Selbstassemblierte Monolagen und magnetisch strukturierte Submonolagen mit dia- und paramagnetischen Molekülen sowie Einzelmolekülmagneten auf Phthalocyanin- und Subphthalocyanin-Basis

Mit dieser Arbeit wurde die Selbstassemblierung von dia- und paramagnetischen Molekülen sowie Einzelmolekülmagneten auf Goldsubstraten und magnetisch strukturierten Substraten untersucht. Dazu wurden drei verschiedene Klassen an Phthalocyaninderivaten verwendet: Diamagnetische Subphthalocyanine, paramagnetische Phthalocyaninatometalle und Diphthalocyaninatolanthanidkomplexe. Alle synthetisierten Verbindungen sind peripher thioethersubstituiert. Die Alkylketten (a: n-C8H17, b: n-C12H25) vermitteln die Löslichkeit in vielen organischen Solventien und sorgen für eine geordnete Assemblierung auf einer Oberfläche, wobei die Bindung auf Gold hauptsächlich über die Schwefelatome stattfindet. Die aus Lösung abgeschiedenen selbstassemblierten Monolagen wurden mit XPS, NEXAFS-Spektroskopie und ToF-SIMS untersucht. Bei der Selbstassemblierung auf magnetisch strukturierten Substraten stehen die Moleküle unter dem Einfluss magnetischer Streufelder und binden bevorzugt nur in bestimmten Bereichen. Die gebildeten Submonolagen wurden zusätzlich mit X-PEEM untersucht. Die erstmals dargestellten Manganphthalocyanine [MnClPc(SR)8] 1 wurden ausgehend von MnCl2 erhalten. Hier fand bei der Aufarbeitung an Luft eine Oxidation zu Mangan(III) statt; +III ist die stabilste Oxidationsstufe von Mangan in Phthalocyaninen. Der Nachweis des axialen Chloridoliganden erfolgte mit Massenspektrometrie und FIR- sowie Raman-Spektroskopie. SQUID-Messungen haben gezeigt, dass die Komplexe 1 vier ungepaarte Elektronen haben. Bei den Subphthalocyaninen [BClSubpc(SR)6] 2 wurde der axiale Chloridoligand mit dem stäbchenförmigen Phenolderivat 29-H substituiert und die erfolgreiche Ligandensubstitution durch NMR- und IR-Spektroskopie sowie Massenspektrometrie an den Produkten [BSubpc(SR)6(29)] 30 belegt. Der Radikalcharakter der synthetisierten Terbiumkomplexe [Tb{Pc(SR)8}2] 3 wurde spektroskopisch nachgewiesen; SQUID-Messungen ergaben, dass es sich um Einzelmolekülmagnete mit einer Energiebarriere U des Doppelpotentialtopfs von 880 K oder 610 cm-1 bei 3a handelt. Zunächst wurden die SAMs der Komplexverbindungen 1, 2, 30 und 3 auf nicht magnetisch strukturierten Goldsubstraten untersucht. Die Manganphthalocyanine 1 bilden geordnete SAMs mit größtenteils flach liegenden Molekülen, wie die XPS-, NEXAFS- und ToF-SIMS-Analyse zeigte. Die Mehrzahl der Thioether-Einheiten ist auf Gold koordiniert und die Alkylketten zeigen ungeordnet von der Oberfläche weg. Bei der Adsorption findet eine Reduktion zu Mangan(II) statt und der axiale Chloridoligand wird abgespalten. Das beruht auf dem sog. Oberflächen-trans-Effekt. Im vorliegenden Fall übt die Metalloberfläche einen stärkeren trans-Effekt als der axiale Ligand aus, was bisher experimentell noch nicht beobachtet wurde. Die thioethersubstituierten Subphthalocyanine 2 und 30 sowie die Diphthalocyaninatoterbium-Komplexe 3 sind ebenfalls für SAMs geeignet. Ihre Monolagen wurden mit XPS und NEXAFS-Spektroskopie untersucht, und trotz einer gewissen Unordnung in den Filmen liegen die Moleküle jeweils im Wesentlichen flach auf der Goldoberfläche. Vermutlich sind bei diesen Systemen auch die Alkylketten größtenteils parallel zur Oberfläche orientiert. Im Gegensatz zu den Manganphthalocyaninen 1 tritt bei 2b, 30a, 30b und 3b neben der koordinativen Bindung der Schwefelatome auf Gold auch eine für Thioether nicht erwartete kovalente Au–S-Bindung auf, die durch C–S-Bindungsbruch unter Abspaltung der Alkylketten ermöglicht wird. Der Anteil, zu dem dieser Prozess stattfindet, scheint nicht mit der Molekülstruktur zu korrelieren. Selbstassemblierte Submonolagen auf magnetisch strukturierten Substraten wurden mit dem diamagnetischen Subphthalocyanin 2b hergestellt. Der Nachweis der Submonolagen war schwierig und gelang schließlich durch eine Kombination von ToF-SIMS, NEXAFS Imaging und X-PEEM. Die Analyse der ToF-SIMS-Daten zeigte, dass tatsächlich eine Modulation der Verteilung der Moleküle auf einem unterwärts magnetisch strukturierten Substrat eintritt. Mit X-PEEM konnte die magnetische Struktur der ferromagnetischen Schicht des Substrats direkt der Verteilung der adsorbierten Moleküle zugeordnet werden. Die Subphthalocyanine 2b adsorbieren nicht an den Domänengrenzen, sondern vermehrt dazwischen. Auf Substraten mit abwechselnd 6.5 und 3.5 µm breiten magnetischen Domänen binden die Moleküle bevorzugt in den Bereichen geringster magnetischer Streufeldgradienten, also den größeren Domänen. Solche Substrate wurden für die ToF-SIMS- und X-PEEM-Messungen verwendet. Bei größeren magnetischen Strukturen mit ca. 400 µm breiten Domänen, wie sie aufgrund der geringeren Ortsauflösung dieser Methode für NEXAFS Imaging eingesetzt wurden, binden die Moleküle dann in allen Domänen. Die diamagnetischen Moleküle werden nach dieser Interpretation aus dem inhomogenen Magnetfeld über der Probenoberfläche heraus gedrängt und verhalten sich analog makroskopischer Diamagnete. Die eindeutige Detektion der Moleküle auf den magnetisch strukturierten Substraten konnte bisher nur für die diamagnetischen Subphthalocyanine 2b erfolgen. Um die Interpretation ihres Verhaltens bei der Selbstassemblierung in einem inhomogenen Magnetfeld weiter voranzutreiben, wurde das Subphthalocyanin 37b dargestellt, welches ein stabiles organisches TEMPO-Radikal in seinem axialen Liganden enthält. Das paramagnetische Subphthalocyanin 37b sollte auf den magnetisch strukturierten Substraten in Regionen starker magnetischer Streufelder binden und damit das entgegengesetzte Verhalten zu den diamagnetischen Subphthalocyaninen 2b zeigen. Aus Zeitgründen konnte dieser Nachweis im Rahmen dieser Arbeit noch nicht erbracht werden.

