Extreme ultraviolet line emission at 24.7 nm from Li-like nitrogen plasma produced by a short KrF excimer laser pulse

Recently using KrF high power laser (248 nm; 350 fs; 5.0x10(16) W/cm(2)) in the Rutherford Appleton Laboratory an experimental search for recombination extreme ultraviolet (XUV) laser action in Li-like nitrogen ions was performed. To understand the experimental results of line emission at 24.7 nm in the 3d(5/2)-2p(3/2) transition of the Li-like nitrogen ion a simulation was undertaken using a one-dimensional Lagrangian hydrodynamic code. From the simulation results, we confirmed that there was nonlinear dependence of spectral line emission on the gas density which was well matched to the experimental results. Only a six times increase of the 24.7 nm emission intensity was obtained when the plasma length was increased 1000 times from 1 mu m as an optically thin case to 1 mm. Also, the spatial profile of the electron density and temperature was obtained and the electron temperature was about 40-50 eV which was too high for the optical field ionization x-ray lasing. We could not find evidence of x-ray laser gain. (C) 1996 American Institute of Physics.

TEMPORALLY AND SPATIALLY-RESOLVED PLASMA PARAMETERS AND EEDF MEASUREMENTS IN A LOW-FREQUENCY DISCHARGE

A time-resolved Langmuir probe technique is used to measure the dependence of the electron density, electron temperature, plasma potential and electron energy distribution function (EEDF) on the phase of the driving voltage in a RF driven parallel plate discharge. The measurements were made in a low-frequency (100-500 kHz), symmetrically driven, radio frequency discharge operating in H-2, D-2 and Ar at gas pressures of a few hundred millitorr. The EEDFs could not be represented by a single Maxwellian distribution and resembled the time averaged EEDFs reported in 13.56 MHz discharges. The measured parameters showed structure in their spatial and temporal dependence, generally consistent with a simple oscillating sheath model. Electron temperatures of less than 0.1 eV were measured during the phase of the RF cycle when both electrodes are negative with respect to the plasma.

Relativistic radiatively damped R-matrix calculation of the electron-impact excitation of W46+

The current design plans for the International Thermonuclear\nExperimental Reactor ( ITER) call for tungsten to be employed for\ncertain plasma facing components in the divertor region. Thus, accurate\natomic collision data are needed for emission modelling of tungsten.\nElectron-impact excitation and radiative rates are of particular\nimportance for Ni-like W, since this ion emits some of the most intense\nspectral lines of all ionization stages. We report on a fully\nrelativistic 115-level R-matrix calculations of W46+, which includes the\neffects of radiation damping. Although radiation damping is very\nimportant in most highly ionized species, its effects are reduced in\nthis case because of the closed-shell Ni-like ground state. The rates\nfrom these relativistic atomic calculations will be employed for\ncollisional-radiative modelling of this ion.

Specific label-free and real-time detection of oxidized low density lipoprotein (oxLDL) using an immunosensor with three monoclonal antibodies

Increased levels of plasma oxLDL, which is the oxidized fraction of Low Density Lipoprotein (LDL), are associated with atherosclerosis, an inflammatory disease, and the subsequent development of severe cardiovascular diseases that are today a major cause of death in modern countries. It is therefore important to find a reliable and fast assay to determine oxLDL in serum. A new immunosensor employing three monoclonal antibodies (mAbs) against oxLDL is proposed in this work as a quick and effective way to monitor oxLDL. The oxLDL was first employed to produce anti-oxLDL monoclonal antibodies by hybridoma cells that were previously obtained. The immunosensor was set-up by selfassembling cysteamine (Cyst) on a gold (Au) layer (4 mm diameter) of a disposable screen-printed electrode. Three mAbs were allowed to react with N-hydroxysuccinimide (NHS) and ethyl(dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDAC), and subsequently incubated in the Au/Cys. Albumin from bovine serum (BSA) was immobilized further to ensure that other molecules apart from oxLDL could not bind to the electrode surface. All steps were followed by various characterization techniques such as electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and square wave voltammetry (SWV). The analytical operation of the immunosensor was obtained by incubating the sensing layer of the device in oxLDL for 15 minutes, prior to EIS and SWV. This was done by using standard oxLDL solutions prepared in foetal calf serum, in order to simulate patient's plasma with circulating oxLDL. A sensitive response was observed from 0.5 to 18.0 mg mL 1 . The device was successfully applied to determine the oxLDL fraction in real serum, without prior dilution or necessary chemical treatment. The use of multiple monoclonal antibodies on a biosensing platform seemed to be a successful approach to produce a specific response towards a complex multi-analyte target, correlating well with the level of oxLDL within atherosclerosis disease, in a simple, fast and cheap way.

