Quantification of Short and Medium Range Order in Mixed Network Former Glasses of the System GeO2-NaPO3: A Combined NMR and X-ray Photoelectron Spectroscopy Study

Glasses in the system xGeO(2)-(1-x)NaPO3 (0 <= x <= 0.50) were prepared by conventional melting quenching and characterized by thermal analysis, Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and P-31 nuclear magnetic resonance (MAS NMR) techniques. The deconvolution of the latter spectra was aided by homonuclear J-resolved and refocused INADEQUATE techniques. The combined analyses of P-31 MAS NMR and O-1s XPS lineshapes, taking charge and mass balance considerations into account, yield the detailed quantitative speciations of the phosphorus, germanium, and oxygen atoms and their respective connectivities. An internally consistent description is possible without invoking the formation of higher-coordinated germanium species in these glasses, in agreement with experimental evidence in the literature. The structure can be regarded, to a first approximation, as a network consisting of P-(2) and P-(3) tetrahedra linked via four-coordinate germanium. As implied by the appearance of P-(3) units, there is a moderate extent of network modifier sharing between phosphate and germanate network formers, as expressed by the formal melt reaction P-(2) + Ge-(4) -> P-(3) + Ge-(3). The equilibrium constant of this reaction is estimated as K = 0.52 +/- 0.11, indicating a preferential attraction of network modifier by the phosphorus component. These conclusions are qualitatively supported by Raman spectroscopy as well as P-31{Na-23} and P-31{Na-23} rotational echo double resonance (REDOR) NMR results. The combined interpretation of O-1s XPS and P-31 MAS NMR spectra shows further that there are clear deviations from a random connectivity scenario: heteroatomic P-O-Ge linkages are favored over homoatomic P-O-P and Ge-O-Ge linkages.

Remarkable coordination behavior of alkyl isocyanides toward unsaturated vicinal frustrated P/B Lewis pairs

The conjugated frustrated phosphane/borane Lewis pairs formed by 1,1-carboboration of a substituted diphenylphosphino acetylene, undergo a synergistic 1,1-addition reaction to n-butyl isocyanide with formation of new B-C and P-C bonds to the former isonitrile carbon atom. Using tert-butyl isocyanide dynamic behaviour between the isocyanide-[B] adduct and the 1,1-addition product formation was observed in solution. The different modes of isocyanide binding to the FLPs in the solid state were characterized using X-ray crystal structure analyses and comprehensive 11B and 31P solid-state magicangle- spinning (MAS-) NMR experiments. The free FLP, the Lewis adduct at the borane group, and the cyclic product resulting from isocyanide addition to both reaction centers, can be differentiated via 11B and 31P isotropic chemical shifts, 11B nuclear electric quadrupole coupling constants, isotropic indirect 11B-31P spin-spin coupling constants, and 11B...31P internuclear distances measured by rotational echo double resonance.

Doppelresonanzmessungen an in einer Penningfalle gespeicherten Europium-Ionen zur Bestimmung des Kern-g-Faktors

Die differentielle Hyperfeinanomalie beschreibt den Isotopieeffekt der magnetischen Hyperfeinwechselwirkung und stellt eine Testmöglichkeit für Kernmodelle dar. Nachdem in einer Reihe von Messungen die A-Faktoren der Hyperfeinwechselwirkung im Grundzustand von zwei stabilen und fünf instabilen Europium-Isotopen bestimmt wurden, sollen nun die Kern-g-Faktoren der gleichen Isotope bestimmt werden.Um die Kern-g-Faktoren zu bestimmen, wurden zunächst die Termschemata des Grundzustandesder stabilen Isotope 151,153Eu+ simuliert. Wegen der hohen Kern- und Hüllenspins I=5/2, J=4 ergeben sich 54 Zeemanzustände und ein komplexes optisches Spektrum.Etwa 10^6 Ionen der beiden stabilen Isotope 151,153Eu+ werden in einer Penningfalle beieinem Magnetfeld von ca. 1.5T gespeichert. Durch Puffergas und Anregung einer Seitenbandfrequenzder Ionenbewegung wird optisches Pumpen in metastabile D-Zustände bei gleichzeitiger Kühlung der Ionenwolke verhindert.Bei Verstimmung eines frequenzverdoppelten Ti:Sa-Lasers wurde die Ionenfluoreszenz aufgenommen. Durch die Simulation der optischen Spektren gelang es, einzelne Übergänge des Isotopes 151Eu+ zu identifizieren. Mit Laser/Mikrowellen-Doppelresonanzmessungen erhält man ein in erster Ordnung dopplerfreies Mikrowellenspektren eines Überganges zwischen zwei Zeemanzuständen im Grundzustand.Durch Messung der Übergangsfrequenzen von insgesamt fünf Delta mI=+1 Übergängen und Bestimmung des Magnetfeldes durch Messung der Zyklotronfrequenz gespeicherter Elektronen konnte der gI-Faktor des Isotopes151Eu zu 151gI = 1.37734(6) bestimmt werden.

