Texte remanié de: Diss.--Fachbereich Kulturgeschichte und Kulturkunde--Hamburg--Universität, 1996. / Bibliogr. p. 243-245. Index.

Zugl.: Bochum, Univ., Diss., 2006

Involviert in Netzwerke für das episodische Gedächtnis sowie als Bestandteil des Hypothalamus und des limbischen Systems stellen sich die im Zwischenhirn gelegenen Mamillarkörper als Zielstruktur im Kontext affektiver Störungen dar. Bislang waren die Mamillarkörper diesbezüglich lediglich in einer postmortem durchgeführten Studie Gegenstand der Forschung; es liegen keine Untersuchungen mit Hilfe der 7 Tesla-Magnetresonanztomografie vor. Um diese neuen Möglichkeiten der in vivo-Volumetrie im Submillimeterbereich auszuschöpfen, wurde auf Grundlage einer farbkodierten Darstellung ein detaillierter Algorithmus entwickelt, der sich als Hauptergebnis der vorliegenden Arbeit als hoch reliabel erwies. In der vorliegenden Pilotstudie wurde darüber hinaus das Mamillarkörper-Volumen von 14 Patientinnen und Patienten mit einer Bipolaren Störung und 20 gesunden Kontrollpersonen anhand von hochaufgelösten T1-gewichteten MRT-Bildern bestimmt. Ein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Gruppen konnte nicht nachgewiesen werden, ebenso kein Unterschied zwischen den Geschlechtern. Es konnte gezeigt werden, dass das Volumen der Mamillarkörper signifikant invers mit dem Alter der ProbandInnen korreliert. Des Weiteren wurde eine signifikante positive Korrelation mit dem Gesamthirnvolumen der ProbandInnen festgestellt. Krankheitsschwere und Episodenzahl hingegen hatten keinen Einfluss auf das Mamillarkörper-Volumen. Die Ergebnisse dieser Pilotstudie sollten anhand einer größeren Stichprobe überprüft werden.

Die Elektronen-Spin-Resonanz (ESR) Spektroskopie hat sich in Verbindung mit der Spinsondentechnik (SDSL) bereits seit einigen Jahren zur Struktur- und Dynamikanalyse von Biomakromolekülen etabliert. Diese Dissertation beschäftigt sich mit dem Aufbau eines Hochfeld-/Hochfrequenz-ESR-Spektrometers bei 3,4T/95GHz (W-Band) und drei attraktiven Anwendungen auf spinmarkierte Proteine. Als eine Anwendung wird die Bestimmung von Polaritäten und Protizitäten spinmarkierter Positionen des sensorischen Rhodopsin-Transducer-Komplexes (SRII/HtrII) aus Natronomonas pharaonis mit Hilfe von cw-Messungen bei Temperaturen <190 K präsentiert. Es werden Rückschlüsse auf die Struktur der HAMP-Domäne des Proteinkomplexes durchgeführt. Positionsabhängige Unterschiede der Protizität werden auf verschiedene Anteile mit null bis zwei Wasserstoffbrücken zum Nitroxid zurückgeführt. Als nächste Anwendung wird die Gewinnung von Reorientierungspotentialen der Spinträgerseitenkette mit dem SRLS-Model und in Kombination mit X- und Q-Bandmessungen bei Raumtemperatur demonstriert. Für die spinmarkierte Position einer Konformation des SRII/HTrII ergibt sich ein Potential, dass mit Ergebnissen von Molekulardynamiksimulationen eines helikalen Polypeptids gut übereinstimmt. Ebenfalls durchgeführt wurde die Bestimmung des Potentials an Position 166 der Kanal bildenden Domäne des Colicin A aus E. coli. Schließlich werden im Temperaturbereich von 120 bis 220 K die Einflüsse verschiedener (Isotopen-)Derivate des Spinlabels und der Einfluss der Wasserprotonen auf den Hahn-Echozerfall zur Bestimmung orientierungsabhängiger Librationsamplituden an einer weiteren SRII/HtrII-Probe und der gleichen Colicin A-Probe wie oben vorgestellt. Es werden Folgerungen für die Struktur der Proteine gezogen und, im Fall der Colicin A-Probe, ein Bezug zur Kristallstruktur hergestellt.

