Crystal Structures and Spectral Investigation of Aroylhydrazones and their Mixed Ligand Metal Chelates

Supra molecular architectures of coordination complexes of liydrazones through non covalent interactions have been explored. Molecular self—assernbly driven by weak interactions such as hydrogen— bonding, K '”T[, C-1-I‘ "TE, van der Waals interactions, and so forth are currently of tremendous research interest in the fields of molecule based materials. The directional properties of the hydrogembonding interaction associate discrete molecules into aggregate structures that are sufficiently stable to be considered as independent chemical species. Chemistry can borrow nature’s strategy to utilize hydrogen-bonding as Well as other noncovalent interactions as found in secondary and tertiary structures of proteins such as the double helix folding of DNA, hydrophobic selflorganization of phospholipids in cell membrane etc. In supramolecular chemistry hydrogen bonding plays an important role in forming a variety of architectures. Thus, the wise modulation and tuning of the complementary sites responsible for hydrogen—bond formation have led to its application in supramolecular electronics, host-guest chemistry, self-assembly of molecular capsules, nanotubes etc. The work presented in this thesis describes the synthesis and characterization of metal complexes derived from some substituted aroylhydrazones. The thesis is divided into seven chapters.

Crystal defects and spin tunneling in single crystals of Mn12 clusters

The question addressed in this paper is that of the influence of the density of dislocations on the spin tunneling in Mn12 clusters. We have determined the variation in the mosaicity of fresh and thermally treated single crystals of Mn12 by analyzing the widening of low angle x-ray diffraction peaks. It has also been well established from both isothermal magnetization and relaxation experiments that there is a broad distribution of tunneling rates which is shifted to higher rates when the density of dislocations increases.

Crystal Structures and Spectral Aspects of Mixed Ligand Transition Metal Chelates Derived from Aldehyde based ONS Donor Thiosemicarbazones

Thiosemicarbazones have emerged as an important class of ligands over a period of time, for a variety of reasons, such as variable donor properties, structural diversity and biological applications. Interesting as the coordination chemistry may be, the driving force for the study of these ligands has undoubtedly been their biological properties and the majority of the 3000 or so publications on thiosemicarbazones since 2000 have alluded to this feature. Thiosemicarbazones with potential donor atoms in their structural skeleton fascinate coordination chemists with their versatile chelating behavior. The thiosemicarbazones of aromatic aldehydes and ketones form stable chelates with transition metal cations by utilizing both their sulfur and azomethine nitrogen as donor atoms. They have been shown to possess a diverse range of biological activities including anticancer, antitumor, antibacterial, antiviral, antimalarial and antifungal properties owing to their ability to diffuse through the semipermeable membrane of the cell lines. The enhanced effect may be attributed to the increased lipophilicity of the metal complexes compared to the ligand alone.

Raman spectra of KTP crystal in an in situ electric field

Raman spectra of the KTP single crystal are recorded in electric fields (dc and ac) applied along the polar axis c. Spectra with the laser beam focused near the cathode end, anode end and the centre of the crystal are recorded. The cathode end of the crystal develops a spot ‘grey track’ where the laser beam is focused after a lapse of 5 h from the application of a dc electric field of 38 V/cm. The spectra recorded at the cathode end after the application of field show variations in intensity of bands. A new band appears at 177 cm21. Changes in band intensities are explained on the basis of changes in polarizability of the crystal due to the movement of K1 ions along the polar axis. K1 ions accumulate at the cathode end, where the ‘Grey track’ formation occurs. The intensity enhancement observed for almost all bands in the ac field is attributed to the improvement of crystalline quality.

