Interaction of ions, electrons, and laser pulses with surfaces

133 p.

Topographic optical profilometry of steep slope micro-optical transparent surfaces

Optical profilometers based on light reflection may fail at surfaces presenting steep slopes and highly curved features. Missed light, interference and diffraction at steps, peaks and valleys are some of the reasons. Consequently, blind areas or profile artifacts may be observed when using common reflection micro-optical profilometers (confocal, scanning interferometers, etc…). The Topographic Optical Profilometry by Absorption in Fluids (TOPAF) essentially avoids these limitations. In this technique an absorbing fluid fills the gap between a reference surface and the surface to profile. By comparing transmission images at two different spectral bands we obtain a reliable topographic map of the surface. In this contribution we develop a model to obtain the profile under micro-optical observation, where high numerical aperture (NA) objectives are mandatory. We present several analytical and experimental results, validating the technique’s capabilities for profiling steep slopes and highly curved micro-optical surfaces with nanometric height resolution.

Automorphism groups of non-orientable elliptic-hyperelliptic Klein surfaces with boundary

A classical study about Klein and Riemann surfaces consists in determining their groups of automorphisms. This problem is very difficult in general,and it has been solved for particular families of surfaces or for fixed topological types. In this paper, we calculate the automorphism groups of non-orientable bordered elliptic-hyperelliptic Klein surfaces of algebraic genus p> 5.

Triangular mesh parameterization with trimmed surfaces

Given a 2manifold triangular mesh \(M \subset {\mathbb {R}}^3\), with border, a parameterization of \(M\) is a FACE or trimmed surface \(F=\{S,L_0,\ldots, L_m\}\) -- \(F\) is a connected subset or region of a parametric surface \(S\), bounded by a set of LOOPs \(L_0,\ldots ,L_m\) such that each \(L_i \subset S\) is a closed 1manifold having no intersection with the other \(L_j\) LOOPs -- The parametric surface \(S\) is a statistical fit of the mesh \(M\) -- \(L_0\) is the outermost LOOP bounding \(F\) and \(L_i\) is the LOOP of the ith hole in \(F\) (if any) -- The problem of parameterizing triangular meshes is relevant for reverse engineering, tool path planning, feature detection, redesign, etc -- Stateofart mesh procedures parameterize a rectangular mesh \(M\) -- To improve such procedures, we report here the implementation of an algorithm which parameterizes meshes \(M\) presenting holes and concavities -- We synthesize a parametric surface \(S \subset {\mathbb {R}}^3\) which approximates a superset of the mesh \(M\) -- Then, we compute a set of LOOPs trimming \(S\), and therefore completing the FACE \(F=\ {S,L_0,\ldots ,L_m\}\) -- Our algorithm gives satisfactory results for \(M\) having low Gaussian curvature (i.e., \(M\) being quasi-developable or developable) -- This assumption is a reasonable one, since \(M\) is the product of manifold segmentation preprocessing -- Our algorithm computes: (1) a manifold learning mapping \(\phi : M \rightarrow U \subset {\mathbb {R}}^2\), (2) an inverse mapping \(S: W \subset {\mathbb {R}}^2 \rightarrow {\mathbb {R}}^3\), with \ (W\) being a rectangular grid containing and surpassing \(U\) -- To compute \(\phi\) we test IsoMap, Laplacian Eigenmaps and Hessian local linear embedding (best results with HLLE) -- For the back mapping (NURBS) \(S\) the crucial step is to find a control polyhedron \(P\), which is an extrapolation of \(M\) -- We calculate \(P\) by extrapolating radial basis functions that interpolate points inside \(\phi (M)\) -- We successfully test our implementation with several datasets presenting concavities, holes, and are extremely nondevelopable -- Ongoing work is being devoted to manifold segmentation which facilitates mesh parameterization