Messung des Landé-gJ-Faktors im Grundzustand von Ca + und Untersuchung des Speicherverhaltens von Elektronen in einem Penningkäfig

Ionenkäfige und speziell Penningfallen stellen sich in der Atomphysik als außergewöhnliche Werkzeuge heraus. Zum einen bieten diese 'Teilchencontainer' die Möglichkeit atomphysikalische Präzisionsmessungen durchzuführen und zum anderen stellen Penningfallen schwingungsfähige Systeme dar, in welchen nichtlineare dynamische Prozesse an gespeicherten Teilchen untersucht werden können. In einem ersten Teil der Arbeit wurde mit der in der Atomphysik bekannten Methode der optischen Mikrowellen-Doppelresonanz Spektroskopie der elektronische g-Faktor von Ca+ mit einer Genauigkeit von 4*10^{-8} zu gJ=2,00225664(9) bestimmt. g-Faktoren von Elektronen in gebundenen ionischen Systemen sind fundamentale Größen der Atomphysik, die Informationen über die atomare Wellenfunktion des zu untersuchenden Zustandes liefern. In einem zweiten Teil der Arbeit wurde hinsichtlich der Untersuchungen zur nichtlinearen Dynamik von parametrisch angeregten gespeicherten Elektronen beobachtet, dass ab bestimmten kritischen Teilchendichten in der Penningfalle die gespeicherten Elektronen kollektive Eigenschaften manifestieren. Weiterhin wurde bei der Anregung der axialen Eigenbewegung ein Schwellenverhalten der gemessenen Subharmonischen zur 2*omega_z-Resonanz beobachtet. Dieser Schwelleneffekt lässt sich mit der Existenz eines Dämpfungsmechanismus erklären, der auf die Elektronenwolke einwirkt, so dass eine Mindestamplitude der Anregung erforderlich ist, um diese Dämpfung zu überwinden. Durch Bestimmung der charakteristischen Kurven der gedämpften Mathieuschen Differentialgleichung konnte das beobachtete Phänomen theoretisch verstanden werden.

Synthesis and characterization of structurally well-defined polymer-layered silicate nanocomposites

