Extension ladders - synthesis and characterisation of new spacer-bridged tetraorganodistannoxanes

Preliminary results are described on the synthesis and characterization of novel spacer-bridged tetraorganodistannoxanes, {[[R(Cl)Sn]₂(CH₂)₂]O}₄ (n = 5 – 8, 10, 12; R = CH₂SiMe₃) containing particularly long organic spacers. In the solid state, these compounds reveal typical double-ladder structures with eight tin atoms per molecule, whereas in solution a partial and reversible rearrangement takes place to form tetraorganodistannoxanes, {[[R(Cl)Sn]₂(CH₂)_n]O}₂ (n = 5 – 8, 10, 12; R = CH₂SiMe₃), having four tin atoms per molecule.

Synthesis and structure of new oligomethylene-bridged double ladders. How far can the layers be separated?

The synthesis of the α,ω-bis[dichloro(trimethylsilylmethyl)stannyl]alkanes, (Me₃SiCH₂)C1₂Sn(CH₂)_nSnCl₂(CH₂SiMe₃) (13, n=5; 14, n=6; 15, n=7; 16, n=8; 17, n=10; 18, n=12) and the corresponding oligomethylene-bridged diorganotin oxides [(Me₃SiCH₂)(O)Sn(CH₂)_nSn(O)(CH₂SiMe₃)]_m (19, n=5; 20, n=6; 21, n=7; 22, n=8; 23, n=10; 24; n=12) is reported. The reaction of the diorganodichlorostannanes 13–18 with the corresponding diorganotin oxides 19–24 provided the spacer-bridged tetraorganodistannoxanes {[(Me₃SiCH₂)ClSn(CH₂)_nSnCl(CH₂SiMe₃)]O}₄ (25, n=5; 26, n=6; 27, n=7; 28, n=8; 29, n=10; 30, n=12). Compounds 13–30 have been identified by elemental analyses and multinuclear NMR spectroscopy. Compounds 25, 27, 29 and 30 have also been characterised by single crystal X-ray diffraction analysis and electrospray mass spectrometry. For the latter the essential double ladder motif is maintained for all n in the solid state, but subtle changes in alignment of the ladder planes occur. Separation between the two layers of the double ladder ranges from approx. 8.7  Å (for 25, n=5) to approx. 15 Å (for 30, n=12). In solution there is some dissociation of the double ladders into the corresponding dimers. The degree of dissociation is favoured by increasing oligomethylene chain length n.

Fish ladders select fish traits on migration - still a growing problem for natural fish populations

We investigated the potential selective effect of fish ladders on physiological and morphological profiles of the curimbata, Prochilodus lineatus, during reproductive migration in Brazil. We registered sex, body weight and length, plasma glucose, hepatosomatic and gonadosomatic indices (HSI and GSI, respectively), hematocrit, leucocrit, blood cell and nucleus areas, and the diameter of white and red muscle fibers in fish sampled at the bottom (downstream) and at the top (upstream) of a fish ladder at a hydroelectric dam. Males and females at the top of the ladder showed higher size (weight and length), white muscle fiber diameters, plasma glucose levels and lower hematocrit when compared with those at the bottom. These size and muscle traits assist fish to overcome the ladder barrier and bypass the dam, an effort that might be reflected in the glucose levels. Females also showed higher GSI at the top of the fish ladder, a trait possibly facilitating their reproduction upstream. These results indicate that a dam system favors fish with specific morphological-physiological profile. This may have a strong influence upon upstream fish populations over generations and implies the presence of artificial selective pressure.

Assignment and frequency measurement of rotational transitions of (CD3OH)-C-13 by intracavity laser Stark spectroscopy

We present the results of an intracavity Stark spectroscopy experiment on the fundamental state of (CD3OH)-C-13. We use an optically pumped hybrid waveguide FIR laser, CH2F2 as active molecule, and (CD3OH)-C-13 as absorbent molecule. No Brewster window is needed to separate the lasing gas from the absorbing deuterated methanol. An absorption line is assigned as E(l) symmetry (n, K, J): (1,4,18) --> (1,5,18) and its frequency is measured as 63.08631 cm(-1) with a precision of a few parts in 10(7); two more absorptions are reported and a tentative assignment for one of them.

