Multiple vacancy inclusive probabilities for the scattering system 16 MeV S{^16+} on Ar

To evaluate single and double K-shell inclusive charge transfer probabilities in ion-atom collisions we solve the time-dependent Dirac equation. By expanding the timedependent wavefunction in a set of molecular basis states the time-dependent equation reduces to a set of coupled-channel equations. The energy eigenvalues and matrix elements are taken from self-consistent relativistic molecular many-electron Dirac-Fock-Slater calculations. We present many-electron inclusive probabilities for different final configurations as a function of impact parameter for single and double K-shell vacancy production in collisions of bare S on Ar.

Solution of the time dependent Dirac-Fock-Slater equation for many-electron collisions systems using a time window method

We present a new scheme to solve the time dependent Dirac-Fock-Slater equation (TDDFS) for heavy many electron ion-atom collision systems. Up to now time independent self consistent molecular orbitals have been used to expand the time dependent wavefunction and rather complicated potential coupling matrix elements have been neglected. Our idea is to minimize the potential coupling by using the time dependent electronic density to generate molecular basis functions. We present the first results for 16 MeV S{^16+} on Ar.

Domänenwandwiderstandseffekt in künstlich erstellten Domänenwänden nach Ionenbeschuss von magnetischen Zweischichtsystemen

Im Rahmen dieser Arbeit wurden magnetische Zweischichtsysteme mit Exchange-Bias-Effekt und künstlichen lateralen Domänenstrukturen auf den Domänenwandwiderstand (DWR) untersucht. Die Erzeugung dieser Domänenmuster erfolgte über Ion Bombardment induced Magnetic Patterning (IBMP), d.h. 10 keV Helium-Ionenbeschuss durch Schattenmasken auf der Probenoberfläche. Mithilfe eines externen Magnetfelds können anschließend die Domänenwände gezielt ein- und ausgeschaltet werden. Zur Untersuchung des DWR-Effekts müssen einige physikalische Voraussetzungen erfüllt sein, wodurch die Herstellung und Charakterisierung entsprechender magnetischer Domänenstrukturen eine der Hauptaufgaben war. Die folgenden Themen werden in dieser Arbeit im Einzelnen behandelt: • Anwendung verschiedener Lithographie-Verfahren zur Erzeugung von Schattenmasken: Für die Verkleinerung der magnetischen Strukturen bis in den Sub-µm-Bereich waren neue Verfahren notwendig. Hierfür wurden die Interferenz- und die NanoImprint-Lithographie eingesetzt. Außerdem wurden Metallnetzchen als Schattenmasken für den Ionenbeschuss genutzt. • Charakterisierung der künstlichen Domänenmuster: Identifikation des Domänenwandtyps anhand von MFM-Messungen unter Zuhilfenahme mikromagnetischer Simulationen und Validierung der Ergebnisse mithilfe von PEEM-Messungen. Untersuchung der Domänenmuster auf die Domänenbreite und Domänenwandbreite in Abhängigkeit der verwendeten Strukturgrößen, Geometrien und Materialien. Magnetische Strukturierung von Exchange-Bias-Proben mit einem nicht-metallischen Antiferromagneten. • Domänenwandwiderstand: Untersuchung des DWR-Effekts in metallischen Exchange-Bias-Proben bei Raumtemperatur sowohl über viele als auch über einzelne Domänenwände sowie temperaturabhängig unterhalb der Raumtemperatur. Untersuchung des DWR-Effekts in oxidischen Zweilagenschichtsystemen bei Raumtemperatur über viele sowie über einzelne Domänenwände. Die Untersuchungen erfolgten mit Vibrationsmagnetometrie (VSM) und magnetooptischem Kerr-Effekt (MOKE), Rasterkraft-/Magnetokraft- und Rasterelektronenmikroskopie (AFM, MFM, REM), Photoemissions-Elektronenmikroskopie (PEEM) und Magnetotransportmessungen.