Infrared and polarized Raman spectra of Cu(HSeO3)2 • H20 single crystal

Infrared and polarized Raman spectra of Cu(HSeO3) 2 - H20 single crystal have been recorded and analysed. The appearance of non-degenerate Se-OH stretching vibrations in the ~x: and ~y: polarizations of Raman spectra indicate distortion of the HSeO~- ion in the Cu(HSeO3)2 - H20 crystal. The low wavenumber values obtained for the symmetric and asymmetric stretching vibrations of the HSeO 3 ion are consistent with the strong hydrogen bonding and the influence of Jahn-Teller distortion as predicted in X-ray diffraction data. The shifting of the stretching and bending vibrations of the hydroxyl groups and water molecules from the free state values also confirms the strong hydrogen bonding in this crystal. Broad bands observed for both stretching and bending regions become sharp in the Raman spectrum recorded at 77 K. A doublet appears for the Se-OH stretching mode at this temperature indicating the settling of protons in an ordered position and the absence of intrabond proton tunnelling

Temperature dependent polarized Raman spectra of nonaaqualanthanoid (Pr) single crystal

Polarized Raman spectral changes with respect to temperature were investigated for Pr(BrO3)3·9H2O single crystals. FTIR spectra of hydrated and deuterated analogues were also recorded and analysed. Temperature dependent Raman spectral variation have been explained with the help of the thermograms recorded for the crystal. Factor group analysis could propose the appearance ofBrO3 ions at sites corresponding to C3v (4) and D3h (2). Analysis of the vibrational bands at room temperature confirms a distorted C3v symmetry for the BrO3 ion in the crystal. From the vibrations of water molecules, hydrogen bonds of varying strengths have also been identified in the crystal. The appearance υ1 mode of BrO3− anion at lower wavenumber region is attributed to the attachment of hydrogen atoms to the BrO3− anion. At high temperatures, structural rearrangement is taking place for bothH2Omolecule and BrO3 ions leading to the loss ofwater molecules and structural reorientation of bromate ions causing phase transition of the crystal at the temperature of 447 K.

Versatile binding properties of a di-2-pyridyl ketone nicotinoylhydrazone ligand: Crystal structure of a Cu(II) complex

Six new copper complexes of di-2-pyridyl ketone nicotinoylhydrazone (HDKN) have been synthesized. The complexes have been characterized by a variety of spectroscopic techniques and the structure of [Cu(DKN)2]·H2O has been determined by single crystal X-ray diffraction. The compound [Cu(DKN)2]·H2O crystallized in the monoclinic space group P21 and has a distorted octahedral geometry. The IR spectra revealed the presence of variable modes of chelation for the investigated ligand. The EPR spectra of compounds [Cu2(DKN)2( -N3)2] and [Cu2(DKN)2( -NCS)2] in polycrystalline state suggest a dimeric structure as they exhibited a half field signal, which indicate the presence of a weak interaction between two Cu(II) ions in these complexes

Synthesis, spectral characterization and crystal structure of copper(II) complexes of 2-benzoylpyridine-N(4)-phenylsemicarbazone

An interesting series of nine new copper(II) complexes [Cu2L2(OAc)2] H2O (1), [CuLNCS] ½H2O (2), [CuLNO3] ½H2O (3), [Cu(HL)Cl2] H2O (4), [Cu2(HL)2(SO4)2] 4H2O (5), [CuLClO4] ½H2O (6), [CuLBr] 2H2O (7), [CuL2] H2O (8) and [CuLN3] CH3OH (9) of 2-benzoylpyridine-N(4)-phenyl semicarbazone (HL) have been synthesized and physico-chemically characterized. The tridentate character of the semicarbazone is inferred from IR spectra. Based on the EPR studies, spin Hamiltonian and bonding parameters have been calculated. The g values, calculated for all the complexes in frozen DMF, indicate the presence of the unpaired electron in the dx2 y2 orbital. The structure of the compound, [Cu2L2(OAc)2] (1a) has been resolved using single crystal X-ray diffraction studies. The crystal structure revealed monoclinic space group P21/n. The coordination geometry about the copper(II) in 1a is distorted square pyramidal with one pyridine nitrogen atom, the imino nitrogen, enolate oxygen and acetate oxygen in the basal plane, an acetate oxygen form adjacent moiety occupies the apical position, serving as a bridge to form a centrosymmetric dimeric structure