Zusammenfassung Nanokomposite aus Polymeren und Schichtsilikaten werden zumeist auf der Basis natürlicher Tone wie Montmorillonit hergestellt. Für NMR- und EPR-Untersuchungen der Tensidschicht, die das Silikat mit dem Polymer kompatibilisiert, ist der Eisengehalt natürlicher Tone jedoch abträglich, weil er zu einer Verkürzung der Relaxationszeiten und zu einer Linienverbreiterung in den Spektren führt. Dieses Problem konnte überwunden werden, indem als Silikatkomponente eisenfreies, strukturell wohldefiniertes Magadiit hydrothermal synthetisiert und für die Kompositbildung eingesetzt wurde. Die Morphologie des Magadiits wurde durch Rasterelektronenmikroskopie charakterisiert und der Interkalationsgrad von schmelzinterkalierten Polymer-Nanokompositen wurde durch Weitwinkelröntgenstreuung bestimmt. Polymere mit Carbonylgruppen scheinen leichter zu interkalieren als solche ohne Carbonylgruppen. Polycaprolacton interkalierte sowohl in Oragnomagadiite auf der Basis von Ammoniumtensiden als auch in solche auf der Basis von Phosphoniumtensiden. Die Dynamik auf einer Nanosekundenzeitskala und die Struktur der Tensidschicht wurden mittels ortsspezifisch spinmarkierter Tensidsonden unter Nutzung von Dauerstrich- (CW) und Puls-Methoden der elektronenparamagnetischen Resonanzspektroskopie (EPR) untersucht. Zusätzlich wurde die statische 2H-Kernmagnetresonanz (NMR) an spezifisch deuterierten Tensiden angewendet, um die Tensiddynamik auf einer komplementären Zeitskala zwischen Mikrosekunden und Millisekunden zu erfassen. Sowohl die CW-EPR- als auch die 2H-NMR-Ergebnisse zeigen eine Beschleunigung der Tensiddynamik durch Interkalation von Polycaprolacton auf, während sich in den nichtinterkalierten Mikrokompositen mit Polystyrol die Tensiddynamik verlangsamt. Die Rotationskorrelationszeiten und Aktivierungsenergien offenbaren verschiedene Regime der Tensiddynamik. In Polystyrol-Mikrokompositen entspricht die Übergangstemperatur zwischen den Regimen der Glasübergangstemperatur von Polystyrol, während sie in Polycaprolacton-Nanokompositen bei der Schmelztemperatur von Polycaprolacton liegt. Durch die erhebliche Verlängerung der Elektronenspin-Relaxationszeiten bei Verwendung von eisenfreiem Magadiit können Messdaten hoher Qualität mit Puls-EPR-Experimenten erhalten werden. Insebsondere wurden die Vier-Puls-Elektron-Elektron-Doppelresonanz (DEER), die Elektronenspinechoenveloppenmodulation (ESEEM) und die Elektronen-Kern-Doppelresonanz (ENDOR) an spinmarkierten sowie spezifisch deuterierten Tensiden angewandt. Die ENDOR-Ergebnisse legen ein Model der Tensidschicht nahe, in dem zusätzlich zu den Oberflächenlagen auf dem Silikat eine wohldefinierte mittlere Lage existiert. Dieses Modell erklärt auch Verdünnungseffekte durch das Polymer in Kompositen mit Polycaprolacton und Polystyrol. Die umfangreiche Information aus den Magnetresonanztechniken ergänzt die Information aus konventionellen Charakterisierungstechniken wie Röntgendiffraktion und Transmissionselektronenmikroskopie und führt so zu einem detaillierteren Bild der Struktur und Dynamik der Tensidschicht in Nanokompositen aus Polymeren und Schichtsilikaten.

Towards a new test of time dilation: Laser spectroscopy on lithium ions stored at a velocity of 33.8 % of the speed of light

The subject of the presented thesis is the accurate measurement of time dilation, aiming at a quantitative test of special relativity. By means of laser spectroscopy, the relativistic Doppler shifts of a clock transition in the metastable triplet spectrum of ^7Li^+ are simultaneously measured with and against the direction of motion of the ions. By employing saturation or optical double resonance spectroscopy, the Doppler broadening as caused by the ions' velocity distribution is eliminated. From these shifts both time dilation as well as the ion velocity can be extracted with high accuracy allowing for a test of the predictions of special relativity. A diode laser and a frequency-doubled titanium sapphire laser were set up for antiparallel and parallel excitation of the ions, respectively. To achieve a robust control of the laser frequencies required for the beam times, a redundant system of frequency standards consisting of a rubidium spectrometer, an iodine spectrometer, and a frequency comb was developed. At the experimental section of the ESR, an automated laser beam guiding system for exact control of polarisation, beam profile, and overlap with the ion beam, as well as a fluorescence detection system were built up. During the first experiments, the production, acceleration and lifetime of the metastable ions at the GSI heavy ion facility were investigated for the first time. The characterisation of the ion beam allowed for the first time to measure its velocity directly via the Doppler effect, which resulted in a new improved calibration of the electron cooler. In the following step the first sub-Doppler spectroscopy signals from an ion beam at 33.8 %c could be recorded. The unprecedented accuracy in such experiments allowed to derive a new upper bound for possible higher-order deviations from special relativity. Moreover future measurements with the experimental setup developed in this thesis have the potential to improve the sensitivity to low-order deviations by at least one order of magnitude compared to previous experiments; and will thus lead to a further contribution to the test of the standard model.