Dynamics of doublon-holon pairs in Hubbard two-leg ladders

The dynamics of holon-doublon pairs is studied in Hubbard two-leg ladders using the time-dependent density matrix renormalization group method. We find that the geometry of the two-leg ladder, which is qualitatively different from a one-dimensional chain due to the presence of a spin gap, strongly affects the propagation of a doublon-holon pair. Two distinct regimes are identified. For weak interleg coupling, the results are qualitatively similar to the case of the propagation previously reported in Hubbard chains, with only a renormalization of parameters. More interesting is the case of strong interleg coupling where substantial differences arise, particularly regarding the double occupancy and properties of the excitations such as the doublon speed. Our results suggest a connection between the presence of a spin gap and qualitative changes in the doublon speed, indicating a weak coupling between the doublon and the magnetic excitations.

Numerische und analytische Untersuchungen stark korrelierter fermionischer Mehrbandsysteme

In dieser Arbeit werden vier unterschiedliche, stark korrelierte, fermionische Mehrbandsysteme untersucht. Es handelt sich dabei um ein Mehrstörstellen-Anderson-Modell, zwei Hubbard-Modelle sowie ein Mehrbandsystem, wie es sich aus einer ab initio-Beschreibung für ein korreliertes Halbmetall ergibt.rnrnDie Betrachtung des Mehrstörstellen-Anderson-Modells konzentriert sich auf die Untersuchung des Einflusses der Austauschwechselwirkung und der nicht-lokalen Korrelationen zwischen zwei Störstellen in einem einfach-kubischen Gitter. Das zentrale Resultat ist die Abstandsabhängigkeit der Korrelationen der Störstellenelektronen, welche stark von der Gitterdimension und der relativen Position der Störstellen abhängen. Bemerkenswert ist hier die lange Reichweite der Korrelationen in der Diagonalrichtung des Gitters. Außerdem ergibt sich, dass eine antiferromagnetische Austauschwechselwirkung ein Singulett zwischen den Störstellenelektronen gegenüber den Kondo-Singuletts der einzelnen Störstellen favorisiert und so den Kondo-Effekt der einzelnen Störstellen behindert.rnrnEin Zweiband-Hubbard-Modell, das Jz-Modell, wird im Hinblick auf seine Mott-Phasen in Abhängigkeit von Dotierung und Kristallfeldaufspaltung auf dem Bethe-Gitter untersucht. Die Entartung der Bänder ist durch eine unterschiedliche Bandbreite aufgehoben. Wichtigstes Ergebnis sind die Phasendiagramme in Bezug auf Wechselwirkung, Gesamtfüllung und Kristallfeldparameter. Im Vergleich zu Einbandmodellen kommen im Jz-Modell sogenannte orbital-selektive Mott-Phasen hinzu, die, abhängig von Wechselwirkung, Gesamtfüllung und Kristallfeldparameter, einerseits metallischen und andererseits isolierenden Charakter haben. Ein neuer Aspekt ergibt sich durch den Kristallfeldparameter, der die ionischen Einteilchenniveaus relativ zueinander verschiebt, und für bestimmte Werte eine orbital-selektive Mott-Phase des breiten Bands ermöglicht. Im Vergleich mit analytischen Näherungslösungen und Einbandmodellen lassen sich generische Vielteilchen- und Korrelationseffekte von typischen Mehrband- und Einteilcheneffekten differenzieren.rnrnDas zweite untersuchte Hubbard-Modell beschreibt eine magneto-optische Falle mit einer endlichen Anzahl Gitterplätze, in welcher fermionische Atome platziert sind. Es wird eine z-antiferromagnetische Phase unter Berücksichtigung nicht-lokaler Vielteilchenkorrelationen erhalten, und dabei werden bekannte Ergebnisse einer effektiven Einteilchenbeschreibung verbessert.rnrnDas korrelierte Halbmetall wird im Rahmen einer Mehrbandrechnung im Hinblick auf Korrelationseffekte untersucht. Ausgangspunkt ist eine ab initio-Beschreibung durch die Dichtefunktionaltheorie (DFT), welche dann durch die Hinzunahme lokaler Korrelationen ergänzt wird. Die Vielteilcheneffekte werden an Hand einer einfachen Wechselwirkungsnäherung verdeutlicht, und für ein Wechselwirkungsmodell in sphärischer Symmetrie präzisiert. Es ergibt sich nur eine schwache Quasiteilchenrenormierung. Besonders für röntgenspektroskopische Experimente wird eine gute Übereinstimmung erzielt.rnrnDie numerischen Ergebnisse für das Jz-Modell basieren auf Quanten-Monte-Carlo-Simulationen im Rahmen der dynamischen Molekularfeldtheorie (DMFT). Für alle anderen Systeme wird ein Mehrband-Algorithmus entwickelt und implementiert, welcher explizit nicht-diagonale Mehrbandprozesse berücksichtigt.rnrn