Mn(II) complexes of some acylhydrazones with NNO donor sites: Syntheses, a spectroscopic view on their coordination possibilities and crystal structures

Mn(II) complexes derived from a set of acylhydrazones were synthesised and characterized by elemental analyzes, IR, UV–vis and X-band EPR spectral studies as well as conductivity and magnetic susceptibility measurements. In the reported complexes, the hydrazones exist either in the keto or enolate form, as evidenced by IR spectral data. Crystal structures of two complexes are well established using single crystal X-ray diffraction studies. In both of these complexes two equivalent monoanionic ligands are coordinated in a meridional fashion using cis pyridyl, trans azomethine nitrogen and cis enolate oxygen atoms positioned very nearly perpendicular to each other. EPR spectra in DMF solutions at 77 K show hyperfine sextets and in some of the complexes the low intensity forbidden lines lying between each of the two hyperfine lines are also observed

Syntheses, EPR spectral studies and crystal structures of manganese(II) complexes of neutral N,N donor bidentate Schiff bases and azide/thiocyanate as coligand

Four manganese(II) complexes Mn2(paa)2(N3)4 (1), [Mn(paa)2(NCS)2] 3/2H2O (2), Mn(papea)2(NCS)2 (3), [Mn(dpka)2(NCS)2] 1/2H2O(4) of three neutral N,N donor bidentate Schiff bases were synthesized and physico- chemically characterized by means of partial elemental analyses, electronic, infrared and EPR spectral studies. Compounds 3 and 4 were obtained as single crystals suitable for X-ray diffraction. Compound 4 recrystallized as Mn(dpka)2(NCS)2. Both the compounds crystallized in the monoclinic space groups P21 for 3 and C2/c for 4. Manganese(II) is found to be in a distorted octahedral geometry in both the monomeric complexes with thiocyanate anion as a terminal ligand coordinating through the nitrogen atom. EPR spectra in DMF solutions at 77 K show hyperfine sextets with low intensity forbidden lines lying between each of the two main hyperfine lines and the zero field splitting parameters (D and E) were calculated.

