Spectral self-action of THz emission from ionizing two-color laser pulses in gases

The spectrum of terahertz (THz) emission in gases via ionizing two-color femtosecond pulses is analyzed by means of a semi-analytic model and numerical simulations in 1D, 2D and 3D geometries taking into account propagation effects of both pump and THz fields. We show that produced THz signals interact with free electron trajectories and thus significantly influence further THz generation upon propagation, i.e., make the process inherently nonlocal. This self-action contributes to the observed strong spectral broadening of the generated THz field. Weshow that diffraction of the generated THz radiation is the limiting factor for the co-propagating low frequency amplitudes and thus for the self-action mechanism in 2D and 3D geometries.

Geochemistry and mineralogy of a silica chimney from an inactive seafloor hydrothermal field (East Pacific Rise, 18°S)

An inactive vent field comprised of dead chimneys was discovered on the ultrafast East Pacific Rise (EPR) at 18°S during the research campaign NAUDUR with the R/V Le Nadir in December 1993. One of these chimneys was sampled, studied and found to be largely composed of silica-mineralized bacterial-like filaments. The filaments are inferred to be the result of microbial activity leading to silica (± Fe-oxyhydroxide) precipitation. The chimney grew from the most external layer (precipitated 226 ± 4 yr. B.P.) towards the central chimney conduit. Hydrothermal activity ceased 154 ± 13 yr. B.P. and the chimney conduit was completely sealed. Mixing between an end-member hydrothermal fluid and seawater explains the Sr–Nd isotopic composition of the chimney. Seawater was the major source of Sr to the chimney, whereas the dominant Nd source was the local mid-ocean ridge basalt (MORB) leached by the hydrothermal fluids. The mixing scenarios point to a dynamic hydrothermal system with fluctuating fluid compositions. The proportion of seawater within the venting fluid responsible for the precipitation of the silica chimney layers varied between 94 and 85%. Pb-isotope data indicates that all of the Pb in the chimney was derived from the underlying MORB. The precipitation temperatures of the chimney layers varied between 55 and 71 °C, and were a function of the seawater/end-member hydrothermal fluid mixing ratio. δ30Si correlates with the temperature of precipitation implying that temperature is one of the major controls of the Si-isotope composition of the chimney. Concentrations of elements across the chimney wall were a function of this mixing ratio and the composition of the end-member hydrothermal fluid. The inward growth of the chimney wall and accompanying decrease in wall permeability resulted in an inward decrease in the seawater/hydrothermal fluid mixing ratio, which in turn exerted a control on the concentrations of the elements supplied mainly by the hydrothermal fluids. The silica chimney is significantly enriched in U, likely a result of bacterial concentration of U from the seawater-dominated vent fluid. The chimney is poor in rare earth elements (REE). It inherited its REE distribution patterns from the parent end-member hydrothermal fluids. The dilution of the hydrothermal fluid with over 85% seawater could not obliterate the particular REE features (positive Eu anomaly) of the hydrothermal fluids.

Analysis and control of transient spectra using time-dependent density functional theory.

215 p.

Design, construction, and applications of a high-resolution terahertz time-domain spectrometer

This thesis reports on the design, construction, and initial applications of a high-resolution terahertz time-domain ASOPS spectrometer. The instrument employs asynchronous optical sampling (ASOPS) between two Ti:sapphire ultrafast lasers operating at a repetition rate of approximately 80 MHz, and we thus demonstrate a THz frequency resolution approaching the limit of that repetition rate. This is an order of magnitude improvement in resolution over typical THz time-domain spectrometers. The improved resolution is important for our primary effort of collecting THz spectra for far-infrared astronomy. We report on various spectroscopic applications including the THz rotational spectrum of water, where we achieve a mean frequency error, relative to established line centers, of 27.0 MHz. We also demonstrate application of the THz system to the long-duration observation of a coherent magnon mode in a anti-ferromagnetic yttrium iron oxide (YFeO3) crystal. Furthermore, we apply the all-optical virtual delay line of ASOPS to a transient thermoreflectance experiment for quickly measuring the thermal conductivity of semiconductors.

