Fluorescence correlation spectroscopy reveals fast optical excitation-driven intramolecular dynamics of yellow fluorescent proteins

Fast excitation-driven fluctuations in the fluorescence emission of yellow-shifted green fluorescent protein mutants T203Y and T203F, with S65G/S72A, are discovered in the 10−6–10−3-s time range, by using fluorescence correlation spectroscopy at 10−8 M. This intensity-dependent flickering is conspicuous at high pH, with rate constants independent of pH and viscosity with a minor temperature effect. The mean flicker rate increases linearly with excitation intensity for at least three decades, but the mean dark fraction of the molecules undergoing these dynamics is independent of illumination intensity over ≈6 × 102 to 5 × 106 W/cm2. These results suggest that optical excitation establishes an equilibration between two molecular states of different spectroscopic properties that are coupled only via the excited state as a gateway. This reversible excitation-driven transition has a quantum efficiency of ≈10−3. Dynamics of external protonation, reversibly quenching the fluorescence, are also observed at low pH in the 10- to 100-μs time range. The independence of these two bright–dark flicker processes implies the existence of at least two separate dark states of these green fluorescent protein mutants. Time-resolved fluorescence measurements reveal a single exponential decay of the excited state population with 3.8-ns lifetime, after 500-nm excitation, that is pH independent. Our fluorescence correlation spectroscopy results are discussed in terms of recent theoretical studies that invoke isomerization of the chromophore as a nonradiative channel of the excited state relaxation.

Chlorophyll Synthesis in Dark-Grown Pine Primary Needles1

The pigment content of dark-grown primary needles of Pinus jeffreyi L. and Pinus sylvestris L. was determined by high-performance liquid chromatography. The state of protochlorophyllide a and of chlorophylls during dark growth were analyzed by in situ 77 K fluorescence spectroscopy. Both measurements unambiguously demonstrated that pine primary needles are able to synthesize chlorophyll in the dark. Norflurazon strongly inhibited both carotenoid and chlorophyll synthesis. Needles of plants treated with this inhibitor had low chlorophyll content, contained only traces of xanthophylls, and accumulated carotenoid precursors. The first form of chlorophyll detected in young pine needles grown in darkness had an emission maximum at 678 nm. Chlorophyll-protein complexes with in situ spectroscopic properties similar to those of fully green needles (685, 695, and 735 nm) later accumulated in untreated plants, whereas in norflurazon-treated plants the photosystem I emission at 735 nm was completely lacking. To better characterize the light-dependent chlorophyll biosynthetic pathway in pine needles, the 77 K fluorescence properties of in situ protochlorophyllide a spectral forms were studied. Photoactive and nonphotoactive protochlorophyllide a forms with emission properties similar to those reported for dark-grown angiosperms were found, but excitation spectra were substantially red shifted. Because of their lower chlorophyll content, norflurazon-treated plants were used to study the protochlorophyllide a photoreduction process triggered by one light flash. The first stable chlorophyllide photoproduct was a chlorophyllide a form emitting at 688 nm as in angiosperms. Further chlorophyllide a shifts usually observed in angiosperms were not detected. The rapid regeneration of photoactive protochlorophyllide a from nonphotoactive protochlorophyllide after one flash was demonstrated.

Mutations in copper-zinc superoxide dismutase that cause amyotrophic lateral sclerosis alter the zinc binding site and the redox behavior of the protein.

A series of mutant human and yeast copper-zinc superoxide dismutases has been prepared, with mutations corresponding to those found in familial amyotrophic lateral sclerosis (ALS; also known as Lou Gehrig's disease). These proteins have been characterized with respect to their metal-binding characteristics and their redox reactivities. Replacement of Zn2+ ion in the zinc sites of several of these proteins with either Cu2+ or Co2+ gave metal-substituted derivatives with spectroscopic properties different from those of the analogous derivative of the wild-type proteins, indicating that the geometries of binding of these metal ions to the zinc site were affected by the mutations. Several of the ALS-associated mutant copper-zinc superoxide dismutases were also found to be reduced by ascorbate at significantly greater rate than the wild-type proteins. We conclude that similar alterations in the properties of the zinc binding site can be caused by mutations scattered throughout the protein structure. This finding may help to explain what is perhaps the most perplexing question in copper-zinc superoxide dismutase-associated familial ALS-i.e., how such a diverse set of mutations can result in the same gain of function that causes the disease.