1.55 µm High-Speed QDs Lasers for Optical Telecommunication Applications

In this work investigation of the QDs formation and the fabrication of QD based semiconductor lasers for telecom applications are presented. InAs QDs grown on AlGaInAs lattice matched to InP substrates are used to fabricate lasers operating at 1.55 µm, which is the central wavelength for far distance data transmission. This wavelength is used due to its minimum attenuation in standard glass fibers. The incorporation of QDs in this material system is more complicated in comparison to InAs QDs in the GaAs system. Due to smaller lattice mismatch the formation of circular QDs, elongated QDs and quantum wires is possible. The influence of the different growth conditions, such as the growth temperature, beam equivalent pressure, amount of deposited material on the formation of the QDs is investigated. It was already demonstrated that the formation process of QDs can be changed by the arsenic species. The formation of more round shaped QDs was observed during the growth of QDs with As2, while for As4 dash-like QDs. In this work only As2 was used for the QD growth. Different growth parameters were investigated to optimize the optical properties, like photoluminescence linewidth, and to implement those QD ensembles into laser structures as active medium. By the implementation of those QDs into laser structures a full width at half maximum (FWHM) of 30 meV was achieved. Another part of the research includes the investigation of the influence of the layer design of lasers on its lasing properties. QD lasers were demonstrated with a modal gain of more than 10 cm-1 per QD layer. Another achievement is the large signal modulation with a maximum data rate of 15 Gbit/s. The implementation of optimized QDs in the laser structure allows to increase the modal gain up to 12 cm-1 per QD layer. A reduction of the waveguide layer thickness leads to a shorter transport time of the carriers into the active region and as a result a data rate up to 22 Gbit/s was achieved, which is so far the highest digital modulation rate obtained with any 1.55 µm QD laser. The implementation of etch stop layers into the laser structure provide the possibility to fabricate feedback gratings with well defined geometries for the realization of DFB lasers. These DFB lasers were fabricated by using a combination of dry and wet etching. Single mode operation at 1.55 µm with a high side mode suppression ratio of 50 dB was achieved.