Multiscale Modeling and Simulation of Stepped Crystal Surfaces

A primary goal of this dissertation is to understand the links between mathematical models that describe crystal surfaces at three fundamental length scales: The scale of individual atoms, the scale of collections of atoms forming crystal defects, and macroscopic scale. Characterizing connections between different classes of models is a critical task for gaining insight into the physics they describe, a long-standing objective in applied analysis, and also highly relevant in engineering applications. The key concept I use in each problem addressed in this thesis is coarse graining, which is a strategy for connecting fine representations or models with coarser representations. Often this idea is invoked to reduce a large discrete system to an appropriate continuum description, e.g. individual particles are represented by a continuous density. While there is no general theory of coarse graining, one closely related mathematical approach is asymptotic analysis, i.e. the description of limiting behavior as some parameter becomes very large or very small. In the case of crystalline solids, it is natural to consider cases where the number of particles is large or where the lattice spacing is small. Limits such as these often make explicit the nature of links between models capturing different scales, and, once established, provide a means of improving our understanding, or the models themselves. Finding appropriate variables whose limits illustrate the important connections between models is no easy task, however. This is one area where computer simulation is extremely helpful, as it allows us to see the results of complex dynamics and gather clues regarding the roles of different physical quantities. On the other hand, connections between models enable the development of novel multiscale computational schemes, so understanding can assist computation and vice versa. Some of these ideas are demonstrated in this thesis. The important outcomes of this thesis include: (1) a systematic derivation of the step-flow model of Burton, Cabrera, and Frank, with corrections, from an atomistic solid-on-solid-type models in 1+1 dimensions; (2) the inclusion of an atomistically motivated transport mechanism in an island dynamics model allowing for a more detailed account of mound evolution; and (3) the development of a hybrid discrete-continuum scheme for simulating the relaxation of a faceted crystal mound. Central to all of these modeling and simulation efforts is the presence of steps composed of individual layers of atoms on vicinal crystal surfaces. Consequently, a recurring theme in this research is the observation that mesoscale defects play a crucial role in crystal morphological evolution.

Design, physico-chemical characterization and bioactivity studies of hybrid nanostructured titanium surfaces for enhanced osseointegration

170 p.

Understanding the CO Preoxidation and the Intrinsic Catalytic Activity of Step Sites in Stepped Pt Surfaces in Acidic Medium

In order to deepen the knowledge about the origin of the CO preoxidation process and the intrinsic catalytic activity of Pt superficial steps toward CO oxidation, a series of CO stripping experiments were performed on stepped Pt electrodes in acidic medium. For the occurrence of CO preoxidation, it was found that it arises (reproducibly) whenever four interconnected conditions are simultaneously fulfilled: (1) CO adsorption at potentials lower than about 0.2 V; (2) on surfaces saturated with COads; (3) in the presence of traces of CO in solution; (4) in the presence of surface steps. If any of these four conditions is not satisfied, the CO preoxidation pathway does not appear, even though the steps on the electrode surface are completely covered by CO. By controlling the removal of the CO adlayer (voltammetrically), we show that once the CO adlayer has been partially oxidized, the (111) terrace sites of stepped surfaces are released earlier than the (110) step sites. Moreover, if (110) steps are selectively decorated with CO, its oxidation occurs only at potentials ∼150 mV higher than the CO preoxidation peak. Our results systematically demonstrate that step sites are less active to oxidize CO than those ones responsible for the CO preoxidation process. Once the sites responsible for the CO preoxidation are made free, there is no apparent motion of the remaining adsorbed CO layer, suggesting that the activation of the surface controls the whole process, rather than the diffusion of COads toward hypothetically “most active sites”. Voltammetric and chronoamperometric experiments performed on partially covered CO adlayers suggest that adsorbed CO behave as a motionless species during its oxidation, in which the CO adlayer is removed piece by piece. By means of in situ FTIR experiments, the stretching frequency of CO selectively adsorbed on (110) step sites was examined. Band frequency results confirm that those molecules adsorbed on steps are fully coupled with the adsorbed CO on (111) terraces when the surface reaches full coverage.

Influence of alkylphosphonic acid grafting on the electronic and magnetic properties of La2/3Sr1/3MnO3 surfaces

Self-assembled monolayers (SAMs) are highly promising materials for molecular engineering of electronic and spintronics devices thanks to their surface functionalization properties. In this direction, alkylphosphonic acids have been used to functionalize the most common ferromagnetic electrode in organic spintronics: La2/3Sr1/3MnO3 (LSMO). However, a study on the influence of SAMs grafting on LSMO electronic and magnetic properties is still missing. In this letter, we probe the influence of alkylphosphonic acids-based SAMs on the electronic and magnetic properties of the LSMO surface using different spectroscopies. We observe by X-ray photoemission and X-ray absorption that the grafting of the molecules on the LSMO surface induces a reduction of the Mn oxidation state. Ultraviolet photoelectron spectroscopy measurements also show that the LSMO work function can be modified by surface dipoles opening the door to both tune the charge and spin injection efficiencies in organic devices such as organic light-emitting diodes.

