Electrical pump & probe and injected carrier losses quantification in Er doped Si slot waveguides

Electrically driven Er3+ doped Si slot waveguides emitting at 1530 nm are demonstrated. Two different Er3+ doped active layers were fabricated in the slot region: a pure SiO2 and a Si-rich oxide. Pulsed polarization driving of the waveguides was used to characterize the time response of the electroluminescence (EL) and of the signal probe transmission in 1 mm long waveguides. Injected carrier absorption losses modulate the EL signal and, since the carrier lifetime is much smaller than that of Er3+ ions, a sharp EL peak was observed when the polarization was switched off. A time-resolved electrical pump & probe measurement in combination with lock-in amplifier techniques allowed to quantify the injected carrier absorption losses. We found an extinction ratio of 6 dB, passive propagation losses of about 4 dB/mm, and a spectral bandwidth > 25 nm at an effective d.c. power consumption of 120 μW. All these performances suggest the usage of these devices as electro-optical modulators.

Spectroscopic ellipsometry study of the In1-x Gax Asy P1-y / InP Heterojunctions grown by metalorganic chemical-vapor deposition

The dielectric functions of InP, In0.53Ga0.47As, and In0.75Ga0.25As0.5P0.5 epitaxial layers have been measured using a polarization modulation spectroscopic ellipsometer in the 1.5 to 5.3 eV region. The oxide removal procedure has been carefully checked by comparing spectroscopic ellipsometry and x ray photoelectron spectroscopy measurements. These reference data have been used to investigate the structural nature of metalorganic chemical vapor deposition grown In0.53Ga0.47As/InP and In0.75Ga0.25As0.5P0.5/InP heterojunctions, currently used for photodiodes and laser diodes. The sharpness of the interfaces has been systematically compared for the two types of heterojunctions: In1 xGaxAsy/InP and InP/In1 xGaxAsyP1 y. The sharpest interface is obtained for InP growth on In0.75Ga0.25As0.5P0.5 where the interface region is estimated to be (10±10) Å thick. The importance of performing in situ SE measurements is emphasized.

Highly textured Sr, Nb, co-doped BiFeO3 thin films grown on SrRuO3/Si substrates by rf-sputtering

In this study, (011)-highly oriented Sr, Nb co-doped BiFeO3 (BFO) thin films were successfully grown on SrRuO3/Si substrates by rf-magnetron sputtering. The presence of parasite magnetic phases was ruled out based on the high resolution x-ray diffraction data. BFO films exhibited a columnar-like grain growth with rms surface roughness values of 5.3 nm and average grain sizes of 65-70 nm for samples with different thicknesses. Remanent polarization values (2Pr) of 54 lC cm 2 at room temperature were found for the BFO films with a ferroelectric behavior characteristic of an asymmetric device structure. Analysis of the leakage mechanisms for this structure in negative bias suggests Schottky injection and a dominant Poole-Frenkel trap-limited conduction at room temperature. Oxygen vacancies and Fe3þ/Fe2þ trap centers are consistent with the surface chemical bonding states analysis from x-ray photoelectron spectroscopy data. The (011)-BFO/ SrRuO3/Si film structure exhibits a strong magnetic interaction at the interface between the multiferroic film and the substrate layer where an enhanced ferromagnetic response at 5 K was observed. Zero-field cooled (ZFC) and field cooled (FC) magnetization curves of this film system revealed a possible spin glass behavior at spin freezing temperatures below 30 K depending on the BFO film thickness.

1.48 and 1.84 µm thulium emissions in monoclinic KGd(WO4)2 single crystals

By exciting at 788 nm, we have characterized the near infrared emissions of trivalent thulium ions in monoclinic KGd(WO4)2 single crystals at 1.48 and 1.84 mm as a function of dopant concentration from 0.1% to 10% and temperature from 10 K to room temperature. We used the reciprocity method to calculate the maximum emission cross-section of 3.0310220 cm2 at 1.838 mm for the polarization parallel to the Nm principal optical direction. These results agrees well with the experimental data. Experimental decay times of the 3H4!3F4 and 3F4!3H6 transitions have been measured as a function of thulium concentration.

