Variational Monte Carlo study of core-valence separation schemes for first-row atoms and positive ions /

All-electron partitioning of wave functions into products ^core^vai of core and valence parts in orbital space results in the loss of core-valence antisymmetry, uncorrelation of motion of core and valence electrons, and core-valence overlap. These effects are studied with the variational Monte Carlo method using appropriately designed wave functions for the first-row atoms and positive ions. It is shown that the loss of antisymmetry with respect to interchange of core and valence electrons is a dominant effect which increases rapidly through the row, while the effect of core-valence uncorrelation is generally smaller. Orthogonality of the core and valence parts partially substitutes the exclusion principle and is absolutely necessary for meaningful calculations with partitioned wave functions. Core-valence overlap may lead to nonsensical values of the total energy. It has been found that even relatively crude core-valence partitioned wave functions generally can estimate ionization potentials with better accuracy than that of the traditional, non-partitioned ones, provided that they achieve maximum separation (independence) of core and valence shells accompanied by high internal flexibility of ^core and Wvai- Our best core-valence partitioned wave function of that kind estimates the IP's with an accuracy comparable to the most accurate theoretical determinations in the literature.

Diffusion Monte Carlo study of electronic properties for H and Be atoms /

We examined three different algorithms used in diffusion Monte Carlo (DMC) to study their precisions and accuracies in predicting properties of isolated atoms, which are H atom ground state, Be atom ground state and H atom first excited state. All three algorithms — basic DMC, minimal stochastic reconfiguration DMC, and pure DMC, each with future-walking, are successfully impletmented in ground state energy and simple moments calculations with satisfactory results. Pure diffusion Monte Carlo with future-walking algorithm is proven to be the simplest approach with the least variance. Polarizabilities for Be atom ground state and H atom first excited state are not satisfactorily estimated in the infinitesimal differentiation approach. Likewise, an approach using the finite field approximation with an unperturbed wavefunction for the latter system also fails. However, accurate estimations for the a-polarizabilities are obtained by using wavefunctions that come from the time-independent perturbation theory. This suggests the flaw in our approach to polarizability estimation for these difficult cases rests with our having assumed the trial function is unaffected by infinitesimal perturbations in the Hamiltonian.

Measurement of forces between and within bilayers of neutral phospholipids

Phospholipids in water form lamellar phases made up of alternating layers of water and bimolecular lipid leaflets. Three complementary methods, osmotic, mechanical, and vapour pressures, were used to measure the work of removing water from lamellar phases composed of frozen dipalmitoylphosphatidylcholine ( DPPC ), melted DPPC, egg phosphatidylethanolamine or equimolar mixtures of DPPC and cholesterol ( DPPC/CHOL ), Concurrently the structural changes that resulted from this water removal were measured using X-ray diffraction. The work was divided into that which forces the bilayers together ( F ) and that which compresses the molecules together within the bilayers ( F )# A large repulsive force exists between bilayers composed of each of the lipids studied and this force increases exponentially as bilayer separation is decreased. F is affected by the nature of the head groups, conformation of the acyl chains and heterogeneity of these chains. In general all of the melted phosphatidylcholines ( melted DPPC, egg lecithin and DPPC/CHOL ) have large equilibrium separations in excess water resulting from large repulsive hydration forces between these bilayers. By comparison, egg PE has an increased attractive force, and frozen DPPC has a decreased hydration force; each results in smaller separations in water for these two lipids. The chemical potentials of the water between the bilayers for all these lipids lie on a continuum, indicating that interbilayer water cannot be characterized by two discrete states, usually referred to as "bound" or "non**bound". For all lipids studied a maximum of 25 % of the total work done on the system goes into deforming the bilayers. The method used here viii to separate repulsion from deformation, developed for us by v. A. Parsegian, provides a unique method for the measurement of lateral pressure of a bilayer and its modulus of deformability ( Y ). Lateral pressure is affected by the nature of the head group, conformation and heterogeneity of the acyl chains. For small changes in molecular surface area ( A ) near equilibrium, both melted and frozen DPPC have similar values for the deformability modulus. Thus in this regime it requires about the same force to change the angle of tilt of frozen chains as it does to compress the fluid bilayer. The introduction of cholesterol into bilayers of DPPC reduces dramatically the lateral pressure of the bilayers over a large range of molecular surface areas ( A ). The variation in the magnitude of bilayer repulsion with different phospholipids provides a basis for the mechanism of lipid segregation in mixed lipid systems and suggests that interacting heterogeneous membranes may influence or modulate the composition of the opposing membrane. The measurements of deformabilities of bilayers provides a direct comparison of them with the properties of monolayers.

