Thermoelektrische Eigenschaften dünner Schichten und Übergitterstrukturen von IV-VI- und V-VI-Verbundhalbleitern

Als ein vielversprechendes Konzept zur Erhöhung der thermoelektrischen Effizienz wird seit Anfang der 90er Jahre die Nutzung niederdimensionaler Systeme angesehen. Aus theoretischen Arbeiten von Hicks und Dresselhaus folgt, dass in ein- und zweidimensionalen Systemen eine Erhöhung der thermoelektrischen Effizienz möglich ist, die einen Durchbruch für die Anwendung thermoelektrischer Wandler zur Folge haben könnte. Die Realisierung solcher niederdimensionaler Systeme ist in geeigneten Mehrlagenstrukturen und durch Verwendung von Halbleiterverbindungen mit unterschiedlicher Energiebandlücke möglich. Ziel des Verbundprojektes Nitherma war es Mehrfachschichtsysteme mit 2-dimensionalem Transportverhalten aus thermoelektrischen Materialien (Pb1-xSrxTe, Bi2(SexTe1-x)3) herzustellen und auf die erwartete hohe thermoelektrische Effizienz zu untersuchen. Diese wurde messtechnischrndurch die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit, des Seebeck-Koeffizienten und der Wärmeleitfähigkeit parallel zu den Schichtebenen (in-plane-Transporteigenschaft) ermittelt. Ziel dieser Arbeit war einerseits die Verbesserung der Präparations- und Messtechnik bei der Untersuchung der Wärmeleitfähigkeit von Schichten und Schichtsystemen sowie die Demonstration der Reproduzierbarkeit, andererseits die Interpretation der an niederdimensionalen Strukturen ermittelten Transportmessungen. Um den Einfluß der Niederdimensionalität auf die Wärmeleitfähigkeit zu ermitteln, wurden umfangreiche Messungen an unterschiedlich dimensionierten Übergitter- und Multi-Quantum-Well-Strukturen (MQW-Strukturen) durchgeführt. Die Verifizierung der von den Projektpartnern durchgeführten Transportmessungen wurde durch die Messung des Seebeck-Koeffizienten unterstützt.Neben der Charakterisierung durch Transportmessungen erfolgte die Bestimmung der thermoelektrischen Effizienz.

Thermoelectric properties of TiNiSn and Zr 0.5 Hf 0.5 NiSn thin films and superlattices with reduced thermal conductivities