Correlation of the EPR properties of perchlorotriphenylmethyl radical and their efficiency as DNP polarizers

Water soluble perchlorinated trityl (PTM) radicals were found to be effective 95 GHz DNP (dynamic nuclear polarization) polarizers in ex situ (dissolution) 13C DNP (Gabellieri et al., Angew Chem., Int. Ed. 2010, 49, 3360). The degree of the nuclear polarization obtained was reported to be dependent on the position of the chlorine substituents on the trityl skeleton. In addition, on the basis of the DNP frequency sweeps it was suggested that the 13C NMR signal enhancement is mediated by the Cl nuclei. To understand the DNP mechanism of the PTM radicals we have explored the 95 GHz EPR characteristics of these radicals that are relevant to their performance as DNP polarizers. The EPR spectra of the radicals revealed axially symmetric g-tensors. A comparison of the spectra with the 13C DNP frequency sweeps showed that although the solid effect mechanism is operational the DNP frequency sweeps reveal some extra width suggesting that contributions from EPR forbidden transitions involving 35,37Cl nuclear flips are likely. This was substantiated experimentally by ELDOR (electron-electron double resonance) detected NMR measurements, which map the EPR forbidden transitions, and ELDOR experiments that follow the depolarization of the electron spin upon irradiation of the forbidden EPR transitions. DFT (density functional theory) calculations helped to assign the observed transitions and provided the relevant spin Hamiltonian parameters. These results show that the 35,37Cl hyperfine and nuclear quadrupolar interactions cause a considerable nuclear state mixing at 95 GHz thus facilitating the polarization of the Cl nuclei upon microwave irradiation. Overlap of Cl nuclear frequencies and the 13C Larmor frequency further facilitates the polarization of the 13C nuclei by spin diffusion. Calculation of the 13C DNP frequency sweep based on the Cl nuclear polarization showed that it does lead to an increase in the width of the spectra, improving the agreement with the experimental sweeps, thus supporting the existence of a new heteronuclear assisted DNP mechanism.

Particle Size Analysis of Pharmaceutical Powders by Laser Diffraction

Raaka-aineen hiukkaskoko on lääkekehityksessä keskeinen materiaaliparametri. Lääkeaineen partikkelikoko vaikuttaa moneen lääketuotteen tärkeään ominaisuuteen, esimerkiksi lääkkeen biologiseen hyväksikäytettävyyteen. Tässä diplomityössä keskityttiin jauhemaisten lääkeaineiden hiukkaskoon määrittämiseen laserdiffraktiomenetelmällä. Menetelmä perustuu siihen, että partikkeleista sironneen valon intensiteetin sirontakulmajakauma on riippuvainen partikkelien kokojakaumasta. Työn kirjallisuusosassa esiteltiin laserdiffraktiomenetelmän teoriaa. PIDS (Polarization Intensity Differential Scattering) tekniikka, jota voidaan käyttää laserdiffraktion yhteydessä, on myös kuvattu kirjallisuusosassa. Muihin menetelmiin perustuvista analyysimenetelmistä tutustuttiin mikroskopiaan sekä aerodynaamisen lentoajan määrittämiseen perustuvaan menetelmään. Kirjallisuusosassa esiteltiin myös partikkelikoon yleisimpiä esitystapoja. Työn kokeellisen osan tarkoituksena oli kehittää ja validoida laserdiffraktioon perustuva partikkelikoon määritysmenetelmä tietylle lääkeaineelle. Menetelmäkehitys tehtiin käyttäen Beckman Coulter LS 13 320 laserdiffraktoria. Laite mahdollistaa PIDS-tekniikan käytön laserdiffraktiotekniikan ohella. Menetelmäkehitys aloitettiin arvioimalla, että kyseinen lääkeaine soveltuu parhaiten määritettäväksi nesteeseen dispergoituna. Liukoisuuden perusteella väliaineeksi valittiin tällä lääkeaineella kyllästetty vesiliuos. Dispergointiaineen sekä ultraäänihauteen käyttö havaittiin tarpeelliseksi dispergoidessa kyseistä lääkeainetta kylläiseen vesiliuokseen. Lopuksi sekoitusnopeus näytteensyöttöyksikössä säädettiin sopivaksi. Validointivaiheessa kehitetyn menetelmän todettiin soveltuvan hyvin kyseiselle lääkeaineelle ja tulosten todettiin olevan oikeellisia sekä toistettavia. Menetelmä ei myöskään ollut herkkä pienille häiriöille.