Étude critique de la densité électronique et des températures (excitation et ionisation) d'un plasma d'aluminium induit par laser

La caractérisation de matériaux par spectroscopie optique d’émission d’un plasma induit par laser (LIPS) suscite un intérêt qui ne va que s’amplifiant, et dont les applications se multiplient. L’objectif de ce mémoire est de vérifier l’influence du choix des raies spectrales sur certaines mesures du plasma, soit la densité électronique et la température d’excitation des atomes neutres et ionisés une fois, ainsi que la température d’ionisation. Nos mesures sont intégrées spatialement et résolues temporellement, ce qui est typique des conditions opératoires du LIPS, et nous avons utilisé pour nos travaux des cibles binaires d’aluminium contenant des éléments à l’état de trace (Al-Fe et Al-Mg). Premièrement, nous avons mesuré la densité électronique à l’aide de l’élargissement Stark de raies de plusieurs espèces (Al II, Fe II, Mg II, Fe I, Mg I, Halpha). Nous avons observé que les densités absolues avaient un comportement temporel différent en fonction de l’espèce. Les raies ioniques donnent des densités électroniques systématiquement plus élevées (jusqu’à 50 % à 200 ns après l’allumage du plasma), et décroissent plus rapidement que les densités issues des raies neutres. Par ailleurs, les densités obtenues par les éléments traces Fe et Mg sont moindres que les densités obtenues par l’observation de la raie communément utilisée Al II à 281,618 nm. Nous avons parallèlement étudié la densité électronique déterminée à l’aide de la raie de l’hydrogène Halpha, et la densité électronique ainsi obtenue a un comportement temporel similaire à celle obtenue par la raie Al II à 281,618 nm. Les deux espèces partagent probablement la même distribution spatiale à l’intérieur du plasma. Finalement, nous avons mesuré la température d’excitation du fer (neutre et ionisé, à l’état de trace dans nos cibles), ainsi que la température d’ionisation, à l’aide de diagrammes de Boltzmann et de Saha-Boltzmann, respectivement. À l’instar de travaux antérieurs (Barthélémy et al., 2005), il nous est apparu que les différentes températures convergeaient vers une température unique (considérant nos incertitudes) après 2-3 microsecondes. Les différentes températures mesurées de 0 à 2 microsecondes ne se recoupent pas, ce qui pourrait s’expliquer soit par un écart à l’équilibre thermodynamique local, soit en considérant un plasma inhomogène où la distribution des éléments dans la plume n’est pas similaire d’un élément à l’autre, les espèces énergétiques se retrouvant au cœur du plasma, plus chaud, alors que les espèces de moindre énergie se retrouvant principalement en périphérie.