Involviert in Netzwerke für das episodische Gedächtnis sowie als Bestandteil des Hypothalamus und des limbischen Systems stellen sich die im Zwischenhirn gelegenen Mamillarkörper als Zielstruktur im Kontext affektiver Störungen dar. Bislang waren die Mamillarkörper diesbezüglich lediglich in einer postmortem durchgeführten Studie Gegenstand der Forschung; es liegen keine Untersuchungen mit Hilfe der 7 Tesla-Magnetresonanztomografie vor. Um diese neuen Möglichkeiten der in vivo-Volumetrie im Submillimeterbereich auszuschöpfen, wurde auf Grundlage einer farbkodierten Darstellung ein detaillierter Algorithmus entwickelt, der sich als Hauptergebnis der vorliegenden Arbeit als hoch reliabel erwies. In der vorliegenden Pilotstudie wurde darüber hinaus das Mamillarkörper-Volumen von 14 Patientinnen und Patienten mit einer Bipolaren Störung und 20 gesunden Kontrollpersonen anhand von hochaufgelösten T1-gewichteten MRT-Bildern bestimmt. Ein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Gruppen konnte nicht nachgewiesen werden, ebenso kein Unterschied zwischen den Geschlechtern. Es konnte gezeigt werden, dass das Volumen der Mamillarkörper signifikant invers mit dem Alter der ProbandInnen korreliert. Des Weiteren wurde eine signifikante positive Korrelation mit dem Gesamthirnvolumen der ProbandInnen festgestellt. Krankheitsschwere und Episodenzahl hingegen hatten keinen Einfluss auf das Mamillarkörper-Volumen. Die Ergebnisse dieser Pilotstudie sollten anhand einer größeren Stichprobe überprüft werden.

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In this thesis the superconducting and magnetic phases of LiOH(Fe,Co)(Se,S), CuFeAs/CuFeSb, and LaFeP_1-xAs_xO - belonging to the 11, 111 and 1111 structural classes of iron-based arsenides and chalcogenides - are investigated by means of 57Fe Mössbauer spectroscopy and muon spin rotation/relaxation (μSR). Of major importance in this study is the application of high magnetic fields in Mössbauer spectroscopy to distinguish and characterize ferro- (FM) and antiferromagnetic (AFM) order. A user-friendly Mössbauer data analysis program was developed to provide suitable model functions not only for high field spectra, but relaxation spectra or parameter distributions in general. In LaFeP_1-xAs_xO the reconstruction of the Fermi surface is described by the vanishing of the Γ hole pocket with decreasing x. The continuous change of the orbital character and the covalency of the d-electrons is shown by Mössbauer spectroscopy. A novel antiferromagnetic phase with small magnetic moments of ~ 0.1 μ_B state is characterized. The superconducting order parameter is proven to continuously change from a nodal to a fully gapped s-wave like Fermi surface in the superconducting regime as a function of x, partially investigated on (O,F) substituted samples. LiOHFeSe is one of the novel intercalated FeSe compounds, showing strongly increased T_C = 43 K mainly due to increased interlayer spacing and resulting two-dimensionality of the Fermi surface. The primary interest of the samples of this thesis is the simultaneously observed ferromagnetism and superconductivity. The local probe techniques prove that superconducting sample volume gets replaced by ferromagnetic volume. Ferromagnetism arises from magnetic order with T_C = 10 K of secondary iron in the interlayer. The tendency of this system to show (Li,Fe) disorder is preserved upon (Se,S) substitution. However, superconductivity gets suppressed. The results of Mössbauer spectroscopy indicate that the systems tends to a secondary structural phase, where the local iron environment observed in pure FeS is absent. Moreover, two interlayer positions of the iron are identified. The absence of enhanced superconducting T_C in LiOHFeS thus is related to a structural instability. Also, in CuFeAs the role of secondary iron at the Cu position turns out to be decisive for the observed magnetic behaviour. As in LiOHFeSe, it orders ferromagnetically at T_C ~ 11 K and superimposes with the magnetic instability of the main iron site. It is shown that a small charge doping of 0.1e/Fe, which is expected from (Cu,Fe) disorder, is sufficient to switch the system between a paramagnetic and an AFM ground state. Both magnetic orders are indistinguishable, because the magnetic order parameters are strongly coupled. This coupling was observed in the structurally identical CuFeSb, where the magnetic order parameters of both iron sites scale perfectly. The magnetically unstable CuFeAs and the ferromagnetic CuFeSb can be classified according to the theory of As height driven magnetism, predicting a change from paramagnetism to AFM and finally FM with increasing As height.