Magnetische Kopplungen in magneto-optischen Speicherschichten

Im Rahmen dieser Arbeit wurden magneto-optische Speicherschichten und ihre Kopplungen untereinander untersucht. Hierzu wurden zum Einen die für die magneto-optische Speichertechnologie "klassischen" Schichten aus RE/TM-Legierungen verwendet, zum Anderen aber auch erfolgreich Granate integriert, die bisher nicht in diesem Anwendungsgebiet verwendet wurden. Einleitend werden die magneto-optischen Verfahren, die resultierenden Anforderungen an die dünnen Schichten und die entsprechenden physikalischen Grundlagen diskutiert. Außerdem wird auf das Hochfrequenz-Sputtern von RE/TM-Legierungen eingegangen und die verwendeten magneto-optischen Messverfahren werden erläutert [Kap. 2 & 3]. Die Untersuchungen an RE/TM-Schichten bestätigen die aus der Literatur bekannten Eigenschaften. Sie lassen sich effektiv, und für magneto-optische Anwendungen geeignet, über RF-Sputtern herstellen. Die unmittelbaren Schicht-Parameter, wie Schichtdicke und Terbium-Konzentration, lassen sich über einfache Zusammenhänge einstellen. Da die Terbium-Konzentration eine Änderung der Kompensationstemperatur bewirkt, lässt sich diese mit Messungen am Kerr-Magnetometer überprüfen. Die für die Anwendung interessante senkrechte magnetische Anisotropie konnte ebenfalls mit den Herstellungsbedingungen verknüpft werden. Bei der Herstellung der Schichten auf einer glatten Glas-Oberfläche (Floatglas) zeigt die RE/TM-Schicht bereits in den ersten Lagen ein Wachstumsverhalten, das eine senkrechte Anisotropie bewirkt. Auf einer Quarzglas- oder Keramik-Oberfläche wachsen die ersten Lagen in einer durch das Substrat induzierten Struktur auf, danach ändert sich das Wachstumsverhalten stetig, bis eine senkrechte Anisotropie erreicht wird. Dieses Verhalten kann auch durch verschiedene Pufferschichten (Aluminium und Siliziumnitrid) nur unwesentlich beeinflusst werden [Kap. 5 & Kap. 6]. Bei der direkten Aufbringung von Doppelschichten, bestehend aus einer Auslese-Schicht (GdFeCo) auf einer Speicherschicht (TbFeCo), wurde die Austausch-Kopplung demonstriert. Die Ausleseschicht zeigt unterhalb der Kompensationstemperatur keine Kopplung an die Speicherschicht, während oberhalb der Kompensationstemperatur eine direkte Kopplung der Untergitter stattfindet. Daraus ergibt sich das für den MSR-Effekt erwünschte Maskierungsverhalten. Die vorher aus den Einzelschichten gewonnen Ergebnisse zu Kompensationstemperatur und Wachstumsverhalten konnten in den Doppelschichten wiedergefunden werden. Als Idealfall erweist sich hier die einfachste Struktur. Man bringt die Speicherschicht auf Floatglas auf und bedeckt diese direkt mit der Ausleseschicht [Kap. 7]. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, den Faraday-Effekt einer Granatschicht als verstärkendes Element zu nutzen. Im anwendungstauglichen, integrierten Schichtsystem konnten die kostengünstig, mit dem Sol-Gel-Verfahren produzierten, Granate die strukturellen Anforderungen nicht erfüllen, da sich während der Herstellung Risse und Löcher gebildet haben. Bei der experimentellen Realisierung mit einer einkristallinen Granatschicht und einer RE/TM-Schicht konnte die prinzipielle Eignung des Schichtsystems demonstriert werden [Kap. 8].

Lithography-free micro- and nanostructuring based on conventional plasma etching

In now-a-days semiconductor and MEMS technologies the photolithography is the working horse for fabrication of functional devices. The conventional way (so called Top-Down approach) of microstructuring starts with photolithography, followed by patterning the structures using etching, especially dry etching. The requirements for smaller and hence faster devices lead to decrease of the feature size to the range of several nanometers. However, the production of devices in this scale range needs photolithography equipment, which must overcome the diffraction limit. Therefore, new photolithography techniques have been recently developed, but they are rather expensive and restricted to plane surfaces. Recently a new route has been presented - so-called Bottom-Up approach - where from a single atom or a molecule it is possible to obtain functional devices. This creates new field - Nanotechnology - where one speaks about structures with dimensions 1 - 100 nm, and which has the possibility to replace the conventional photolithography concerning its integral part - the self-assembly. However, this technique requires additional and special equipment and therefore is not yet widely applicable. This work presents a general scheme for the fabrication of silicon and silicon dioxide structures with lateral dimensions of less than 100 nm that avoids high-resolution photolithography processes. For the self-aligned formation of extremely small openings in silicon dioxide layers at in depth sharpened surface structures, the angle dependent etching rate distribution of silicon dioxide against plasma etching with a fluorocarbon gas (CHF3) was exploited. Subsequent anisotropic plasma etching of the silicon substrate material through the perforated silicon dioxide masking layer results in high aspect ratio trenches of approximately the same lateral dimensions. The latter can be reduced and precisely adjusted between 0 and 200 nm by thermal oxidation of the silicon structures owing to the volume expansion of silicon during the oxidation. On the basis of this a technology for the fabrication of SNOM calibration standards is presented. Additionally so-formed trenches were used as a template for CVD deposition of diamond resulting in high aspect ratio diamond knife. A lithography-free method for production of periodic and nonperiodic surface structures using the angular dependence of the etching rate is also presented. It combines the self-assembly of masking particles with the conventional plasma etching techniques known from microelectromechanical system technology. The method is generally applicable to bulk as well as layered materials. In this work, layers of glass spheres of different diameters were assembled on the sample surface forming a mask against plasma etching. Silicon surface structures with periodicity of 500 nm and feature dimensions of 20 nm were produced in this way. Thermal oxidation of the so structured silicon substrate offers the capability to vary the fill factor of the periodic structure owing to the volume expansion during oxidation but also to define silicon dioxide surface structures by selective plasma etching. Similar structures can be simply obtained by structuring silicon dioxide layers on silicon. The method offers a simple route for bridging the Nano- and Microtechnology and moreover, an uncomplicated way for photonic crystal fabrication.