Structure formation as studied by EPR spectroscopy: From simple solutions to nanoparticles

In this thesis, three nitroxide based ionic systems were used to investigate structure and dynamics of their respective solutions in mixed solvents by means of electron paramagnetic resonance (EPR) and electron nuclear double resonance (ENDOR) spectroscopy at X- and W-band (9.5 and 94.5 GHz, respectively). rnFirst, the solvation of the inorganic radical Fremy’s salt (K2ON(SO3)2) in isotope substituted binary solvent mixtures (methanol/water) was investigated by means of high-field (W-band) pulse ENDOR spectroscopy and molecular dynamics (MD) simulations. From the analysis of orientation-selective 1H and 2H ENDOR spectra the principal components of the hyperfine coupling (hfc) tensor for chemically different protons (alcoholic methyl vs. exchangeable protons) were obtained. The methyl protons of the organic solvent approach with a mean distance of 3.5 Å perpendicular to the approximate plane spanned by ON(S)2 of the probe molecule. Exchangeable protons were found to be distributed isotropically, approaching closest to Fremy’s salt from the hydrogen-bonded network around the sulfonate groups. The distribution of exchangeable and methyl protons as found in MD simulations is in full agreement with the ENDOR results. The solvation was found to be similar for the studied solvent ratios between 1:2.3 and 2.3:1 and dominated by an interplay of H-bond (electrostatic) interactions and steric considerations with the NO group merely involved into H-bonds.rnFurther, the conformation of spin labeled poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDADMAC) solutions in aqueous alcohol (methanol, ethanol, n-propanol, ethylene glycol, glycerol) mixtures in dependence of divalent sodium sulfate was investigated with double electron-electron resonance (DEER) spectroscopy. The DEER data was analyzed using the worm-like chain model which suggests that in organic-water solvent mixtures the polymer backbones are preferentially solvated by the organic solvent. We found a less serve impact on conformational changes due to salt than usually predicted in polyelectrolyte theory which stresses the importance of a delicate balance of hydrophobic and electrostatic interactions, in particular in the presence of organic solvents.rnFinally, the structure and dynamics of miniemulsions and polymerdispersions prepared with anionic surfactants, that were partially replaced by a spin labeled fatty acid in presence and absence of a lanthanide beta-diketonate complex was characterized by CW EPR spectroscopy. Such miniemulsions form multilayers with the surfactant head group bound to the lanthanide ion. Beta-diketonates were formerly used as NMR shift reagents and nowadays find application as luminescent materials in OLEDs and LCDs and as contrast agent in MRT. The embedding of the complex into a polymer matrix results in an easy processable material. It was found that the structure formation takes place in miniemulsion and is preserved during polymerization. For surfactants with carboxyl-head group a higher order of the alkyl chains and less lateral diffusion is found than for sulfat-head groups, suggesting a more uniform and stronger coordination to the metal ion. The stability of these bilayers depends on the temperature and the used surfactant which should be considered for the used polymerization temperature if a maximum output of the structured regions is wished.

Effizientes Vierwellenmischen durch Ausnutzen von Resonanzen in Quecksilber

In dieser Arbeit wird eine kohärente, kontinuierliche Strahlungsquelle im vakuum-ultravioletten (VUV) Spektrum vorgestellt. Sie basiert auf einem Vierwellenmischprozess in Quecksilberdampf mit Fundamentalstrahlen bei 253,7 nm, 407,9 nm und 545,5 nm Wellenlänge. Diese fundamentalen Strahlen werden durch frequenzverdoppelte bzw. frequenzvervierfachte Festkörperlasersysteme bereit gestellt. Durch das Ausnutzen der 6^1S-7^1S Zweiphotonenresonanz und zusätzlich der 6^1S-6^3P Einphotonenresonanz kann der Vierwellenmischprozess deutlich effizienter betrieben werden als zuvor. Eine nahe Einphotonenresonanz verringert die optimale Phasenanpassungstemperatur des Vierwellenmischprozesses, wodurch Druck- und Stoßverbreiterungen des Quecksilbers verkleinert und damit der nichtlineare Prozess effizienter wird. So können Leistungen bis zu 0,3 nW bei 121,56 nm, dem 1S-2P Lyman-alpha Übergang von Wasserstoff, erzeugt werden. Diese Lyman-alpha Quelle soll für die zukünftige Laserkühlung von Antiwasserstoff genutzt werden. rnrnNeben der Generierung von Strahlung bei Lyman-alpha kann, durch Veränderung der dritten Fundamentalwellenlänge, auch Strahlung in der Nähe zu einer Einphotonresonanz im VUV bei dem 6^1S-12^1P Übergang in Quecksilber durch Vierwellenmischen erzeugt werden. Durch diese weitere Einphotonresonanz kann die nichtlineare Suszeptibilität, verantwortlich für das Vierwellenmischen, stark vergrößert werden, ohne Einfluss auf die Phasenanpassung zu haben. Damit lässt sich der Mischprozess um drei Größenordnungen effizienter gestalten und Leistungen von 6 µW im VUV konnten realisiert werden. Dies entspricht einer Leistungsteigerung um einen Faktor 30 im Vergleich zu früheren Quellen. rnrnDarüberhinaus konnte die Zweiphotonenresonanz in Quecksilber ausführlich untersucht werden. Man erhält bei kleinen Rabifrequenzen der Fundamentalstrahlen eine geschwindigkeitsselektive Doppelresonanz, die den gleichen Ursprung wie Dunkelresonanzen in Lambda-Systemen hat. Bei hohen Rabifrequenzen kann die Anregung in das Zweiphotonenniveau so stark werden, dass auf dem 7^1S-6^1P Übergang ein Laserprozess initiiert wird. Dieser Prozess wurde hier zum ersten Mal mit kontinuierlichen Fundamentallasern nachgewiesen. Es wird gezeigt, dass der zusätzliche Laserprozess das Vierwellenmischen nicht beeinträchtigt.