Etude spectroscopique d’un plasma micro-onde à la pression atmosphérique et son application à la synthèse de nanostructures

L’objectif de ce mémoire de maîtrise est de caractériser la distribution axiale des plasmas tubulaires à la pression atmosphérique créés et entretenus par une onde électromagnétique de surface ainsi que d’explorer le potentiel de ces sources pour la synthèse de matériaux et de nanomatériaux. Un précédent travail de thèse, qui avait pour objectif de déterminer les mécanismes à l’origine de la contraction radiale du plasma créé dans des gaz rares, a mis en lumière un phénomène jusque-là inconnu dans les plasmas d’onde de surface (POS). En effet, la distribution axiale varie différemment selon la puissance incidente ce qui constitue une différence majeure par rapport aux plasmas à pression réduite. Dans ce contexte, nous avons réalisé une étude paramétrique des POS à la pression atmosphérique dans l’Ar. À partir de nos mesures de densité électronique, de température d’excitation et de densité d’atomes d’Ar dans un niveau métastable (Ar 3P2), résolues axialement, nous avons conclu que le comportement axial de l’intensité lumineuse avec la puissance n’est pas lié à un changement de la cinétique de la décharge (qui est dépendante de la température des électrons et de la densité d’atomes d’Ar métastables), mais plutôt à une distribution anormale de dissipation de puissance dans le plasma (reliée à la densité d’électrons). Plus précisément, nos résultats suggèrent que ce dépôt anormal de puissance provient d’une réflexion de l’onde dans le fort gradient de densité de charges en fin de colonne, un effet plus marqué pour de faibles longueurs de colonnes à plasma. Ensuite, nous avons effectué une étude spectroscopique du plasma en présence de précurseurs organiques, en particulier le HMDSO pour la synthèse de matériaux organosiliciés et l’IPT pour la synthèse de matériaux organotitaniques. Les POS à la PA sont caractérisés par des densités de charges très élevées (>10^13 cm^-3), permettant ainsi d’atteindre des degrés de dissociation des précurseurs nettement plus élevés que ceux d'autres plasmas froids à la pression atmosphérique comme les décharges à barrière diélectrique. Dans de tels cas, les matériaux synthétisés prennent la forme de nanopoudres organiques de taille inférieure à 100 nm. En présence de faibles quantités d’oxygène dans le plasma, nous obtenons plutôt des nanopoudres à base d’oxyde de silicium (HMDSO) ou à base de titanate de silicium (IPT), avec très peu de carbone.

Space and time characterization of laser-induced plasmas for applications in chemical analysis and thin film deposition

Après des décennies de développement, l'ablation laser est devenue une technique importante pour un grand nombre d'applications telles que le dépôt de couches minces, la synthèse de nanoparticules, le micro-usinage, l’analyse chimique, etc. Des études expérimentales ainsi que théoriques ont été menées pour comprendre les mécanismes physiques fondamentaux mis en jeu pendant l'ablation et pour déterminer l’effet de la longueur d'onde, de la durée d'impulsion, de la nature de gaz ambiant et du matériau de la cible. La présente thèse décrit et examine l'importance relative des mécanismes physiques qui influencent les caractéristiques des plasmas d’aluminium induits par laser. Le cadre général de cette recherche forme une étude approfondie de l'interaction entre la dynamique de la plume-plasma et l’atmosphère gazeuse dans laquelle elle se développe. Ceci a été réalisé par imagerie résolue temporellement et spatialement de la plume du plasma en termes d'intensité spectrale, de densité électronique et de température d'excitation dans différentes atmosphères de gaz inertes tel que l’Ar et l’He et réactifs tel que le N2 et ce à des pressions s’étendant de 10‾7 Torr (vide) jusqu’à 760 Torr (pression atmosphérique). Nos résultats montrent que l'intensité d'émission de plasma dépend généralement de la nature de gaz et qu’elle est fortement affectée par sa pression. En outre, pour un délai temporel donné par rapport à l'impulsion laser, la densité électronique ainsi que la température augmentent avec la pression de gaz, ce qui peut être attribué au confinement inertiel du plasma. De plus, on observe que la densité électronique est maximale à proximité de la surface de la cible où le laser est focalisé et qu’elle diminue en s’éloignant (axialement et radialement) de cette position. Malgré la variation axiale importante de la température le long du plasma, on trouve que sa variation radiale est négligeable. La densité électronique et la température ont été trouvées maximales lorsque le gaz est de l’argon et minimales pour l’hélium, tandis que les valeurs sont intermédiaires dans le cas de l’azote. Ceci tient surtout aux propriétés physiques et chimiques du gaz telles que la masse des espèces, leur énergie d'excitation et d'ionisation, la conductivité thermique et la réactivité chimique. L'expansion de la plume du plasma a été étudiée par imagerie résolue spatio-temporellement. Les résultats montrent que la nature de gaz n’affecte pas la dynamique de la plume pour des pressions inférieures à 20 Torr et pour un délai temporel inférieur à 200 ns. Cependant, pour des pressions supérieures à 20 Torr, l'effet de la nature du gaz devient important et la plume la plus courte est obtenue lorsque la masse des espèces du gaz est élevée et lorsque sa conductivité thermique est relativement faible. Ces résultats sont confirmés par la mesure de temps de vol de l’ion Al+ émettant à 281,6 nm. D’autre part, on trouve que la vitesse de propagation des ions d’aluminium est bien définie juste après l’ablation et près de la surface de la cible. Toutefois, pour un délai temporel important, les ions, en traversant la plume, se thermalisent grâce aux collisions avec les espèces du plasma et du gaz.

