be crucial in limiting the mean free path of magnons at high temperatures. These experimental results and indications of probable scattering mechanisms based on non-rigorous analyses and comparisons, strongly motivate the need for theoretical studies. Heat conductivity measurements on the Ni- and Zn- doped versions of La$_2$CuO$_4$ are still incomplete and inconclusive, and hence have not been reported in this work. Heat transport experiments on Ni- and Ca-doped Sr$_2$CuO$_3$ were performed, with a motivation to investigate the role of disorder induced by impurities lying within the spin chains (Ni) and those lying outside the spin chains (Ca), on the heat transport in this system. In both the cases, the magnetic heat transport is observed to be strongly suppressed upon doping. Empirical analysis of the data seems to suggest that in the temperature regime of 100-300 K, the temperature dependence of the mean-free path of magnetic excitations for the Ni- and Ca-doped samples can be described by scattering with defects (Ni and Ca impurities) and phonons alone. However, surprisingly, a strong increase of phononic conductivity is observed perpendicular and parallel to the spin chains of the Ni-doped compounds compared to the pure compounds, whose explanation seems to lie in the existence of an additional dissipative scattering mechanism present in the pure compounds that is lifted upon doping, possibly due to the presence of a spin gap in the doped compounds. The effect of Ni on the Sr$_2$CuO$_3$ and SrCuO$_2$ was also investigated by studying the low energy regime of the spin excitation spectrum using other microscopic probes like nuclear magnetic resonance (NMR) and inelastic neutron scattering (INS). Large single crystals of SrCu$_x$Ni$_{1-x}$O$_2$, with $x$ = 0.01 were grown and used in these experiments that observed the presence of a spin gap in the Ni-doped sample. Further theoretical investigations are however required to understand the possible role of the spin gap in influencing the spin-phonon scattering mechanism, and its relevance to the observed enhancement in phononic conduction. Although we observe that in the case of both 1D and 2D systems, a semi-classical kinetic model for heat transport along with empirical models of scattering processes describe the temperature dependence of the measured heat conductivity surprisingly well in the temperature regime up to 300 K and 800 K respectively, interpretations based on these analyses must be treated as only preliminary, and as a step towards understanding microscopically the scattering mechanisms involved in low-dimensional systems such as the ones discussed in this work. In the direction of exploratory research towards synthesis of novel low-dimensional materials, two cuprate compounds were synthesized in the form of single crystals using the floating zone method for the first time, namely, a five leg $S=tfrac{1}{2}$ antiferromagnetic spin ladder compound La$_8$Cu$_7$O$_{19}$ and an insulating delafossite LaCuO$_{2}$. A bulk 3D antiferromagnetic ordering is observed in La$_8$Cu$_7$O$_{19}$. Heat conductivity of La$_8$Cu$_7$O$_{19}$ is observed to be purely phononic and no contribution from magnetic excitations seem to exist, although the measurements indicates that there is a large anisotropy in heat transport. However, detailed diffraction experiments using x-rays and neutrons indicate that both the crystal and magnetic structures are complicated, and that the details of the structure prevent La$_8$Cu$_7$O$_{19}$ from being a perfect realization of a five-leg spin ladder.