Durch steigende Energiekosten und erhöhte CO2 Emission ist die Forschung an thermoelektrischen (TE) Materialien in den Fokus gerückt. Die Eignung eines Materials für die Verwendung in einem TE Modul ist verknüpft mit der Gütezahl ZT und entspricht α2σTκ-1 (Seebeck Koeffizient α, Leitfähigkeit σ, Temperatur T und thermische Leitfähigkeit κ). Ohne den Leistungsfaktor α2σ zu verändern, soll ZT durch Senkung der thermischen Leitfähigkeit mittels Nanostrukturierung angehoben werden.rnBis heute sind die TE Eigenschaften von den makroskopischen halb-Heusler Materialen TiNiSn und Zr0.5Hf0.5NiSn ausgiebig erforscht worden. Mit Hilfe von dc Magnetron-Sputterdeposition wurden nun erstmals halbleitende TiNiSn und Zr0.5Hf0.5NiSn Schichten hergestellt. Auf MgO (100) Substraten sind stark texturierte polykristalline Schichten bei Substrattemperaturen von 450°C abgeschieden worden. Senkrecht zur Oberfläche haben sich Korngrößen von 55 nm feststellen lassen. Diese haben Halbwertsbreiten bei Rockingkurven von unter 1° aufgewiesen. Strukturanalysen sind mit Hilfe von Röntgenbeugungsexperimenten (XRD) durchgeführt worden. Durch Wachstumsraten von 1 nms 1 konnten in kürzester Zeit Filmdicken von mehr als einem µm hergestellt werden. TiNiSn zeigte den höchsten Leistungsfaktor von 0.4 mWK 2m 1 (550 K). Zusätzlich wurde bei Raumtemperatur mit Hilfe der differentiellen 3ω Methode eine thermische Leitfähigkeit von 2.8 Wm 1K 1 bestimmt. Es ist bekannt, dass die thermische Leitfähigkeit mit der Variation von Massen abnimmt. Weil zudem angenommen wird, dass sie durch Grenzflächenstreuung von Phononen ebenfalls reduziert wird, wurden Übergitter hergestellt. Dabei wurden TiNiSn und Zr0.5Hf0.5NiSn nacheinander abgeschieden. Die sehr hohe Kristallqualität der Übergitter mit ihren scharfen Grenzflächen konnte durch Satellitenpeaks und Transmissionsmikroskopie (STEM) nachgewiesen werden. Für ein Übergitter mit einer Periodizität von 21 nm (TiNiSn und Zr0.5Hf0.5NiSn jeweils 10.5 nm) ist bei einer Temperatur von 550 K ein Leistungsfaktor von 0.77 mWK 2m 1 nachgewiesen worden (α = 80 µVK 1; σ = 8.2 µΩm). Ein Übergitter mit der Periodizität von 8 nm hat senkrecht zu den Grenzflächen eine thermische Leitfähigkeit von 1 Wm 1K 1 aufgewiesen. Damit hat sich die Reduzierung der thermischen Leitfähigkeit durch die halb-Heusler Übergitter bestätigt. Durch die isoelektronischen Eigenschaften von Titan, Zirkonium und Hafnium wird angenommen, dass die elektrische Bandstruktur und damit der Leistungsfaktor senkrecht zu den Grenzflächen nur schwach beeinflusst wird.rn