Nahfeld-induzierte Elektronenemissions-Mikrospektroskopie an stark gekoppelten Plasmonen und metallischen Mikrostrukturen

Plasmonen stellen elektromagnetische Moden in metallischen Strukturen dar, in denen die quasifreien Elektronen im Metall kollektiv oszillieren. Während des letzten Jahrzehnts erfuhr das Gebiet der Plasmonik eine rasante Entwicklung, basierend auf zunehmenden Fortschritten der Nanostrukturierungsmethoden und spektroskopischen Untersuchungsmethoden, die zu der Möglichkeit von systematischen Einzelobjektuntersuchungen wohldefinierter Nanostrukturen führte. Die Anregung von Plasmonen resultiert neben einer radiativen Verstärkung der optischen Streuintensität im Fernfeld in einer nicht-radiativen Überhöhung der Feldstärke in unmittelbarer Umgebung der metallischen Struktur (Nahfeld), die durch die kohärente Ladungsansammlung an der metallischen Oberfläche hervorgerufen wird. Das optische Nahfeld stellt folglich eine bedeutende Größe für das fundamentale Verständnis der Wirkung und Wechselwirkung von Plasmonen sowie für die Optimierung plasmonbasierter Applikationen dar. Die große Herausforderung liegt in der Kompliziertheit des experimentellen Zugangs zum Nahfeld, der die Entwicklung eines grundlegenden Verständisses des Nahfeldes verhinderte.rnIm Rahmen dieser Arbeit wurde Photoemissionselektronenmikroskopie (PEEM) bzw. -mikrospektroskopie genutzt, um ortsaufgelöst die Eigenschaften nahfeld-induzierter Elektronenemission zu bestimmen. Die elektrodynamischen Eigenschaften der untersuchten Systeme wurden zudem mit numerischen, auf der Finiten Integrationsmethode basierenden Berechnungen bestimmt und mit den experimentellen Resultaten verglichen.rnAg-Scheiben mit einem Durchmesser von 1µm und einer Höhe von 50nm wurden mit fs-Laserstrahlung der Wellenlänge 400nm unter verschiedenen Polarisationszuständen angeregt. Die laterale Verteilung der infolge eines 2PPE-Prozesses emittierten Elektronen wurde mit dem PEEM aufgenommen. Aus dem Vergleich mit den numerischen Berechnungen lässt sich folgern, dass sich das Nahfeld an unterschiedlichen Stellen der metallischen Struktur verschiedenartig ausbildet. Insbesondere wird am Rand der Scheibe bei s-polarisierter Anregung (verschwindende Vertikalkomponente des elektrischen Felds) ein Nahfeld mit endlicher z-Komponente induziert, während im Zentrum der Scheibe das Nahfeld stets proportional zum einfallenden elektrischen Feld ist.rnWeiterhin wurde erstmalig das Nahfeld optisch angeregter, stark gekoppelter Plasmonen spektral (750-850nm) untersucht und für identische Nanoobjekte mit den entsprechenden Fernfeldspektren verglichen. Dies erfolgte durch Messung der spektralen Streucharakteristik der Einzelobjekte mit einem Dunkelfeldkonfokalmikroskop. Als Modellsystem stark gekoppelter Plasmonen dienten Au Nanopartikel in sub-Nanometerabstand zu einem Au Film (nanoparticle on plane, NPOP). Mit Hilfe dieser Kombination aus komplementären Untersuchungsmethoden konnte erstmalig die spektrale Trennung von radiativen und nicht-radiativen Moden stark gekoppelter Plasmonen nachgewiesen werden. Dies ist insbesondere für Anwendungen von großer Relevanz, da reine Nahfeldmoden durch den unterdrückten radiativen Zerfall eine große Lebensdauer besitzen, so dass deren Verstärkungswirkung besonders lange nutzbar ist. Ursachen für die Unterschiede im spektralen Verhalten von Fern- und Nahfeld konnten durch numerische Berechnungen identifiziert werden. Sie zeigten, dass das Nahfeld nicht-spärischer NPOPs durch die komplexe Oszillationsbewegung der Elektronen innerhalb des Spaltes zwischen Partikel und Film stark ortsabhängig ist. Zudem reagiert das Nahfeld stark gekoppelter Plasmonen deutlich empfindlicher auf strukturelle Störstellen des Resonators als die Fernfeld-Response. Ferner wurde der Elektronenemissionsmechanismus als optischer Feldemissionsprozess identifiziert. Um den Vorgang beschreiben zu können, wurde die Fowler-Nordheim Theorie der statischen Feldemission für den Fall harmonisch oszillierender Felder modifiziert.