Structural effects of neutral lipids on the divalent cation-induced interactions of phosphatidylserine - containing bilayers

As Ca2+ and phosphatidylserine (PS) are known to induce the adhesion of bilayer vesicles and form collapsed multibilayer structures in vitro, it was the aim of this study to examine how that interaction and the resultant structures might be modified by neutral lipid species. X-ray diffraction data from multilamellar systems suggest that phosphatidylcholine (PC) and diacylglycerol (DG) might be in the collapsed phase up to a concentration of -30 mole % and that above this concentration these neutral lipids may modify Ca2+-induced bilayer interactions. Using large unilamellar vesicles and long incubations in excess Ca2+ to ensure equilibration, similar preliminary results were again obtained with PC, and also with phosphatidylethanolamine (PE). A combination of X-ray diffraction, thin-layer chromatography, density gradient centrifugation and freeze-fracture electron microscopy, used in conjunction with an osmotic stress technique, showed that (i) -30 mole % PC can be accomodated in the Ca(DOPS)2 phase; and (ii) higher PC levels modify Ca2+-induced bilayer interactions resulting in single lamellar phases of larger dimension and reduced tendency for REV collapse. Importantly, the data suggest that PC is dehydrated during the rapid collapse process leading. to Ca(DOPS)2 formation and exists with this dehydrated phase. Similar results were obtained using PS isolated from bovine brain. Preliminary studies using two different phosphatidylethanolamine (PE) species indicated accomodation by Ca(DOPS)2 of -25-30 mole 0/0 PE and bulk phase separation, of species favouring a non-bilayer phase, at higher levels. Significantly, all PS/PE vesicles appear to undergo a complete Ca2+-induced collapse, even with contents of up to 90 mole % PE. These data suggest that PE may have an important role in fusion mechanisms in vivo. In sum the data lend both structural and stoichiometric evidence for th~ existence of laterally segregated neutral lipid molecules within the same bilayers as PS domains exposed to Ca2+.

Studies of some cocondensations of nickel atoms with unsaturated organic ligands and with mixed ligand systems

The cocondensation of nickel with a number of unsaturated ligands was studied, as was the cocondensation with a number of mixed ligand systems. Enamines were found not to react with nickel while acrylonitrile was polymerized. In the mixed ligand syst.ems different products were obtained than when the ligands were cocondensed individually. Cocondensations of benzyl halide/allyl halide mixtures gave unstable products that were not observed when the halides were cocondensed individually. The effect of Kao-Wool insulation on nickel/benzyl halide cocondensations was found to be significant. Kao-Wool caused the bulk of the benzyl halide to be polymeri zed to a number of poly-benzylic species. An alkali metal reactor was designed for the evaporation of sodium and potassium atoms into cold solutions of metal halide and an or ganic substrate. This apparatus was used to synthesize Ni(P¢3 )3' but proved unsuccessful for synthesizing a nickel-enamine compound.

Quantum Monte Carlo study of electrostatic polarizabilities of H and He atoms /

The infinitesimal differential quantum Monte Carlo (QMC) technique is used to estimate electrostatic polarizabilities of the H and He atoms up to the sixth order in the electric field perturbation. All 542 different QMC estimators of the nonzero atomic polarizabilities are derived and used in order to decrease the statistical error and to obtain the maximum efficiency of the simulations. We are confident that the estimates are "exact" (free of systematic error): the two atoms are nodeless systems, hence no fixed-node error is introduced. Furthermore, we develope and use techniques which eliminate systematic error inherent when extrapolating our results to zero time-step and large stack-size. The QMC results are consistent with published accurate values obtained using perturbation methods. The precision is found to be related to the number of perturbations, varying from 2 to 4 significant digits.