Oberflächenuntersuchungen von Metalla-Tetraazaporphyrinen

Ziel dieser Arbeit war es, ein System zu entwickeln, in dem ein durch Licht induzierter Elektronentransfer stattfinden kann. Dazu wurden ein Kupfer(II)- und ein Zink(II)Tetraazaporphyrin mit acht 4-tert-Butylphenyl-Substituenten synthetisiert (Cu4Dinit, Zn4Dinit). Die Energielücke von 1,85 eV zwischen HOMO und LUMO von Cu4Dinit in Lösung wurde mit Hilfe von Cyclovoltammetrie und UV/Vis-Messungen bestimmt. Somit ist sie größer als für Cu4Dinit Moleküle, die auf einer Oberfläche (Wolfram(100)) liegen und mit STM-, STS-Messungen untersucht wurden. Hier beträgt die Energielücke 1,35 eV, was durch eine Drehung der Phenylringe in die Ebene der Pyrrolringe des Makrozyklus und somit durch eine bessere Überlappung der Orbitale erklärt werden kann. Um die Wechselwirkung der Moleküle mit der Oberfläche zu untersuchen, wurde Cu4Dinit, wie oben beschrieben, auf Magnetit aufgedampft. Dadurch wurde ausschließlich die Wechselwirkung zwischen den Elektronenspins des Kupfer(II)-ions und den Elektronenspins des Eisens im Magnetit betrachtet. Durch Messungen der Röntgenabsorption und des XMCD-Effektes konnten das Spinmoment, Bahnmoment und das Gesamtmoment des Kupfers berechnet und eine anisotrope Kopplung des Elektronenspins des Kupferions zum Magnetit, in Abhängigkeit der Magnetisierungsrichtung des Magnetits, festgestellt werden. Wenn der Magnetit senkrecht zur Oberfläche (out-of-plane) magnetisiert ist, ist die Kopplung ferromagnetisch, während bei einer Magnetisierungsrichtung parallel zur Ebene (in-plane) des Magnetits der Elektronenspin des Kupfers antiferromagnetisch mit dem des Eisens koppelt. Dadurch muss der Hamiltonian, der die Wechselwirkung zwischen zwei Spins beschreibt, bei einer anisotropen Kopplung um einen ansiotropen Term ergänzt werden. Das Ergebnis, dass der Elektronenspin des Kupferions durch die Richtung der Magnetisierung des Magnetits beeinflusst werden kann, eröffnet neue Wege, um die Spinkonfiguration von auf der Oberfläche liegenden Molekülen mit ungepaarten Elektronen, wie die zentralen Metallionen der Makrozyklen aber auch die Elektronenspins anderer metallorganischer Komplexe oder molekulare Magnete, durch ein externes Magnetfeld zu beeinflussen. rnDurch die stöchiometrische Templatreaktion von Pyrazino[2,3-f][1,10]-phenanthrolin-2,3-di-carbonitril (Dicnq), Bis(4-tert-Butylphenyl)-fumarodinitril (Dinit) und Kupfer(II)-acetat wurde eine Koordinationsmöglichkeit für ein Ruthenium(II)-ion in einem Tetraazaporphyrin hergestellt und so die Makrozyklen Cu3Dinit1Dicnq und Zn3Dinit1Dicnq synthetisiert, mit Rutheniumionen versetzt und ebenfalls mit Hilfe von Röntgenabsorptionsmessungen und XMCD untersucht. Durch die Vergleiche mit Zn3Dinit1Dicnq und den jeweiligen Verbindungen mit koordinierten Rutheniumionen (Cu3Dinit1Dicnq-1Ru, Zn3Dinit1Dicnq-1Ru) konnte gezeigt werden, dass eine Verschiebung der Elektronendichte des Rutheniumions zu dem zentralen Kupferion des Makrozyklus stattgefunden hat und durch die Koordination eines Rutheniumions in der Peripherie des Tetraazaporphyrins die energetische Lage der Kupferorbitale beeinflusst wird.rnDer Einfluss von vier koordinierten Ruthenium(II)-ionen auf das zentrale Kupferion wurde an Hand des in dieser Arbeit hergestellten Kupfer(II)phenanthralocyanins (Cu4Dicnq) untersucht, das aus vier Dicnq-Liganden und Kupfer(II)-acetat synthetisiert wurde. Auf Grund der schlechten Löslichkeit wurde für die Koordination der Rutheniumionen der Prekursor [Ru(bipy)2Dicnq](PF6)2 hergestellt und daraus der Makrozyklus in einer Templatsynthese mit Kufper(II)-ionen gebildet. Durch diese neue Syntheseroute war es möglich, die Verbindung Cu4Dicnq-4Ru herzustellen und ebenfalls durch Röntgenabsorption und XMCD zu untersuchen und so das Spin- und Bahnmoment zu ermitteln. Ein Teil der Elektronendichte des Rutheniumions in dieser Verbindung wird auf die zusätzlich an das Rutheniumion koordinierten 2,2'-Bipyridine und nicht auf den Makrozyklus, wie in Cu3Dinit1Dicnq-1Ru, geschoben. Trotzdem konnte die Funktionsweise als Modell des Photosystems II durch eine Oxidation durch die Bestrahlung mit einer Quecksilberlampe mit para-Benzochinon beobachtet werden. Dies bestätigte die Funktionsweise des Kupfer(II)phenanthralocyanins mit koordinierten Rutheniumionen, da ein durch Licht induzierter Elektronenübergang auf das para-Benzochinon stattgefunden hat.rn

