Thermodynamic behavior of the binaries 1-butilpryridinium tetrafluoroborate with water and alkanols: their interpretation using 1H-NMR spectroscopy and quantum-chemistry calculations

[EN]Here we present experimental data of different properties for a set of binary mixtures composed of water or alkanols (methanol to butanol) with an ionic liquid (IL), butylpyridinium tetrafluoroborate [bpy][BF4]. Solubility data (xIL,T) are presented for each of the mixtures, including water, which is found to have a small interval of compositions in IL, xIL, with immiscibility. In each case, the upper critical solubility temperature (UCST) is determined and a correlation was observed between the UCST and the nature of the compounds in the mixtures. Miscibility curves establish the composition and temperature intervals where thermodynamic properties of the mixtures, such as enthalpies Hm E and volumes Vm E, can be determined.

Liquid-liquid equilibria in binary solutions formed by [Pyridinium-Derived][F4B] ionic liquids and alkanols:new experimental data and validation of a multiparametric model for correlating LLE data

[EN]Experimental solubility data are presented for a set of binary systems composed of ionic liquids (IL) derived from pyridium, with the tetrafluoroborate anion, and normal alcohols ranging from ethanol to decanol, in the temperature interval of 275 420 K, at atmospheric pressure. For each case, the miscibility curve and the upper critical solubility temperature (UCST) values are presented. The effects of the ILs on the behavior of solutions with alkanols are analyzed, paying special attention to the pyridine derivatives, and considering a series of structural characteristics of the compounds involved.

Präparation, Charakterisierung und elektronische Eigenschaften von dünnen Schichten des Hochtemperatursupraleiters HgReBa 2 Ca n-1 Cu n O y

Ziel dieser Arbeit war die Pr"{a}paration, Charakterisierung und Untersuchung der elektronischen Eigenschaften von d"{u}nnen Schichten des Hochtemperatursupraleiters HgReBa$_{2}$Ca$_{n-1}$Cu$_{n}$O$_{y}$, die mittels gepulster Laser-Deposition hergestellt wurden. Die HgRe1212-Filme zeigen in der AC-Suszeptibilit"{a}t einen scharfen "{U}bergang in die supraleitende Phase bei 124 K mit einer "{U}bergangsbreite von 2 K. Die resistiven "{U}berg"{a}nge der Proben wurden mit zunehmender St"{a}rke des externen Magnetfeldes breiter. Aus der Steigung der Arrheniusplots konnte die Aktivierungsenergie f"{u}r verschiedene Feldst"{a}rken bestimmt werden. Weiterhin wurde die Winkelabh"{a}ngigkeit des Depinning-Feldes $B_{dp}(theta)$ der Filme gemessen. Hieraus wurde ein Anisotropiewert von $gamma$ = 7.7 bei 105 K ermittelt. Dies ist relevant, um den f"{u}r Anwendungen wichtigen Bereich im $T$-$B$-$theta$-Phasenraum des Materials absch"{a}tzen zu k"{o}nnen. Die kritische Stromdichte $J_{c}$ der d"{u}nnen Filme aus HgRe-1212 wurde mit Hilfe eines SQUID-Magnetometers gemessen. Die entsprechenden $M$-$H$ Kurven bzw. das magnetische Moment dieser Filme wurde f"{u}r einen weiten Temperatur- und Feldbereich mit einem magnetischen Feld senkrecht zum Film aufgenommen. F"{u}r einen HgRe-1212-Film konnte bei 5 K eine kritische Stromdichte von 1.2 x 10$^{7}$ A/cm$^{2}$ und etwa 2 x 10$^{6}$ A/cm$^{2}$ bei 77 K ermittelt werden. Es wurde die Magnetfeld- und die Temperaturabh"{a}ngigkeit des Hall-Effekts im normalleitenden und im Mischzustand in Magnetfeldern senkrecht zur $ab$-Ebene bis zu 12 T gemessen. Oberhalb der kritischen Temperatur $T_{c}$ steigt der longitudinale spezifische Widerstand $rho_{xx}$ linear mit der Temperatur, w"{a}hrend der spezifische Hall-Widerstand $rho_{yx}$ sich umgekehrt proportional zur Temperatur "{a}ndert. In der N"{a}he von $T_{c}$ und in Feldern kleiner als 3 T wurde eine doppelte Vorzeichen"{a}nderung des spezifischen Hall-Widerstandes beobachtet. Der Hall-Winkel im Normalzustand, cot $theta_{H}= alpha T^{2} + beta$, folgt einer universellen $textit{T }^{2}$-Abh"{a}ngigkeit in allen magnetischen Feldern. In der N"{a}he des Nullwiderstand-Zustandes h"{a}ngt der spezifische Hall-Widerstand $rho_{yx}$ "{u}ber ein Potenzgesetz mit dem longitudinalen Widerstand $rho_{xx}$ zusammen. Das Skalenverhalten zwischen $rho_{yx}$ und $rho_{xx}$ weist eine starke Feld-Abh"{a}ngigkeit auf. Der Skalenexponent $beta$ in der Gleichung $rho_{yx}$ =A $rho_{xx}^{beta}$ steigt von 1.0 bis 1.7, w"{a}hrend das Feld von 1.0 bis 12 T zunimmt.