Élaboration d’un simulateur de gravure par plasma de haute densité basé sur une approche cellulaire pour l’étude de profils dans divers matériaux

La réalisation de dispositifs à des dimensions sous-micrométriques et nanométriques demande une maîtrise parfaite des procédés de fabrication, notamment ceux de gravure. La réalisation des ces dispositifs est complexe et les exigences en termes de qualité et de géométrie des profils de gravure imposent de choisir les conditions opératoires les mieux adaptées. Les simulations de l'évolution spatio-temporelle des profils de gravure que nous proposons dans cette thèse s'inscrivent parfaitement dans ce contexte. Le simulateur que nous avons réalisé offre la possibilité de mieux comprendre les processus qui entrent en jeu lors de la gravure par plasma de profils dans divers matériaux. Il permet de tester l'influence des paramètres du plasma sur la forme du profil et donc de déterminer les conditions opératoires optimales. La mise au point de ce simulateur s'appuie sur les concepts fondamentaux qui gouvernent la gravure par plasma. À partir de l'état des lieux des différentes approches numériques pouvant être utilisées, nous avons élaboré un algorithme stable et adaptable permettant de mettre en évidence l'importance de certains paramètres clés pour la réalisation de profils de gravure par un plasma à haute densité et à basse pression. Les capacités de cet algorithme ont été testées en étudiant d'une part la pulvérisation de Si dans un plasma d'argon et d'autre part, la gravure chimique assistée par les ions de SiO2/Si dans un plasma de chlore. Grâce aux comparaisons entre profils simulés et expérimentaux, nous avons montré l'importance du choix de certains paramètres, comme la nature du gaz utilisé et la pression du plasma, la forme initiale du masque, la sélectivité masque/matériau, le rapport de flux neutre/ion, etc. Nous avons aussi lié ces paramètres à la formation de défauts dans les profils, par exemple celle de facettes sur le masque, de parois concaves, et de micro-tranchées. Enfin, nous avons montré que le phénomène de redépôt des atomes pulvérisés entre en compétition avec la charge électrique de surface pour expliquer la formation de profils en V dans le Pt pulvérisé par un plasma d'argon.

Étude critique de la densité électronique et des températures (excitation et ionisation) d'un plasma d'aluminium induit par laser

La caractérisation de matériaux par spectroscopie optique d’émission d’un plasma induit par laser (LIPS) suscite un intérêt qui ne va que s’amplifiant, et dont les applications se multiplient. L’objectif de ce mémoire est de vérifier l’influence du choix des raies spectrales sur certaines mesures du plasma, soit la densité électronique et la température d’excitation des atomes neutres et ionisés une fois, ainsi que la température d’ionisation. Nos mesures sont intégrées spatialement et résolues temporellement, ce qui est typique des conditions opératoires du LIPS, et nous avons utilisé pour nos travaux des cibles binaires d’aluminium contenant des éléments à l’état de trace (Al-Fe et Al-Mg). Premièrement, nous avons mesuré la densité électronique à l’aide de l’élargissement Stark de raies de plusieurs espèces (Al II, Fe II, Mg II, Fe I, Mg I, Halpha). Nous avons observé que les densités absolues avaient un comportement temporel différent en fonction de l’espèce. Les raies ioniques donnent des densités électroniques systématiquement plus élevées (jusqu’à 50 % à 200 ns après l’allumage du plasma), et décroissent plus rapidement que les densités issues des raies neutres. Par ailleurs, les densités obtenues par les éléments traces Fe et Mg sont moindres que les densités obtenues par l’observation de la raie communément utilisée Al II à 281,618 nm. Nous avons parallèlement étudié la densité électronique déterminée à l’aide de la raie de l’hydrogène Halpha, et la densité électronique ainsi obtenue a un comportement temporel similaire à celle obtenue par la raie Al II à 281,618 nm. Les deux espèces partagent probablement la même distribution spatiale à l’intérieur du plasma. Finalement, nous avons mesuré la température d’excitation du fer (neutre et ionisé, à l’état de trace dans nos cibles), ainsi que la température d’ionisation, à l’aide de diagrammes de Boltzmann et de Saha-Boltzmann, respectivement. À l’instar de travaux antérieurs (Barthélémy et al., 2005), il nous est apparu que les différentes températures convergeaient vers une température unique (considérant nos incertitudes) après 2-3 microsecondes. Les différentes températures mesurées de 0 à 2 microsecondes ne se recoupent pas, ce qui pourrait s’expliquer soit par un écart à l’équilibre thermodynamique local, soit en considérant un plasma inhomogène où la distribution des éléments dans la plume n’est pas similaire d’un élément à l’autre, les espèces énergétiques se retrouvant au cœur du plasma, plus chaud, alors que les espèces de moindre énergie se retrouvant principalement en périphérie.