In this thesis the superconducting and magnetic phases of LiOH(Fe,Co)(Se,S), CuFeAs/CuFeSb, and LaFeP_1-xAs_xO - belonging to the 11, 111 and 1111 structural classes of iron-based arsenides and chalcogenides - are investigated by means of 57Fe Mössbauer spectroscopy and muon spin rotation/relaxation (μSR). Of major importance in this study is the application of high magnetic fields in Mössbauer spectroscopy to distinguish and characterize ferro- (FM) and antiferromagnetic (AFM) order. A user-friendly Mössbauer data analysis program was developed to provide suitable model functions not only for high field spectra, but relaxation spectra or parameter distributions in general. In LaFeP_1-xAs_xO the reconstruction of the Fermi surface is described by the vanishing of the Γ hole pocket with decreasing x. The continuous change of the orbital character and the covalency of the d-electrons is shown by Mössbauer spectroscopy. A novel antiferromagnetic phase with small magnetic moments of ~ 0.1 μ_B state is characterized. The superconducting order parameter is proven to continuously change from a nodal to a fully gapped s-wave like Fermi surface in the superconducting regime as a function of x, partially investigated on (O,F) substituted samples. LiOHFeSe is one of the novel intercalated FeSe compounds, showing strongly increased T_C = 43 K mainly due to increased interlayer spacing and resulting two-dimensionality of the Fermi surface. The primary interest of the samples of this thesis is the simultaneously observed ferromagnetism and superconductivity. The local probe techniques prove that superconducting sample volume gets replaced by ferromagnetic volume. Ferromagnetism arises from magnetic order with T_C = 10 K of secondary iron in the interlayer. The tendency of this system to show (Li,Fe) disorder is preserved upon (Se,S) substitution. However, superconductivity gets suppressed. The results of Mössbauer spectroscopy indicate that the systems tends to a secondary structural phase, where the local iron environment observed in pure FeS is absent. Moreover, two interlayer positions of the iron are identified. The absence of enhanced superconducting T_C in LiOHFeS thus is related to a structural instability. Also, in CuFeAs the role of secondary iron at the Cu position turns out to be decisive for the observed magnetic behaviour. As in LiOHFeSe, it orders ferromagnetically at T_C ~ 11 K and superimposes with the magnetic instability of the main iron site. It is shown that a small charge doping of 0.1e/Fe, which is expected from (Cu,Fe) disorder, is sufficient to switch the system between a paramagnetic and an AFM ground state. Both magnetic orders are indistinguishable, because the magnetic order parameters are strongly coupled. This coupling was observed in the structurally identical CuFeSb, where the magnetic order parameters of both iron sites scale perfectly. The magnetically unstable CuFeAs and the ferromagnetic CuFeSb can be classified according to the theory of As height driven magnetism, predicting a change from paramagnetism to AFM and finally FM with increasing As height.:1 Acronyms and Symbols 2 Introduction 3 Iron-based arsenides and chalcogenides 3.1 Structural properties 3.2 Electronic properties 3.2.1 Magnetism 3.2.2 Superconductivity 3.2.3 Nematic phase 3.3 Investigated samples 4 Moessfit - a free Mössbauer fitting program 4.1 Aspects of program design 4.2 Errors 4.2.1 Uncorrelated 4.2.2 Hesse 4.2.3 MonteCarlo 4.2.4 Minos 4.3 Fitting algorithm 4.4 Maximum entropy method (MEM) 4.5 Kolmogorov-Smirnov confidence 5 Mössbauer spectroscopy 5.1 Mössbauer effect 5.2 Relativistic Doppler effect 5.3 Full static Hamiltonian 5.3.1 Quadrupole interaction 5.3.2 Isomer shift. 