This thesis describes the commissioning and development of a pulsed supersonic nozzle, Fourier-transform microwave spectrometer and its application to the study of several weakly bound van der Waals complexes. A pulsed supersonic expansion, Fourier-transform microwave spectrometer based on the Flygare design with a number of modifications has been constructed with an operating range of 6-18 GHz. A homodyne detection circuit mixing signals to modulus values between dc and 1 MHz is used, requiring two measurements to determine absolute transition frequencies. Transition frequencies are measured from the power spectrum by determining the first derivative zero crossing point in a least squares fitting procedure. Semiautomation of many of the spectrometer operations has been achieved allowing unattended data collection over scans of up to 300 MHz. The microwave spectrum of Ar₂-OCS and Ar₂-OC³⁴S has been observed and analysed using conventional Watson S reduction hamiltonian parameters. Effective structural parameters are derived and used in a harmonic force field analysis, based on the centrifugal distortion constants, to compare the trimer interations with a model based on the sum of dimer interactions. A series of complexes containing the nitrogen molecule undergoing tunnelling motions have been studied. Hyperfine matrix elements for the first order nuclear quadrupole interaction are derived for the coupled identical nuclei case appropriate to the rapid tunnelling motions observed. The microwave spectrum of N₂-OCS is described. Tunnelling and nuclear spin statistical effects for two symmetry states are observed arising from the interchange of nitrogen nuclei. Rotational and quadrupole constants are derived; an accidental near degeneracy of two rotational levels allows the off-diagonal quadrupole coupling constant to be determined from second order effects. A tunnelling hamiltonian fitting the quadrupole coupling constants to an angular potential has been used to calculate the tunnelling frequency and barrier to N₂ rotation. The microwave spectrum of N₂-O₃ and a preliminary spectrum of N₂-SO₃ have been observed. Rotation-inversion motions of the O₃ and SO₂ moieties must be considered in addition to the N₂ tunnelling to fit the spectrum. Tunnelling frequencies for the O₃/SO₂ and geared motions with the N₂ are derived as well as structural parameters. Modifications for production of refractory molecules and complexes by laser ablation have been made. A modified nozzle employing rods of material is used with the ablation process taking place in the nozzle throat. Modifications to obtain an expansion along the axis of the microwave cavity employ a hemispherical Fabry-Perot cavity configuration. The system has been tested on a number of diatomic molecules including PbS and CuCl.

The microwave spectrum of the open-shell van der Waals complex NO-HF has been recorded in the region 6-20GHz using a pulsed nozzle Fourier transform microwave spectrometer. This is the first observation of the microwave spectrum of a open-shell van der Waals complex between two molecules. The spectrum exhibits a rich hyperfine structure with the observation of intermolecular hyperfine interactions in an isolated system providing a sensitive probe of electron transfer in the complex. The spectrum consists of four fine structure transitions 5/2(e)-3/2(e), 3/2(e)-1/2(e), 5/2(f)-3/2(f), 3/2(f)-1/2(f) which have been fitted to a semi-rigid Hamiltonian developed to include the effects of the orbital and spin angular momenta of the unpaired electron on NO. A new treatment to account for the intermolecular hyperfine interaction was developed. The structure of the complex has been determined and is significantly bent with an angle of between 37 degrees and 49 degrees between the NO internuclear axis and the a-axis of the complex. The Renner-Teller parameter, epsilon 2, is very large and negative having the value of -10 449.32(4)GHz indicating that configuration with the unpaired electron in the plane of the complex is more stable. The analysis of the hyperfine interactions of the hydrogen and fluorine nuclei uses two constants for each nucleus, one for the spatial relationship between the magnetic moments of the unpaired electron and the nuclear magnetic moment and a Fermi-contact term. The Fermi-contact term for hydrogen is the first strong evidence of intermolecular charge transfer in an isolated van der Waals molecule.

The P22 c2 repressor protein (P22R) binds to DNA sequence-specifically and helps direct the temperate lambdoid bacteriophage P22 to the lysogenic developmental pathway. To gain insight into its DNA binding mechanism, we solved the 1.6 Å x-ray structure of the N-terminal domain (NTD) of P22R in a complex with a DNA fragment containing the synthetic operator sequence [d(ATTTAAGATATCTTAAAT)]2 This operator has an A-T at position 9L and T-A at position 9R and is termed DNA9T. Van der Waals interactions between protein and DNA appear to confer sequence-specificity. The structure of the P22R NTD – NA9T complex suggests that sequence-specificity arises substantially from interaction of a valine with a complementary binding cleft on the major groove surface of DNA9T. The cleft is formed by four methyl groups on sequential base pairs of 5' TTAA 3'. The valine cleft is intrinsic to the DNA sequence and does not arise from protein-induced DNA conformational change. Protein-DNA hydrogen bonding plays a secondary role in specificity.

Dissertation (Ph.D.)--Auburn University, / Abstract. Vita. Includes bibliographic references.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Darmstadt.