Modification des propriétés optiques de nanofils à base de GaN par plasma N2/O2

Une sonde électrostatique de Langmuir cylindrique a été utilisée pour caractériser une post-décharge d’un plasma d’ondes de surface de N2-O2 par la mesure de la densité des ions et électrons ainsi que la température des électrons dérivée de la fonction de distribution en énergie des électrons (EEDF). Une densité maximale des électrons au centre de la early afterglow de l’ordre de 1013 m-3 a été déterminée, alors que celle-ci a chuté à 1011 m-3 au début de la late afterglow. Tout au long du profil de la post-décharge, une densité des ions supérieure à celle des électrons indique la présence d’un milieu non macroscopiquement neutre. La post-décharge est caractérisée par une EEDF quasi maxwellienne avec une température des électrons de 0.5±0.1 eV, alors qu’elle grimpe à 1.1 ±0.2 eV dans la early afterglow due à la contribution des collisions vibrationnelles-électroniques (V-E) particulièrement importantes. L’ajout d’O2 dans la décharge principale entraîne un rehaussement des espèces chargées et de la température des électrons suivi d’une chute avec l’augmentation de la concentration d’O2. Le changement de la composition électrique de la post-décharge par la création de NO+ au détriment des ions N2+ est à l’origine du phénomène. Le recours à cette post-décharge de N2 pour la modification des propriétés d’émission optique de nanofils purs de GaN et avec des inclusions d’InGaN a été étudié par photoluminescence (PL). Bien que l’émission provenant des nanofils de GaN et de la matrice de GaN recouvrant les inclusions diminue suite à la création de sites de recombinaison non radiatifs, celle provenant des inclusions d’InGaN augmente fortement. Des mesures de PL par excitation indiquent que cet effet n’est pas attribuable à un changement de l’absorption de la surface de GaN. Ceci suggère un recuit dynamique induit par la désexcitation des métastables de N2 suite à leur collision à la surface des nanofils et la possibilité de passiver les défauts de surface tels que des lacunes d’azote par l’action d’atomes de N2 réactifs provenant de la post-décharge. L’incorporation d’O2 induit les mêmes effets en plus d’un décalage vers le rouge de la bande d’émission des inclusions, suggérant l’action des espèces d’O2 au sein même des nanostructures.

Dynamique de croissance par plasma RF magnétron des couches minces à base d’oxyde de zinc