Origin of the spin Seebeck effect

Der Spin Seebeck Effekt repräsentiert einen neuartigen Spin kalorischen Effekt mit vorteilhaften und aussichtsreichen Eigenschaften für Anwendungen in den Gebieten der Spintronik und Thermoelektrik.rnIn dieser Arbeit präsentieren wir eine umfangreiche Untersuchung des Spin Seebeck Effekts in isolierenden, magnetischen Granaten und geben Antworten zum kontrovers diskutierten Ursprung des Effekts. Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir die Abhängigkeit des Spin Seebeck Effekts von der Dicke des Ferromagneten, der Temperatur, der Stärke des magnetisches Feldes, der Grenzflächen und des Detektormaterials, sowie Kombinationen dieser Parameter gemessen. Im Zuge dessen haben wir das Wachstum der untersuchten magnetischen Granate optimiert und eine umfassende Analyse der strukturellen und magnetischen Parameter durchgeführt, um Einflüsse der Probenqualität auszuschließen. Des Weiteren zeigte eine Untersuchung des magnetoresistiven Effekts, welcher als mögliche Ursache des Effekts galt, in Kombination mit einer Studie des Messaufbaus, dass parasitäre Einflüsse auf das Messergebnis ausgeschlossen werden können. Unsere Ergebnisse zeigen, dass der Spin Seebeck Effekt mit zunehmender Dicke des Ferromagneten eine Sättigung des Signals aufweist. Diese hängt zudem von der Temperatur ab, da mit abnehmender Temperatur die Sättigung erst bei dickeren Filmen auftritt. Außerdem fanden unsere Messungen ein Maximum des Spin Seebeck Effekts für Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur, welcher sowohl von der Dicke des Materials als auch der Magnetfeldstärke und dem Detektormaterial beeinflusst wird. In Messungen bei hohen magnetischen Feldstärken beobachteten wir eine Unterdrückung des Messsignals, dessen Ursache mithilfe von Simulationen auf den magnonischen Ursprung des Spin Seebeck Effekts zurückgeführt werden kann. Dies unterstreicht, dass der Effekt auf vom Ferromagneten emittierten Magnonen basiert. Im letzten Abschnitt dieser Arbeit präsentieren wir Messungen in einem bislang nicht untersuchten ferrimagnetischen Material, welche zwei Vorzeichenwechsel des Spin Seebeck Effekts als Funktion der Temperatur aufzeigen. Dieses bisher unbekannte Signalverhalten betont, dass der Effekt aus einem komplexen Zusammenspiel der magnonischen Moden resultiert und zusätzlich vom Detektormaterial abhängt.rnSomit tragen unsere Ergebnisse und Beobachtungen im hohen Maße zur Beantwortung der Frage nach dem Ursprungs des Spin Seebeck Effekts bei und zeigen neuartige bisher nicht beobachtete Effekte, welche ein neues Kapitel für das Gebiet der Spin Kaloritronik eröffnen.

Population-Based Design of Mandibular Plates Based on Bone Quality and Morphology

In this paper we present a new population-based implant design methodology, which advances the state-of-the-art approaches by combining shape and bone quality information into the design strategy. The method enhances the mechanical stability of the fixation and reduces the intra-operative in-plane bending which might impede the functionality of the locking mechanism. The method is presented for the case of mandibular locking fixation plates, where the mandibular angle and the bone quality at screw locations are taken into account. Using computational anatomy techniques, the method automatically derives, from a set of computed tomography images, the mandibular angle and the bone thickness and intensity values at the path of every screw. An optimisation strategy is then used to optimise the two parameters of plate angle and screw position. Results for the new design are presented along with a comparison with a commercially available mandibular locking fixation plate. A statistically highly significant improvement was observed. Our experiments allowed us to conclude that an angle of 126° and a screw separation of 8mm is a more suitable design than the standard 120° and 9mm.

Population-based design of mandibular fixation plates with bone quality and morphology considerations

In this paper we present a new population-based implant design methodology, which advances the state-of-the-art approaches by combining shape and bone quality information into the design strategy. The method may enhance the mechanical stability of the fixation and reduces the intra-operative in-plane bending which might impede the functionality of the locking mechanism. The computational method is presented for the case of mandibular locking fixation plates, where the mandibular angle and the bone quality at screw locations are taken into account. The method automatically derives the mandibular angle and the bone thickness and intensity values at the path of every screw from a set of computed tomography images. An optimization strategy is then used to optimize the two parameters of plate angle and screw position. The method was applied to two populations of different genders. Results for the new design are presented along with a comparison with a commercially available mandibular locking fixation plate (MODUS(®) TriLock(®) 2.0/2.3/2.5, Medartis AG, Basel, Switzerland). The proposed designs resulted in a statistically significant improvement in the available bone thickness when compared to the standard plate. There is a higher probability that the proposed implants cover areas of thicker cortical bone without compromising the bone mineral density around the screws. The obtained results allowed us to conclude that an angle and screw separation of 129° and 9 mm for females and 121° and 10 mm for males are more suitable designs than the commercially available 120° and 9 mm.

