This report collects selected outstanding scientific and technological results obtained within the frame of the European project "FLASiC" (Flash LAmp Supported Deposition of 3C-SiC) but also other work performed in adjacent fields. Goal of the project was the production of large-area epitaxial 3C-SiC layers grown on Si, where in an early stage of SiC deposition the SiC/Si interface is rigorously improved by energetic electromagnetic radiation from purpose-built flash lamp equipment developed at Forschungszentrum Rossendorf. Background of this work is the challenging task for areas like microelectronics, biotechnology, or biomedicine to meet the growing demands for high-quality electronic sensors to work at high temperatures and under extreme environmental conditions. First results in continuation of the project work – for example, the deposition of the topical semiconductor material zinc oxide (ZnO) on epitaxial 3C-SiC/Si layers – are reported too.

Dans la perspective de la réalisation de luminophores pour écrans cathodiques, une étude de la luminescence de l'europium dans des réseaux-hôtes soufres caracterisés par une large bande interdite a été réalisée. La première partie porte sur l'élaboration des sulfures MS et la détermination des facteurs influençant leurs rendements de photoluminescence et de cathodoluminescence. La seconde est consacrée a l'étude des systèmes MS-Al2S3 et MS-SiS2. De nouveaux thioaluminates ont ete isoles; les donnees cristallographiques sur les thiosilicates ont été complétées. La dernière partie rassemble les résultats d' une étude comparative de la luminescence de Eu2+ dans les thioaluminates, thiogallates et thiosilicates alcalino-terreux: distribution spectrale, rendements, extinction thermique...

Dans le cadre d'une recherche de cristaux scintillateurs détecteurs de rayonnements X ou une étude de la luminescence du cérium et du praséodyme dans des composés fluorés denses à été effectuée. L'émission de Ce3+ dans les fluorures BaThF6 et Ba4y3F1-7 présenté pour une excitation directe dans ses niveaux 5d une probabilité radiative élevée, même à forte concentration. L'utilisation du rayonnement synchrotron a permis de déterminer les différents mécanismes d'excitation de l'ion Ce3+. Ce dernier peut-être en particulier excité par une émission intrinsèque au réseau de type cross-luminescence à déclin ultra-rapide (1 ns) mise en évidence dans les deux réseaux. La croissance cristalline de BaThF6:Ce et la caractérisation des propriétés de scintillation ont été entreprises. Une luminescence de l'ion CeS3+ jusqu'à température ambiante a été observée pour la première fois dans des composés fluorés à base d'ion à doublet 6S2. Le rendement est cependant affecté par une forte extinction thermique, conséquence de la proximité des niveaux émetteurs 5D et de la bande de conduction. Dans certains fluorés à champ cristallin fort (elpasolites et Ba4Y3F1-7), la luminescence à déclin rapide 5d 4F de Pr3+ a été mise en évidence. Les mécanismes de scintillation de cet ion dans les elpasolites ont été étudiés.

This thesis presents an independent, sediment-based record of landscape change within an agricultural hinterland. Established historical and archaeological sequences document the primary occupation of Anuradhapura, Sri Lanka’s ancient capital, beginning ca. 400 BC and lasting until it was largely abandoned in AD 1017. Anuradhapura is located in the island’s dry zone, which depends almost completely on the unpredictable Northeastern Monsoon for water. Oral history and historical narratives have long held that large-scale irrigated rice cultivation took place in the hinterland to produce an agricultural surplus that sustained the urban and monastic populations. However, until the onset of the Anuradhapura Hinterland Project in 2005, the archaeological record of the hinterland was undocumented, leaving existing narratives untested. The geoarchaeological research presented here was undertaken as part of the Hinterland Project, in order to document the chronology and cultural and environmental processes that contributed to the formation of this irrigated landscape. Optical dating of sediments demonstrates that the onset of large-scale irrigation began ca. 400 BC, and the construction of new works continued until Anuradhapura’s late occupation period. Sampled reservoirs and channels began to infill, indicating widespread disuse, within ca. 100 years of Anuradhapura’s abandonment. Soil micromorphology and bulk sediment characterisation document hinterland habitation, water management, and cultivation activities prior to the establishment of large-scale irrigation. This work illustrates the coping strategies that people employed to deal with the vagaries of the dry zone environment and demonstrates that hinterland land use changed throughout the primary occupation period. Although largescale irrigation works infilled relatively rapidly, cultural activity and land use re-emerged following this period of disuse.