Le but de cette thèse était d’étudier la dynamique de croissance par pulvérisation par plasma RF magnétron des couches minces à base d’oxyde de zinc destinées à des applications électroniques, optoélectroniques et photoniques de pointe. Dans ce contexte, nous avons mis au point plusieurs diagnostics permettant de caractériser les espèces neutres et chargées dans ce type de plasmas, notamment la sonde électrostatique, la spectroscopie optique d’émission et d’absorption, ainsi que la spectrométrie de masse. Par la suite, nous avons tenté de corréler certaines caractéristiques physiques de croissance des couches de ZnO, en particulier la vitesse de dépôt, aux propriétés fondamentales du plasma. Nos résultats ont montré que l’éjection d’atomes de Zn, In et O au cours de la pulvérisation RF magnétron de cibles de Zn, ZnO et In2O3 n’influence que très peu la densité d’ions positifs (et donc la densité d’électrons en supposant la quasi-neutralité) ainsi que la fonction de distribution en énergie des électrons (populations de basse et haute énergie). Cependant, le rapport entre la densité d’atomes d’argon métastables (3P2) sur la densité électronique décroît lorsque la densité d’atomes de Zn augmente, un effet pouvant être attribué à l’ionisation des atomes de Zn par effet Penning. De plus, dans les conditions opératoires étudiées (plasmas de basse pression, < 100 mTorr), la thermalisation des atomes pulvérisés par collisions avec les atomes en phase gazeuse demeure incomplète. Nous avons montré que l’une des conséquences de ce résultat est la présence d’ions Zn+ suprathermiques près du substrat. Finalement, nous avons corrélé la quantité d’atomes de Zn pulvérisés déterminée par spectroscopie d’émission avec la vitesse de dépôt d’une couche mince de ZnO mesurée par ellipsométrie spectroscopique. Ces travaux ont permis de mettre en évidence que ce sont majoritairement les atomes de Zn (et non les espèces excitées et/ou ioniques) qui gouvernent la dynamique de croissance par pulvérisation RF magnétron des couches minces de ZnO.

INVESTIGATIONS ON THE SOLVENT EXTRACTION AND LUMINESCENCE OF LANTHANOIDS WITH MIXTURES OF HETEROCYCLIC β- DIKETONE S AND VARIOUS NEUTRAL OXO-DONORS

The thesis entitled “ Investigations on the solvent extraction and luminescence of lanthanoids with mixtures of heterocyclic β-diketone S and various neutral oxo-donors” embodies the results of investigations carried out on the solvent extraction of trivalent lanthanoids with various heterocyclic β-diketones in the presence and absence of neutral oxo-donors and also on the luminescent studies of Eu3+-heterocyclic β-diketonate complexes with Lewis bases. The primary objective of the present work is to generate the knowledge base, especially to understand the interactions of lanthanoid-heterocyclic β-diketonates with various macrocyclic ligands such as crown ethers and neutral organophosphorus extractants , with a view to achieve better selectivity. The secondary objective of this thesis is to develop novel lanthanoid luminescent materials based on 3-phenyl-4-aroyl-5-isoxazolones and organophosphorus ligands, for use in electroluminescent devices. In the beginning it describes the need for the development of new mixed-ligand systems for the separation of lanthanoids and the development and importance of novel luminescent lanthanoid- β-diketonate complexes for display devices. The syntheses of various para substituted derivatives of 4-aroyl-5-isoxazolones and their characterization by various spectroscopic techniques are described. It also investigate the solvent extraction behaviour of trivalent lanthanoids with 4-aroyl-5-isoxazolones in the presence and absence of various crown ethers such as 18C6, DC18C6, DB18C6 and B18C6. Elemental analysis, IR and H NMR spectral studies are used to understand the interactions of crown ethers with 4-aroyl-5-isoxazolonate complexes of lanthanoids. The synergistic extraction of trivalent lanthanoids with sterically hindered 1-phenyl-3-methyl-4-pivaloyl-5-pyrazolone in the presence of various structurally related crown ethers are studied. The syntheses, characterization and photyphysical properties of Eu3+-4-aroyl-5-isoxazolonate complexes in the presence of Lewis bases like trictylphosphine oxide or triphenylphosphine oxide were studied.

Electron-Phonon Interaction Within the Framework of the Fluctuating Valence of Copper Atoms — a Theoretical Model for High Temperature Superconductivity

Electron-phonon interaction is considered within the framework of the fluctuating valence of Cu atoms. Anderson's lattice Hamiltonian is suitably modified to take this into account. Using Green's function technique tbe possible quasiparticle excitations' are determined. The quantity 2delta k(O)/ kB Tc is calculated for Tc= 40 K. The calculated values are in good agreement with the experimental results.