Elektrochemo- und mikromechanisches Verhalten elektronisch leitfähiger Polymere

Intrinsisch leitfähige Polymere sind durch eine Reihe materialspezifischer Eigenschaften gekennzeichnet. In Abhängigkeit des angelegten Potenzials und der chemischen Umgebung zeigen sie elektrochromes Verhalten, Veränderungen der Masse, des Volumens und der elektronischen Leitfähigkeit. Basierend auf diesen Eigenschaften eignen sich halbleitende organische Polymere als funktionales Material für Anwendungen in der Mikro- und Nanotechnologie, insbesondere für miniaturisierte chemische Sensoren und Aktoren. Im Gegensatz zu konventionellen Piezo-Aktoren operieren diese Aktoren z. B. bei Spannungen unterhalb 1 V. Diese Arbeit befasst sich mit den elektrochemomechanischen Eigenschaften der ausgewählten Polymere Polyanilin und Polypyrrol, d. h. mit den potenzialkontrollierten Veränderungen des Volumens, der Struktur und der mechanischen Eigenschaften. Bei diesem Prozess werden positive Ladungen innerhalb der Polymerphase generiert. Um die für den Ladungsausgleich benötigten Gegenionen bereitzustellen, werden alle Messungen in Anwesenheit eines wässrigen Elektrolyten durchgeführt. Der Ladungstransport und die Volumenänderungen werden mit den Methoden der zyklischen Voltammetrie, der elektrochemischen Quarzmikrowaage und der Rastersondenmikroskopie untersucht. Signifikante Ergebnisse können für dünne homogene Polymerschichten erhalten werden, wobei Schichtdicken oberhalb 150 nm aufgrund der insbesondere bei Polyanilin einsetzenden Bildung von Fadenstrukturen (Fibrillen) vermieden werden. Von besonderem Interesse im Rahmen dieser Arbeit ist die Kombination der funktionalen Polymere mit Strukturen auf Siliziumbasis, insbesondere mit mikrostrukturierten Cantilevern. Die zuvor erhaltenen Ergebnisse bilden die Grundlage für das Design und die Dimensionierung der Mikroaktoren. Diese bestehen aus Siliziumcantilevern, die eine Elektrodenschicht aus Gold oder Platin tragen. Auf der Elektrode wird mittels Elektrodeposition eine homogene Schicht Polymer mit Schichtdicken bis zu 150 nm aufgebracht. Die Aktorcharakteristik, die Biegung des Cantilevers aufgrund des angelegten Potenzials, wird mit dem aus der Rastersondenmikroskopie bekannten Lichtzeigerverfahren gemessen. Das Aktorsystem wird hinsichtlich des angelegten Potenzials, des Elektrolyten und der Redox-Kinetik charakterisiert. Die verschiedenen Beiträge zum Aktorverhalten werden in situ während des Schichtwachstums untersucht. Das beobachtete Verhalten kann als Superposition verschiedener Effekte beschrieben werden. Darunter sind die Elektrodenaufladung (Elektrokapillarität), die Veränderungen der Elektrodenoberfläche durch dünne Oxidschichten und die Elektrochemomechanik des Polymers.