Entwicklung der zeitaufgelösten Photoemissions-Elektronenmikroskopie für die Untersuchung der Magnetisierungsdynamik von mikrostrukturierten magnetischen Schichten

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die zeitaufgelöste Photoemissions Elektronenmikroskopie (TR-PEEM) für die in-situ Untersuchung ultraschneller dynamischer Prozesse in dünnen mikrostrukturierten magnetischen Schichten während eines rasch verändernden externen Magnetfelds entwickelt. Das Experiment basiert auf der Nutzung des XMCD-Kontrasts (X-ray magnetic circular dichroism) mit Hilfe des zirkularpolarisierten Lichts von Synchrotronstrahlungsquellen (Elektronenspeicherringen BESSY II (Berlin) und ESRF (Grenoble)) für die dynamische Darstellung der magnetischen Domänen während ultraschneller Magnetisierungsvorgänge. Die hier entwickelte Methode wurde als erfolgreiche Kombination aus einer hohen Orts- und Zeitauflösung (weniger als 55 nm bzw. 15 ps) realisiert. Mit der hier beschriebenen Methode konnte nachgewiesen werden, dass die Magnetisierungsdynamik in großen Permalloy-Mikrostrukturen (40 µm x 80 µm und 20 µm x 80 µm, 40 nm dick) durch inkohärente Drehung der Magnetisierung und mit der Bildung von zeitlich abhängigen Übergangsdomänen einher geht, die den Ummagnetisierungsvorgang blockieren. Es wurden neue markante Differenzen zwischen der magnetischen Response einer vorgegebenen Dünnfilm-Mikrostruktur auf ein gepulstes externes Magnetfeld im Vergleich zu dem quasi-statischen Fall gefunden. Dies betrifft die Erscheinung von transienten raumzeitlichen Domänenmustern und besonderen Detailstrukturen in diesen Mustern, welche im quasi-statischen Fall nicht auftreten. Es wurden Beispiele solcher Domänenmuster in Permalloy-Mikrostrukturen verschiedener Formen und Größen untersucht und diskutiert. Insbesondere wurde die schnelle Verbreiterung von Domänenwänden infolge des präzessionalen Magnetisierungsvorgangs, die Ausbildung von transienten Domänenwänden und transienten Vortizes sowie die Erscheinung einer gestreiften Domänenphase aufgrund der inkohärenten Drehung der Magnetisierung diskutiert. Ferner wurde die Methode für die Untersuchung von stehenden Spinwellen auf ultradünnen (16 µm x 32 µm groß und 10 nm dick) Permalloy-Mikrostrukturen herangezogen. In einer zum periodischen Anregungsfeld senkrecht orientierten rechteckigen Mikrostruktur wurde ein induziertes magnetisches Moment gefunden. Dieses Phänomen wurde als „selbstfangende“ Spinwellenmode interpretiert. Es wurde gezeigt, dass sich eine erzwungene Normalmode durch Verschiebung einer 180°-Néelwand stabilisiert. Wird das System knapp unterhalb seiner Resonanzfrequenz angeregt, passt sich die Magnetisierungsverteilung derart an, dass ein möglichst großer Teil der durch das Anregungsfeld eingebrachten Energie im System verbleibt. Über einem bestimmten Grenzwert verursacht die Spinwellenmode nahe der Resonanzfrequenz eine effektive Kraft senkrecht zur 180°-Néel-Wand. Diese entsteht im Zentrum der Mikrostruktur und wird durch die streufeldinduzierte Kraft kompensiert. Als zusätzliche Möglichkeit wurden die Streufelder von magnetischen Mikrostrukturen während der dynamischen Prozesse quantitativ bestimmt und das genaue zeitliche Profil des Streufelds untersucht. Es wurde gezeigt, dass das zeitaufgelöste Photoemissions Elektronenmikroskop als ultraschnelles oberflächensensitives Magnetometer eingesetzt werden kann.