Asymptotic model for shape resonance control of diatomics by intense non-resonant light

We derive a universal model for atom pairs interacting with non-resonant light via the polarizability anisotropy, based on the long range properties of the scattering. The corresponding dynamics can be obtained using a nodal line technique to solve the asymptotic Schrödinger equation. It consists of imposing physical boundary conditions at long range and vanishing the wavefunction at a position separating the inner zone and the asymptotic region. We show that nodal lines which depend on the intensity of the non-resonant light can satisfactorily account for the effect of the polarizability at short range. The approach allows to determine the resonance structure, energy, width, channel mixing and hybridization even for narrow resonances.

Excitation of Phonons in Solids and Nanostructures by Intense Laser and XUV Pulses and by Low Energy Atomic Collision

Intensive, ultrakurze Laserpulse regen Festkörper in einen Zustand an, in dem die Elektronen hohe Temperaturen erlangen, während das Gitter kalt bleibt. Die heißen Elektronen beeinflussen das sog. Laser-angeregte interatomare Potential bzw. die Potentialenergiefläche, auf der die Ionen sich bewegen. Dieses kann neben anderen ultrakurzen Prozessen zu Änderungen der Phononfrequenzen (phonon softening oder phonon hardening) führen. Viele ultrakurze strukturelle Phänomene in Festkörpern hängen bei hohen Laseranregungen von Änderungen der Phononfrequenzen bei niedrigeren Anregungen ab. Um die Laser-bedingten Änderungen des Phononenspektrums von Festkörpern beschreiben zu können, haben wir ein auf Temperatur-abhängiger Dichtefunktionaltheorie basierendes Verfahren entwickelt. Die dramatischen Änderungen nach einer Laseranregung in der Potentialenergiefläche werden durch die starke Veränderung der Zustandsdichte und der Besetzungen der Elektronen hervorgerufen. Diese Änderungen in der Zustandsdichte und den Besetzungszahlen können wir mit unserer Methode berechnen, um dann damit das Verhalten der Phononen nach einer Laseranregung zu analysieren. Auf diese Art und Weise studierten wir den Einfluss einer Anregung mit einem intensiven, ultrakurzen Laserpuls auf repräsentative Phonon Eigenmoden in Magnesium, Kupfer und Aluminium. Wir stellten dabei in manchen Gitterschwingungen entweder eine Abnahme (softening) und in anderen eine Zunahme (hardening) der Eigenfrequenz fest. Manche Moden zeigten bei Variation der Laseranregungsstärke sogar beide Verhaltensweisen. Das eine Phonon-Eigenmode ein hardening und softening zeigen kann, wird durch das Vorhandensein von van Hove Singularitäten in der elektronischen Zustandsdichte des betrachteten Materials erklärt. Für diesen Fall stellt unser Verfahren zusammen mit der Sommerfeld-Entwicklung die Eigenschaften der Festkörper Vibrationen in Verbindung mit den Laser induzierten Veränderungen in den elektronischen Besetzungen für verschiedene Phonon-eingefrorene Atomkonfigurationen. Auch die absolute Größe des softening und hardening wurde berechnet. Wir nehmen an, dass unsere Theorie Licht in die Effekte der Laseranregung von verschiedenen Materialien bringt. Außerdem studierten wir mit Hilfe von Dichtefunktionaltheorie die strukturellen Material-Eigenschaften, die durch kurze XUV Pulse induziert werden. Warme dichte Materie in Ultrakurzpuls angeregten Magnesium wurde analysiert und verglichen mit den Ergebnissen bei durch Laser Anregung bedingten Änderungen. Unter Verwendung von elektronischer-Temperatur-abhängiger Dichtefunktionaltheorie wurden die Änderungen in den Bindungseigenschaften von warmen dichten Magnesium studiert. Wir stellten dabei beide Effekte, Verstärkung und Abschwächung von Bindungen, bei jeweils verschiedenen Phonon Eigenmoden von Magnesium auf Grund von der Erzeugung von Rumpflöchern und dem Vorhandensein von heißen Elektronen fest. Die zusätzliche Erzeugung von heißen Elektronen führt zu einer Änderung der Bindungscharakteristik, die der Änderung, die durch die bereits vorhandenen Rumpflöcher hervorgerufen wurde, entgegen wirkt. Die thermischen Eigenschaften von Nanostrukturen sind teilweise sehr wichtig für elektronische Bauteile. Wir studierten hier ebenfalls den Effekt einer einzelnen Graphen Lage auf Kupfer. Dazu untersuchten wir mit Dichtefunktionaltheorie die strukturellen- und Schwingungseigenschaften von Graphen auf einem Kupfer Substrat. Wir zeigen, dass die schwache Wechselwirkung zwischen Graphen und Kupfer die Frequenz der aus der Ebene gerichteten akustischen Phonon Eigenmode anhebt und die Entartung zwischen den aus der Ebene gerichteten akustischen und optischen Phononen im K-Punkt des Graphen Spektrums aufhebt. Zusätzlich führten wir ab initio Berechnungen zur inelastischen Streuung eines Helium Atoms mit Graphen auf einem Kuper(111) Substrat durch. Wir berechneten dazu das Leistungsspektrum, das uns eine Idee über die verschiedenen Gitterschwingungen des Graphene-Kuper(111) Systems gibt, die durch die Kollision des Helium Atom angeregt werden. Wir brachten die Positionen der Peaks im Leistungsspektrum mit den Phonon Eigenfrequenzen, die wir aus den statischen Rechnungen erhalten haben, in Beziehung. Unsere Ergebnisse werden auch verglichen mit den Ergebnissen experimenteller Daten zur Helium Streuung an Graphen-Kupfer(111) Oberflächen.