Les grandes surfaces suivi de La logique du seuil ou la problématique de l’altérité dans Autoportraits de Marie Uguay et Nombreux seront nos ennemis de Geneviève Desrosiers

Les recueils de poésie Autoportraits de Marie Uguay et Nombreux seront nos ennemis de Geneviève Desrosiers appartiennent tous deux au genre de l’intimisme. Celui-ci est principalement caractérisé par une observation rapprochée du quotidien. Mon projet est constitué de deux volets : une recherche sur l’intimisme chez Uguay et Desrosiers, ainsi qu’un projet de création inspiré de leur poésie. Dans le volet recherche de mon mémoire, je me penche sur la logique du seuil et les rapports problématiques à l’altérité dans ces deux recueils. Dans Autoportraits et Nombreux seront nos ennemis, la position en retrait ou sur le seuil du « Je » permet d’observer ce qui l’entoure en conservant une perspective intime confortable où il ne se retrouve pas confronté à l’altérité. Les poèmes de la partie création de mon mémoire témoignent de l’inventivité dont le « Je » fait preuve afin d’échapper à son quotidien et sont empreints d’une perméabilité entre rêve et réalité. Le quotidien statique se présente comme un piège, un enfermement. La tension entre l’ici et l’ailleurs est exprimée dans les textes par une logique de l’attente; celle d’un nouveau départ et de la réalisation du rêve. Par cette pratique, je souhaite jouer avec les dangers de l’intimisme : ceux d’un narcissisme ou d’un sentimentalisme exacerbés.

Les grandes surfaces suivi de La logique du seuil ou la problématique de l’altérité dans Autoportraits de Marie Uguay et Nombreux seront nos ennemis de Geneviève Desrosiers

Les recueils de poésie Autoportraits de Marie Uguay et Nombreux seront nos ennemis de Geneviève Desrosiers appartiennent tous deux au genre de l’intimisme. Celui-ci est principalement caractérisé par une observation rapprochée du quotidien. Mon projet est constitué de deux volets : une recherche sur l’intimisme chez Uguay et Desrosiers, ainsi qu’un projet de création inspiré de leur poésie. Dans le volet recherche de mon mémoire, je me penche sur la logique du seuil et les rapports problématiques à l’altérité dans ces deux recueils. Dans Autoportraits et Nombreux seront nos ennemis, la position en retrait ou sur le seuil du « Je » permet d’observer ce qui l’entoure en conservant une perspective intime confortable où il ne se retrouve pas confronté à l’altérité. Les poèmes de la partie création de mon mémoire témoignent de l’inventivité dont le « Je » fait preuve afin d’échapper à son quotidien et sont empreints d’une perméabilité entre rêve et réalité. Le quotidien statique se présente comme un piège, un enfermement. La tension entre l’ici et l’ailleurs est exprimée dans les textes par une logique de l’attente; celle d’un nouveau départ et de la réalisation du rêve. Par cette pratique, je souhaite jouer avec les dangers de l’intimisme : ceux d’un narcissisme ou d’un sentimentalisme exacerbés.

3D-form metrology of arbitrary optical surfaces by absorption in fluids

We present an imaging technique for the 3D-form metrology of optical surfaces. It is based on the optical absorption in fluids situated between the surface and a reference. An improved setup with a bi-chromatic light source is fundamental to obtain reliable topographic maps. It is able to measure any surface finish (rough or polished), form and slope and independently of scale. We present results focused on flat and spherical optical surfaces, arrays of lenses and with different surface finish (rough-polished). We achieve form accuracies from several nanometers to sub-lambda for sag departures from tens to hundred of microns. Therefore, it seems suitable for the quality control in the production of precision aspheric, freeform lenses and other complex shapes on transparent substrates, independently of the surface finish.