Ermittlung von Berechnungsverfahren für den erzielbaren Volumenstrom von stark geneigten Schneckenförderern

Die Dimensionierung und Auslegung von Schneckenförderern zur stark geneigten Förderung von Schüttgut beruht heute noch oft auf Erfahrungswerten der Anlagenhersteller. Um eine effiziente Auslegung auf Basis gesicherter Berechnungsverfahren zu gewährleisten, läuft am Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (fml) derzeit ein von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördertes Projekt im Rahmen dessen die Schüttgutförderung in geneigten Schneckenförderern untersucht wird. Entscheidender Bestandteil der Untersuchung ist dabei die Vorhersage des Förderverhaltens im Schneckenförderer und damit die Bestimmung des erzielbaren Volumenstroms in Abhängigkeit der vorliegenden Geometrie- und Betriebsparameter. Um dies zu gewährleisten werden Daten für den erzielten Volumenstrom für eine große Anzahl verschiedener Parameterkombinationen gewonnen und anschließend statistisch ausgewertet. Durch eine Regressionsanalyse wird schließlich auf einen berechenbaren Zusammenhang geschlossen.

Beherrschung stark korrelierter Logistik- und Produktions-Prozesse

Bei der Simulation von Logistik- und Produktionssystem werden Zufallszahlengeneratoren verwendet, um stochastische Einflüsse zu modellieren. Ein wichtiges Qualitätsmerkmal dieser Generatoren ist die Er-zeugung möglichst unabhängiger Zufallszahlen. Werden jedoch reale Prozesse betrachtet, so sind die Daten im Allgemeinen nicht unabhängig. Diese Arbeit befasst sich mit der Analyse von Praxisdaten bezüglich des Auftretens von Abhängigkeiten. Dazu werden Korrelationsstrukturen gesucht. Außerdem wird gezeigt, dass unabhängige Zufallszahlen in der Regel ungeeignet sind, um stochastische Prozesse mit ausgeprägten Abhängigkeiten zu modellieren.

Spin ladders and quantum simulators for Tomonaga–Luttinger liquids

Magnetic insulators have proven to be usable as quantum simulators for itinerant interacting quantum systems. In particular the compound (C5H12N)2CuBr4 (for short: (Hpip)2CuBr4) was shown to be a remarkable realization of a Tomonaga–Luttinger liquid (TLL) and allowed us to quantitatively test the TLL theory. Substitution weakly disorders this class of compounds and thus allows us to use them to tackle questions pertaining to the effect of disorder in TLL as well, such as that of the formation of the Bose glass. In this paper we present, as a first step in this direction, a study of the properties of the related (Hpip)2CuCl4 compound. We determine the exchange couplings and compute the temperature and magnetic field dependence of the specific heat, using a finite temperature density matrix renormalization group procedure. Comparison with the measured specific heat at zero magnetic field confirms the exchange parameters and Hamiltonian for the (Hpip)2CuCl4 compound, giving the basis needed to begin studying the disorder effects.