Photo-induced charge transfer which occurs between molecules or different parts of a large molecule is the pivotal process related to performances of organic electronics. In particular, injection of charge carriers into conjugated polymers and dissociation of photo-generated excitons at the heterojunction between a donor and acceptor system are of great importance in determining the luminescence efficiency of organic light emitting diodes (OLEDs) and solar energy conversion efficiency of organic solar cells, respectively. However, the complex nature of organic semiconductors as well as complicated primary processes involved in the functioning of these devices have prevented us from understanding unique characteristics of these processes and thereby engineering better materials for higher performances. In this dissertation, two different types of photo-induced (or -related) charge transfer processes occurring in organic semiconductors were investigated by using single molecule spectroscopy (SMS) techniques to unravel the complexities of these processes. The carefully designed functioning capacitor-like model devices similar to OLEDs and photovoltaic cells were fabricated where isolated single nanoparticles were introduced as an active medium to mitigate the complexities of these materials. We observed that injection of positively charged carriers (holes) into poly[2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene] (MEH-PPV) single nanoparticles from the carbazole hole transport layer does not occur in the absence of light. We denoted the observed hole injection in aid of light as the light-induced hole transfer mechanism (LIHT). It was revealed that the charging dynamics are highly consistent with a cooperative charging effect. In addition, the LIHT was proposed as the possible source for the formation of deep trapped hole in organic devices. Local exciton dissociation yields across a nanostructured domain between poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole) (F8BT) single nanoparticles and either poly(9,9- dioctylfluorene - co - bis-N,N- (4 -butylphenyl)-bis-N,N-phenyl-1,4-phenylene diamine) (PFB) or poly(9,9-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine) (TFB) film in model photovoltaic devices was also investigated. A wide distribution of exciton dissociation yields was observed from each nanodomain due to the device geometry. The observed hysteresis in fluorescence voltage curve was ascribed to accumulated charges following charge separations. The dynamics of charge separation under the applied electric field was described in more detail. / text

Cette thèse participe au projet ANR Fenoptic qui vise à exploiter les propriétés plasmoniques de nanoparticules métalliques incorporées dans des fibres optiques de spécialité. Actuellement, afin de limiter l'atténuation du signal à longue distance, celui-ci est ré-amplifié à intervalles réguliers par émission stimulée d'ions lanthanides dispersés dans le cœur des fibres. L'objectif de ce travail de thèse est d'améliorer l'efficacité de l'amplification du signal en exaltant l'émission des ions luminescents grâce à un couplage efficace avec le cœur métallique. Des nanostructures multicouches originales consistant en une nanoparticule d'or enrobée de couronnes de silice pures ou dopées par des ions lanthanides ont été développées par chimie douce. La forme et la taille des cœurs d'or, ainsi que l'épaisseur et le taux de dopage des couronnes de silice ont été finement contrôlés en solution, et des suspensions stables ont été obtenues. Des références optiques ont de plus été mises au point par dissolution du cœur d'or. Ces nanostructures sont insérées dans des matrices de silice sol-gel de qualité optique et caractérisées par spectroscopie d'émission et déclin de luminescence. Une forte extinction de la luminescence de l'europium (III) est observée à une distance de 2 nm de nanosphères d'or. Cette extinction diminue légèrement à mesure que la distance de couplage augmente, mais persiste jusqu'à 28 nm au moins. La possibilité d'incorporer ces nanostructures dans des cœurs silice de fibres optiques a été évaluée pour un procédé haute température détenu par Draka. Des essais préliminaires selon un procédé semi-industriel par voie sol-gel ont également été initiés.

La conception et la préparation de réseaux moléculaires organiques et hybrides à l'état cristallin ont été envisagées par un processus itératif d'auto-assemblage entre des briques de construction moléculaires préprogrammées et complémentaires appelées tectons. Cette approche est basée sur la reconnaissance moléculaire de modules dicationiques, donneurs de liaisons hydrogène, et d'unités anioniques, accepteurs de liaisons hydrogène. Ainsi, la combinaison des tectons moléculaires de la famille des bis-benzimidazoliums, intrinsèquement luminescents, avec des anions polycyanométallates conduit à la formation de réseaux moléculaires hybrides luminescents à l'état cristallin. Il a été procédé à l'étude des propriétés photophysiques de ces réseaux à l'état solide. De même, l'association de bis-amidiniums,briques dicationiques, à des anions de type azodibenzoates mène à des assemblages cristallins possédant la propriété de photo-commutation, c'est-à-dire conduisant à une isomérisation sous stimulus lumineux.