Nucleation studies on graphics processing units

Ein System in einem metastabilen Zustand muss eine bestimmte Barriere in derrnfreien Energie überwinden um einen Tropfen der stabilen Phase zu formen.rnHerkömmliche Untersuchungen nehmen hierbei kugelförmige Tropfen an. Inrnanisotropen Systemen (wie z.B. Kristallen) ist diese Annahme aber nicht ange-rnbracht. Bei tiefen Temperaturen wirkt sich die Anisotropie des Systems starkrnauf die freie Energie ihrer Oberfläche aus. Diese Wirkung wird oberhalb derrnAufrauungstemperatur T R schwächer. Das Ising-Modell ist ein einfaches Mo-rndell, welches eine solche Anisotropie aufweist. Wir führen großangelegte Sim-rnulationen durch, um die Effekte, die mit einer endlichen Simulationsbox ein-rnhergehen, sowie statistische Ungenauigkeiten möglichst klein zu halten. DasrnAusmaß der Simulationen die benötigt werden um sinnvolle Ergebnisse zu pro-rnduzieren, erfordert die Entwicklung eines skalierbaren Simulationsprogrammsrnfür das Ising-Modell, welcher auf verschiedenen parallelen Architekturen (z.B.rnGrafikkarten) verwendet werden kann. Plattformunabhängigkeit wird durch ab-rnstrakte Schnittstellen erreicht, welche plattformspezifische Implementierungs-rndetails verstecken. Wir benutzen eine Systemgeometrie die es erlaubt eine Ober-rnfläche mit einem variablen Winkel zur Kristallebene zu untersuchen. Die Ober-rnfläche ist in Kontakt mit einer harten Wand, wobei der Kontaktwinkel Θ durchrnein Oberflächenfeld eingestellt werden kann. Wir leiten eine Differenzialglei-rnchung ab, welche das Verhalten der freien Energie der Oberfläche in einemrnanisotropen System beschreibt. Kombiniert mit thermodynamischer Integrationrnkann die Gleichung benutzt werden, um die anisotrope Oberflächenspannungrnüber einen großen Winkelbereich zu integrieren. Vergleiche mit früheren Mes-rnsungen in anderen Geometrien und anderen Methoden zeigen hohe Überein-rnstimung und Genauigkeit, welche vor allem durch die im Vergleich zu früherenrnMessungen wesentlich größeren Simulationsdomänen erreicht wird. Die Temper-rnaturabhängigkeit der Oberflächensteifheit κ wird oberhalb von T R durch diernKrümmung der freien Energie der Oberfläche für kleine Winkel gemessen. DiesernMessung lässt sich mit Simulationsergebnissen in der Literatur vergleichen undrnhat bessere Übereinstimmung mit theoretischen Voraussagen über das Skalen-rnverhalten von κ. Darüber hinaus entwickeln wir ein Tieftemperatur-Modell fürrndas Verhalten um Θ = 90 Grad weit unterhalb von T R. Der Winkel bleibt bis zu einemrnkritischen Feld H C quasi null; oberhalb des kritischen Feldes steigt der Winkelrnrapide an. H C wird mit der freien Energie einer Stufe in Verbindung gebracht,rnwas es ermöglicht, das kritische Verhalten dieser Größe zu analysieren. Die harternWand muss in die Analyse einbezogen werden. Durch den Vergleich freier En-rnergien bei geschickt gewählten Systemgrößen ist es möglich, den Beitrag derrnKontaktlinie zur freien Energie in Abhängigkeit von Θ zu messen. Diese Anal-rnyse wird bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt. Im letzten Kapitel wirdrneine 2D Fluiddynamik Simulation für Grafikkarten parallelisiert, welche u. a.rnbenutzt werden kann um die Dynamik der Atmosphäre zu simulieren. Wir im-rnplementieren einen parallelen Evolution Galerkin Operator und erreichen