5.3.3 Zeeman splitting 5.3.4 Combined interaction 5.3.5 Transition probabilities 5.3.6 The magic angle 5.4 Transmission integral 5.4.1 Absorption area 5.4.2 Ideal thickness 5.4.3 Line width and line shape 5.4.4 Levelling 5.5 Applied field measurements of powder samples 5.5.1 Paramagnet, axial symmetric EFG in transverse field geometry 6 5.5.2 Uniaxial antiferromagnet, axial symmetric EFG in transverse field geometry 6 5.5.3 Paramagnet, axial symmetric EFG in longitudinal field geometry 6 5.5.4 Uniaxial ferromagnet, axial symmetric EFG in transverse field geometry 6 5.5.5 Polarised photons 5.5.6 Total absorption cross section 5.5.7 Polarised sources 5.6 Blume line shape model 6 μSR 6.1 Muon decay and detection 6.2 Magnetic order and dynamic relaxation 6.2.1 Magnetic order 6.2.2 Time dependent field distributions 6.2.3 Aspects of μSR in iron-based arsenides and chalcogenides 6.2.4 Weak transverse field (WTF) 6.3 Superconductivity - transverse field (TF) experiments 7 Intercalated FeSe 7.1 Bulk properties: XRD, susceptibility, resistivity 7.2 Structural characterization 7.3 LiOHFeSe - Mössbauer spectroscopy 7.3.1 Applied transverse field 7.4 LiOHFeSe - μSR 7.4.1 Zero field (ZF) 7.4.2 Pinning experiment 7.4.3 Transverse field (TF) 7.5 Mössbauer investigation of LiOHFe_1-yCo_ySe_1-xS_x. 7.6 Discussion 8 LaFeO(As,P) 8.1 Preliminary measurements and electronic structure calculations 8.2 Mössbauer spectroscopy 8.3 μSR 8.3.1 Magnetic characterization 8.3.2 Spin dynamics 8.3.3 Superconductivity 8.4 Discussion 9 CuFeAs and CuFeSb 9.1 Preliminary results of CuFeAs and CuFeSb 9.2 CuFeAs: Mössbauer spectroscopy 9.2.1 Zero field (ZF) 9.2.2 Longitudinal field (LF) 9.2.3 Transverse field (TF) 9.3 CuFeAs: μSR 9.3.1 Zero field (ZF) 9.3.2 Weak transverse field (WTF) 9.4 Further investigations on CuFeAs 9.4.1 Neutron scattering 9.4.2 Theoretical calculation 9.4.3 Local element analysis with EDX/WDX 9.5 CuFeSb: Mössbauer spectroscopy 9.5.1 Zero Field (ZF) 9.5.2 Transverse field (TF) 9.6 Discussion 10 Conclusion 11 Appendix 11.1 Derivation of the quadrupole interaction and isomer shift 11.2 Matrix form of the static nuclear Hamiltonian 11.3 Mössbauer line intensities 11.4 Blume line shape model 11.4.1 Special case: two states with diagonal Hamiltonians 11.5 Moessfit models 11.5.1 FeSe_1-xS_x(Li_1-zFe_zOH) ZF, standard 11.5.2 FeSe_1-xS_x(Li_1-zFe_zOH) ZF, 4 fractions 11.5.3 FeSe_1-xS_x(Li_1-zFe_zOH) Pinning 11.5.4 FeSe_1-xS_x(Li_1-zFe_zOH) TF 11.5.5 FeSe_1-xS_x(Li_1-zFe_zOH) CS-Vzz-MEM 11.5.6 LaFeP_1-xAs_x+ ferrocene, ZF 11.5.7 LaFeP_1-xAs_x+ ferrocene, LF 11.5.8 LaFeP_1-xAs_x+ iron foil, ZF 11.5.9 LaFeAsO ZF 11.5.10 LaFeAsO TF 11.5.11 CuFeAs + ferrocen, ZF 11.5.12 CuFeAs + ferrocen, ZF, high statistics 11.5.13 CuFeAs + ferrocen, LF 11.5.14 CuFeAs + ferrocen, TF 11.5.15 CuFeSb ZF 11.5.16 CuFeSb TF

Die vorliegende Dissertation behandelt Grundlagen und Anwendungen der nichtlinearen Terahertzspektrospie (THz). Diese Arbeit zeigt erstmalig, dass sich die Inversion des Quantenkaskadenlasers nach einer Störung schon innerhalb von hundert Femtosekunden wieder erholt. Außerdem wurde der exakte Generationsprozess von THz Impulsen in einem Laser-induzierten zwei-Farben Plasma untersucht. Durch Vergleich mit Simulationen wird eindeutig der Ionisationsstrom im Plasma als Quelle der THz Strahlung identifiziert. Neue Spektroskopiemethoden in ein und zwei Zeitdimensionen werden entwickelt und auf verschiedene Halbleiterstrukturen angewendet. So wird das elektrische Feld des THz-Impulses für Hochfeld-Transportexperimente genutzt. Im quanten-kinetischen Regime entkoppelt die Elektronbewegung von den Phononmoden des Kristalls, und quasi-ballistischer Transport wird möglich. Wir entwickeln ein dynamisches Polaronmodell, welches sowohl die experimentellen Ergebnisse auf kurzen Zeitskalen als auch Literaturwerte auf langen