Étude des phénomènes d'entartrage de la gibbsite sur les surfaces métalliques

Le procédé Bayer est cyclique et il permet d'extraire les hydrates d'alumine, contenu dans le minerai de bauxite. L'alumine est la matière première nécessaire pour la production de l'aluminium métallique par le procédé d'électrolyse. La solubilisation des hydrates d'alumine est effectuée dans une solution d'hydroxyde de sodium concentrée, liqueur Bayer, à haute température et pression. Il existe deux types de procédé : un procédé dit à basse température (150ÀC) et un procédé dit haute température (250ÀC). Selon la température utilisée, certaines impuretés présentes dans la bauxite vont être solubilisées comme par exemple la silice, le fer ou le titane. Comme le procédé est basé sur la solubilisation puis sur la précipitation des hydrates d'alumine, la solution est chauffée puis refroidie par une série d'échangeurs de chaleur. Ces changements de température impliquent des variations dans les conditions de saturation et sursaturation ce qui va conséquemment causer la formation de tartre dans le procédé. Selon la température du procédé utilisé, la composition chimique du tartre formé peut être différente. Dans le but d'inhiber partiellement ou totalement la cristallisation de la gibbsite, ou hydrate d'alumine, sur les surfaces métalliques, la compréhension des paramètres influençant sa formation est nécessaire. L'un des moyens de réduire ou d'inhiber la formation du tartre est de modifier les énergies de surface entre les surfaces métalliques et la solution de liqueur Bayer. Pour ce faire, des métaux ayant des propriétés différentes seront étudiés en entartrage et des composés organiques seront ajoutées à la solution d'hydroxyde de sodium afin de modifier l'interface entre ces métaux et la solution. L'influence des hydrates d'alumine et des différents composés organiques sur les métaux sera déterminer [i.e. déterminée] par des mesures d'isothermes d'adsorption, de potentiels zêta et d'angles de contact, dans le but d'établir une corrélation entre l'interface métal/solution et les temps de nucléation mesurés en entartrage. Un deuxième volet consiste en la fabrication d'un montage en laboratoire permettant d'effectuer la formation reproductible du tartre de freudenbergite. La freudenbergite est un tartre à base de titane qui se forme dans le procédé à haute température. Cette étude démontre que la formation du tartre dans le procédé Bayer est un phénomène de formation de cristaux de gibbsite en solution qui vont adhérer aux défauts de surfaces des surfaces métalliques. En ce sens, la rugosité de surface des métaux est le facteur déterminant pour la formation du tartre dans le procédé Bayer. Des tests d'entartrage réalisés au laboratoire sur cinq métaux différents démontrent une corrélation évidente entre la rugosité de surface, mesurée par microscope à force atomique, et les temps de nucléation obtenus en entartrage. Les mesures d'interactions interfaciales des aluminates de sodium sur les métaux étudiés, en présence ou non de composés organiques, ne permettent pas d'établir de corrélation avec les temps de nucléation obtenus en entartrage. Par contre, l'allongement de l'entartrage en présence de gluconate et de tartrate de sodium, des composés inhibiteurs de croissance des cristaux de gibbsite, confirme le phénomène de formation du tartre par des cristaux formés en solution. La croissance des cristaux de tartre étant partiellement inhibée, les temps de nucléation vont être allongés lors des tests d'entartrage. À l'inverse, l'EDTA favorise la formation de plusieurs cristaux en solution, ce qui diminue significativement la vitesse d'entartrage lorsqu'elle est ajoutée dans la liqueur Bayer. Afin de confirmer que la rugosité de surface est le facteur prédominant dans la formation du tartre dans le procédé Bayer, dans nos conditions de laboratoire, des tests d'entartrage sont effectués sur une surface d'or recouverte d'une monocouche d'alcane thiols. Ces tests démontrent que le changement de nature de la surface d'or ne permet pas de changer significativement le temps de nucléation de l'or dans nos conditions d'entartrage. Un montage expérimental comportant un four et quatre autoclaves, contrôlé par un système informatique a permis d'effectuer la formation de tartre de freudenbergite de façon reproductible au laboratoire.

Acoustic Propagation over Periodic and Quasi-Period Rough Surfaces Proceedings

Numerical techniques such as the Boundary Element Method, Finite Element Method and Finite Difference Time Domain have been used widely to investigate plane and curved wave-front scattering by rough surfaces. For certain shapes of roughness elements (cylinders, semi-cylinders and ellipsoids) there are semi-analytical alternatives. Here, we present a theory for multiple scattering by cylinders on a hard surface to investigate effects due to different roughness shape, the effects of vacancies and variation of roughness element size on the excess attenuation due to a periodically rough surfaces.

Zonage viticole des surfaces potentielles dans la valle centrale de Tarija, Bolivie.

La présente étude de zonage viticole a été faite dans la région de la vallée Central de Tarija(VCT), dans la ville de Tarija, au Sud de la Bolivie; une région avec plus de 400 années de tradition qui présente une vitiviniculture de haute qualité. La Vallée possède une surface total de 332 milles ha.; existant des vignobles entre 1660 y 2300 m.s.n.m. et dans ce rang d?altitude il existe 91 mille ha. avec un haut potentiel pour la culture de la vigne. Pour la détermination des surfaces homogènes de la région ont été considérés les aspects d?environnement avec l?aide d?images satellitaires, des cartes topographiques, des données climatologiques et des cartes géologiques ; pour déterminer les caractéristiques de la région pour la culture de la vigne. Au niveau climatique furent appliqués les indices du Système CCM Géo viticole développés par Tonietto & Carbonneau (2004), lesquelles considèrent des éléments thermiques (Indice Héliothermique), hydriques (Indice de sécheresse) et nictothermiques (Indice de Froid nocturne); nous avons identifié 8 types des climats différents dans toute la région. Dans les particularités du sol furent déterminés la morphologie et il a été géo référencié tous ses caractéristiques (analyses chimique et physique). S?ai fait une classification spécifique des critères de culture de la vigne pour déterminer l?aptitude du sol, en même temps ont été identifié les surfaces avec des limitants pour le conduit des vignobles. L?étude a pour objectif d?identifié les zones potentielles pour la culture de la vigne et de cette façon orienté son élargissement avec le support des politiques d?état et pertinente assistance technique au producteurs de cette région. MOTS CLES: Zonage ? grappe ? viticulture d?altitude ? altitude - Système CCM ? aptitude ? Bolivie