The isolation of single layer graphene in 2004 by Geim and Novoselov introduced a method that researchers could extend to other van der Waals materials. Interesting and new properties arise when we reduce a crystal to two dimensions where they are often different from their bulk counterpart. Due to the van der Waals bonding between layers, these single sheets of crystal can be combined and stacked with diferent sheets to create novel materials. With the goal to study the interesting physics associated to these stacks, the focus of this work is on the fabrication and characterization of van der Waals heterostructures. In this work, we first present a brief history of 2D materials, the fabrication of heterostructures, and the various tools used to characterize these materials. We then give a description of the custom-built instrument that was used to assemble various 2D heterostructures followed by the findings associated with the optimization of the cleanliness of the stack's interface and surface. Finally, we discuss the results related to the twisting of adjacent layers of stacked MoS2 and its relation to the interlayer coupling between said layers.

Apesar da água ser o líquido mais comum na natureza, suas características ainda não estão totalmente explicadas. A relação entre a forma do potencial intermolecular efetivo que representa as interações presentes na água, as várias anomalias existentes na água e a possível existência de dupla criticalidade ainda é uma questão em aberto. Recentemente descobriu-se que a água apresenta, além de anomalias termodinâmicas, anomalia na difusão translacional e rotacional. Mostrou-se que para um modelo SPC/E para água estas anomalias dinâmicas estão conectadas com a temperatura de máxima densidade (TMD) e que as anomalias dinâmicas ocupam uma região maior que a TMD no diagrama de fases p vs. T. Nesta dissertação investigamos a relação entre a anomalia na densidade e a anomalia na difusão translacional da água em um modelo onde as moléculas interagem através de um potencial que contém duas fontes de interação: uma isotrópica atrativa do tipo van der Waals, v, e uma direcional, u, que pode ser nula ou repulsiva. Reproduzimos o diagrama de fases pressão vs. temperatura aonde a anomalia na densidade e a dupla criticalidade se fazem presente. Mostramos que este sistema apresenta anomalia na difusão translacional e que esta se encontra na mesma região do diagrama de fases pressão vs. temperatura em que a TMD está presente. Diferentemente do que ocorre para água SPC/E, a região de anomalia na difusão translacional ocupa um espaço menor, encontrando-se na parte interna da TMD. Sugerimos que a discretização do potencial afeta mais fortemente a anomalia dinâmica do que a termodinâmica e que leva a um encolhimento na região de anomalia na difusão.