Stellar populations in bulges of spiral galaxies

We present a few results of a work in progress tackling the radial spectroscopic properties of bulges of spiral galaxies.

Pipe3D, a pipeline to analyse integral Field Spectroscopy data: I. New fitting philosophy of FIT3D

We present an improved version of FIT3D, a fitting tool for the analysis of the spectroscopic properties of the stellar populations and the ionized gas derived from moderate resolution spectra of galaxies. This tool was developed to analyze integral field spectroscopy data and it is the basis of PIPE3D, a pipeline used in the analysis of CALIFA, MaNGA, and SAMI data. We describe the philosophy and each step of the fitting procedure. We present an extensive set of simulations in order to estimate the precision and accuracy of the derived parameters for the stellar populations and the ionized gas. We report on the results of those simulations. Finally, we compare the results of the analysis using FIT3D with those provided by other widely used packages, and we find that the parameters derived by FIT3D are fully compatible with those derived using these other tools.

Absorption and fluorescence spectroscopy of rhodamine 6G in titanium dioxide nanocomposites

A comparison has been made between the spectroscopic properties of the laser dye rhodamine 6G (R6G) in mesostructured titanium dioxide (TiO2) and in ethanol. Steady-state excitation and emission techniques have been used to probe the dye-matrix interactions. We show that the TiO2-nanocomposite studied is a good host for R6G, as it allows high dye concentrations, while keeping dye molecules isolated, and preventing aggregation. Our findings have important implications in the context of solid state dye-lasers and microphotonic device applications. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Applications of XPS to the study of inorganic compounds

The surface behaviour of materials is crucial to our everyday lives. Studies of the corrosive, reactive, optical and electronic properties of surfaces are thus of great importance to a wide range of industries including the chemical and electronics sectors. The surface properties of polymers can also be tuned for use in packaging, non stick coatings or for use in medical applications. Methods to characterise surface composition and reactivity are thus critical to the development of next generation materials. This report will outline the basic principles of X-ray photoelectron spectroscopy and how it can be applied to analyse the surfaces of inorganic materials. The role of XPS in understanding the nature of the active site in heterogeneous catalysts will also be discussed.

Enantioselective chemoenzymatic synthesis of 3-hydroxytetrahydrofurans

The research described in this thesis is concerned with the synthesis and stereoselective transformations of 4,5-dihydro-3(2H)-furanones and their 3-hydroxy derivatives. In Chapter 1, a review of synthetic routes to 3-hydroxytetrahydrofurans is presented. This incorporates the wide range of applications for these types of compounds. Preparative routes to and stereoselective transformations of the furanones investigated in this study are discussed in Chapter 2. The bulk of the work centers on stereoselective carbonyl group reductions to generate the 3-hydroxytetrahydrofuran derivatives in racemic form followed by kinetic resolution via lipase mediated esterification, resulting in enantioenriched 3-acetoxy and 3-hydroxytetrahydrofuran derivatives. In many cases, these processes proceed in a highly enantioselective manner. The influence of the lipase species and concentration of enzyme employed on the yield and stereochemical outcome of the reactions is examined in detail. Access to the complementary series of furanone and hydroxytetrahydrofuran derivatives by oxidation or reduction of the enantioenriched compounds was achieved through conventional synthetic methods. Chapter 2 also contains details of a novel synthetic route to a range of 2,3,5-trisubstituted furans from α-hydroxyenones and 4,5-dihydro-3(2H)-furanones. The mechanistic rationale for these transformations and the migratory aptitude of alkyl groups towards the formation of these furans is discussed in detail. Finally, Chapter 2 outlines the synthesis of a series of diarylcyclopentenones that were synthesised as part of our investigations. Chapter 3 contains a description of the synthetic procedures and biotransformations carried out together with key analytical and spectroscopic properties of the compounds studied and where appropriate, their analysis using chiral HPLC analysis.