Dans une première partie, nous mesurons l'affinité de l'interaction entre [Ru(pby)2dppz]2+ et l'ADN en utilisant la luminescence induite lors de la complexation. Nous étudions l'évolution de l'affinité lorsque la force ionique de la solution augmente. Dans une deuxième partie, nous modifions les extrémités d'un double brin d'ADN en y greffant des fluorophores. De la mesure de transfert d'énergie non-radiative entre ces fluorophores, nous étudions l'évolution de la longueur du complexe. Nous effectuons un dosage d'un double brin de 15 paires de bases d'ADN par le complexe ruthéné. Nous nous servons de la luminescence induite par l'intercalation du groupement dppz. Cependant, l'incrément de luminescence par groupement intercalé n'est pas connu, et nous ne pouvons pas le mesurer en saturant le brin d'ADN. Nous utilisons alors une technique mise au point par Nishida [Method for Measuring the Binding of Small Molecules to Proteins from Binding-Induced Alterations of Physical-Chemical Properties], dans laquelle deux titrations de deux solutions d'ADN de deux concentrations différentes sont effectuées. En utilisant le fait que, lorsque deux solutions d'ADN complexé par le composé ruthéné, possèdent la même luminescence par paire de base , le taux de complexation de ces deux solutions doit être le même, nous pouvons alors déterminer, sans hypothèse supplémentaire, le taux de complexation de l'ADN. De l'évolution de ce taux en fonction avec la concentration de ligand, nous déduisons son affinité pour l'ADN. Nous étudions maintenant le changement de longueur d'un double brin d'ADN de 15 paires de bases, modifié à ses deux extrémités par deux fluorophores : Alexa488 et Alexa568. Lorsque Alexa 488 est porté dans un état excité, il peut se désexciter en transférant de l'énergie de manière non-radiative à Alexa568, qui se désexcite alors en émettant des photons de plus faibles énergie que ceux émis par Alexa488. L'efficacité de ce transfert d'énergie peut être quantifié à partir de la mesure des intensités émises à basse et haute énergie. Elle dépend a priori de l'efficacité couplage (et en conséquence de la distance) entre les deux fluorophores. Nous effectuons des mesures de temps de vie des états excités de chacun des fluorophores. Nous avons observé que l'addition de ligand a pour conséquence une forte inhibition quenching des fluorophores. De l'analyse de l'évolution du temps de vie du fluorophore donneur d'une part et de celui du fluorophore accepteur d'autre part, nous déduisons l'évolution de l'efficacité du transfert d'énergie en fonction de la concentration de ligand. Nous confrontons les résultats obtenus par chacune de ces analyses, et en déduisons finalement, en nous servant de l'analyse de l'équilibre effectuée dans la première partie, l'évolution de la longueur de la chaîne en fonction du taux de complexation

Le contrôle de la synthèse et de l'assemblage de nanobâtonnets est un enjeu important pour l'étude de dispositifs présentant des propriétés physiques anisotropes, notamment dans le domaine de l'optique ou du magnétisme. L'objectif de cette thèse était d'étudier un système particulier, le phosphate de lanthane (LaPO4), dont on a montré qu'il peut être fabriqué sous forme de nanobâtonnets en solution jusqu'à des concentrations remarquablement élevées. Comme les cristaux liquides organiques, ces bâtonnets s'organisent spontanément en solution et leur orientation peut être contrôlée en appliquant un champ électrique. Par ailleurs, il est possible de déposer ces bâtonnets sur des substrats de verre et les couches minces obtenues présentent une remarquable biréfringence. Enfin, le dopage des bâtonnets avec des ions europium les rend luminescents, avec un signal qui dépend de l'orientation du bâtonnet. Une application originale est l'utilisation de ces nanobâtonnets comme capteurs du débit d'un liquide.