Neste trabalho desenvolvemos um modelo efetivo para a descrição da matéria nuclear, que incorpora os resultados obtidos, para a descrição de um núcleon, pelo modelo de sacola difusa. O sistema nuclear será descrito via uma função de energia interna, que compreende um termo livre e outro que leva em conta a interação entre os núcleons. A parte livre, por se tratar de um sistema de férmions, corresponderá à energia de um gásde Fermi livre. Além disso, para evitar a superposição de dois ou mais núcleons, introduzimos um volume de exclusão a la Van der Waals. Na parte integrante, a troca de píons entre os núcleons será levada em conta via um potêncial efetivo. A função energia interna dependerá da densidade da matéria nuclear e também de um parâmetro que determinará o volume esperado de cada núcleon na matéria nuclear. O valor deste parâmetro será um pouco diferente do valor encontrado para um núcleons isolado, devido à interação entre eles. Obtém-se então resultados para a energia de ligação por núcleon para a matéria nuclear simétrica e para a matéria de nêutrons, bem como para a equação de estado da matéria de nêutrons.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5277.pdf: 13051185 bytes, checksum: 9cb370ab43174d5e7f195b09ce46795c (MD5) Previous issue date: 2013-05-23 / The study of micrometric and nanometric particle adhesion to surfaces have excelled in various technological fields. The adhesion has a significant role in the pharmaceutical industry, food, in the pneumatic conveying of materials in the manufacture of semiconductors, in the formation of aerosol, in painting, as well as environmental pollution and industrial hygiene. These studies are progressing to get a greater insight into the adhesion force between particles and surfaces. The main objective of this work is to check the influence of particle size of organic particulate material with the determination of the force adhesion between these particles and a substrate of organic origin. The substrates used were the filters ester-cellulose membranes, varying the porosity in 0.2 μm, 0.4 μm and 0.8 μm. The particulate material: activated coal and soot, varying the diameter of 11.1 -17 μm, 17.1-23 μm and 23.1-29 μm. To get the value of the adhesion force, was used the centrifuge technique, in which the adhesion force is equal in magnitude, but with the opposite sign to the centrifugal force required to detach the particles of the substrate. To obtain experimental data by centrifugal technique varied angular speeds of compression: 1000, 2000 and 5000rpm for angular speeds of detachment: 1000, 3000, 5000, 7000, 9000, 11000, 13000 and 14000rpm, using a microcentrifugal (MA -860, Marconi equipment) whose maximum speed rotation is of 14000rpm. The analysis of each system particulate material/ ester-cellulose membrane was made using an image analysis program (Image-Pro Plus 7.0), in order to verify the behavior of the particles attached to the substrate, through of the detachment of these particles after application of angular speed of compression and detachment. On data obtained by image analysis it was possible to determine the adhesion force between particles and the substrates, apresenting a profile log-normal percentage of adhered particles on adhesion force. For each systems analyzed particulate material/ester-cellulose membrane was the direct influence of variation of angular speed of compression (press-on) on the strength of adhesion, being possible to observe that the average diameter of the particles of particulate materials influence on surface membranes and detachment that the porosity of the surface of ester-cellulose membranes also influence the determination of the adhesion force. And, as a result of these analyses, it was possible to make a comparison between the experimental data and models of literature. / O estudo da adesão de partículas micrométricas e nanométricas em superfícies têm se destacado em vários campos tecnológicos. A adesão tem um significante papel na indústria de produtos farmacêuticos, alimentos, no transporte pneumático de materiais, na fabricação de semicondutores, na formação de aerossol, na pintura, bem como na poluição ambiental e higiene industrial. Esses estudos avançam no sentido de obter um maior conhecimento sobre a força de adesão entre partículas e superfícies. O objetivo principal deste trabalho é de verificar a influência do tamanho das partículas do material particulado orgânico com a determinação da força de adesão entre essas partículas e um substrato de origem orgânica. Os substratos utilizados foram os meios filtrantes membranas de éster-celulose, variando as porosidades em 0,2μm, 0,4μm e 0,8μm. Sendo o material particulado: fuligem e carvão ativado, variando as faixas de diâmetros de 11,1-17 μm, 17,1-23 μm e 23,1-29μm. Para se obter o valor da força de adesão, utilizou-se a técnica centrífuga, na qual a força de adesão é igual em magnitude, mas com sinal oposto à força centrífuga requerida para desprender as partículas do substrato. Para obtenção dos dados experimentais através da técnica centrífuga variaram-se as velocidades angulares de compressão em: 1000, 2000 e 5000rpm para velocidades angulares de desprendimento: 1000, 3000, 5000, 7000, 9000, 11000, 13000 e 14000rpm, com a utilização de uma microcentrífuga (MA -860, Marconi Equipamentos) cuja velocidade máxima de rotação é de 14000rpm. A análise de cada sistema material particulado/membrana de éstercelulose foi feita através de um programa de análise de imagens (Image-Pro Plus 7.0), visando verificar o comportamento das partículas aderidas ao substrato, ou seja, o desprendimento dessas partículas após a aplicação das velocidades angulares de compressão e descompressão. Diante dos dados obtidos pela análise de imagens foi possível determinar a força de adesão entre as partículas e os substratos, sendo determinado um perfil de adesão log-normal de porcentagem de partículas aderidas em relação à força de adesão. Para todos os sistemas analisados material particulado/membrana de éter-celulose verificou-se a influência direta da variação da velocidade angular de compressão (press-on) na força de adesão, sendo possível observar que o diâmetro médio das partículas dos materiais particulados influencia no desprendimento da superfície das membranas e, ainda, que as porosidades da superfície das membranas de éster-celulose também influenciam na determinação da força de adesão. E, como consequência destas análises, foi possível fazer uma comparação entre os valores da força de adesão obtidos experimentalmente e os modelos de adesão obtidos da literatura.

Apesar da água ser o líquido mais comum na natureza, suas características ainda não estão totalmente explicadas. A relação entre a forma do potencial intermolecular efetivo que representa as interações presentes na água, as várias anomalias existentes na água e a possível existência de dupla criticalidade ainda é uma questão em aberto. Recentemente descobriu-se que a água apresenta, além de anomalias termodinâmicas, anomalia na difusão translacional e rotacional. Mostrou-se que para um modelo SPC/E para água estas anomalias dinâmicas estão conectadas com a temperatura de máxima densidade (TMD) e que as anomalias dinâmicas ocupam uma região maior que a TMD no diagrama de fases p vs. T. Nesta dissertação investigamos a relação entre a anomalia na densidade e a anomalia na difusão translacional da água em um modelo onde as moléculas interagem através de um potencial que contém duas fontes de interação: uma isotrópica atrativa do tipo van der Waals, v, e uma direcional, u, que pode ser nula ou repulsiva. Reproduzimos o diagrama de fases pressão vs. temperatura aonde a anomalia na densidade e a dupla criticalidade se fazem presente. Mostramos que este sistema apresenta anomalia na difusão translacional e que esta se encontra na mesma região do diagrama de fases pressão vs. temperatura em que a TMD está presente. Diferentemente do que ocorre para água SPC/E, a região de anomalia na difusão translacional ocupa um espaço menor, encontrando-se na parte interna da TMD. Sugerimos que a discretização do potencial afeta mais fortemente a anomalia dinâmica do que a termodinâmica e que leva a um encolhimento na região de anomalia na difusão.