Exploitation du potentiel sismique des étoiles naines blanches

Le but de cette thèse est d’explorer le potentiel sismique des étoiles naines blanches pulsantes, et en particulier celles à atmosphères riches en hydrogène, les étoiles ZZ Ceti. La technique d’astérosismologie exploite l’information contenue dans les modes normaux de vibration qui peuvent être excités lors de phases particulières de l’évolution d’une étoile. Ces modes modulent le flux émergent de l’étoile pulsante et se manifestent principalement en termes de variations lumineuses multi-périodiques. L’astérosismologie consiste donc à examiner la luminosité d’étoiles pulsantes en fonction du temps, afin d’en extraire les périodes, les amplitudes apparentes, ainsi que les phases relatives des modes de pulsation détectés, en utilisant des méthodes standards de traitement de signal, telles que des techniques de Fourier. L’étape suivante consiste à comparer les périodes de pulsation observées avec des périodes générées par un modèle stellaire en cherchant l’accord optimal avec un modèle physique reconstituant le plus fidèlement possible l’étoile pulsante. Afin d’assurer une recherche optimale dans l’espace des paramètres, il est nécessaire d’avoir de bons modèles physiques, un algorithme d’optimisation de comparaison de périodes efficace, et une puissance de calcul considérable. Les périodes des modes de pulsation de modèles stellaires de naines blanches peuvent être généralement calculées de manière précise et fiable sur la base de la théorie linéaire des pulsations stellaires dans sa version adiabatique. Afin de définir dans son ensemble un modèle statique de naine blanche propre à l’analyse astérosismologique, il est nécessaire de spécifier la gravité de surface, la température effective, ainsi que différents paramètres décrivant la disposition en couche de l’enveloppe. En utilisant parallèlement les informations obtenues de manière indépendante (température effective et gravité de surface) par la méthode spectroscopique, il devient possible de vérifier la validité de la solution obtenue et de restreindre de manière remarquable l’espace des paramètres. L’exercice astérosismologique, s’il est réussi, mène donc à la détermination précise des paramètres de la structure globale de l’étoile pulsante et fournit de l’information unique sur sa structure interne et l’état de sa phase évolutive. On présente dans cette thèse l’analyse complète réussie, de l’extraction des fréquences à la solution sismique, de quatre étoiles naines blanches pulsantes. Il a été possible de déterminer les paramètres structuraux de ces étoiles et de les comparer remarquablement à toutes les contraintes indépendantes disponibles dans la littérature, mais aussi d’inférer sur la dynamique interne et de reconstruire le profil de rotation interne. Dans un premier temps, on analyse le duo d’étoiles ZZ Ceti, GD 165 et Ross 548, afin de comprendre les différences entre leurs propriétés de pulsation, malgré le fait qu’elles soient des étoiles similaires en tout point, spectroscopiquement parlant. L’analyse sismique révèle des structures internes différentes, et dévoile la sensibilité de certains modes de pulsation à la composition interne du noyau de l’étoile. Afin de palier à cette sensibilité, nouvellement découverte, et de rivaliser avec les données de qualité exceptionnelle que nous fournissent les missions spatiales Kepler et Kepler2, on développe une nouvelle paramétrisation des profils chimiques dans le coeur, et on valide la robustesse de notre technique et de nos modèles par de nombreux tests. Avec en main la nouvelle paramétrisation du noyau, on décroche enfin le ”Saint Graal” de l’astérosismologie, en étant capable de reproduire pour la première fois les périodes observées à la précision des observations, dans le cas de l’étude sismique des étoiles KIC 08626021 et de GD 1212.

Synergistischer photoinduzierter Schadstoffabbau mittels eines Porphyrazin-Titandioxid-Hybrids