Social Cognition And Functional Brain Imaging: Extending The Broader Autism Phenotype

Evidence suggests that the social cognition deficits prevalent in autism spectrum disorders (ASDs) are widely distributed in first degree and extended relatives. This ¿broader autism phenotype¿ (BAP) can be extended into non-clinical populations and show wide distributions of social behaviors such as empathy and social responsiveness ¿ with ASDs exhibiting these behaviors on the lower ends of the distributions. Little evidence has previously shown relationships between self-report measures of social cognition and more objective tasks such as face perception in functional magnetic resonance imaging (fMRI) and event-related potentials (ERPs). In this study, three specific hypotheses were addressed: a) increased social ability, as measured by an increased Empathy Quotient, decreased Social Responsiveness Scale (SRS-A) score, and increased Social Attribution Task score, will predict increased activation of the fusiform gyrus in response to faces as compared to houses; b) these same measures will predict N170 amplitude and latency showing decreased latency and increased amplitude for faces as compared to houses with increased social ability; c) increased amygdala volume will predict increased fusiform gyrus activation when viewing faces as compared to houses. Findings supported all of the hypotheses. Empathy scores significantly predicted both right FFG activation [F(1,20) = 4.811, p = .041, ß = .450, R2 = 0.20] and left FFG activation [F(1,20) = 7.70, p = .012, ß = .537, R2 = 0.29]. Based on ERP results increased right lateralization face-related N170 was significantly predicted by the EQ [F(1,54) = 6.94, p = .011, ß = .338, R2 = 0.11]. Finally, total amygdala volume significantly predicted right [F(1,20) = 7.217, p = .014, ß = .515, R2 = 0.27] and left [F(1,20) = 36.77, p < .001, ß = .805, R2 = 0.65] FFG activation. Consistent with the a priori hypotheses, traits attributed to the BAP can significantly predict neural responses to faces in a non-clinical population. This is consistent with the face processing deficits seen in ASDs. The findings presented here contribute to the extension of the BAP from unaffected relatives of individuals with ASDs to the general population. These findings also give continued evidence in support of a continuous distribution of traits found in psychiatric illnesses in place of a traditional, dichotomous ¿all-or-nothing¿ diagnostic framework of neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders.

Time course based artifact identification for independent components of resting-state FMRI

In functional magnetic resonance imaging (fMRI) coherent oscillations of the blood oxygen level-dependent (BOLD) signal can be detected. These arise when brain regions respond to external stimuli or are activated by tasks. The same networks have been characterized during wakeful rest when functional connectivity of the human brain is organized in generic resting-state networks (RSN). Alterations of RSN emerge as neurobiological markers of pathological conditions such as altered mental state. In single-subject fMRI data the coherent components can be identified by blind source separation of the pre-processed BOLD data using spatial independent component analysis (ICA) and related approaches. The resulting maps may represent physiological RSNs or may be due to various artifacts. In this methodological study, we propose a conceptually simple and fully automatic time course based filtering procedure to detect obvious artifacts in the ICA output for resting-state fMRI. The filter is trained on six and tested on 29 healthy subjects, yielding mean filter accuracy, sensitivity and specificity of 0.80, 0.82, and 0.75 in out-of-sample tests. To estimate the impact of clearly artifactual single-subject components on group resting-state studies we analyze unfiltered and filtered output with a second level ICA procedure. Although the automated filter does not reach performance values of visual analysis by human raters, we propose that resting-state compatible analysis of ICA time courses could be very useful to complement the existing map or task/event oriented artifact classification algorithms.