Optisch detektierte Magnetresonanz an NV-Zentren in Diamant

Die rasante Entwicklung der Computerindustrie durch die stetige Verkleinerung der Transistoren führt immer schneller zum Erreichen der Grenze der Si-Technologie, ab der die Tunnelprozesse in den Transistoren ihre weitere Verkleinerung und Erhöhung ihrer Dichte in den Prozessoren nicht mehr zulassen. Die Zukunft der Computertechnologie liegt in der Verarbeitung der Quanteninformation. Für die Entwicklung von Quantencomputern ist die Detektion und gezielte Manipulation einzelner Spins in Festkörpern von größter Bedeutung. Die Standardmethoden der Spindetektion, wie ESR, erlauben jedoch nur die Detektion von Spinensembles. Die Idee, die das Auslesen von einzelnen Spins ermöglich sollte, besteht darin, die Manipulation getrennt von der Detektion auszuführen.rn Bei dem NV−-Zentrum handelt es sich um eine spezielle Gitterfehlstelle im Diamant, die sich als einen atomaren, optisch auslesbaren Magnetfeldsensor benutzen lässt. Durch die Messung seiner Fluoreszenz sollte es möglich sein die Manipulation anderer, optisch nicht detektierbaren, “Dunkelspins“ in unmittelbarer Nähe des NV-Zentrums mittels der Spin-Spin-Kopplung zu detektieren. Das vorgeschlagene Modell des Quantencomputers basiert auf dem in SWCNT eingeschlossenen N@C60.Die Peapods, wie die Einheiten aus den in Kohlenstoffnanoröhre gepackten Fullerenen mit eingefangenem Stickstoff genannt werden, sollen die Grundlage für die Recheneinheiten eines wahren skalierbaren Quantencomputers bilden. Die in ihnen mit dem Stickstoff-Elektronenspin durchgeführten Rechnungen sollen mit den oberflächennahen NV-Zentren (von Diamantplatten), über denen sie positioniert sein sollen, optisch ausgelesen werden.rnrnDie vorliegende Arbeit hatte das primäre Ziel, die Kopplung der oberflächennahen NV-Einzelzentren an die optisch nicht detektierbaren Spins der Radikal-Moleküle auf der Diamantoberfläche mittels der ODMR-Kopplungsexperimente optisch zu detektieren und damit entscheidende Schritte auf dem Wege der Realisierung eines Quantenregisters zu tun.rn Es wurde ein sich im Entwicklungsstadium befindende ODMR-Setup wieder aufgebaut und seine bisherige Funktionsweise wurde an kommerziellen NV-Zentrum-reichen Nanodiamanten verifiziert. Im nächsten Schritt wurde die Effektivität und Weise der Messung an die Detektion und Manipulation der oberflächennah (< 7 nm Tiefe) implantieren NV-Einzelzenten in Diamantplatten angepasst.Ein sehr großer Teil der Arbeit, der hier nur bedingt beschrieben werden kann, bestand aus derrnAnpassung der existierenden Steuersoftware an die Problematik der praktischen Messung. Anschließend wurde die korrekte Funktion aller implementierten Pulssequenzen und anderer Software-Verbesserungen durch die Messung an oberflächennah implantierten NV-Einzelzentren verifiziert. Auch wurde der Messplatz um die zur Messung der Doppelresonanz notwendigen Komponenten wie einen steuerbaren Elektromagneten und RF-Signalquelle erweitert. Unter der Berücksichtigung der thermischen Stabilität von N@C60 wurde für zukünftige Experimente auch ein optischer Kryostat geplant, gebaut, in das Setup integriert und charakterisiert.rn Die Spin-Spin-Kopplungsexperimente wurden mit dem sauerstoffstabilen Galvinoxyl-Radikalals einem Modell-System für Kopplung durchgeführt. Dabei wurde über die Kopplung mit einem NVZentrum das RF-Spektrum des gekoppelten Radikal-Spins beobachtet. Auch konnte von dem gekoppelten Spin eine Rabi-Nutation aufgenommen werden.rn Es wurden auch weitere Aspekte der Peapod Messung und Oberflächenimplantation betrachtet.Es wurde untersucht, ob sich die NV-Detektion durch die SWCNTs, Peapods oder Fullerene stören lässt. Es zeigte sich, dass die Komponenten des geplanten Quantencomputers, bis auf die C60-Cluster, für eine ODMR-Messanordnung nicht detektierbar sind und die NV-Messung nicht stören werden. Es wurde auch betrachtet, welche Arten von kommerziellen Diamantplatten für die Oberflächenimplantation geeignet sind, für die Kopplungsmessungen geeignete Dichte der implantierten NV-Zentren abgeschätzt und eine Implantation mit abgeschätzter Dichte betrachtet.