Die zunehmende Luftverschmutzung aufgrund des steigenden Energiebedarfs und Mobilitätsanspruchs der Bevölkerung, insbesondere in urbanen Gebieten, erhöht das Gefährdungspotential für die Gesundheit und verschlechtert so die Lebensqualität. Neben der Vermeidung von Emissionen toxischer Gase als mittel- und langfristig optimale Maßnahme zur Verbesserung der Luftqualität, stellt der Abbau emittierter Luftschadstoffe ein geeignetes und kurzfristig wirksames Mittel dar. Ein solcher Abbau kann durch Photokatalyse erzielt werden, allerdings nutzen Photokatalysatoren, die auf dem Halbleiter Titandioxid (TiO2) basieren, das solare Emissionsspektrum nur geringfüfig aus und sind in Innenräumen und anderen UV-schwachen Bereichen nicht wirksam. Um diese Nachteile zu überwinden, wurde ein Photokatalysator entwickelt und hergestellt, der aus TiO2 (P25) als UV-aktiver Photokatalysator und als Trägermaterial sowie einem seinerseits im Vis-Bereich photoaktiven Porphyrazin-Farbstoff als Beschichtung besteht. Die sterisch anspruchsvollen und in der Peripherie mit acht Bindungsmotiven für TiO2 versehenen Farbstoffmoleküle wurden zu diesem Zweck auf der Halbleiteroberfläche immobilisiert. Die so gebildeten Porphyrazin-Titandioxid-Hybride wurde ausführlich charakterisiert. Dabei wurden unter anderem die Bindung der Farbstoffe auf der Titandioxidoberfläche mittels Adsorptionsisothermen und die UV/Vis-spektroskopischen Eigenschaften des Hybridmaterials untersucht. Zur Bestimmung der photokatalytischen Aktivitäten der Einzelkomponenten und des Hybridmaterials wurden diese auf die Fähigkeit zur Bildung von Singulett-Sauerstoff, Wasserstoffperoxid und Hydroxylradikalen hin sowie in einem an die ISO-22197-1 angelehnten Verfahren auf die Fähigkeit zum Abbau von NO hin jeweils bei Bestrahlung in drei Wellenlängenbereichen (UV-Strahlung, blaues Licht und rotes Licht) geprüft. Darüber hinaus konnte die Aktivität des Hybridmaterials bei der Photodynamischen Inaktivierung (PDI) von Bakterien unter UV- und Rotlichtbestrahlung im Vergleich zum reinen Ttandioxid bestimmt werden. Die Charakterisierung des Hybridmaterials ergab, dass die Farbstoffmoleküle in einer neutralen Suspension nahezu irreversibel in einer monomolekularen Schicht mit einer Bindungsenergie von -41.43 kJ/mol an die Oberfläche gebunden sind und das Hybridmaterial mit hohen Extinktionskoeffizienten von bis zu 105 M-1cm-1 in großen Bereichen des UV/Vis-Spektrums Photonen absorbiert. Das Spektrum des Hybridmaterials setzt sich dabei additiv aus den beiden Einzelspektren zusammen. Die Auswirkungen der Charakterisierungsergebnisse auf die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies wurden ausführlich diskutiert. Der Vergleich der Aktivitäten in Bezug auf die Bildung der reaktiven Sauerstoffspezies zeigte, dass die Aktivität des Hybridmaterials bis auf die bei der Bildung von Hydroxylradikalen unter UV-Bestrahlung in allen Versuchen deutlich höher war als die Aktivität des reinen Titandioxids. Im Gegensatz zu reinem Titandioxid erzeugte das Hybridmaterial in allen untersuchten Wellenlängenbereichen Mengen an Singulett-Sauerstoff, die photophysikalisch eindeutig detektierbar waren. Zur Erklärung und Deutung dieser Beobachtungen wurde eine differenzierte Diskussion geführt, die die Ergebnisse der Hybridpartikelcharakterisierung aufgreift und implementiert. Der Vergleich der NO-Abbaueffizienzen ergab bei allen Experimenten durchgängig deutlich höhere Werte für das Hybridmaterial. Zudem wurden durch das Hybridmaterial nachgewiesenermaßen wesentlich geringere Mengen des unerwünschten Nebenprodukts des Abbaus (NO2) gebildet. Im Zuge der Diskussion wurden verschiedene mögliche Mechanismen der „sauberen“ Oxidation zu Nitrat durch das Hybridmaterial vorgestellt. Untersuchungen zur Photodynamischen Inaktivierung verschiedener Bakterien ergaben, dass das Hybridmaterial neben einer zu P25 ähnlichen Aktivität unter UV-Bestrahlung, anders als P25, auch eine PDI verschiedener Bakterien unter Rotlichtbestrahlung erreicht.

The Redox Potentials of n-type Colloidal Semiconductor Nanocrystals

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Exploitation du potentiel sismique des étoiles naines blanches