Transfert ultrarapide d’électron et transfert modéré d’énergie au sein d’assemblages supramoléculaires de colorants et d’un cluster de palladium

Résumé : Les transferts d’électrons photo-induits et d’énergie jouent un rôle primordial dans un grand nombre de processus photochimiques et photobiologiques, comme la respiration ou la photosynthèse. Une très grande quantité de systèmes à liaisons covalentes ont été conçus pour copier ces processus de transferts. Cependant, les progrès sont, en grande partie, limités par les difficultés rencontrées dans la synthèse de nouveaux couples de types donneurs-accepteurs. Récemment, des espèces utilisant des liaisons non-covalentes, comme les liaisons hydrogènes, les interactions [pi]-[pi], les liaisons de coordination métal-ligands ou encore les interactions électrostatiques sont le centre d’un nouvel intérêt du fait qu’ils soient plus faciles à synthétiser et à gérer pour obtenir des comportements de transferts d’électrons ou d’énergie plus flexibles et sélectifs. C’est dans cette optique que le travail de cette thèse a été mené, i.e. de concevoir des composés auto-assemblés avec des porphyrines et un cluster de palladium pour l’étude des transferts d’électrons photo-induits et d’énergie. Cette thèse se divise en quatre parties principales. Dans la première section, le chapitre 3, deux colorants porphyriniques, soit le 5-(4-carboxylphényl)-10, 15, 20-tristolyl(porphyrinato)zinc(II) (MCP, avec Na+ comme contre-ion) et 5, 15-bis(4-carboxylphényl)-15, 20-bistolyl(porphyrinato)zinc(II) (DCP, avec Na+ comme contre-ion) ont été utilisés comme donneurs d’électrons, et le [Pd3(dppm)3(CO)]2+ ([Pd32+], dppm = (Ph2P)2CH2, PF6‾ est le contre-ion) a été choisi comme accepteur d’électrons. La structure de l’assemblage [Pd32+]•••porphyrine a été élucidée par l’optimisation des géométries à l’aide de calculs DFT. La spectroscopie d’absorption transitoire (TAS) montre la vitesse de transferts d’électrons la plus rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection) jamais enregistrée pour ce type de système (porphyrine-accepteur auto-assemblés). Généralement, ces processus sont de l’ordre de l’échelle de la ps-ns. Cette vitesse est comparable aux plus rapides transferts d’électrons rapportés dans le cas de systèmes covalents de type porphyrine-accepteur rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection). Ce transfert d’électrons ultra-rapide (ket > 1.2 × 1013 s-1) se produit à l’état énergétique S1 des colorants dans une structure liée directement par des interactions ioniques, ce qui indique qu’il n’est pas nécessaire d’avoir de forts liens ou une géométrie courbée entre le donneur et l’accepteur. Dans une deuxième section, au chapitre 4, nous avons étudié en profondeur l’effet de l’utilisation de porphyrines à systèmes π-étendus sur le comportement des transferts d’électrons. Le colorant 9, 18, 27, 36-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPBP, avec Na+ comme contre-ion) a été sélectionné comme candidat, et le 5, 10, 15, 20-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)porphyrineatozinc(II) (TCPP, avec Na+ comme contre-ion) a aussi été utilisé à des fins de comparaisons. TCPBP et TCPP ont, tous deux, été utilisés comme donneurs d’électrons pour fabriquer des assemblages supramoléculaires avec le cluster [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Les calculs DFT ont été réalisés pour expliquer les structures de ces assemblages. Dans les conditions expérimentales, ces assemblages sont composés principalement d’une porphyrine avec 4 équivalents de clusters. Ces systèmes ont aussi été investigués par des mesures de quenching (perte de luminescence), par électrochimie et par d’autres techniques. Les transferts d’électrons (< 85 fs; temps inférieurs à la limite de détection) étaient aussi observés, de façon similaire aux assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les résultats nous indiquent que la modification de la structure de la porphyrine vers la tétrabenzoporphyrine ne semble pas influencer le comportement des cinétiques de transferts d’électrons (aller ou retour). Dans la troisième section, le chapitre 5, nous avons synthétisé la porphyrine hautement [pi]-conjuguée: 9, 18, 27, 36-tétra-(4-carboxyphényléthynyl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPEBP, avec Na+ comme contre-ion) par des fonctionnalisations en positions meso- et β, β-, qui présente un déplacement vers le rouge de la bande de Soret et des bandes Q. TCPEBP était utilisé comme donneur d’électrons pour fabriquer des motifs supramoléculaires avec le [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Des expériences en parallèle ont été menées en utilisant la 5, 10, 15, 20-tétra-(4-carboxyphényl)éthynylporphyrinatozinc(II) (TCPEP, avec Na+ comme contre-ion). Des calculs DFT et TDDFT ont été réalisés pour de nouveau déterminer de façon théorique les structures de ces systèmes. Les constantes d’association pour les assemblages TCPEBP•••[Pd32+]x sont les plus élevées parmi tous les assemblages entre des porphyrines et le cluster de palladium rencontrés dans la littérature. La TAS a montré, encore une fois, des processus de transferts d’électrons dans des échelles de l’ordre de 75-110 fs. Cependant, les transferts de retour d’électrons sont aussi très rapides (< 1 ps), ce qui est un obstacle potentiel pour des applications en cellules solaires à pigment photosensible (DSSCs). Dans la quatrième section, le chapitre 6, les transferts d’énergie triplets (TET) ont été étudiés pour les assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les analyses spectrales des états transitoires dans l’échelle de temps de la ns-[mu]s démontrent de façon évidente les TETs; ceux-ci présentent des transferts d’énergie lents et/ou des vitesses moyennes pour des transferts d’énergie T1-T1 (3dye*•••[Pd32+] → dye•••3[Pd32+]*) opérant à travers exclusivement le mécanisme de Förster avec des valeurs de kET autour de ~ 1 × 105 s-1 selon les mesures d’absorption transitoires à 298 K. Des forces motrices non-favorables rendent ces types de processus non-opérants ou très lents dans les états T1. L’état T1 de [Pd32+] (~8190 cm-1) a été qualitativement déterminé par DFT et par la mise en évidence de l’émission S0 ← Tn retardée à 680-700 nm provenant de l’annihilation T1-T1, ce qui fait que ce cluster peut potentiellement agir comme un donneur à partir de ses états Tn, et accepteur à partir de T1 à l’intérieur de ces assemblages. Des pertes d’intensités de types statiques pour la phosphorescence dans le proche-IR sont observées à 785 nm. Ce travail démontre une efficacité modérée des colorants à base de porphyrines pour être impliquée dans des TETs avec des fragments organométalliques, et ce, même attachées grâce à des interactions ioniques. En conclusion, les assemblages ioniques à base de porphyrines et de clusters de palladium présentent des propriétés de transferts d’électrons S1 ultra-rapides, et des transferts d’énergie T1 de vitesses modérées, ce qui est utile pour de possibles applications comme outils optoélectroniques. D’autres études, plus en profondeur, sont présentement en progrès.