Spatio-temporal resolution studies on a highly compact ultrafast electron diffractometer

Time-resolved diffraction with femtosecond electron pulses has become a promising technique to directly provide insights into photo induced primary dynamics at the atomic level in molecules and solids. Ultrashort pulse duration as well as extensive spatial coherence are desired, however, space charge effects complicate the bunching of multiple electrons in a single pulse.Weexperimentally investigate the interplay between spatial and temporal aspects of resolution limits in ultrafast electron diffraction (UED) on our highly compact transmission electron diffractometer. To that end, the initial source size and charge density of electron bunches are systematically manipulated and the resulting bunch properties at the sample position are fully characterized in terms of lateral coherence, temporal width and diffracted intensity.Weobtain a so far not reported measured overall temporal resolution of 130 fs (full width at half maximum) corresponding to 60 fs (root mean square) and transversal coherence lengths up to 20 nm. Instrumental impacts on the effective signal yield in diffraction and electron pulse brightness are discussed as well. The performance of our compactUEDsetup at selected electron pulse conditions is finally demonstrated in a time-resolved study of lattice heating in multilayer graphene after optical excitation.

Interferometrische Sensoren mit Modulation der optischen Weglänge für die Fertigungsmesstechnik

Ziel dieser Dissertation ist es, eine Klasse interferometrischer Messgeräte zu charakterisieren und weiter zu entwickeln. Die Modulation der optischen Weglänge (OPLM) im Referenzarm eines interferometrischen Messsystems ist ein anpassungsfähiger Ansatz. Sie ist zur Messung von Oberflächenprofilen mit einer Auflösung bis in den sub-nm-Bereich bei einem Messbereich von bis zu 100 Mikrometer geeignet. Wird ein statisches Messobjekt gemessen, tritt durch die Modulation im Referenzarm am Detektor ein periodisches Interferenzmuster auf. Dies ist in der unten stehenden Abbildung schematisch dargestellt. Bei einer Veränderung des Abstandes zwischen Objekt und Messgerät kann aus der Phasen- und/oder Hüllkurvenverschiebung im Interferenzmuster die Abstandsänderung abgeleitet werden.Im Rahmen der Arbeit sind zwei funktionsfähige OPLM-Messsysteme entwickelt, aufgebaut und getestet worden. Diese demonstrieren, dass der OPLM-Ansatz ein breites Spektrum an Anwendungen durch eine optische Messung abdecken kann. Allerdings zeigen sich an den Messsystemen auch die Limitierungen des OPLM-Ansatzes. Die Systeme basieren auf einer Punktmessung mittels einer fasergekoppelten Sonde sowie auf einer linienförmigen Messung durch eine Zeilenkamera. Um eine hohe laterale Auflösung zu erzielen, wird die Zeilenkamera mit einem Mikroskop kombiniert. Damit flächenhaft gemessen werden kann, ist es notwendig, Messobjekt und Sensor zueinander zu verschieben. Daher wird eine Theorie entwickelt, unter welchen Randbedingungen bewegte Objekte von einem OPLM-Messsystem aufgelöst werden können. Die Theorie wird anschließend experimentell überprüft und bestätigt. Für die Auswertung der bei der Modulation der optischen Weglänge entstehenden Interferenzen existieren bereits einige erprobte Algorithmen, welche auf ihre Eignung hin untersucht und mit selbst entwickelten Algorithmen verglichen werden. Auch wird darauf eingegangen, welches die zentralen Herausforderungen bei der Planung von OPLM-Interferometern sind und wie sich insbesondere die Wahl des Aktors für die OPLM auf das gesamte Messsystem auswirkt. Bei den beiden Messsystemen werden jeweils wichtige Komponenten wie analoge Elektronik und Aktorik sowie ihre Funktionsweise erläutert. Es wird detailliert beschrieben, wie ein OPLM-Messsystem charakterisiert und kalibriert werden muss, um möglichst zuverlässige Messwerte zu liefern. Abschließend werden die Möglichkeiten der beiden entwickelten Systeme durch Beispielmessungen demonstriert, sowie ihre Messgenauigkeit charakterisiert.

