Supersymmetric Isospectral Formalism for the Calculation of Near-Zero Energy States: Application to the Very Weakly Bound He-4 Trimer Excited State

We propose a novel mathematical approach for the calculation of near-zero energy states by solving potentials which are isospectral with the original one. For any potential, families of strictly isospectral potentials (with very different shape) having desirable and adjustable features are generated by supersymmetric isospectral formalism. The near-zero energy Efimov state in the original potential is effectively trapped in the deep well of the isospectral family and facilitates more accurate calculation of the Efimov state. Application to the first excited state in He-4 trimer is presented.

Investigations of cooperative interactions in template induced crystallization processes and kinetic studies of nucleation and growth by small-angle neutron scattering

Zusammenfassung Um zu einem besseren Verständnis des Prozesses der Biomineralisation zu gelangen, muss das Zusammenwirken der verschiedenen Typen biologischer Makromoleküle, die am Keimbildungs- und Wachstumsprozess der Minerale beteiligt sind, berücksichtigt werden. In dieser Arbeit wird ein neues Modellsystem eingeführt, das aus einem SAM (self-assembled monolayer) mit verschiedenen Funktionalitäten und unterschiedlichen, gelösten Makromolekülen besteht. Es konnte gezeigt werden, dass die Kristallisation von Vaterit (CaCO3) sowie Strontianit (SrCO3) Nanodrähten der Präsenz von Polyacrylat in Kooperation mit einer COOH-funktionalisierten SAM-Oberfläche zugeschrieben werden kann. Die Kombination bestehend aus einer polaren SAM-Oberfläche und Polyacrylat fungiert als Grenzfläche für die Struktur dirigierende Kristallisation von Nanodraht-Kristallen. Weiter konnte gezeigt werden, dass die Phasenselektion von CaCO3 durch die kooperative Wechselwirkung zwischen einer SAM-Oberfläche und einem daran adsorbierten hb-Polyglycerol kontrolliert wird. Auch die Funktionalität einer SAM-Oberfläche in Gegenwart von Carboxymethyl-cellulose übt einen entscheidenden Einfluss auf die Phasenselektion des entstehenden Produktes aus. In der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen an CaCO3 zur homogenen Keimbildung, zur Nukleation in Gegenwart eines Proteins sowie auf Kolloiden, die als Template fungieren, mittels Kleinwinkel-Neutronenstreuung durchgeführt. Die homogene Kristallisation in wässriger Lösung stellte sich als ein mehrstufiger Prozess heraus. In Gegenwart des Eiweißproteins Ovalbumin konnten drei Phasen identifiziert werden, darunter eine anfänglich vorhandene amorphe sowie zwei kristalline Phasen.

Dynamics of supercooled water in highly compacted clays studied by neutron scattering

The freezing behavior of water confined in compacted charged and uncharged clays (montmorillonite in Na-and Ca-forms, illite in Na-and Ca-forms, kaolinite and pyrophyllite) was investigated by neutron scattering. Firstly, the amount of frozen (immobile) water was measured as a function of temperature at the IN16 backscattering spectrometer, Institute Laue-Langevin (ILL). Water in uncharged, partly hydrophobic (kaolinite) and fully hydrophobic (pyrophyllite) clays exhibited a similar freezing and melting behavior to that of bulk water. In contrast, water in charged clays which are hydrophilic could be significantly supercooled. To observe the water dynamics in these clays, further experiments were performed using quasielastic neutron scattering. At temperatures of 250, 260 and 270 K the diffusive motion of water could still be observed, but with a strong reduction in the water mobility as compared with the values obtained above 273 K. The diffusion coefficients followed a non-Arrhenius temperature dependence well described by the Vogel-Fulcher-Tammann and the fractional power relations. The fits revealed that Na-and Ca-montmorillonite and Ca-illite have similar Vogel-Fulcher-Tammann temperatures (T-VFT, often referred to as the glass transition temperature) of similar to 120 K and similar temperatures at which the water undergoes the 'strong-fragile' transition, T-s similar to 210 K. On the other hand, Na-illite had significantly larger values of T-VFT similar to 180 K and T-s similar to 240 K. Surprisingly, Ca-illite has a similar freezing behavior of water to that of montmorillonites, even though it has a rather different structure. We attribute this to the stronger hydration of Ca ions as compared with the Na ions occurring in the illite clays.