Asociación entre la escala de riesgo Framingham y el puntaje de calcio coronario

Introducción: Entre las diferentes herramientas clínicas para evaluar la presencia de enfermedad coronaria mediante puntajes, la más usada es la Escala de Riesgo cardiovascular de Framingham. Desde hace unos años, se creó el puntaje de calcio coronario el cual mide el riesgo cardiovascular según la presencia de placas ateromatosas vistas por tomografía computarizada. Se evaluó la asociación entre la escala de Framigham y el puntaje de calcio coronario en una población de sujetos sanos asintomáticos. Metodología: Se realizó un estudio transversal para evaluar la asociación entre el puntaje de calcio coronario y la escala de Framingham en sujetos asintomáticos que se practicaron exámen médico preventivo en la Fundación Cardioinfantil- Instituto de Cardiología (FCI-IC) en el periodo comprendido entre 1 de Julio 2011 hasta el 31 de octubre de 2015. Resultados: Se evaluaron 262 pacientes en total. La prevalencia de riesgo cardiovascular fue bajo en un 77.86% de la población, medio en 18.70% y alto en 3.44%, según la escala de Framingham. El riesgo cardiovascular según el puntaje de Calcio coronario fue nulo 70.99%, bajo en 21.75%, medio en 4.19%, severo en 3.05%. Se encontró una asociación entre ambos puntajes para riesgo estadísticamente significativa (p0,00001) Discusión: El riesgo cardiovascular establecido por escala de Framingham se relaciona de forma significativa con la presencia de placas aterioscleróticas. El estudio demostró que en una muestra de sujetos asintomáticos, hay una alteración estructural coronaria temprana.