Zeitskalen zuverlässig reproduziert. Bei niedrigen Temperaturen von 80 K tritt zusätzlich THz-induziertes Interbandtunneln in GaAs auf. Die temperaturabhängige Tunnelrate hängt dabei wesentlich von der Dekohärenzrate des induzierten Prozesses ab. Desweiteren wird eine kollineare 2D THz Spektroskopiemethode entwickelt und erstmals an Quantentrogstrukturen angewendet. Eine komplizierte, nichtkollineare Strahlgeometrie ist prinzipiell nicht notwendig. Die eingeführten Frequenzvektoren erklären das zugrundeliegende N-Wellen Mischen analog zum Raum auch in der Zeit. So werden mit einer kollinearen Strahlgeometrie alle nichtlinearen Signale simultan gemessen werden. Mit diesem Konzept wurden Rabi-Oszillationen an Intersubbandübergängen in Signale verschiedener nichtlinearer Ordnung zerlegt. Die ersten 2D Korrelationsspektren im THz-Bereich demonstrieren die energetischen Kopplungen zwischen verschiedenen polaronischen Zuständen in einer Doppel-Quantentrogstruktur. / The presented thesis concerns fundamentals and applications of nonlinear terahertz (THz) spectroscopy. It is demonstrates that the a gain recovery time of a quantum cascade laser (QCL) amounts only to several hundred femtoseconds. We explored the generation process of THz pulses within a laser-induced two-color plasma and identified the ionisation current as the origin of the THz radiation. Novel methods of THz spectroscopy in one and in two dimensions are developed and applied to different semiconductor heterostructures. We use the electric field of THz pulses for high-field transport experiments. Within this quantum-kinetic regime, the electron velocity decouples from phonon modes of the crystal lattice and quasi-ballistic transport becomes feasible during the first hundreds of femtoseconds. We develop a dynamic polaron model, which reproduces the experimental results on short time scales as well as the published values on long time scales. At low temperatures of 80 K, we find additional THz-induced interband tunneling in GaAs. The temperature dependent tunneling rate depends essentially on the decoherence time of the induced process. Furthermore, a novel method of collinear 2D THz spectroscopy is developed and applied to quantum well structures. Frequency vectors are introduced to explain the underlying process of N-wave mixing not in space, but in time. This allows for a collinear beam geometry to measure all nonlinear signals simultaneously. We used this new method to decompose Rabi oscillations on intersubband transitions into nonlinear signals of different order. The first 2D correlation spectra in the THz frequency range demonstrate energetic couplings between polaronic states within an asymmetric double quantum well structure. Another experiment displays for the first time the 2D correlation spectrum of a 2pi Rabi flop on the intersubband transition of a multiple quantum well structure.

In this work, low dimensional iron group clusters have been studied by application of high magnetic fields. The magnetization has been probed with an MPMS as function of temperature and field. The combination with pulse field measurements up to 52\,T allowed determination of the magnetic exchange coupling parameters, and to probing the effective spin of the ground state. The main focus was on tunable high-field/high-frequency (tHF) ESR in static fields &amp;lt; 17 T and pulse field ESR up to 36 T. This magnetic resonance method has been used for the characterization of the local magnetic properties: The detailed analysis of the field dependence of dedicated spin states allowed to determine the magnetic anisotropy and g-factors. The results were analyzed in the framework of the appropriate effective spin Hamiltonians in terms of magnetization fits and ESR spectrum simulations.