Efectos de la ventilación mecánica con heliox en niños y adolescentes con patología bronquial obstructiva

Evaluar si el Heliox reduce la resistencia en la vía aérea en niños y adolescentes con patología bronquial obstructiva que requieren ventilación mecánica. Materiales y Métodos: Estudio prospectivo observacional descriptivo en niños y adolescentes con patología bronquial obstructiva y ventilación mecánica con Fi02 ≤ 0,5. Medición de variables: resistencia, presión pico, presión media de la vía aérea, presión meseta, volumen corriente, autoPEEP, distensibilidad, PetCO2, ventilación de espacio muerto antes de inicio de heliox y a los 30 minutos, 2, 4, 6, 12, 18 y 24 horas y diariamente hasta suspenderlo por extubación o FiO2 > 0,5. Resultados: Resultados parciales, incluyó 9 pacientes encontrando descenso significativo de resistencia espiratoria a los 30 minutos (51,2 vs 32,3; p=0,0008 ), 2 horas ( 51,2 vs 33,4; p=0,0019) y 4 horas (51,2 vs 30,7; p=0,0012) así como de la resistencia inspiratoria a la hora 2 (48,6 vs 36,2; p = 0,013) y hora 4 (48,6 vs 30 ; p=0,004). Se observó tendencia al descenso de la PetCO2 que no fue significativa (52,3 vs 34,3: p=0,06). No se evidenció cambios en las variables; autoPEEP, presión pico, presión media de la vía aérea, distensibilidad, ventilación de espacio muerto, presión meseta y volumen corriente antes y después del inicio del Heliox. Conclusión: La ventilación mecánica con Heliox en niños con patología bronquial obstructiva parece ser que reduce de manera significativa la resistencia de la vía aérea, con tendencia al descenso de la PetC02. Se necesitan estudios prospectivos al menos observacionales analíticos que corroboren estos hallazgos.

The mapping of the local contributions of Fermi and Coulomb correlation into intracule and extracule density distributions

The contributions of the correlated and uncorrelated components of the electron-pair density to atomic and molecular intracule I(r) and extracule E(R) densities and its Laplacian functions ∇2I(r) and ∇2E(R) are analyzed at the Hartree-Fock (HF) and configuration interaction (CI) levels of theory. The topologies of the uncorrelated components of these functions can be rationalized in terms of the corresponding one-electron densities. In contrast, by analyzing the correlated components of I(r) and E(R), namely, IC(r) and EC(R), the effect of electron Fermi and Coulomb correlation can be assessed at the HF and CI levels of theory. Moreover, the contribution of Coulomb correlation can be isolated by means of difference maps between IC(r) and EC(R) distributions calculated at the two levels of theory. As application examples, the He, Ne, and Ar atomic series, the C2-2, N2, O2+2 molecular series, and the C2H4 molecule have been investigated. For these atoms and molecules, it is found that Fermi correlation accounts for the main characteristics of IC(r) and EC(R), with Coulomb correlation increasing slightly the locality of these functions at the CI level of theory. Furthermore, IC(r), EC(R), and the associated Laplacian functions, reveal the short-ranged nature and high isotropy of Fermi and Coulomb correlation in atoms and molecules