Metamagnetic Copper(II) Diphosphonates with Layered Structures

Compounds [NH3(CH2)4NH3]Cu3(hedp)2·2H2O (1) and [NH3(CH2)3NH3]Cu3(hedp)2·3.5H2O (2), where hedp represents 1-hydroxyethylidenediphosphonate, exhibit two-dimensional structures closely related to each other. The anionic layers with composition {Cu3(hedp)2}n2n- contain four- and eight-membered rings assembled from vertex-sharing {CuO4} units and {CPO3} tetrahedra. The protonated diamines and lattice water fill the interlayer spaces. Crystal data for 2:  space group P1̄, a = 8.0315(4), b = 11.3713(6), c = 13.3117(7) Å, α = 97.122(1), β = 103.187(1), γ = 108.668(1)°, V = 1095.5(1) Å3, Z = 2. Magnetic properties of the two compounds have been investigated. Both show typical metamagnetic behaviors at low temperature. The critical field at which the antiferromagnetic ground-state switches to a ferrimagnetic state is ∼48 Oe for 1 and 185 Oe for 2 at about 2 K.

Impact of ocean acidification and warming on respiration, heart rate and acid-base status of Mytilus edulis from the North Sea

Anthropogenic climate change confronts marine organisms with rapid trends of concomitant warming and CO2 induced ocean acidification. The survival and distribution of species partly depend on their ability to exploit their physiological plasticity during acclimatization. Therefore, in laboratory studies the effects of simulated future ocean acidification on thermal tolerance, energy metabolism and acid-base regulation capacity of the North Sea population of the blue mussel Mytilus edulis were examined. Following one month of pre-acclimation to 10 °C and control CO2 levels, mussels were exposed for two weeks to control and projected oceanic CO2 levels (390, 750 and 1120 µatm) before being subjected to a stepwise warming protocol between 10 °C and 31 °C (+ 3 °C each night). Oxygen consumption and heart rates, anaerobic metabolite levels and haemolymph acid-base status were determined at each temperature. CO2 exposure left oxygen consumption rate unchanged at acclimation temperature but caused a somewhat stronger increase during acute warming and thus mildly higher Q10-values than seen in controls. Interestingly, the thermally induced limitation of oxygen consumption rate set in earlier in normocapnic than in hypercapnic (1120 µatm CO2) mussels (25.2 °C vs. 28.8 °C), likely due to an onset of metabolic depression in the control group following warming. However, the temperature induced increase in heart rate became limited above 25 °C in both groups indicating an unchanged pejus temperature regardless of CO2 treatment. An upper critical temperature was reached above 28 °C in both treatments indicated by the accumulation of anaerobic metabolites in the mantle tissue, paralleled by a strong increase in haemolymph PCO2 at 31 °C. Ocean acidification caused a decrease in haemolymph pH. The extracellular acidosis remained largely uncompensated despite some bicarbonate accumulation. In all treatments animals developed a progressive warming-induced extracellular acidosis. A stronger pH drop at around 25 °C was followed by stagnating heart rates. However, normocapnic mussels enhanced bicarbonate accumulation at the critical limit, a strategy no longer available to hypercapnic mussels. In conclusion, CO2 has small effects on the response patterns of mussels to warming, leaving thermal thresholds largely unaffected. High resilience of adult North Sea mussels to future ocean acidification indicates that sensitivity to thermal stress is more relevant in shaping the response to future climate change.

