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Visualisation of Local Charge Densities with Kelvin Probe Force MicroscopyMilde, Peter 10 June 2011 (has links)
For the past decades, Kelvin probe force microscopy (KPFM) developed from a sidebranch of atomic force microscopy to a widely used standard technique. It allows to measure electrostatic potentials on any type of sample material with an unprecedented spatial resolution. While the technical aspects of the method are well understood, the interpretation of measured data remains object of intense research. This thesis intends to prove an advanced view on how sample systems which are typical for ultrahigh resolution imaging, such as organic molecular submonolayers on metals, can be quantitavily analysed with the differential charge density model.
In the first part a brief introduction into the Kelvin probe experiment and atomic force microscopy is given. A short review of the theoretical background of the technique is presented.
Following, the differential charge density model is introduced, which is used to further explain the origin of contrast in Kelvin probe force microscopy. Physical effects, which cause the occurence of local differential charge densities, are reviewed for several sample systems that are of interest in high resolution atomic force microscopy.
Experimental evidence for these effects is presented in the second part. Atomic force microscopy was used for in situ studies of a variety of sample systems ranging from pristine metal surfaces over monolayer organic adsorbates on metals to ferroelectric substrates both, with and without organic thin film coverage.
As the result from these studies, it is shown that the differential charge density model accurately describes the experimentally observed potential contrasts. This implies an inherent disparity of the measurement results between the different Kelvin probe force microscopy techniques; a point which had been overseen so far in the discussion of experimental data. Especially for the case of laterally strong confined differential charge densities, the results show the opportunity as well as the necessity to explain experimental data with a combination of ab initio calculations of the differential charge density and an electrostatic model of the tip-sample interaction.
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Magnetism and Superconductivity in Iron-based Superconductors as Probed by Nuclear Magnetic ResonanceHammerath, Franziska 15 December 2011 (has links)
Nuclear Magnetic Resonance (NMR) has been a fundamental player in the studies of superconducting materials for many decades. This local probe technique allows for the study of the static electronic properties as well as the low energy excitations of the electrons in the normal and the superconducting state. On that account it has also been widely applied to Fe-based superconductors from the very beginning of their discovery in February 2008. This dissertation comprises some of these very first NMR results, reflecting the unconventional nature of superconductivity and its strong link to magnetism in the investigated compounds LaO(1-x)F(x)FeAs and LiFeAs.:1. Introduction
2. Basic Principles of NMR
3. NMR in the Superconducting State
4. Iron-based Superconductors
5. Experimental Setup
6. NMR on LaO(1-x)F(x)FeAs in the Normal State
7. MR and NQR on LaO(1-x)F(x)FeAs in the Superconducting State
8. NMR and NQR on LiFeAs
9. Conclusions
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Local Thermal Equilibrium on Curved Spacetimes and Linear Cosmological Perturbation TheoryEltzner, Benjamin 29 May 2013 (has links)
In this work the extension of the criterion for local thermal equilibrium by Buchholz, Ojima and Roos to curved spacetime as introduced by Schlemmer is investigated. Several problems are identified and especially the instability under time evolution which was already observed by Schlemmer is inspected. An alternative approach to local thermal equilibrium in quantum field theories on curved spacetimes is presented and discussed. In the following the dynamic system of the linear field and matter perturbations in the generic model of inflation is studied in the view of ambiguity of quantisation. In the last part the compatibility of the temperature fluctuations of the cosmic microwave background radiation with local thermal equilibrium is investigated.:1. Introduction 5
2. Technical Background 10
2.1. The Free Scalar Field on a Globally Hyperbolic Spacetime . . . . . . 10
2.1.1. Construction of the Scalar Field . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.2. Algebra of Wick Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.3. Local Covariance Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2. Local Thermal Equilibirum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.1. Global Thermodynamic Equilibrium - KMS States . . . . . . 21
2.2.2. Local Thermal Observables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.3. LTE on Flat Spacetime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2.4. LTE in Cosmological Spacetimes . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3. Linear Scalar Cosmological Perturbations . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3.1. Robertson-Walker Cosmology . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.3.2. Mathematical Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3.3. Technical Framework and Formulae . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3.4. The Boltzmann Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.3.5. The Sachs-Wolfe Effect for Adiabatic Perturbations . . . . . . 49
3. Towards a Refinement of the LTE Condition on Curved Spacetimes 54
3.1. Non-Minimal Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.1.1. Commutator Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.1.2. KMS Two-Point Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.1.3. Balanced Derivatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.2. Conformally Static Spacetimes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.2.1. Conformal KMS States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.2.2. Extrinsic LTE in de Sitter Spacetime . . . . . . . . . . . . . . 71
3.3. Massive Fields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.3.1. Properties of the Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.3.2. Bogoliubov Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.3.3. Thermal Observables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.4. Towards an Alternative Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.4.1. Problems and Open Questions Concerning LTE . . . . . . . . 92