Aplicació de la semblança molecular quàntica en la reducció de l'espai configuracional per a l'estat fonamental i primers excitats de l'àtom d'Heli

Es presenta un mètode de selecció d'orbitals atòmics relacionat amb la teoria de la Semblança Molecular Quàntica, que permet reduir l'espai actiu quan es vol dur a terme un càlcul a nivell d'Interacció de Configuracions per a l'àtom d'heli

Implementation and application of basis set superposition error-correction schemes to the theoretical modeling of weak intermolecular interactions

This thesis deals with the so-called Basis Set Superposition Error (BSSE) from both a methodological and a practical point of view. The purpose of the present thesis is twofold: (a) to contribute step ahead in the correct characterization of weakly bound complexes and, (b) to shed light the understanding of the actual implications of the basis set extension effects in the ab intio calculations and contribute to the BSSE debate. The existing BSSE-correction procedures are deeply analyzed, compared, validated and, if necessary, improved. A new interpretation of the counterpoise (CP) method is used in order to define counterpoise-corrected descriptions of the molecular complexes. This novel point of view allows for a study of the BSSE-effects not only in the interaction energy but also on the potential energy surface and, in general, in any property derived from the molecular energy and its derivatives A program has been developed for the calculation of CP-corrected geometry optimizations and vibrational frequencies, also using several counterpoise schemes for the case of molecular clusters. The method has also been implemented in Gaussian98 revA10 package. The Chemical Hamiltonian Approach (CHA) methodology has been also implemented at the RHF and UHF levels of theory for an arbitrary number interacting systems using an algorithm based on block-diagonal matrices. Along with the methodological development, the effects of the BSSE on the properties of molecular complexes have been discussed in detail. The CP and CHA methodologies are used for the determination of BSSE-corrected molecular complexes properties related to the Potential Energy Surfaces and molecular wavefunction, respectively. First, the behaviour of both BSSE-correction schemes are systematically compared at different levels of theory and basis sets for a number of hydrogen-bonded complexes. The Complete Basis Set (CBS) limit of both uncorrected and CP-corrected molecular properties like stabilization energies and intermolecular distances has also been determined, showing the capital importance of the BSSE correction. Several controversial topics of the BSSE correction are addressed as well. The application of the counterpoise method is applied to internal rotational barriers. The importance of the nuclear relaxation term is also pointed out. The viability of the CP method for dealing with charged complexes and the BSSE effects on the double-well PES blue-shifted hydrogen bonds is also studied in detail. In the case of the molecular clusters the effect of high-order BSSE effects introduced with the hierarchical counterpoise scheme is also determined. The effect of the BSSE on the electron density-related properties is also addressed. The first-order electron density obtained with the CHA/F and CHA/DFT methodologies was used to assess, both graphically and numerically, the redistribution of the charge density upon BSSE-correction. Several tools like the Atoms in Molecules topologycal analysis, density difference maps, Quantum Molecular Similarity, and Chemical Energy Component Analysis were used to deeply analyze, for the first time, the BSSE effects on the electron density of several hydrogen bonded complexes of increasing size. The indirect effect of the BSSE on intermolecular perturbation theory results is also pointed out It is shown that for a BSSE-free SAPT study of hydrogen fluoride clusters, the use of a counterpoise-corrected PES is essential in order to determine the proper molecular geometry to perform the SAPT analysis.

Force constants and dipole‐moment derivatives of molecules from perturbed Hartree–Fock calculations

General expressions for the force constants and dipole‐moment derivatives of molecules are derived, and the problems arising in their practical application are reviewed. Great emphasis is placed on the use of the Hartree–Fock function as an approximate wavefunction, and a number of its properties are discussed and re‐emphasised. The main content of this paper is the development of a perturbed Hartree–Fock theory that makes possible the direct calculation of force constants and dipole‐moment derivatives from SCF–MO wavefunctions. Essentially the theory yields ∂ϕi / ∂RJα, the derivative of an MO with respect to a nuclear coordinate.