A MEMS Light Modulator Based on Diffractive Nanohole Gratings

We present the design, fabrication, and testing of a microelectromechanical systems (MEMS) light modulator based on pixels patterned with periodic nanohole arrays. Flexure-suspended silicon pixels are patterned with a two dimensional array of 150 nm diameter nanoholes using nanoimprint lithography. A top glass plate assembled above the pixel array is used to provide a counter electrode for electrostatic actuation. The nanohole pattern is designed so that normally-incident light is coupled into an in-plane grating resonance, resulting in an optical stop-band at a desired wavelength. When the pixel is switched into contact with the top plate, the pixel becomes highly reflective. A 3:1 contrast ratio at the resonant wavelength is demonstrated for gratings patterned on bulk Si substrates. The switching time is 0.08 ms and the switching voltage is less than 15V.

Evidence for distinct modes of solar activity

The Sun shows strong variability in its magnetic activity, from Grand minima to Grand maxima, but the nature of the variability is not fully understood, mostly because of the insufficient length of the directly observed solar activity records and of uncertainties related to long-term reconstructions. Here we present a new adjustment-free reconstruction of solar activity over three millennia and study its different modes. Methods. We present a new adjustment-free, physical reconstruction of solar activity over the past three millennia, using the latest verified carbon cycle, 14C production, and archeomagnetic field models. This great improvement allowed us to study different modes of solar activity at an unprecedented level of details. Results. The distribution of solar activity is clearly bi-modal, implying the existence of distinct modes of activity. The main regular activity mode corresponds to moderate activity that varies in a relatively narrow band between sunspot numbers 20 and 67. The existence of a separate Grand minimum mode with reduced solar activity, which cannot be explained by random fluctuations of the regular mode, is confirmed at a high confidence level. The possible existence of a separate Grand maximum mode is also suggested, but the statistics is too low to reach a confident conclusion. Conclusions. The Sun is shown to operate in distinct modes – a main general mode, a Grand minimum mode corresponding to an inactive Sun, and a possible Grand maximum mode corresponding to an unusually active Sun. These results provide important constraints for both dynamo models of Sun-like stars and investigations of possible solar influence on Earth’s climate.

Low-lying excited states and nonradiative processes of 9-methyl-2-aminopurine

he UV spectrum of the adenine analogue 9-methyl-2-aminopurine (9M-2AP) is investigated with one- and two-color resonant two-photon ionization spectroscopy at 0.3 and 0.05 cm−1 resolution in a supersonic jet. The electronic origin at 32 252 cm−1 exhibits methyl torsional subbands that originate from the 0A′′1 (l = 0) and 1E ″ (l = ±1) torsional levels. These and further torsional bands that appear up to 000+230 cm−1 allow to fit the threefold (V 3) barriers of the torsional potentials as ∣∣V′′3∣∣=50 cm−1 in the S 0 and ∣∣V′3∣∣=126 cm−1 in the S 1 state. Using the B3LYP density functional and correlated approximate second-order coupled cluster CC2 methods, the methyl orientation is calculated to be symmetric relative to the 2AP plane in both states, with barriers of V′′3=20 cm−1 and V′3=115 cm−1. The 000 rotational band contour is 75% in-plane (a/b) polarized, characteristic for a dominantly long-axis 1ππ* excitation. The residual 25% c-axis polarization may indicate coupling of the 1ππ* to the close-lying 1 nπ* state, calculated at 4.00 and 4.01 eV with the CC2 method. However, the CC2 calculated 1 nπ oscillator strength is only 6% of that of the 1ππ* transition. The 1ππ* vibronic spectrum is very complex, showing about 40 bands within the lowest 500 cm−1. The methyl torsion and the low-frequency out-of-plane ν′1 and ν′2 vibrations are strongly coupled in the 1ππ* state. This gives rise to many torsion-vibration combination bands built on out-of-plane fundamentals, which are without precedence in the 1ππ* spectrum of 9H-2-aminopurine [S. Lobsiger, R. K. Sinha, M. Trachsel, and S. Leutwyler, J. Chem. Phys.134, 114307 (2011)]. From the Lorentzian broadening needed to fit the 000 contour of 9M-2AP, the 1ππ* lifetime is τ ⩾ 120 ps, reflecting a rapid nonradiative transition.