3.4.2. Dynamic Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.4.3. Positivity Inequalities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.4.4. Macroobservable Interpretation . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.5. An Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4. Cosmological Perturbation Theory 105
4.1. Dynamics of Perturbations in Inflation . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.1.1. CCR Quantisation is Ambiguous . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.1.2. Canonical Symplectic Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.1.3. The Algebraic Point of View . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.2. LTE States in Cosmology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.2.1. The Link to Fluid Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.2.2. Incompatibility of LTE with Sachs-Wolfe Effect . . . . . . . . 125
5. Conclusion and Outlook 131
A. Technical proofs 136
A.1. Proof of Lemma 3.2.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
A.2. Proof of Lemma 3.2.6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
A.3. Proof of Lemma 3.4.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
A.4. Idea of Proof for Conjecture 3.4.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
B. Introduction to Probability Theory 146
Bibliography 150
Correction of Lemma 3.1.2 155 / In dieser Arbeit wird die von Schlemmer eingeführte Erweiterung des Kriteriums für lokales thermisches Gleichgewicht in Quantenfeldtheorien von Buchholz, Ojima und Roos auf gekrümmte Raumzeiten untersucht. Dabei werden verschiedene Probleme identifiziert und insbesondere die bereits von Schlemmer gezeigte Instabilität unter Zeitentwicklung untersucht. Es wird eine alternative Herangehensweise an lokales thermisches Gleichgewicht in Quantenfeldtheorien auf gekrümmten Raumzeiten vorgestellt und deren Probleme diskutiert. Es wird dann eine Untersuchung des dynamischen Systems der linearen Feld- und Metrikstörungen im üblichen Inflationsmodell mit Blick auf Uneindeutigkeit der Quantisierung durchgeführt. Zuletzt werden die Temperaturfluktuationen der kosmischen Hintergrundstrahlung auf Kompatibilität mit lokalem thermalem Gleichgewicht überprüft.:1. Introduction 5
2. Technical Background 10
2.1. The Free Scalar Field on a Globally Hyperbolic Spacetime . . . . . . 10
2.1.1. Construction of the Scalar Field . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.2. Algebra of Wick Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.3. Local Covariance Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2. Local Thermal Equilibirum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.1. Global Thermodynamic Equilibrium - KMS States . . . . . . 21
2.2.2. Local Thermal Observables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.3. LTE on Flat Spacetime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2.4. LTE in Cosmological Spacetimes . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3. Linear Scalar Cosmological Perturbations . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3.1. Robertson-Walker Cosmology . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.3.2. Mathematical Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3.3. Technical Framework and Formulae . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3.4. The Boltzmann Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.3.5. The Sachs-Wolfe Effect for Adiabatic Perturbations . . . . . . 49
3. Towards a Refinement of the LTE Condition on Curved Spacetimes 54
3.1. Non-Minimal Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.1.1. Commutator Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.1.2. KMS Two-Point Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.1.3. Balanced Derivatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.2. Conformally Static Spacetimes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.2.1. Conformal KMS States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.2.2. Extrinsic LTE in de Sitter Spacetime . . . . . . . . . . . . . . 71
3.3. Massive Fields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.3.1. Properties of the Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.3.2. Bogoliubov Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.3.3. Thermal Observables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.4. Towards an Alternative Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.4.1. Problems and Open Questions Concerning LTE . . . . . . . . 92
3.4.2. Dynamic Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.4.3. Positivity Inequalities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.4.4. Macroobservable Interpretation . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.5. An Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4. Cosmological Perturbation Theory 105
4.1. Dynamics of Perturbations in Inflation . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.1.1. CCR Quantisation is Ambiguous . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.1.2. Canonical Symplectic Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.1.3. The Algebraic Point of View . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.2. LTE States in Cosmology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.2.1. The Link to Fluid Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.2.2. Incompatibility of LTE with Sachs-Wolfe Effect . . . . . . . . 125
5. Conclusion and Outlook 131
A. Technical proofs 136
A.1. Proof of Lemma 3.2.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
A.2. Proof of Lemma 3.2.6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
A.3. Proof of Lemma 3.4.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
A.4. Idea of Proof for Conjecture 3.4.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
B. Introduction to Probability Theory 146
Bibliography 150
Correction of Lemma 3.1.2 155
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Freezing single molecule dynamics on interfaces and in polymersKrause, Stefan, Aramendia, Pedro F., Täuber, Daniela, von Borczyskowski, Christian 12 September 2013 (has links)
Heterogeneous line broadening and spectral diffusion of the fluorescence emission spectra of perylene diimide molecules have been investigated by means of time dependent single molecule spectroscopy. The influence of temperature and environment has been studied and reveals strong correlation to spectral diffusion processes. We followed the freezing of the molecular mobility of quasi free molecules on the surface upon temperature lowering and by embedding into a poly(methyl methacrylate) (PMMA) polymer. Thereby changes of optical transition energies as a result of both intramolecular changes of conformation and external induced dynamics by the surrounding polymer matrix could be observed. Simulations of spectral fluctuations within a two-level system (TLS) model showed good agreement with the experimental findings.