Highly proton-ordered water structures on oxygen precovered Ru{0001}

We present helium scattering measurements of a water ad-layer grown on a O(2 1)/Ru(0001) surface. The adsorbed water layer results in a well ordered helium diffraction pattern with systematic extinctions of diffraction spots due to glide line symmetries. The data reflects a well-defined surface structure that maintains proton order even at surprisingly high temperatures of 140 K. The diffraction data we measure is consistent with a structure recently derived from STM measurements performed at 6 K. Comparison with recent DFT calculation is in partial agreement, suggesting that these calculations might be underestimating the contribution of relative water molecule orientations to the binding energy.

On the time-dependent analysis of Gamow decay

Gamow's explanation of the exponential decay law uses complex 'eigenvalues' and exponentially growing 'eigenfunctions'. This raises the question, how Gamow's description fits into the quantum mechanical description of nature, which is based on real eigenvalues and square integrable wavefunctions. Observing that the time evolution of any wavefunction is given by its expansion in generalized eigenfunctions, we shall answer this question in the most straightforward manner, which at the same time is accessible to graduate students and specialists. Moreover, the presentation can well be used in physics lectures to students.

Quantifying user perception of foodstuffs using THz spectrometry

We discuss the potential of using THz spectrometry for the direct observation of phase transitions in foodstuffs, with the aim of quantifying consumer perception. Experimental results from phase transitions using a continuous wave dispersive Fourier transform spectrometer and a cyclotron enhanced liquid helium cooled bolometric detector are reported.

Efficient animal-serum free 3D cultivation method for adult human neural crest-derived stem cell therapeutics

Due to their broad differentiation potential and their persistence into adulthood, human neural crest-derived stem cells (NCSCs) harbour great potential for autologous cellular therapies, which include the treatment of neurodegenerative diseases and replacement of complex tissues containing various cell types, as in the case of musculoskeletal injuries. The use of serum-free approaches often results in insufficient proliferation of stem cells and foetal calf serum implicates the use of xenogenic medium components. Thus, there is much need for alternative cultivation strategies. In this study we describe for the first time a novel, human blood plasma based semi-solid medium for cultivation of human NCSCs. We cultivated human neural crest-derived inferior turbinate stem cells (ITSCs) within a blood plasma matrix, where they revealed higher proliferation rates compared to a standard serum-free approach. Three-dimensionality of the matrix was investigated using helium ion microscopy. ITSCs grew within the matrix as revealed by laser scanning microscopy. Genetic stability and maintenance of stemness characteristics were assured in 3D cultivated ITSCs, as demonstrated by unchanged expression profile and the capability for self-renewal. ITSCs pre-cultivated in the 3D matrix differentiated efficiently into ectodermal and mesodermal cell types, particularly including osteogenic cell types. Furthermore, ITSCs cultivated as described here could be easily infected with lentiviruses directly in substrate for potential tracing or gene therapeutic approaches. Taken together, the use of human blood plasma as an additive for a completely defined medium points towards a personalisable and autologous cultivation of human neural crest-derived stem cells under clinical grade conditions.

Imprints of fast-rotating massive stars in the Galactic Bulge

The first stars that formed after the Big Bang were probably massive(1), and they provided the Universe with the first elements heavier than helium (`metals`), which were incorporated into low-mass stars that have survived to the present(2,3). Eight stars in the oldest globular cluster in the Galaxy, NGC 6522, were found to have surface abundances consistent with the gas from which they formed being enriched by massive stars(4) (that is, with higher alpha-element/Fe and Eu/Fe ratios than those of the Sun). However, the same stars have anomalously high abundances of Ba and La with respect to Fe(4), which usually arises through nucleosynthesis in low-mass stars(5) (via the slow-neutron-capture process, or s-process). Recent theory suggests that metal-poor fast-rotating massive stars are able to boost the s-process yields by up to four orders of magnitude(6), which might provide a solution to this contradiction. Here we report a reanalysis of the earlier spectra, which reveals that Y and Sr are also over-abundant with respect to Fe, showing a large scatter similar to that observed in extremely metal-poor stars(7), whereas C abundances are not enhanced. This pattern is best explained as originating in metal-poor fast-rotating massive stars, which might point to a common property of the first stellar generations and even of the `first stars`.