Le but de cette thèse est d’explorer le potentiel sismique des étoiles naines blanches pulsantes, et en particulier celles à atmosphères riches en hydrogène, les étoiles ZZ Ceti. La technique d’astérosismologie exploite l’information contenue dans les modes normaux de vibration qui peuvent être excités lors de phases particulières de l’évolution d’une étoile. Ces modes modulent le flux émergent de l’étoile pulsante et se manifestent principalement en termes de variations lumineuses multi-périodiques. L’astérosismologie consiste donc à examiner la luminosité d’étoiles pulsantes en fonction du temps, afin d’en extraire les périodes, les amplitudes apparentes, ainsi que les phases relatives des modes de pulsation détectés, en utilisant des méthodes standards de traitement de signal, telles que des techniques de Fourier. L’étape suivante consiste à comparer les périodes de pulsation observées avec des périodes générées par un modèle stellaire en cherchant l’accord optimal avec un modèle physique reconstituant le plus fidèlement possible l’étoile pulsante. Afin d’assurer une recherche optimale dans l’espace des paramètres, il est nécessaire d’avoir de bons modèles physiques, un algorithme d’optimisation de comparaison de périodes efficace, et une puissance de calcul considérable. Les périodes des modes de pulsation de modèles stellaires de naines blanches peuvent être généralement calculées de manière précise et fiable sur la base de la théorie linéaire des pulsations stellaires dans sa version adiabatique. Afin de définir dans son ensemble un modèle statique de naine blanche propre à l’analyse astérosismologique, il est nécessaire de spécifier la gravité de surface, la température effective, ainsi que différents paramètres décrivant la disposition en couche de l’enveloppe. En utilisant parallèlement les informations obtenues de manière indépendante (température effective et gravité de surface) par la méthode spectroscopique, il devient possible de vérifier la validité de la solution obtenue et de restreindre de manière remarquable l’espace des paramètres. L’exercice astérosismologique, s’il est réussi, mène donc à la détermination précise des paramètres de la structure globale de l’étoile pulsante et fournit de l’information unique sur sa structure interne et l’état de sa phase évolutive. On présente dans cette thèse l’analyse complète réussie, de l’extraction des fréquences à la solution sismique, de quatre étoiles naines blanches pulsantes. Il a été possible de déterminer les paramètres structuraux de ces étoiles et de les comparer remarquablement à toutes les contraintes indépendantes disponibles dans la littérature, mais aussi d’inférer sur la dynamique interne et de reconstruire le profil de rotation interne. Dans un premier temps, on analyse le duo d’étoiles ZZ Ceti, GD 165 et Ross 548, afin de comprendre les différences entre leurs propriétés de pulsation, malgré le fait qu’elles soient des étoiles similaires en tout point, spectroscopiquement parlant. L’analyse sismique révèle des structures internes différentes, et dévoile la sensibilité de certains modes de pulsation à la composition interne du noyau de l’étoile. Afin de palier à cette sensibilité, nouvellement découverte, et de rivaliser avec les données de qualité exceptionnelle que nous fournissent les missions spatiales Kepler et Kepler2, on développe une nouvelle paramétrisation des profils chimiques dans le coeur, et on valide la robustesse de notre technique et de nos modèles par de nombreux tests. Avec en main la nouvelle paramétrisation du noyau, on décroche enfin le ”Saint Graal” de l’astérosismologie, en étant capable de reproduire pour la première fois les périodes observées à la précision des observations, dans le cas de l’étude sismique des étoiles KIC 08626021 et de GD 1212.

Synthesis, X-ray structures, and spectroscopic and electrochemical properties of (mu-oxo)bis(mu-carboxylato)diruthenium complexes having six imidazole bases as terminal ligands