Dreiwertige Actinide (An(III)) und Lanthanide (Ln(III)) stellen im Falle ihrer Inkorporation eine ernste Gefahr für die Gesundheit des Menschen dar. An(III) sind künstlich erzeugte, stark radioaktive Elemente, die insbesondere bei der nuklearen Energiegewinnung in Kernkraftwerken entstehen. Durch Störfälle oder nicht fachgerechte Lagerung radioaktiven Abfalls können sie in die Umwelt und die Nahrungskette des Menschen gelangen. Ln(III) sind hingegen nicht radioaktive Elemente, die natürlicherweise vorkommen und für vielfältige Anwendungen in Technik und Medizin abgebaut werden. Folglich kann der Mensch sowohl mit An(III) als auch Ln(III) in Kontakt kommen bzw. sie inkorporieren. Es ist daher von enormer Wichtigkeit, das Verhalten dieser Elemente im menschlichen Körper aufzuklären. Während makroskopische Vorgänge wie Verteilung, Anreicherung und Ausscheidung bereits sehr gut untersucht sind, ist das Wissen hinsichtlich der chemischen Bindungsform (Speziation) von An(III) und Ln(III) in Körperflüssigkeiten noch sehr lückenhaft. In der vorliegenden Arbeit wurde daher erstmals die chemische Bindungsform von Cm(III) und Eu(III) in natürlichem menschlichem Urin (in vitro) spektroskopisch aufgeklärt und die gebildeten Komplexe identifiziert. Hierzu wurden auch grundlegende Untersuchungen zur Komplexierung von Cm(III) und Eu(III) in synthetischem Modellurin sowie mit den urinrelevanten organischen Modellliganden Harnstoff, Alanin, Phenylalanin, Threonin und Citrat durchgeführt und die noch unbekannten Komplexbildungskonstanten bestimmt. Abschließend wurden alle experimentellen Ergebnisse mit Literaturdaten und Vorherberechnungen mittels thermodynamischer Modellierung verglichen. Auf Grund der hervorragenden Lumineszenzeigenschaften von Cm(III) und Eu(III) konnte insbesondere auch die Eignung der zeitaufgelösten laserinduzierten Fluoreszenzspektroskopie (TRLFS) als Methode zur Untersuchung dieser Metallionen in unbehandelten, komplexen biologischen Flüssigkeiten demonstriert werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern damit neue Erkenntnisse zu den biochemischen Reaktionen von An(III) und Ln(III) in Körperflüssigkeiten auf molekularer Ebene und tragen zu einem besseren Verständnis der bekannten, makroskopischen Effekte dieser Elemente bei. Darüber hinaus sind sie die Grundlage weiterführender in-vivo-Untersuchungen. / In case of incorporation, trivalent actinides (An(III)) and lanthanides (Ln(III)) pose a serious health risk to humans. An(III) are artificial, highly radioactive elements which are mainly produced during the nuclear fuel cycle in nuclear power plants. Via hazardous accidents or nonprofessional storage of radioactive waste, they can be released in the environment and enter the human food chain. In contrast, Ln(III) are nonradioactive, naturally occurring elements with multiple applications in technique and medicine. Consequently it is possible that humans get in contact and incorporate both, An(III) and Ln(III). Therefore, it is of particular importance to elucidate the behaviour of these elements in the human body. While macroscopic processes such as distribution, accumulation and excretion are studied quite well, knowledge about the chemical binding form (speciation) of An(III) and Ln(III) in various body fluids is still sparse. In the present work, for the first time, the speciation of Cm(III) and Eu(III) in natural human urine (in vitro) has been investigated spectroscopically and the formed complex identified. For this purpose, also basic investigations on the complex formation of Cm(III) and Eu(III) in synthetic model urine as well as with the urinary relevant, organic model ligands urea, alanine, phenylalanine, threonine and citrate have been performed and the previously unknown complex stability constants determined. Finally, all experimental results were compared to literature data and predictions calculated by thermodynamic modelling. Since both, Cm(III) and Eu(III), exhibit unique luminescence properties, particularly the suitability of time-resolved laser-induced fluorescence spectroscopy (TRLFS) could be demonstrated as a method to investigate these metal ions in untreated, complex biofluids. The results of this work provide new scientific findings on the biochemical reactions of An(III) and Ln(III) in human body fluids on a molecular scale and contribute to a better understanding of the known macroscopic effects of these elements. Furthermore, they are the basis of subsequent in vivo investigations.