Behavior of propagating and evanescent components in azimuthally polarized non-paraxial fields

The contribution of the propagating and the evanescent waves associated with freely propagating non-paraxial light fields whose transverse component is azimuthally polarized at some plane is investigated. Analytic expressions are derived for describing both the spatial shape and the relative weight of the propagating and the evanescent components integrated over the transverse plane. The analysis is carried out within the framework of the plane-wave angular spectrum approach. These results are used to illustrate the behavior of a kind of donut-like beams with transverse azimuthal polarization at some plane.

In vivo electrochemical corrosion study of a CoCrMo biomedical alloy in human synovial fluids.

The present study was initiated with the aim to assess the in vivo electrochemical corrosion behaviour of CoCrMo biomedical alloys in human synovial fluids in an attempt to identify possible patient or pathology specific effects. For this, electrochemical measurements (open circuit potential OCP, polarization resistance Rp, potentiodynamic polarization curves, electrochemical impedance spectroscopy EIS) were carried out on fluids extracted from patients with different articular pathologies and prosthesis revisions. Those electrochemical measurements could be carried out with outstanding precision and signal stability. The results show that the corrosion behaviour of CoCrMo alloy in synovial fluids not only depends on material reactivity but also on the specific reactions of synovial fluid components, most likely involving reactive oxygen species. In some patients the latter were found to determine the whole cathodic and anodic electrochemical response. Depending on patients, corrosion rates varied significantly between 50 and 750mgdm(-2)year(-1).

DSA-elektrodien testaaminen kulumisen arvioimiseksi

Työn tavoitteena oli tutkia eri mittausmenetelmillä metallipinnoitettujen elektrodien kulumista kulumiskokeiden aikana. Mittausmenetelminä olivat käytössä syklinen voltammetria, polarisaatiokäyrän määritys ja sähkökemiallinen impedanssispektrometria, jotka olivat offline-mittausmenetelmiä. Näiden menetelmien avulla pystyttiin seuraamaan yksittäisten elektrodien kulumista ajon aikana. Elektrodin pinnoitteen alkuaineiden pitoisuuksia tutkittiin myös elektronimikroskoopin röntgenspektrometrin avulla. Työn aikana tehdyissä kulumiskokeista havaittiin elektrodin kuluvan sitä nopeammin mitä suurempi on virrantiheys. Työssä tehtyjen elektronimikroskooppikokeiden avulla havaittiin, että harvinaisten metallien seostaminen pinnoitteeseen pidentää metallipinnoitetun elektrodin käyttöikää. Syklisen voltammetrian avulla pystyttiin seuraamaan elektrodin pinta-alan muuttumista ajon aikana. Työssä käytettyjen kulumiskokeiden avulla ei suoranaisesti pystytty määrittämään elektrodin jäljellä olevaa elinikää.

Large Magnetoresistance in Fe/MgO/FeCo(001) Epitaxial Tunnel-Junctions on GaAs(001).

We present tunneling experiments on Fe~001!/MgO~20 Å!/FeCo~001! single-crystal epitaxial junctions of high quality grown by sputtering and laser ablation. Tunnel magnetoresistance measurements give 60% at 30 K, to be compared with 13% obtained recently on ~001!-oriented Fe/amorphous-Al2O3 /FeCo tunnel junctions. This difference demonstrates that the spin polarization of tunneling electrons is not directly related to the density of states of the free metal surface Fe~001! in this case but depends on the actual electronic structure of the entire electrode/barrier system.