Observation of two-electron-one-photon transitions in silicon

We report on the observation of K\alpha\alpha X-rays of Si, produced in collisions of 15-28 MeV Si projectiles with various target atoms in the range Z =6 to 29. Energy shifts of X-rays were measured and are compared with theoretical predictions. Cross section ratios for emission of K\alpha\alpha and K\alpha radiation are given.

Synthese von Azobenzolderivaten zur Darstellung photoschaltbarer, selbstorganisierter Monolagen

Im Vordergrund dieser Arbeit stehen die Synthesen des Azobenzol-4-trichlorsilans sowie des Bis(4-azobenzol)disulfids, ausgehend von einfachen und kommerziell erhältlichen Verbindungen. Moleküle, aus denen sich diese Verbindungen synthetisieren lassen, sind die Iodderivate des Azobenzols, welche über die Kondensation von Benzolaminen (Anilinen) und Nitrosobenzolen dargestellt wurden, aber auch über die altbewährte Azokupplung. Insgesamt wurden 19 neue Azobenzolderivate, das neue [(4-Aminophenyl)ethinyl]ferrocen und das neue Bis[4-(4'-bromazobenzol)]disulfid synthetisiert und charakterisiert. Außerdem wurden 13 neue Kristallstrukturen erzeugt. Mit den synthetisierten Molekülen wurden Substrat-Adsorbat-Systeme gebildet. Als Substrate wurden oberflächenoxidiertes Silizium und Gold gewählt. Die Präparation dieser sogennanten selbstorganisierten Monolagen (SAMs) bzw. der kovalent gebundenen Monolagen im Falle der Trichlorsilylderivate (CAMs) wurde eingehend studiert. Das Azobenzol wurde als photoschaltbare Einheit gewählt, da es bereits Kern zahlreicher Untersuchungen war und als solcher als guter und zuverlässiger Baustein für reversible photoschaltbare Systeme etabliert ist. Zur Charakterisierung Schichten und zur Untersuchung ihres photoresponsiven Verhaltens sowie sowie zur Untersuchung der Schichtbildung selbst wurden mehrere physikalische Messmethoden angewandt. Die Schichtbildung wurde mit SHG (optische Frequenzverdopplung) verfolgt, die fertigen Schichten wurden mit XPS (Röntgen-Photonen-Spektroskopie) und NEXAFS (Nahkanten-Röntgen-Absorptions-Feinstruktur) untersucht, um Orientierung und Ordnung der Moleküle in der Schicht zu ermitteln. Das Schaltverhalten wurde mit Ellipsometrie und durch Messungen des Wasserkontaktwinkels beobachtet. Durch Variation der Endgruppe des Azobenzols ist es möglich, die Oberflächeneigenschaften einstellen gezielt zu können, wie Hydrophobie, Hydrophilie, Komplexierungsverhalten oder elektrische Schaltbarkeit. Dies gelingt durch Gruppen wie N,N-Dimethylamino-, Methoxy-, Ethoxy-, Octyloxy-, Dodecyloxy-, Benzyloxy-, Methyl-, Trifluormethyl-, Pyridyl-, Phenylethinyl- und Ferrocenyl-Restgruppen, um nur eine Auswahl zu nennen. Einerseits wurde Silizium als Substrat gewählt, da es wegen seiner Verwendung in der Halbleiterindustrie ein nicht uninteressantes Substrat darstell und die Möglichkeiten der kovalenten Anbindung von Trichlorsilanen aber auch Trialkoxysilanen auch gut untersucht ist. Andererseits wurden auch Untersuchungen mit Gold als Substrat angestellt, bei dem Thiole und Disulfide die bevorzugten Ankergruppen bilden. Während sich auf Gold sogenannte SAMs bilden, verleiht die kovalente Siloxanbindung den CAMs auf Silizium eine besondere Stabilität.