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Photoinduced hole trapping in single semiconductor quantum dots at specific sites at silicon oxide interfacesKrasselt, Cornelius, Schuster, Jörg, von Borczyskowski, Christian 23 September 2013 (has links)
Blinking dynamics of CdSe/ZnS semiconductor quantum dots (QD) are characterized by (truncated) power law distributions exhibiting a wide dynamic range in probability densities and time scales both for off- and on-times. QDs were immobilized on silicon oxide surfaces with varying grades of hydroxylation and silanol group densities, respectively. While the off-time distributions remain unaffected by changing the surface properties of the silicon oxide, a deviation from the power law dependence is observed in the case of on-times. This deviation can be described by a superimposed single exponential function and depends critically on the local silanol group density. Furthermore, QDs in close proximity to silanol groups exhibit both high average photoluminescence intensities and large on-time fractions. The effect is attributed to an interaction between the QDs and the silanol groups which creates new or deepens already existing hole trap states within the ZnS shell. This interpretation is consistent with the trapping model introduced by Verberk et al. (R. Verberk, A. M. van Oijen and M. Orrit, Phys. Rev. B, 2002, 66, 233202).
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Sensing and Transport Properties of Hybrid Organic/Inorganic DevicesVervacke, Céline 11 September 2014 (has links)
Over the past two decades, organic semiconductors played a growing part as active layers in several electronic systems such as sensors, field‑effect transistors or light emitting diodes to cite a few. In fact, organic materials offer a high versatility and flexibility. However, pure organic systems often lack stability and robustness, which can be overcome by combining them with inorganic scaffolds.
In this work, a conducting polymer, polypyrrole (PPy) is employed to create new sensor elements based on the combination of both inorganic and organic layers. Electrical measurements, infrared spectroscopy and current sensing atomic force microscopy provides a better understanding of the polymer behavior upon immersion in aqueous solutions. The observed discharge in water leads to a straightforward application of the device as an in‑flow sensor for several acids like HCl, H2SO4 and H3PO4. The wide range of sensing concentrations as well as the low detection limit place the present detector among the best reported so far in the literature.
In a further step to turn towards lab‑in‑a‑tube devices, tubular‑shaped‑integrated microelectrodes are developed by using the rolled‑up technology. As a proof of concept, the successful integration of PPy as an active layer and its use as a gas sensor for volatile organic compounds (VOCs) is demonstrated.
Finally, by adapting the rolled‑up top electrodes, as developed by Bof Bufon et al. for self‑assembled monolayers (SAMs), thin PPy films (<50 nm) are vertically contacted and their electrical characteristics measured as a function of temperature and electric field. From the transport investigations, it is observed that an insulating‑to‑metallic transition occurs in the polymeric film by increasing the bias voltage. Other molecular layers like CuPc can be incorporated in these platforms, opening the way towards emerging organic devices.