In dieser Arbeit wurde die Ausgangsverbindung der eisenbasierten Supraleiter, LaFeAsO, durch die Synthese und Charakterisierung von poly- und einkristallinen Proben untersucht. Supraleitung kann in den eisenbasierten Supraleitern durch Elektronen- oder Lochdotierung hervorgerufen werden. Die Substitution von Eisen durch Mangan, formal eine Lochdotierung, hat hingegen einen destruktiven Effekt auf die Supraleitung. Dieser ist bei optimal fluordotiertem LaFeAs(O,F) um Größenordnungen stärker ausgeprägt als bei Nd- oder Sm-FeAs(O,F). Indem Lanthan partiell durch das kleinere Yttrium substituiert wurde, konnte gezeigt werden, dass diese unterschiedlich starke Mangantoleranz durch die Unterschiede im Seltenerdmetall-Ionenradius bedingt ist. Weiterhin finden sich Anzeichen, dass die Unterdrückung der Supraleitung durch Mangan mit Elektronenlokalisierung korreliert ist. Das Fehlen von großen dreidimensionalen Einkristallen der SEFeAsO-Verbindungsklasse stellt ein großes Hindernis in der Erforschung der elektronischen Eigenschaften der eisenbasierten Supraleiter dar. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Verfahren der Festkörper-Einkristallzüchtung ein geeignetes Mittel darstellt, um große, facettierte SEFeAsO-Einkristalle mit ausgeprägtem Wachstum in c-Richtung zu erhalten. Mit diesem neu entwickelten Einkristallzüchtungsverfahren konnte ein aktualisiertes Phasendiagramm von La(Fe,Co)AsO erstellt werden. Die Substitution von Eisen durch Cobalt entspricht einer Elektronendotierung und führt zu Supraleitung mit einer maximalen Sprungtemperatur von 12 K. Die Ausgangsverbindung LaFeAsO zeigt bei etwa 156 K einen strukturellen Phasenübergang von einer tetragonalen zu einer orthorhombischen Struktur, weiterhin tritt unterhalb von etwa 138 K eine Spindichtewelle auf. In Einklang mit dem bekannten Phasendiagramm werden mit Cobaltdotierung die beiden Übergänge unterdrückt, mit höheren Cobaltkonzentrationen kommt es zu Supraleitung. Anders als beim bekannten Phasendiagramm kann eine deutliche Aufspaltung zwischen magnetischem und strukturellen Übergang bei kleinen Cobaltkonzentrationen beobachtet werden. Außerdem findet sich eine Region der Koexistenz zwischen Supraleitung und Spindichtewelle. Bisher konnte ein solcher Zustand im SE(Fe,Co)AsO-System nicht beobachtet werden.

In der vorliegenden Arbeit werden wissenschaftlich-technologische Untersuchungen zur wandabgelösten VGF-Züchtung von Germanium präsentiert. Dazu wurden zwei Varianten mit Hinblick auf die Etablierung und Stabilisierung bestimmter Druckverhältnisse angewendet: (i) Beim passiven dVGF-Verfahren erfolgt die Erzeugung der Druckdifferenz über die thermische Beeinflussung des Inertgases Ar, und (ii) beim erstmals gezeigten aktiven dVGF-Verfahren über eine temperaturkontrollierte, separate Zn-Dampfdruckquelle. Ge-Einkristalle mit einem Durchmesser bis zu 3 Zoll wurden nahezu vollständig ohne Tiegelkontakt gezüchtet. Der Effekt der Wandablösung wird anhand der mikroskopischen Charakterisierung der Kristalloberfläche, der Durchbiegung der Phasengrenze sowie der etch pit density (EPD), ein Maß für die Versetzungsdichte gezeigt. Im Vergleich zu konventionell gezüchteten VGF-Kristallen zeigen die detached gezüchteten Kristalle eine hohe strukturelle Qualität. Dies wird auf reduzierte thermische und thermo-mechanische Spannungen bei der wandabgelösten Züchtung zurückgeführt.

In der vorliegenden Arbeit wird die Einkristallzüchtung nach dem Czochralskiverfahren von GdCa4O(BO3)3 (GdCOB) beschrieben. Aus insgesamt 18 Zuchtversuchen, bei denen auch die Ziehgeschwindigkeit zwischen 1 und 3mm/h variiert wurde, wurden erfolgreich nahezu perfekte Einkristalle gewonnen. In einigen Kristallen traten jedoch auch Risse oder Einschlüsse auf. Diese enthielten neben Iridium vom Tiegelmaterial auch andere Phasen des Gd2O3–B2O3–CaO-Systems, sowie P und Yb, deren Herkunft unklar ist. Als Hauptziehrichtung wurde die kristallographische b-Achse gewählt, ergänzt durch einige Experimente in der c-Richtung. In den drei kristallographischen Hauptrichtungen wurden die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von GdCOB bestimmt. Diese können in zwei nahezu lineare Bereiche unterteilt werden: von Zimmertemperatur bis etwa 850° C und von 850 bis 1200° C, wobei die Koeffizienten im Hochtemperaturbereich deutlich höher sind (unter 850° C: alpha_a=11.1, alpha_b=8.6, alpha_c=13.3 10^-6/K, oberhalb 850° C: alpha_a=14.1, alpha_b=11.7, alpha_c=17.8 10^-6/K). Daraus ergibt sich, dass ein Phasenübergang höherer Ordnung vorliegen muss. Als mögliche Ursache wurde mittels HT-Raman Spektroskopie ein Ordnungs-Unordnungs-Übergang identifiziert, während dessen die BO3-Gruppen in der Struktur leicht rotieren. Weitere Untersuchungen mittels thermodynamischer Methoden führten zu schwachen, aber eindeutigen Signalen, die diesem Effekt ebenfalls zuzuordnen sind. Obwohl das Material ein vielversprechender Kandidat für piezoelektrische Anwendungen