Proximity of the manganese cluster of photosystem II to the redox-active tyrosine YZ.

Electron spin echo electron-nuclear double resonance (ESE-ENDOR) experiments performed on a broad radical electron paramagnetic resonance (EPR) signal observed in photosystem II particles depleted of Ca2+ indicate that this signal arises from the redox-active tyrosine YZ. The tyrosine EPR signal width is increased relative to that observed in a manganese-depleted preparation due to a magnetic interaction between the photosystem II manganese cluster and the tyrosine radical. The manganese cluster is located asymmetrically with respect to the symmetry-related tyrosines YZ and YD. The distance between the YZ tyrosine and the manganese cluster is estimated to be approximately 4.5 A. Due to this close proximity of the Mn cluster and the redox-active tyrosine YZ, we propose that this tyrosine abstracts protons from substrate water bound to the Mn cluster.

Nonlinear periodic problems with a jumping reaction

We consider a periodic problem driven by the scalar $p-$Laplacian and with a jumping (asymmetric) reaction. We prove two multiplicity theorems. The first concerns the nonlinear problem ($1

Mid-infrared photonic sensors based on metamaterial structures

In this work three different metallic metamaterials (MMs) structures such as asymmetric split ring resonators (A-SRRs), dipole and split H-shaped (ASHs) structures that support plasmonic resonances have been developed. The aim of the work involves the optimization of photonic sensor based on plasmonic resonances and surface enhanced infrared absorption (SEIRA) from the MM structures. The MMs structures were designed to tune their plasmonic resonance peaks in the mid-infrared region. The plasmonic resonance peaks produced are highly dependent on the structural dimension and polarisation of the electromagnetic (EM) source. The ASH structure particularly has the ability to produce the plasmonic resonance peak with dual polarisation of the EM source. The double resonance peaks produced due to the asymmetric nature of the structures were optimized by varying the fundamental parameters of the design. These peaks occur due to hybridization of the individual elements of the MMs structure. The presence of a dip known as a trapped mode in between the double plasmonic peaks helps to narrow the resonances. A periodicity greater than twice the length and diameter of the metallic structure was applied to produce narrow resonances for the designed MMs. A nanoscale gap in each structure that broadens the trapped mode to narrow the plasmonic resonances was also used. A thickness of 100 nm gold was used to experimentally produce a high quality factor of 18 in the mid-infrared region. The optimised plasmonic resonance peaks was used for detection of an analyte, 17β-estradiol. 17β-estradiol is mostly responsible for the development of human sex organs and can be found naturally in the environment through human excreta. SEIRA was the method applied to the analysis of the analyte. The work is important in the monitoring of human biology and in water treatment. Applying this method to the developed nano-engineered structures, enhancement factors of 10^5 and a sensitivity of 2791 nm/RIU was obtained. With this high sensitivity a figure of merit (FOM) of 9 was also achieved from the sensors. The experiments were verified using numerical simulations where the vibrational resonances of the C-H stretch from 17β-estradiol were modelled. Lastly, A-SRRs and ASH on waveguides were also designed and evaluated. These patterns are to be use as basis for future work.