Design and Realization of an Energy Harvester Using Pulsating Arterial Pressure

Most medical implants run on batteries, which require costly and tedious replacement or recharging. It is believed that micro-generators utilizing intracorporeal energy could solve these problems. However, such generators do not, at this time, meet the energy requirements of medical implants.This paper highlights some essential aspects of designing and implementing a power source that scavenges energy from arterial expansion and contraction to operate an implanted medical device. After evaluating various potentially viable transduction mechanisms, the fabricated prototype employs an electromagnetic transduction mechanism. The artery is inserted into a laboratory-fabricated flexible coil which is permitted to freely deform in a magnetic field. This work also investigates the effects of the arterial wall's material properties on energy harvesting potential. For that purpose, two types of arteries (Penrose X-ray tube, which behave elastically, and an artery of a Göttinger minipig, which behaves viscoelastically) were tested. No noticeable difference could be observed between these two cases. For the pig artery, average harvestable power was 42 nW. Moreover, peak power was 2.38 μW. Both values are higher than those of the current state of the art (6 nW/16 nW). A theoretical modelling of the prototype was developed and compared to the experimental results.

Melanin-concentrating hormone regulates beat frequency of ependymal cilia and ventricular volume

Ependymal cell cilia help move cerebrospinal fluid through the cerebral ventricles, but the regulation of their beat frequency remains unclear. Using in vitro, high-speed video microscopy and in vivo magnetic resonance imaging in mice, we found that the metabolic peptide melanin-concentrating hormone (MCH) positively controlled cilia beat frequency, specifically in the ventral third ventricle, whereas a lack of MCH receptor provoked a ventricular size increase.

Excited-State Structure, Vibrations, and Nonradiative Relaxation of Jet-Cooled 5-Fluorocytosine

The S0 → S1 vibronic spectrum and S1 state nonradiative relaxation of jet-cooled keto-amino 5-fluorocytosine (5FCyt) are investigated by two-color resonant two-photon ionization spectroscopy at 0.3 and 0.05 cm–1 resolution. The 000 rotational band contour is polarized in-plane, implying that the electronic transition is 1ππ*. The electronic transition dipole moment orientation and the changes of rotational constants agree closely with the SCS-CC2 calculated values for the 1ππ* (S1) transition of 5FCyt. The spectral region from 0 to 300 cm–1 is dominated by overtone and combination bands of the out-of-plane ν1′ (boat), ν2′ (butterfly), and ν3′ (HN–C6H twist) vibrations, implying that the pyrimidinone frame is distorted out-of-plane by the 1ππ* excitation, in agreement with SCS-CC2 calculations. The number of vibronic bands rises strongly around +350 cm–1; this is attributed to the 1ππ* state barrier to planarity that corresponds to the central maximum of the double-minimum out-of-plane vibrational potentials along the ν1′, ν2′, and ν3′ coordinates, which gives rise to a high density of vibronic excitations. At +1200 cm–1, rapid nonradiative relaxation (knr ≥ 1012 s–1) sets in, which we interpret as the height of the 1ππ* state barrier in front of the lowest S1/S0 conical intersection. This barrier in 5FCyt is 3 times higher than that in cytosine. The lifetimes of the ν′ = 0, 2ν1′, 2ν2′, 2ν1′ + 2ν2′, 4ν2′, and 2ν1′ + 4ν2′ levels are determined from Lorentzian widths fitted to the rotational band contours and are τ ≥ 75 ps for ν′ = 0, decreasing to τ ≥ 55 ps at the 2ν1′ + 4ν2′ level at +234 cm–1. These gas-phase lifetimes are twice those of S1 state cytosine and 10–100 times those of the other canonical nucleobases in the gas phase. On the other hand, the 5FCyt gas-phase lifetime is close to the 73 ps lifetime in room-temperature solvents. This lack of dependence on temperature and on the surrounding medium implies that the 5FCyt nonradiative relaxation from its S1 (1ππ*) state is essentially controlled by the same ∼1200 cm–1 barrier and conical intersection both in the gas phase and in solution.