Complexes [Ru2O(O2CR)(2)(1-MeIm)(6)](ClO4)(2) (la-c), [Ru2O(O2CR)(2)(ImH)(6)](ClO4)(2) (2a,b), and [Ru2O(O2CR)(2)(4-MeImH)(6)](ClO4)(2) (3a,b) with a (mu-oxo)bis(mu-carboxylato)diruthenium(III) core have been prepared by reacting Ru2Cl(O2CR)(4) with the corresponding imidazole base, viz. 1-methylimidazole (1-MeIm), imidazole (ImH), and 4-methylimidazole (4-MeImH) in methanol, followed by treatment with NaClO4 in water (R: Me, a; C6H4-p-OMe, b; C6H4-p-Me, c). Diruthenium(III,IV) complexes [Ru2O(O2CR)(2)(1-MeIm)(6)](ClO4)(3) (R: Me, 4a; C6H4-p-OMe, 4b; C6H4-p-Me, 4c) have been prepared by one-electron oxidation of 1 in MeCN with K2S2O8 in water. Complexes la, 2a . 3H(2)O, and 4a . 1.5H(2)O have been structurally characterized. Crystal data for the complexes are as follows: la, orthorhombic, P2(1)2(1)2(1), a = 7.659(3) Angstrom, b = 22.366(3) Angstrom, c = 23.688(2) Angstrom, V = 4058(2) Angstrom(3), Z = 4, R = 0.0475, and R-w = 0.0467 for 2669 reflections with F-o > 2 sigma(F-o); 2a . 3H(2)O, triclinic, , a = 13.735(3) Angstrom, b = 14.428(4) Angstrom, c = 20.515(8) Angstrom, alpha = 87.13(3)degrees, beta = 87.61(3)degrees, gamma = 63.92(2)degrees, V = 3646(2) Angstrom(3), Z = 4, R = 0.0485 and R-w = 0.0583 for 10 594 reflections with F-o > 6 sigma(F-o); 4a . 1.5H(2)O triclinic, , a = 11.969(3) Angstrom, b = 12.090(6) Angstrom, c = 17.421(3) Angstrom, alpha = 108.93(2)degrees, beta = 84.42(2)degrees, gamma = 105.97(2)degrees, V = 2292(1) Angstrom(3), Z = 2, R = 0.0567, and R-w = 0.0705 for 6775 reflections with F-o > 6 sigma(F-o). The complexes have a diruthenium unit held by an oxo and two carboxylate ligands, and the imidazole ligands occupy the terminal sites of the core. The Ru-Ru distance and the Ru-O-oxo-Ru angle in la and 2a . 3H(2)O are 3.266(1), 3.272(1) Angstrom and 122.4(4), 120.5(2)degrees, while in 4a . 1.5H(2)O these values are 3.327(1) Angstrom and 133.6(2)degrees. The diruthenium(III) complexes 1-3 are blue in color and they exhibit an intense visible band in the range 560-575 nm. The absorption is charge transfer in nature involving the Ru(III)-d pi and O-oxo-p pi orbitals. The diruthenium(III,IV) complexes are red in color and show an intense band near 500 nm. The diruthenium(III) core readily gets oxidized with K2S2O8 forming quantitatively the diruthenium(III,IV) complex. The visible spectral record of the conversion shows an isosbestic point at 545 nm for 1 and at 535 nm for 2 and 3. Protonation of the oxide bridge by HClO4 in methanol yields the [Ru-2(mu-OH)(mu-O2CR)(2)](3+) core. The hydroxo species shows a visible band al 550 nm. The pK(a) value for la is 2.45. The protonated species are unstable. The 1-MeIm species converts to the diruthenium(III,IV) core, while the imidazole complex converts to [Ru(ImH)(6)](3+) and some uncharacterized products. Complex [Ru(ImH)(6)](ClO4)(3) has been structurally characterized. The diruthenium(III) complexes are essentially diamagnetic and show characteristic H-1 NMR spectra indicating the presence of the dimeric structure in solution. The diruthenium(III,IV) complexes are paramagnetic and display rhombic EPR spectral features. Complexes 1-3 are redox active. Complex 1 shows the one-electron reversible Ru-2(III)/(RuRuIV)-Ru-III, one-electron quasireversible (RuRuIV)-Ru-III/Ru-2(IV), and two-electron quasireversible Ru-2(III)/Ru-2(II) couples near 0.4, 1.5, and -1.0 V vs SCE In MeCN-0.1 M TBAP, respectively, in the cyclic and differential pulse voltammetric studies. Complexes 2 and 3 exhibit only reversible Ru-2(III)/(RuRuIV)-Ru-III and the quasireversible (RuRuIV)-Ru-III/Ru-2(IV) couples near 0.4 and 1.6 V vs SCE, respectively, The observation of a quasireversible one-step two-electron transfer reduction process in 1 is significant considering its relevance to the rapid and reversible Fe-2(III)/Fe-2(II) redox process known for the tribridged diiron core in the oxy and deoxy forms of hemerythrin.

Spectroscopic ellipsometry investigations of the optical properties of manganese doped bismuth vanadate thin films

The optical properties of Bi(2)V(1-x)MnxO(5.5-x) (x=0.05, 0.1, 0.15 and 0.2 at.%) thin films fabricated by pulsed laser deposition on platinized Silicon Substrates were Studied in UV-visible spectral region (1.51-4.17 CV) using spectroscopic ellipsometry. The optical constants and thicknesses of these films have been obtained by fitting the ellipsometric data (Psi and Delta) using a multilayer four-phase model system and a relaxed Lorentz oscillator dispersion relation. The surface roughness and film thickness obtained by spectroscopic ellipsometry were found to be consistent with the results obtained by atomic force and scanning electron microscopy. The refractive index measured at 650 nm does not show any marginal increase with Mn content. Further, the extinction coefficient does not show much decrease with increasing Mn content. An increase in optical band gap energy from 2.52 to 2.77 eV with increasing Mn Content from x = 0.05 to 0.15 was attributed to the increase in oxygen ion vacancy disorder. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.