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Optical Investigation of Single Fluorophores and their Application as Sensitive Probes in Soft Matter ScienceKrause, Stefan 29 April 2015 (has links)
Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Verwendung verschiedener Fluoreszenzfarbstoffe in Form photostabiler Perylenbisimide sowie etallischer Nanopartikel zur Untersuchung von Polymeren und nanoskopischen Flüssigkeitsfilmen. Einzelmoleküluntersuchungen zeigen, dass eine chemische Modifizierung der Farbstoffe durch löslichkeitserhöhende Seitengruppen, Molekülkonformationen mit stark variierenden Emissionswellenlängen je nach Seitengruppen-orientierung zur Folge hat. Zeitabhängige Fluoreszenzmessungen an einzelnen Molekülen ermöglichen eine direkte Beobachtung von Übergängen zwischen diesen molekularen Konformationen deren Dynamik vorwiegend durch die Eigenschaften der umgebenden Polymermatrix bestimmt wird. Die gewonnenen Ergebnisse lassen somit Rückschlüsse auf die nanoskopische Umgebung des Moleküls zu. Es werden diskrete Zustände innerhalb der Molekülumgebung sowie eine erhöhte Konformationsdynamik im Falle von alkylsubstituierten Perylenbisimiden beobachtet. Darüber hinaus werden die nanoskopischen Auswirkungen von makroskopischen, mechanischen Deformationen auf amorphe Polymerfilme mikrorheologisch mit Hilfe von stäbchenförmigen Perylenbisimiden studiert. Die gewonnenen Einzelmoleküldaten ermöglichen die Berechnung der lokalen, mikroskopischen Deformation sowie der Orientierung der Sondenmoleküle, welche gut mit einem Model für stäbchenförmige Objekte in einem uniaxial deformierten Kontinuum übereinstimmt. In weiteren Experimenten gelingt der Nachweis ultradünner Wasserfilme auf SiO2-Oberflächen durch Messung der Diffusion von Silbernanopartikeln. Die verwendeten Nanopartikel weisen hierbei eine monodisperse Größenverteilung im Bereich von einem Nanometer als Resultat ihrer Synthese in Y-Zeolith-Kristallen auf. Die Untersuchungen ergeben eine Filmdickenabhängigkeit des Diffusionsverhaltens sowie einen starken Einfluss durch Oberflächensilanisierung bzw. Hydroxylierung.
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Electromechanical Behavior of Chemically Reduced Graphene Oxide and Multi-walled Carbon Nanotube Hybrid MaterialBenchirouf, Abderrahmane, Müller, Christian, Kanoun, Olfa 14 May 2016 (has links)
In this paper, we propose strain-sensitive thin films based on chemically reduced graphene oxide (GO) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) without adding any further surfactants. In spite of the insulating properties of the thin-film-based GO due to the presence functional groups such as hydroxyl, epoxy, and carbonyl groups in its atomic structure, a significant enhancement of the film conductivity was reached by chemical reduction with hydro-iodic acid. By optimizing the MWCNT content, a significant improvement of electrical and mechanical thin film sensitivity is realized. The optical properties and the morphology of the prepared thin films were studied using ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis) and scanning electron microscope (SEM). The UV-Vis spectra showed the ability to tune the band gap of the GO by changing the MWCNT content, whereas the SEM indicated that the MWCNTs were well dissolved and coated by the GO. Investigations of the piezoresistive properties of the hybrid nanocomposite material under mechanical load show a linear trend between the electrical resistance and the applied strain. A relatively high gauge factor of 8.5 is reached compared to the commercial metallic strain gauges. The self-assembled hybrid films exhibit outstanding properties in electric conductivity, mechanical strength, and strain sensitivity, which provide a high potential for use in strain-sensing applications.
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Ferromagnetic colloidal particles with anisotropic magnetization distribution: self-assembly and response to magnetic fieldsSteinbach, Gabi 10 May 2016 (has links)
Systems of interacting colloidal particles are ideal tools for studies of pattern formation and collective non-equilibrium dynamics on the mesoscopic scale. These processes are governed by the interaction between the particles, which can be tuned by sophisticated fabrication. In this thesis, self-assembly of artificially designed magnetic spheres dispersed in water has been studied via video microscopy. The particles are based on silica microspheres with hemispherical ferromagnetic coating of [Co/Pd] multilayers with perpendicular magnetic anisotropy. These particles are exceptional in that they exhibit an off-centered net magnetic moment and yet obey rotational and mirror symmetry. It has been demonstrated how these magnetic properties provide innovative flexibility in pattern formation and collective dynamics based on magnetostatic interactions on the mesoscopic scale. The results are supported by analytical and numerical calculations of interacting spheres with radially shifted point dipoles (sd-particles).
In two dimensions, the particles spontaneously self-assemble into branched structures as a result of a bistable assembly behavior where neighboring particles exhibit a non-collinear magnetic orientation. It has been shown that these features, which are atypical for homogeneous systems of magnetic particles, can be reproduced by simulation. It employs a theoretical model of a sphere that contains a distribution of three radially shifted point dipoles in analogy to the magnetization distribution in the coated particles.