Electron- Spin-Resonance studies of phase transitions in double propionates

Detailed ESR investigations of Mn2+ substituting for Ca2+ in Ca2Sr(C2H5COO)6, (DSP) and Ca2Pb(C2H5COO)6, (DLP) and Ca2Ba(C2H5COO)6, (DBP), in single crystals and powders, over the temperature range from 300°C to -180°C have been carried out to study the successive phase transitions in these compounds. Spectra have been analyzed in terms of axial spin Hamiltonians and the temperature dependences of the parameters studied. Across the I-II transition, new physically and chemically inequivalent sites appear indicating the disappearance of the diad axes on which the propionate groups are located, bringing out the connection between the motional states of the propionate groups and the occurrence of ferroelectricity. The II-III transition also causes chemically inequivalent sites to develop, indicating that the transitions may not be isomorphous as believed previously. Similarities and dissimilarities of the ESR spectra of DLP, DSP and DBP are discussed in relation to the phase transitions.

Collimated Field Emission Beams from Metal Double-Gate Nanotip Arrays Optically Excited via Surface Plasmon Resonance

The generation of collimated electron beams from metal double-gate nanotip arrays excited by near infrared laser pulses is studied. Using electromagnetic and particle tracking simulations, we showed that electron pulses with small rms transverse velocities are efficiently produced from nanotip arrays by laser-induced field emission with the laser wavelength tuned to surface plasmon polariton resonance of the stacked double-gate structure. The result indicates the possibility of realizing a metal nanotip array cathode that outperforms state-of-the-art photocathodes.

Raman spectroscopic characteristics of phthalocyanine and naphthalocyanine in sandwich-type phthalocyaninato and porphyrinato rare earth complexes Part 5. – Raman spectroscopic characteristics of naphthalocyanine in mixed [tetrakis(4-tert-butylphenyl)porphyrinato]-(naphthalocyaninato) rare earth double-deckers

Raman spectra were recorded in the range 400–1800 cm−1 for a series of 15 mixed \[tetrakis(4-tert-butylphenyl)porphyrinato](2,3-naphthalocyaninato) rare earth double-deckers M(TBPP)(Nc) (M = Y; La–Lu except Pm) using laser excitation at 632.8 and 785 nm. Comparisons with bis(naphthalocyaninato) rare earth counterparts reveal that the vibrations of the metallonaphthalocyanine M(Nc) fragment dominate the Raman features of M(TBPP)(Nc). When excited with radiation of 632.8 nm, the most intense vibration appears at about 1595 cm−1, due to the naphthalene stretching. These complexes exhibit the marker Raman band for Nc•− as a medium-intense band in the range 1496–1507 cm−1, attributed to the coupling of pyrrole and aza stretching, while the marker Raman band of Nc2− in intermediate-valence Ce(TBPP)(Nc) appears as a strong band at 1493 cm−1 and is due to the isoindole stretchings. By contrast, when excited with radiation of 785 nm that is in close resonance with the main Q absorption band of the naphthalocyanine ligand, the ring radial vibrations at ca 680 and 735 cm−1 for MIII(TBPP)(Nc) are selectively intensified and are the most intense bands. For the cerium double-decker, the most intense vibration also acting as the marker Raman band of Nc2− appears at 1497 cm−1 with contributions from both pyrrole CC and aza CN stretches. The same vibrational modes show weak to medium intensity scattering at 1506–1509 cm−1 for MIII(TBPP)(Nc) and this is the marker Raman band of Nc•− when thus excited. The scatterings due to the Nc breathings, ring radial vibration, aza group stretchings, naphthalene stretchings, benzoisoindole stretchings and the coupling of pyrrole CC and aza CN stretchings in MIII(TBPP)(Nc) are all slightly blue shifted along with the decrease in rare earth ionic radius, confirming the effects of increased ring–ring interactions on the Raman characteristics of naphthalocyanine in the mixed ring double-deckers.