Bit-Width Analysis for General Applications

It has been widely known that a significant part of the bits are useless or even unused during the program execution. Bit-width analysis targets at finding the minimum bits needed for each variable in the program, which ensures the execution correctness and resources saving. In this paper, we proposed a static analysis method for bit-widths in general applications, which approximates conservatively at compile time and is independent of runtime conditions. While most related work focus on integer applications, our method is also tailored and applicable to floating point variables, which could be extended to transform floating point number into fixed point numbers together with precision analysis. We used more precise representations for data value ranges of both scalar and array variables. Element level analysis is carried out for arrays. We also suggested an alternative for the standard fixed-point iterations in bi-directional range analysis. These techniques are implemented on the Trimaran compiler structure and tested on a set of benchmarks to show the results.

Estimulacion magnetica trascraneal en el desempeno motor en enfermedades del sistema nervioso central: Revision Sistematica

Introducción: El uso de la estimulación cerebral no invasiva en procesos de rehabilitación es de gran interés, por cuanto con mediación tecnológica se generan nuevas posibilidades de recuperación motora, a partir de la activación de la corteza cerebral. El objetivo del estudio es establecer la evidencia del uso terapéutico de la EMT, relacionado con el desempeño motor de pacientes con enfermedades del sistema nervioso central. Metodología: Se realizó una revisión sistemática de la literatura. Se incluyeron 10 estudios en el análisis cualitativo que incluyó la evaluación de calidad con la escala de Jadad y del riesgo de sesgo con la herramienta Cochrane. Fueron excluidos 1613 estudios. Se aplicó el protocolo del estudio para la extracción, revisión y validez de los estudios incluidos. Resultados: La evidencia disponible muestra resultados positivos del uso terapéutico de la EMT en el desempeño motor en aspectos como la aceleración, la fuerza de pinza y de agarre, la estabilidad y la fuerza muscular, así como una mejor velocidad de la marcha y una disminución en la frecuencia y severidad de los espasmos. Discusión: La EMT puede constituir una estrategia terapéutica para mejorar el desempeño motor en pacientes con ECV, Lesión Medular y enfermedad de Parkinson, que requiere más investigación por la heterogeneidad de los diseños y medidas de descenlace utilizados, así como por la alta variabilidad interindividual que hace complejo estandarizar los protocolos de su uso terapéutico.

The width of a proof

Resumen tomado de la publicaci??n

The use of pulse amplitude modulated fluorescence techniques for metal toxicity assessment in fluvial biofilms

Metal pollution in rivers is in great concern with human activities in the fluvial watershed. This thesis aims to investigate the potential use of chl-a fluorescence parameters as biomarkers of metal toxicity, and to find cause-effect relationships between metal exposures, other environmental factor (i.e. light), and functional and structural biofilm responses. This thesis demonstrates that the use of chl-a fluorescence parameters allows detect early effects on biofilms caused by zinc toxicity, both in the laboratory as in polluted rivers. In microcosm experiments, the use of chl-a fluorescence parameters allows evaluates structural changes on photosynthetic apparatus and in algal groups’ composition of biofilms long-term exposed to zinc. In order to evaluate the effects of chronic metal pollution in rivers, it is recommended the use of biofilm translocation experiments and the use of a multi-biomarker approach.

Are distortion levels a problem with digital signal processing hearing aids and frequency modulation (FM) systems?

The purpose of this study was to examine objective and subjective distortion present when frequency modulation (FM) systems were coupled with four digital signal processing (DSP) hearing aids. Electroacoustic analysis and subjective listening tests by experienced audiologists revealed that distortion levels varied across hearing aids and channels.

Differential sensitivity to tonal frequency and to the rate of modulation of broad-band noise by hearing-impaired listeners

This dissertation examined whether a hearing impairment of the auditory end-organ has the same or a differential effect on the place and periodicity processes. Differential sensitivities for four normally hearing listeners and for both ears of five patients with unilateral Meniere’s disease were measured for tonal frequency and rate of sinusoidally amplitude-modulated noise at common frequencies and rates of the stimulus.