Size and dimensionality effects in superconducting Mo thin films

Molybdenum is a low Tc, type I superconductor whose fundamental properties are poorly known. Its importance as an essential constituent of new high performance radiation detectors, the so-called transition edge sensors (TESs) calls for better characterization of this superconductor, especially in thin film form. Here we report on a study of the basic superconducting features of Mo thin films as a function of their thickness. The resistivity is found to rise and the critical temperature decreases on decreasing film thickness, as expected. More relevant, the critical fields along and perpendicular to the film plane are markedly different, thickness dependent and much larger than the thermodynamic critical field of Mo bulk. These results are consistent with a picture of type II 2D superconducting films, and allow estimates of the fundamental superconducting lengths of Mo. The role of morphology in determining the 2D and type II character of the otherwise type I molybdenum is discussed. The possible consequences of this behaviour on the performance of radiation detectors are also addressed

Quantum theory of spin waves in finite chiral spin chains

We calculate the effect of spin waves on the properties of finite-size spin chains with a chiral spin ground state observed on biatomic Fe chains deposited on iridium(001). The system is described with a Heisenberg model supplemented with a Dzyaloshinskii-Moriya coupling and a uniaxial single ion anisotropy that presents a chiral spin ground state. Spin waves are studied using the Holstein-Primakoff boson representation of spin operators. Both the renormalized ground state and the elementary excitations are found by means of Bogoliubov transformation, as a function of the two variables that can be controlled experimentally, the applied magnetic field and the chain length. Three main results are found. First, because of the noncollinear nature of the classical ground state, there is a significant zero-point reduction of the ground-state magnetization of the spin spiral. Second, there is a critical external field from which the ground state changes from chiral spin ground state to collinear ferromagnetic order. The character of the two lowest-energy spin waves changes from edge modes to confined bulk modes over this critical field. Third, in the spin-spiral state, the spin-wave spectrum exhibits oscillatory behavior as function of the chain length with the same period of the spin helix.

Terahertz Response of Excitons in Nanorod Heterostructures

Quantum-confined systems are one of the most promising ways to enable us to control a material's interactions with light. Nanorods in particular offer the right dimensions for exploring and manipulating the terahertz region of the spectrum. In this thesis, we model excitons confined inside a nanorod using the envelope function approximation. A region-matching transfer matrix method allows us to simulate excitonic states inside arbitrary heterostructures grown along the length of the rod. We apply the method to colloidal CdSe rods 70 nm in length and under 10 nm in diameter, capped with ligands of DDPA and pyridine. We extend past studies on these types of rods by taking into account their dielectric permittivity mismatch. Compared to previous calculations and experimentally measured terahertz absorption, we predict a higher energy main 1S$z$ to 2P$z$ transition peak. This indicates that the rods are likely larger in diameter than previously thought. We also investigate a nanorod with GaAs/Al$_{0.3}$Ga$_{0.7}$As coupled double dots. The excitonic transitions were found to be manipulable by varying the strength of an applied electric field. We employ quasi-static state population distributions to simulate the effects of exciton relaxation from optically active states to dim ground states. A critical value of the applied field, corresponding to the exciton binding energy of ~18 meV, was found to dramatically alter the terahertz absorption due to state mixing. Above this critical field, more nuanced shifts in transition energies were observed, and gain from radiative relaxation to the ground state is predicted.

The gap equations for spin singlet and triplet ferromagnetic superconductors

We derive gap equations for superconductivity in coexistence with ferromagnetism. We treat singlet and triplet states With either equal spin pairing (ESP) or opposite spin pairing (OSP) states, and study the behaviour of these states as a function of exchange splitting. For the s-wave singlet state we find that our gap equations correctly reproduce the Clogston-Chandrasekhar limiting behaviour and the phase diagram of the Baltensperger-Sarma equation (excluding the FFLO region). The singlet superconducting order parameter is shown to be independent of exchange splitting at zero temperature, as is assumed in the derivation of the Clogston-Chandrasekhar limit. P-wave triplet states of the OSP type behave similarly to the singlet state as a function of exchange splitting. On the other hand, ESP triplet states show a very different behaviour. In particular, there is no Clogston-Chandrasekhar limiting and the superconducting critical temperature, T-C, is actually increased by exchange splitting.