Arseenin käyttö sinkkitehtaan koboltinpoistoon

Työssä selvitettiin kuparielektrolyysissä syntyvän sivutuotteen, arseenitrioksidin, soveltuvuutta The New Boliden Kokkola Zinc Oy:n sinkkitehtaan liuospuhdistuksen koboltinpoistovaiheeseen. Nykyään sinkkitehtaalla käytetään puhdasta arseenitrioksidia koboltinpoiston apuaineena. Tällä hetkellä kuparielektrolyysin arseenista valmistetaan puunsuoja-aineita. Lainsäädäntö muuttuu siten että tulevaisuudessa kyseisten puunsuoja-aineiden käyttöä tullaan yhä rajoittamaan. Kun puunsuoja-aineiden kulutus vähenee, täytyy syntyvä arseeni varastoida jätealueelle ellei sille löydetä muuta käyttöä. Arseenin varastointitarve ei lisäänny jos kuparielektrolyysistä saatava arseeni voidaan hyödyntää sinkkitehtaalla. Kuparielektrolyysissä syntyvä arseenitrioksidi ei ole puhdasta. Työssä selvitettiin epäpuh-tauksien vaikutusta sinkkitehtaan liuospuhdistuksen koboltinpoistovaiheeseen. Kokeiden olosuhteet pyrittiin yhdenmukaistamaan sinkkitehtaan koboltinpoistovaiheessa vallitsevia olosuhteita vastaaviksi. Kokeissa käytetyillä arseeniliuosten eri epäpuhtaustasoilla ei havaittu olevan selkeää eroa liuospuhdistuskyvyssä. Koetulokset antavat viitteitä siitä, että koboltinpoistoprosessi on oletettua epäherkempi arseeniliuoksen epäpuhtauksien vaikutuksille. Kirjallisuudesta haettiin arseenitrioksidin valmistukseen ja puhdistamiseen liittyvää aineistoa. Valmistusmenetelminä tarkasteltiin valmistusta arseenimalmista ja kuparielektrolyytistä ja puhdistusmenetelminä uudelleenkiteytystä, jäädytys-sulatusprosessia ja ioninvaihtoa. Työssä puhdistettiin kuparielektrolyysin liuospuhdistuksessa syntyvää arseenitrioksidia. Puhdistuslaitteistosta tehtiin alustava prosessisuunnitelma.

Kalvon modifioinnin vaikutus pienten molekyylien nanosuodatukseen

Tässä työssä tutkittiin pienten molekyylien nanosuodatusta kolmella kalvolla. Lappeenrannan teknillisen korkeakoulun laboratoriomittakaavan nanosuodatuslaitteistolla suodatettiin glukoosin, maitohapon ja oktaanihapon vesiliuoksia 0,45 m/s virtausnopeudella. Lisäksi NF 45, NF 270 ja NTR 7450 –kalvoja modifioitiin UV-säteilytyksellä modifiointiaineen kanssa tai ilman. Modifiointiaineina olivat maito- ja oktaanihappo. Kalvon modifioinnilla pyrittiin parantamaan permeabiliteettia ilman retentiohäviöitä. Kirjallisuusosassa käsiteltiin nanosuodatuksen erottumisperiaatteita ja konsentraatiopolarisaation merkitystä liuenneiden aineiden erottumisessa. Lisäksi käsiteltiin kalvon modifioinnin merkitystä suodatuksen parantamiseen ja pienten orgaanisten molekyylien nanosuodatusta. Aluksi suodatettiin glukoosi- ja oktaanihappoliuoksia NF 270 –kalvolla. Glukoosin retentio oli 80% pitoisuudesta riippumatta, mutta oktaanihapon retentio, 70-100%, riippui pitoisuudesta. 100 ppm oktaanihapon pitoisuudessa retentio oli 100% ja suuremmilla pitoisuuksilla alhaisempi. Kun oktaanihappoa suodatettiin modifioimattomilla kalvoilla pH:n funktiona, niin retentiot olivat pH-riippuvaisia. Alhaisilla pH-arvoilla oktaanihapon retentiot olivat lähes nolla ja nousivat jyrkästi pH:ssa 6 siten, että korkeilla pH-arvoilla retentiot olivat yli 80%. Glukoosin suodatuksissa NF 270 –kalvolla modifiointi aina hieman paransi vuota, mutta retentiot huononivat. Oktaanihapon suodatuksissa vuo parani hieman, kun kalvoja (NF 270 ja NTR 7450) oli modifioitu 20 minuuttia UV-säteilytyksellä 100 ppm maitohappoliuoksessa. NTR 7450 –kalvon vuo moninkertaistui modifioimattoman kalvon vuohon verrattuna, kun kalvoa oli UV-säteilytetty 20 minuuttia 2000 ppm maitohappoliuoksessa. Oktaanihapposuodatuksissa retentiot modifioiduilla kalvoilla olivat suurimmat pH-alueella 7-10. Modifioitujen kalvojen permeabiliteetit nousivat jyrkästi pH:ssa 12 kaikilla malliaineilla, mikä viittaa siihen, että modifiointiaine irtosi pH:ssa 12. Toisaalta korkeilla pH-arvoilla kalvo muuttuu avoimemmaksi, joten modifiointiaineen irtoamista ei voitu näiden mittausten perusteella varmentaa. Kalvon modifiointi oli onnistunut, sillä malliainesuodatuksissa havaittiin vuo- ja retentiomuutoksia.

Effective Electrodiffusion equation for non uniform nanochannels

We derive a one dimensional formulation of the Planck-Nernst-Poisson equation to describe the dynamics of of a symmetric binary electrolyte in channels whose section is of nanometric section and varies along the axial direction. The approach is in the spirit of the Fick-Jacobs di fusion equation and leads to a system of coupled equations for the partial densities which depends on the charge sitting at the walls in a non trivial fashion. We consider two kinds of non uniformities, those due to the spatial variation of charge distribution and those due to the shape variation of the pore and report one and three-dimensional solutions of the electrokinetic equations.

Feature Selection, Ranking of Each Feature and Classification for the Diagnosis of Community Acquired Legionella Pneumonia

Diagnosis of community acquired legionella pneumonia (CALP) is currently performed by means of laboratory techniques which may delay diagnosis several hours. To determine whether ANN can categorize CALP and non-legionella community-acquired pneumonia (NLCAP) and be standard for use by clinicians, we prospectively studied 203 patients with community-acquired pneumonia (CAP) diagnosed by laboratory tests. Twenty one clinical and analytical variables were recorded to train a neural net with two classes (LCAP or NLCAP class). In this paper we deal with the problem of diagnosis, feature selection, and ranking of the features as a function of their classification importance, and the design of a classifier the criteria of maximizing the ROC (Receiving operating characteristics) area, which gives a good trade-off between true positives and false negatives. In order to guarantee the validity of the statistics; the train-validation-test databases were rotated by the jackknife technique, and a multistarting procedure was done in order to make the system insensitive to local maxima.

Ferromagnetism in transparent thin films of MgO

We show both theoretical and experimental evidences of the appearance of ferromagnetism in MgO thin films. First-principles calculations allow predicting the possibility of the formation of a local moment in MgO, provided the existence of Mg vacancies which create holes on acceptor levels near the O 2p-dominated valence band. Magnetic measurements evidence of the existence of room-temperature ferromagnetism in MgO thin films. High-resolution transmission electron microscopy demonstrates the existence of cation vacancies in our samples. Finally, by applying the element specificity of the x-ray magnetic circular dichroism technique, we also demonstrate that the magnetic moments of the system arise from the spin polarization of the 2p electrons of oxygen atoms surrounding Mg vacancies.