The counterpropagating Rossby wave perspective on Kelvin Helmholtz instability as a limiting case of a Rayleigh shear layer with zero width

The Kelvin Helmholtz (KH) problem, with zero stratification, is examined as a limiting case of the Rayleigh model of a single shear layer whose width tends to zero. The transition of the Rayleigh modal dispersion relation to the KH one, as well as the disappearance of the supermodal transient growth in the KH limit, are both rationalized from the counterpropagating Rossby wave perspective.

Cholinergic modulation of intrinsic fibre-evoked excitatory transmission contains a nicotinic component in immature but not adult rat piriform cortex, in vitro

The piriform cortex (PC) is highly prone to epileptogenesis, particularly in immature animals, where decreased muscarinic modulation of PC intrinsic fibre excitatory neurotransmission is implicated as a likely cause. However, whether higher levels of acetylcholine (ACh) release occur in immature vs. adult PC remains unclear. We investigated this using in vitro extracellular electrophysiological recording techniques. Intrinsic fibre-evoked extracellular field potentials (EFPs) were recorded from layers II to III in PC brain slices prepared from immature (P14-18) and adult (P>40) rats. Adult and immature PC EFPs were suppressed by eserine (1muM) or neostigmine (1muM) application, with a greater suppression in immature ( approximately 40%) than adult ( approximately 30%) slices. Subsequent application of atropine (1muM) reversed EFP suppression, producing supranormal ( approximately 12%) recovery in adult slices, suggesting that suppression was solely muscarinic ACh receptor-mediated and that some 'basal' cholinergic 'tone' was present. Conversely, atropine only partially reversed anticholinesterase effects in immature slices, suggesting the presence of additional non-muscarinic modulation. Accordingly, nicotine (50muM) caused immature field suppression ( approximately 30%) that was further enhanced by neostigmine, whereas it had no effect on adult EFPs. Unlike atropine, nicotinic antagonists, mecamylamine and methyllycaconitine, induced immature supranormal field recovery ( approximately 20%) following anticholinesterase-induced suppression (with no effect on adult slices), confirming that basal cholinergic 'tone' was also present. We suggest that nicotinic inhibitory cholinergic modulation occurs in the immature rat PC intrinsic excitatory fibre system, possibly to complement the existing, weak muscarinic modulation, and could be another important developmentally regulated system governing immature PC susceptibility towards epileptogenesis.

Developmental changes in presynaptic muscarinic modulation of excitatory and inhibitory neurotransmission in rat piriform cortex in vitro: relevance to epileptiform bursting susceptibility

Suppression of depolarizing postsynaptic potentials and isolated GABA-A receptor-mediated fast inhibitory postsynaptic potentials by the muscarinic acetylcholine receptor agonist, oxotremorine-M (10 microM), was investigated in adult and immature (P14-P30) rat piriform cortical (PC) slices using intracellular recording. Depolarizing postsynaptic potentials evoked by layers II-III stimulation underwent concentration-dependent inhibition in oxotremorine-M that was most likely presynaptic and M2 muscarinic acetylcholine receptor-mediated in immature, but M1-mediated in adult (P40-P80) slices; percentage inhibition was smaller in immature than in adult piriform cortex. In contrast, compared with adults, layer Ia-evoked depolarizing postsynaptic potentials in immature piriform cortex slices in oxotremorine-M, showed a prolonged multiphasic depolarization with superimposed fast transients and spikes, and an increased 'all-or-nothing' character. Isolated N-methyl-d-aspartate receptor-mediated layer Ia depolarizing postsynaptic potentials (although significantly larger in immature slices) were however, unaffected by oxotremorine-M, but blocked by dl-2-amino-5-phosphonovaleric acid. Fast inhibitory postsynaptic potentials evoked by layer Ib or layers II-III-fiber stimulation in immature slices were significantly smaller than in adults, despite similar estimated mean reversal potentials ( approximately -69 and -70 mV respectively). In oxotremorine-M, only layer Ib-fast inhibitory postsynaptic potentials were suppressed; suppression was again most likely presynaptic M2-mediated in immature slices, but M1-mediated in adults. The degree of fast inhibitory postsynaptic potential suppression was however, greater in immature than in adult piriform cortex. Our results demonstrate some important physiological and pharmacological differences between excitatory and inhibitory synaptic systems in adult and immature piriform cortex that could contribute toward the increased susceptibility of this region to muscarinic agonist-induced epileptiform activity in immature brain slices.