The effect of stimulus location on the major components of the visual evoked response

The topographical distribution of the pattern reversal Visual Evoked Response (VER) was recorded from a localised montage of 20 electrodes over the visual cortex. The response was recorded after stimulation with a black and white checkerboard stimulus. The effect of field location on the major components was investigated in 11 subjects (age range (23-55). The major components of the half field response were; a negative around 75ms (N75) followed by a positivity around 80ms (P80), then a positivity around 100ms (P100) followed by another positivity at around 120ms (P120) and a negativity at approximately 145ms (N145). No effect of field size could be demonstrated on either the amplitude or latency of the late negativity, N145. No significant effect of field size or location was shown on the latency of the P100 response. A delay previously shown in the upper half field response was therefore not substantiated. In contrast the amplitude of the major positivity, P100 was significantly affected by the field size and location. The amplitude of both P100 and N145 were significantly reduced following upper field stimulation when compared with the lower field response. No significant amplitude difference between the upper and lower field responses was demonstrated using electroretinography, the amplitude may therefore be reduced as a result of the ventral position of the upper field representation on the visual cortex. The lateral half field VEP was compared with the distribution of the visual evoked magnetic response (VEMR). The distribution of the VEMR supported the proposal that the paradoxical lateralisation of the VEP half field response is the result of the source being directed ipsilaterally. The morphology of the VEP following octant and double octant stimulation suggests that the response is generated in the striate cortex, with a reversal in response distribution following stimulation of the upper vertical and horizontal meridia.

A youth vision of the city: The socio-spatial lives and exclusion of street girls in Bogota, Colombia

This dissertation documents the everyday lives and spaces of a population of youth typically constructed as out of place, and the broader urban context in which they are rendered as such. Thirty-three female and transgender street youth participated in the development of this youth-based participatory action research (YPAR) project utilizing geo-ethnographic methods, auto-photography, and archival research throughout a six-phase, eighteen-month research process in Bogotá, Colombia. ^ This dissertation details the participatory writing process that enabled the YPAR research team to destabilize dominant representations of both street girls and urban space and the participatory mapping process that enabled the development of a youth vision of the city through cartographic images. The maps display individual and aggregate spatial data indicating trends within and making comparisons between three subgroups of the research population according to nine spatial variables. These spatial data, coupled with photographic and ethnographic data, substantiate that street girls’ mobilities and activity spaces intersect with and are altered by state-sponsored urban renewal projects and paramilitary-led social cleansing killings, both efforts to clean up Bogotá by purging the city center of deviant populations and places. ^ Advancing an ethical approach to conducting research with excluded populations, this dissertation argues for the enactment of critical field praxis and care ethics within a YPAR framework to incorporate young people as principal research actors rather than merely voices represented in adultist academic discourse. Interjection of considerations of space, gender, and participation into the study of street youth produce new ways of envisioning the city and the role of young people in research. Instead of seeing the city from a panoptic view, Bogotá is revealed through the eyes of street youth who participated in the construction and feminist visualization of a new cartography and counter-map of the city grounded in embodied, situated praxis. This dissertation presents a socially responsible approach to conducting action-research with high-risk youth by documenting how street girls reclaim their right to the city on paper and in practice; through maps of their everyday exclusion in Bogotá followed by activism to fight against it.^

Critical Properties at the Field-Induced Bose-Einstein Condensation in NiCl(2)-4SC(NH(2))(2)

We report new magnetization measurements on the spin-gap compound NiCl(2)-4SC(NH(2))(2) at the low-field boundary of the magnetic field-induced ordering. The critical density of the magnetization is analyzed in terms of a Bose-Einstein condensation of bosonic quasiparticles. The analysis of the magnetization at the transition leads to the conclusion for the preservation of the U(1) symmetry, as required for Bose-Einstein condensation. The experimental data are well described by quantum Monte Carlo simulations.

The use of transcriptional profiles to predict adult mosquito age under field conditions

Age is a critical determinant of an adult female mosquito's ability to transmit a range of human pathogens. Despite its central importance, relatively few methods exist with which to accurately determine chronological age of field-caught mosquitoes. This fact is a major constraint on our ability to fully understand the relative importance of vector longevity to disease transmission in different ecological contexts. It also limits our ability to evaluate novel disease control strategies that specifically target mosquito longevity. We report the development of a transcriptional profiling approach to determine age of adult female Aedes aegypti under field conditions. We demonstrate that this approach surpasses current cuticular hydrocarbon methods for both accuracy of predicted age as well as the upper limits at which age can be reliably predicted. The method is based on genes that display age-dependent expression in a range of dipteran insects and, as such, is likely to be broadly applicable to other disease vectors.