The stability of the assembly has been examined further by external manipulation using optical tweezers and homogeneous magnetic fields. A rich variety of stable structures with diverse spatial and magnetic ordering has been found. Particularly, the collective alignment of the specially designed particles in external fields opens completely new possibilities for the remote control over reversible pattern formation on the micrometer scale. In time-dependent fields, the collective dynamics of the anisotropic particles has revealed a novel approach for magnetically actuated translation. The variety of stable structures particularly enables control over this motion. / Kolloidale Suspensionen sind geeignete Systeme zur Untersuchung von Strukturbildung und kollektiver Nichtgleichgewichtsdynamik in mesoskopischen Größenskalen. Diese Vorgänge werden durch die Wechselwirkung zwischen den Teilchen bestimmt, welche durch geeignete Partikelherstellung angepasst werden kann. In der vorliegenden Arbeit wird ein System von künstlich hergestellten magnetischen Partikelsuspensionen mittels Videomikroskopie untersucht. Quarzglas-Mikrokugeln wurden halbseitig mit einer ferromagnetischen Dünnschicht aus [Co/Pd] Multilagen mit senkrechter Anisotropie beschichtet. Solche Partikel sind ausgezeichnet durch ein resultierendes magnetisches Moment mit Rotations- und Spiegelsymmterie, welches zusätzlich vom Mittelpunkt der Kugel verschoben ist. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass diese Besonderheit zu einer bisher unbekannten Flexibilität bei der mesoskopischen Strukturbildung und der kollektiven Dynamik auf der Basis magnetostatischer Wechselwirkung führt. Die vorgestellten Ergebnisse werden durch analytische und numerische Berechnungen unterstützt, denen ein Modell einer idealen Kugel mit verschobenem Dipol zugrunde liegt.
Die zweidimensionale Selbstanordnung der Partikel zeigt experimentell zwei stabile Formen der Verknüpfung, welche zu verzweigten Strukturen mit unterschiedlich magnetischer Ausrichtung benachbarter Partikel führen. Diese für ein homogenenes System magnetischer Partikel außergewöhnlichen Eigenschaften konnten in Simulationen durch ein Modellsystem aus Kugeln mit drei verschobenen Punktdipolen reproduziert werden.
Darüber hinaus wurde die spontante Anordnung unter externer Manipulation mittels optischer Pinzette und magnetischen Feldern untersucht. Es konnte eine Vielfalt an stabilen Strukturen mit verschiedenen magnetischen und strukturellen Anordnungen gefunden werden. Insbesondere die kollektive Ausrichtung dieser Partikel in externen Feldern eröffnet neuartige Möglichkeiten, kontrolliert und reversibel Mikrostrukturen zu erzeugen. In zeitabhängigen Feldern zeigen die anisotropen Partikel zusätzlich eine kollektive Dynamik welche eine neue Möglichkeit zum magnetischen Antrieb von Partikelagglomeraten eröffnet. Die Vielfalt der möglichen stabilen Strukturen erlaubt es in besonderer Weise diese Bewegung zu steuern.
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Dynamic Processes in Functionalised Perylene Bisimide Molecules, Semiconductor Nanocrystals and AssembliesKowerko, Danny 03 December 2010 (has links)
Funktionalisierte organische Perylenbisimidfarbstoffe (PBI) und aus Cadmiumselenid bestehende Halbleiternanokristalle werden hinsichtlich physikalischer sowie chemischer Wechselwirkungsprozesse miteinander und mit ihrer Umgebung mittels zeitaufgelöster optischer Spektroskopie untersucht. Im Mittelpunkt der Studien an diesem organisch/anorganischen Modellsystem nanoskopischer Größe steht die Aggregatbildungskinetik und die Identifikation und Quantifizierung von Transferpozessen. Die Anbindung der gut löslichen PBI-Farbstoffe an die Oberfläche solcher Halbleiternanokristalle mittels spezieller Ankergruppen wird durch Selbstorganisation in Lösung realisiert. Die Kombination von Absorptions- und zeitaufgelöster Fluoreszenzspektroskopie zeigt einen unterschiedlich starken Einfluss von Liganden und Farbstoffen auf die Fluoreszenzlöschung der Nanokristalle und belegt, dass Resonanzenergietransfer zum Farbstoff nur in sehr geringem Maße die physikalische Ursache der Fluoreszenzlöschung ist. Die Anzahl adsorbierter Farbstoffe und die Stärke der Fluoreszenzlöschung eines einzelnen Farbstoffmoleküls werden aus zeitaufgelösten Einzelmolekülexperimenten an immobilisierten Emittern gewonnen, welche den direkten spektroskopischen Zugang zur Verteilung gebundener und freier Farbstoffe/Nanokristalle erlaubt. Darüber hinaus werden ankergruppen- und umgebungsspezifische Einflüsse auf die Konformations- und Orientierungsdynamik von Perylenbisimidmolekülen dargestellt. Abschließend werden photo-physikalische Gemeinsamkeiten chemisch unterschiedlich hervorgerufener Fluoreszenzlöschungsprozesse herausgearbeitet und im Kontext von Einzelkristall-Blinkprozessen diskutiert.
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