im Hochtemperaturbereich ist, wurde dieser Effekt bisher unzureichend beschrieben. Dieses Verhalten, kombiniert mit den anisotropen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, könnte eine der Ursachen für das Vorkommen von Rissen in den Kristallen während der Synthese darstellen. Spektroskopische Untersuchungen ergaben einen großen Transparenzbereich von 340 bis 2500nm (29 400–4000 cm^-1), was für optische Anwendungen von großer Bedeutung ist. / In a series of 18 growth experiments, GdCa4O(BO3)3 (GdCOB) single crystals were successfully grown by the Czochralski method. They have a well-ordered structure, as revealed by single crystal structure analysis. Although the main growth direction was along the crystallographic b-axis, some experiments were conducted using the cdirection. Pulling velocities were varied between 1 and 3mm/h. Except for a few crystals with cracks or elongated "silk-like" inclusions consisting of multiphase impurities, most of the obtained crystals are of good quality. Those inclusions contain iridium, deriving from the crucible, P and Yb with unclear source, and other phases from the system Gd2O3–B2O3–CaO. Thermal expansion coefficients of GdCOB were determined in the directions of the crystallographic axes and found to be approximately linear in two temperature ranges: from 25° C to around 850° C, and from 850 to 1200° C, with the latter range showing significantly higher coefficients (below 850° C: alpha_a=11.1, alpha_b=8.6, alpha_c=13.3 10^-6/K, and above 850° C: alpha_a=14.1, alpha_b=11.7, alpha_c=17.8 x10^-6/K). This sudden increase of thermal expansion coefficients indicates a phase transition of higher order. An order-disorder transition in form of the rotation of BO3-triangles in the structure was made tentatively responsible for this transition, as revealed by HT-Raman spectroscopy. This transition was also detected by DSC-methods but appeared to result in very weak effects. Although the material is thought to represent a promising candidate for high temperature piezoelectric applications (noncentrosymmetric space group Cm), this effect of change in specification has not been described and it is unknown whether it has influence on the piezoelectric properties. Furthermore, this characteristic behaviour in combination with anisotropic coefficients may be the reason for the development of cracks during cooling of crystals, making the growth difficult. Spectroscopic investigation revealed a wide transparency range from 340 to 2500nm (29 400–4000 cm^-1) of GdCOB, which is a very important property for optical applications.

RésuméLes monocouches auto-assemblées d'ADN immobilisées sur électrodes d'or sont à la base de nombreux biocapteurs électrochimiques. Le contrôle du comportement interfacial de l'ADN par le biais d'un champ électrique est intéressant pour la détection de polymorphisme nucléotidique simple (PNS). La caractérisation in situ de monocouches d'ADN à l'échelle moléculaire est importante pour la fabrication de biocapteurs robustes, fiables et sensibles.La thèse porte sur la détection du PNS dans l'ADN par le biais d'hybridation/dénaturation induite par le champ électrique. La microscopie de fluorescence sous conditions électrochimiques est utilisée comme méthodologie de détection et outil de caractérisation de l'interface d'ADN. À cette fin, des séquences d'ADN marquées par des sondes fluorescentes sont immobilisées sur des électrodes d'or sous forme de monocouches auto-assemblées (SAM) thiolées.Premièrement, les SAMs sont composées de séquences cibles présentant ou non une mutation ponctuelle. La relation entre le potentiel appliqué et la dénaturation du double brin est étudiée. La dénaturation électrochimique est observée à -0,25 V vs Ag / Deoxyribonucleic acid (DNA) self-assembled monolayers (SAMs) immobilized on gold electrodes are the basis of many electrochemical biosensors. Control of the interfacial behavior of DNA by means of an electric field is of interest for sensing applications such as the detection of single nucleotide polymorphisms (SNPs). Moreover, the in situ characterization of immobilized DNA monolayers at a molecular level is important for the fabrication of robust, reliable and sensitive sensors.The thesis aims at studying the discrimination between DNA strands containing SNPs on the basis of electric-field assisted hybridization/denaturation of DNA. In situ electrochemical fluorescence microscopy is used as a detection methodology and characterization tool for DNA interfaces. For this purpose, fluorescently labeled DNA sequences are immobilized at gold electrodes as thiol SAMs.First, the SAMs under investigation were composed of perfect match or SNP-containing target sequences. The relationship between the applied potential and the denaturation of DNA duplexes was investigated. Electrochemical melting was observed at -0.25 V vs. Ag / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished