Glandular dots of Caesalpinia echinata Lam. (Leguminosae): Distribution, structure and ultrastructure

The structure and ultrastructure of immature to fully mature glandular dots in the leaf, floral organs and fruit, and their secretion components were described in Caesalpinia echinata Lam. (Leguminosae) for the first time. Data showed that glandular dots were groups of idioblasts with contents that reacted positively for both lipophilic and hydrophilic substances. Idioblasts originated from successive divisions of the ground meristem cells or mesophyll cells of an ovary of a fertilized flower. Following division, cells enlarged, the cytoplasm became denser and its content became full. No idioblasts were observed after fruit sclerification. Besides these mixed-content idioblasts, some cells in the sepals, petals and mesocarp were found to contain phenolic compounds, which probably represent a kind of constitutive defense mechanism, once the flowers and fruits become highly fitness-valued parts of the plant and can be commonly attacked. The contents of the idioblasts are released as the growth rate of the embryo increases, indicating that the plant probably diverts the precursors of secondary metabolites into the primary metabolism, at this critical time of embryo development.

Thermoelectric effects in quantum dots

We report a numerical renormalization-group study of the thermoelectric effect in the single-electron transistor (SET) and side-coupled geometries. As expected, the computed thermal conductance and thermopower curves show signatures of the Kondo effect and of Fano interference. The thermopower curves are also affected by particle-hole asymmetry. © 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Luminescence Enhancement of Carboxyl-Coated CdTe Quantum Dots by Silver Nanoparticles

Metallic nanoparticles (NPs) have been used to improve the sensibility of biosensors and bioassays either by enhancing radiative emission or inducing quenching process on fluorescent probes. The aim of this research was to study the interaction of silver and silver-pectin NPs with water-dispersed carboxyl-coated cadmium telluride (CdTe) quantum dots (QDs). Metallic NPs were observed to change the emission of these fluorophores through local field effects. In a solution-base platform, an increase of 82 % was observed for the CdTe emission due to the interaction of QDs and silver-pectin NPs. QDs interaction with silver NPs without pectin was also investigated and a smaller emission enhancement of 20 % was detected. We observed that the NPs' nature and QDs' surface charge and concentration are important parameters for NPs-QDs interaction. Moreover, the presence of the pectin polymer shows to be a key component to the observed fluorescence enhancement. © 2013 Springer Science+Business Media New York.

High fluorescence quantum efficiency of CdSe/ZnS quantum dots embedded in GPTS/TEOS-derived organic/silica hybrid colloids

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Geometry effects on the electronic properties of multi-open dots structures

In this paper we show that the electronic properties of multi-open dots structures are strongly modified by even smalt changes in their geometries. Our discussion of these effects is done in terms of the interaction among localized states (dot-like) and extended states (channel-like), from which a Fano resonance situation arises.

Técnica do Grupo de Renormalização Numérico (GRN) aplicada em quantum dots

Pós-graduação em Física - IGCE

Temperature-dependent Raman study of thermal parameters in CdS quantum dots

We report on the strong temperature-dependent thermal expansion, alpha(D), in CdS quantum dots (QDs) embedded in a glass template. We have performed a systematic study by using the temperature-dependent first-order Raman spectra, in CdS bulk and in dot samples, in order to assess the size dependence of alpha(D), and where the role of the compressive strain provoked by the glass host matrix on the dot response is discussed. We report the Gruneisen mode parameters and the anharmonic coupling constants for small CdS dots with mean radius R similar to 2.0 nm. We found that gamma parameters change, with respect to the bulk CdS, in a range between 20 and 50%, while the anharmonicity contribution from two-phonon decay channel becomes the most important process to the temperature-shift properties.

Spin coherence generation in negatively charged self-assembled (In,Ga)As quantum dots by pumping excited trion states

Spin coherence generation in an ensemble of negatively charged (In,Ga)As/GaAs quantum dots was investigated by picosecond time-resolved pump-probe spectroscopy measuring ellipticity. Robust coherence of the ground-state electron spins is generated by pumping excited charged exciton (trion) states. The phase of the coherent state, as evidenced by the spin ensemble precession about an external magnetic field, varies relative to spin coherence generation resonant with the ground state. The phase variation depends on the pump photon energy. It is determined by (a) pumping dominantly either singlet or triplet excited states, leading to a phase inversion, and (b) the subsequent carrier relaxation into the ground states. From the dependence of the precession phase and the measured g factors, information about the quantum dot shell splitting and the exchange energy splitting between triplet and singlet states can be extracted in the ensemble.

Structural, morphological, and magnetic characterization of In1-xMnxAs quantum dots grown by molecular beam epitaxy

In this paper, we present a method to order low temperature (LT) self-assembled ferromagnetic In1-xMnxAs quantum dots (QDs) grown by molecular beam epitaxy (MBE). The ordered In1-xMnxAs QDs were grown on top of a non-magnetic In0.4Ga0.6As/GaAs(100) QDs multi-layered structure. The modulation of the chemical potential, due to the stacking, provides a nucleation center for the LT In1-xMnxAs QDs. For particular conditions, such as surface morphology and growth conditions, the In1-xMnxAs QDs align along lines like chains. This work also reports the characterization of QDs grown on plain GaAs(100) substrates, as well as of the ordered structures, as function of Mn content and growth temperature. The substitutional Mn incorporation in the InAs lattice and the conditions for obtaining coherent and incoherent structures are discussed from comparison between Raman spectroscopy and x-ray analysis. Ferromagnetic behavior was observed for all structures at 2K. We found that the magnetic moment axis changes from [110] in In1-xMnxAs over GaAs to [1-10] for the ordered In1-xMnxAs grown over GaAs template. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4745904]

Signatures of quantum phase transitions in parallel quantum dots: Crossover from local moment to underscreened spin-1 Kondo physics

We study a strongly interacting "quantum dot 1" and a weakly interacting "dot 2" connected in parallel to metallic leads. Gate voltages can drive the system between Kondo-quenched and non-Kondo free-moment phases separated by Kosterlitz-Thouless quantum phase transitions. Away from the immediate vicinity of the quantum phase transitions, the physical properties retain signatures of first-order transitions found previously to arise when dot 2 is strictly noninteracting. As interactions in dot 2 become stronger relative to the dot-lead coupling, the free moment in the non-Kondo phase evolves smoothly from an isolated spin-one-half in dot 1 to a many-body doublet arising from the incomplete Kondo compensation by the leads of a combined dot spin-one. These limits, which feature very different spin correlations between dot and lead electrons, can be distinguished by weak-bias conductance measurements performed at finite temperatures.

The influence of different indium-composition profiles on the electronic structure of lens-shaped InxGa1-xAs quantum dots

We present effective-mass calculations of the bound-state energy levels of electrons confined inside lens-shaped InxGa1-xAs quantum dots (QDs) embedded in a GaAs matrix, taking into account the strain as well as the In gradient inside the QDs due to the strong In segregation and In-Ga intermixing present in the InxGa1-xAs/GaAs system. In order to perform the calculations, we used a continuum model for the strain, and the QDs and wetting layer were divided into their constituting monolayers, each one with a different In concentration, to be able to produce a specific composition profile. Our results clearly show that the introduction of such effects is very important if one desires to correctly reproduce or predict the optoelectronic properties of these nanostructures.

Pflanzlicher Lichtsammler (LHCII) in Hybridkomplexen mit organischen Farbstoffen und anorganischen Halbleiter-Nanokristallen (Quantum dots)

Der Lichtsammelkomplex II (LHCII) höherer Pflanzen ist eines der häufigsten Membranproteine der Welt. Er bindet 14 Chlorophylle und 4 Carotinoide nicht kovalent und fungiert in vivo als Lichtantenne des Photosystems II. Eine optimale Absorption von Licht ist auch bei Solarzellen entscheidend und es liegt nahe hier dasselbe Prinzip zu verwenden. Dafür bietet sich der Einsatz biologischer Komponenten wie des LHCII an. Dieser wurde evolutionär für eine effektive Absorption und Weiterleitung von Sonnenenergie optimiert. Zusätzlich lässt er sich in vitro in rekombinanter Form rekonstituieren. Für eine eventuelle Nutzung des LHCII in technologischen Anwendungen bedarf es der Interaktion mit anderen, vorzugsweise synthetischen Komponenten. Daher wurde die Bindung und der Energietransfer zwischen dem LHCII und organischen Fluoreszenzfarbstoffen sowie anorganischen „Quantum dots“ (QDs) untersucht. rnMit Donorfarbstoffen wurde die Grünlücke des LHCII funktionell geschlossen. Dafür wurden bis zu vier Fluoreszenzfarbstoffe kovalent an den LHCII gebunden. Diese Interaktion erfolgte sowohl mit Maleimiden an Cysteinen als auch mit N-Hydroxysuccinimidylestern an Lysinen. Die Assemblierung, Struktur und Funktion des Pigment-Protein-Komplexes wurde durch die Fluoreszenzfarbstoffe nicht gestört.rnAuf der Suche nach einem Farbstoff, der als Akzeptor die vom LHCII aufgenommene Energie übernimmt und durch Elektronenabgabe in elektrische Energie umwandelt, wurden drei Rylenfarbstoffe, ein Quaterrylen und zwei Terrylene, untersucht. Der LHCII konnte mit allen Farbstoffen erfolgreich markiert werden. Für die Nutzung der Hybridkomplexe ergaben sich allerdings Probleme. Das Quaterrylen beeinträchtigte aufgrund seiner Hydrophobizität die Rekonstitution des Proteins, während bei beiden Terrylenen der Energietransfer ineffizient war.rn Zusätzlich zu den Standard-Verknüpfungen zwischen Farbstoffen und Proteinen wurde in dieser Arbeit die „native chemische Ligation“ etabliert. Hierfür wurde eine LHCII-Mutante mit N-terminalem Cystein hergestellt, markiert und rekonstituiert. Messdaten an diesem Hybridkomplex ließen auf einen Energietransfer zwischen Farbstoff und Protein schließen. rnIn Hybridkomplexen sollen langfristig zur Ladungstrennung fähige Typ II-QDs Anwendung finden, wobei der LHCII als Lichtantenne dienen soll. Bis diese QDs verwendet werden können, wurden grundlegende Fragen der Interaktion beider Materialen an Typ I-QDs mit Energietransfer zum LHCII untersucht. Dabei zeigte sich, dass QDs in wässriger Lösung schnell aggregieren und entsprechende Kontrollen wichtig sind. Weiterführend konnte anhand der Trennung von ungebundenem und QD-gebundenem LHCII die Bindung von LHCII an QDs bestätigt werden. Dabei wurden Unterschiede in der Bindungseffizienz in Abhängigkeit der verwendeten LHCII und QDs festgestellt. Durch Herstellung von Fusionsproteinen aus LHCII und Affinitätspeptiden konnte die Bindung optimiert werden. Ein Energietransfer von QDs zu LHCII war nicht sicher nachzuweisen, da in den Hybridkomplexen zwar die QD- (Donor-) Fluoreszenz gelöscht, aber die LHCII- (Akzeptor-) Fluoreszenz nicht entsprechend stimuliert wurde.rnZusammenfassend wurden in dieser Arbeit einige Hybridkomplexe hergestellt, die in weiterführenden Ansätzen Verwendung finden können. Auf die hier gewonnenen Erkenntnisse über Interaktionen zwischen LHCII und synthetischen Materialien kann jetzt weiter aufgebaut werden.

Morphological instability analysis of a misfit strained core-shell nanowire for the growth of quantum dots

Nell'ambito delle nanostrutture, un ruolo primario è svolto dai punti quantici. In questo lavoro siamo interessati all'analisi teorica del processo di creazione dei punti quantici: esso può avvenire per eteroepitassia, in particolare secondo il metodo studiato da Stranski-Krastanov. Un film di Germanio viene depositato su un substrato di Silicio in modo coerente, cioè senza dislocazioni, e, a causa del misfit tra le maglie dei due materiali, c'è un accumulo di energia elastica nel film. A una certa altezza critica questa energia del film può essere ridotta se il film si organizza in isole (punti quantici), dove la tensione può essere rilassata lateralmente. L'altezza critica dipende dai moduli di Young (E, υ), dal misfit tra le maglie (m) e dalla tensione superficiali (γ). Il trasporto di materiale nel film è portato avanti per diffusione superficiale. Il punto focale nell'analisi delle instabilità indotte dal misfit tra le maglie dei materiali è la ricerca delle caratteristiche che individuano il modo di crescita più rapido dei punti quantici. In questo lavoro siamo interessati ad un caso particolare: la crescita di punti quantici non su una superficie piana ma sulla superficie di un nanofilo quantico a geometria cilindrica. L'analisi delle instabilità viene condotta risolvendo le equazioni all'equilibrio: a tal fine sono state calcolate le distribuzioni del tensore delle deformazioni e degli sforzo di un nanofilo core-shell con una superficie perturbata al primo ordine rispetto all'ampiezza della perturbazione. L'analisi è stata condotta con particolari condizioni al contorno ed ipotesi geometriche, e diverse scelte dello stato di riferimento del campo degli spostamenti. Risolto il problema elastico, è stata studiata l'equazione dinamica di evoluzione descrivente la diffusione di superficie. Il risultato dell'analisi di instabilità è il tasso di crescita in funzione del numero d'onda q, con diversi valori del raggio del core, spessore dello shell e modo normale n, al fine di trovare il più veloce modo di crescita della perturbazione.

Biologischer Lichtsammler (LHCII) für Halbleiternanokristalle (Quantum Dots)

Der light harvesting complex II (LHCII) ist ein pflanzliches Membranprotein, das in seiner trimeren Form über 40 Chlorophylle bindet. In der Pflanze kann er besonders effizient Licht sammeln und die Anregungsenergie anschließend fast verlustfrei über andere chlorophyll-bindende Proteine an die Reaktionszentren weiterleiten. Aufgrund dieser besonderen Eigenschaften war es ein Ziel dieser Arbeit, rekombinanten LHCII mit synthetischen Komponenten zu kombinieren, die zur Ladungstrennung befähigt sind. Zu diesem Zweck wurden unter anderem Halbleiternanokristalle (Quantum Dots, QDs) ausgewählt, die je nach Zusammensetzung sowohl als Energieakzeptoren als auch als Energiedonoren in Frage kamen. Durch Optimierung des Puffers gelang es, die Fluoreszenzquantenausbeute der QDs in wässriger Lösung zu erhöhen und zu stabilisieren, so dass die Grundvoraussetzungen für die spektroskopische Untersuchung verschiedener LHCII-QD-Hybridkomplexe erfüllt waren.rnUnter Verwendung bereits etablierter Affinitätssequenzen zur Bindung des LHCII an die QDs konnte gezeigt werden, dass die in dieser Arbeit verwendeten Typ-I QDs aus CdSe und ZnS sich kaum als Energie-Donoren für den LHCII eignen. Ein Hauptgrund lag im vergleichsweise kleinen Försterradius R0 von 4,1 nm. Im Gegensatz dazu wurde ein R0 von 6,4 nm für den LHCII als Donor und Typ-II QDs aus CdTe, CdSe und ZnS als Akzeptor errechnet, wodurch in diesem System eine höhere Effizienz des Energietransfers zu erwarten war. Fluoreszenzspektroskopische Untersuchungen von Hybridkomplexen aus LHCII und Typ-II QDs ergaben eine hohe Plausibilität für einen Fluoreszenz Resonanz Energietransfer (FRET) vom Lichtsammler auf die QDs. Weitere QD-Affinitätssequenzen für den LHCII wurden identifiziert und deren Bindekonstanten ermittelt. Versuche mit dem Elektronenakzeptor Methylviologen lieferten gute Hinweise auf eine LHCII-sensibilisierte Ladungstrennung der Typ-II QDs, auch wenn dies noch anhand alternativer Messmethoden wie z.B. durch transiente Absorptionsspektroskopie bestätigt werden muss. rnEin weiteres Ziel war die Verwendung von LHCII als Lichtsammler in dye-sensitized solar cells (DSSC). Geeignete dotierte TiO2-Platten wurden ermittelt, das Verfahren zur Belegung der Platten optimiert und daher mit wenig Aufwand eine hohe LHCII-Belegungsdichte erzielt. Erste Messungen von Aktionsspektren mit LHCII und einem zur Ladungstrennung fähigen Rylenfarbstoff zeigen eine, wenn auch geringe, LHCII sensibilisierte Ladungstrennung. rnDie Verwendung von Lanthanide-Binding-Tags (LBTs) ist ein potentielles Verfahren zur in vivo-Markierung von Proteinen mit Lanthanoiden wie Europium und Terbium. Diese Metalle besitzen eine überdurchschnittlich lange Lumineszenzlebensdauer, so dass sie leicht von anderen fluoreszierenden Molekülen unterschieden werden können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit gelang es, eine LBT in rekombinanten LHCII einzubauen und einen Lumineszenz Resonanz Energietransfer (LRET) vom Europium auf den LHCII nachzuweisen.rn

Studio della struttura locale di droganti in quantum dots mediante spettroscopia di assorbimento di raggi X

La capacità della spettroscopia di assorbimento di riuscire a determinare la struttura locale di campioni di ogni tipo e concentrazione, dagli elementi puri ai più moderni materiali nanostrutturati, rende lo studio dei meccanismi di incorporazione di droganti in matrici di semiconduttori il campo che meglio ne esprime tutto il potenziale. Inoltre la possibilità di ottenere informazioni sulla struttura locale di un particolare elemento in traccia posto in sistemi senza ordine a lungo raggio risulta, ovviamente, nello studio dei semiconduttori di grandissimo interesse. Tuttavia, la complessità di determinate strutture, generate dalla incorporazione di elementi eterovalenti che ne modificano la simmetria, può far si che all’analisi sperimentale si debbano affiancare dei metodi avanzati ab-initio. Questi approcci garantiscono, attraverso la simulazione o di strutture atomiche o dello stesso spettro XAS, di ottenere una più completa e precisa interpretazione dei dati sperimentali. Nella fase preliminare di questo elaborato si illustrerà la fenomenologia della spettroscopia di assorbimento e i fondamenti teorici che stanno alla base dell’analisi della struttura fine di soglia. Si introdurranno contemporaneamente le tecniche sperimentali con cui si realizzano le misure di spettri di assorbimento su una beamline che sfrutta sorgente di radiazione di sincrotrone facendo riferimento agli strumenti montati sulla linea LISA (o BM08) presso l’European Synchrotron Radiation Facility di Grenoble su cui si sono realizzati gli esperimenti di questo lavoro. Successivamente si realizzerà una rassegna di alcuni esperimenti simbolo della analisi della struttura locale di droganti in semiconduttori mediante XAFS, andando ad approfondire i metodi sperimentali associati. Nella parte principale della tesi verranno descritti alcuni tipi di analisi avanzate effettuate su Colloidal Quantum Dots a base di solfuro di piombo drogati con antimonio. Tali sistemi, particolarmente interessanti per potenziali applicazioni in campo optoelettrico, sono stati analizzati mediante misure di fluorescenza ottenute sulla beamline LISA. La fase di analisi ha visto la progettazione di una suite di programmi in C++ per realizzare simulazioni di uno spettro XAS teorico completo basato su strutture ottenute (anche esse) da metodi ab-initio.