Systematics of properties of the electron gas in deep-etched quantum wires

An efficient method is developed for an iterative solution of the Poisson and Schro¿dinger equations, which allows systematic studies of the properties of the electron gas in linear deep-etched quantum wires. A much simpler two-dimensional (2D) approximation is developed that accurately reproduces the results of the 3D calculations. A 2D Thomas-Fermi approximation is then derived, and shown to give a good account of average properties. Further, we prove that an analytic form due to Shikin et al. is a good approximation to the electron density given by the self-consistent methods.

Wave-vector dependence of spin and density multipole excitations in quantum dots

We have employed time-dependent local-spin density-functional theory to analyze the multipole spin and charge density excitations in GaAs-AlxGa1-xAs quantum dots. The on-plane transferred momentum degree of freedom has been taken into account, and the wave-vector dependence of the excitations is discussed. In agreement with previous experiments, we have found that the energies of these modes do not depend on the transferred wave vector, although their intensities do. Comparison with a recent resonant Raman scattering experiment [C. Schüller et al., Phys. Rev. Lett. 80, 2673 (1998)] is made. This allows us to identify the angular momentum of several of the observed modes as well as to reproduce their energies

Electronic structure of few-electron concentric double quantum rings

The ground state structure of few-electron concentric double quantum rings is investigated within the local spin density approximation. Signatures of inter-ring coupling in the addition energy spectrum are identified and discussed. We show that the electronic configurations in these structures can be greatly modulated by the inter-ring distance: At short and long distances the low-lying electron states localize in the inner and outer rings, respectively, and the energy structure is essentially that of an isolated single quantum ring. However, at intermediate distances the electron states localized in the inner and the outer ring become quasidegenerate and a rather entangled, strongly-correlated system is formed.

Modification of Linear Low Density Polyethylene for Improved Photo and Biodegradation

LLDPE was blended with poly (vinyl alcohol) and mechanical, thermal, spectroscopic properties and biodegradability were investigated. The biodegradability of LLDPE/PVA blends has been studied in two environments, viz. (1) a culture medium containing Vibrio sp. and (2) a soil environment over a period of 15 weeks. Nanoanatase having photo catalytic activity was synthesized by hydrothermal method using titanium-iso-propoxide. The synthesized TiO2 was characterized by X-Ray diffraction (XRD), BET studies, FTIR studies and scanning electron microscopy (SEM). The crystallite size of titania was calculated to be ≈ 6nm from the XRD results and the surface area was found to be about 310m2/g by BET method. SEM shows that nanoanatase particles prepared by this method are spherical in shape. Linear low density polyethylene films containing polyvinyl alcohol and a pro-oxidant (TiO2 or cobalt stearate with or without vegetable oil) were prepared. The films were then subjected to natural weathering and UV exposure followed by biodegradation in culture medium as well as in soil environment. The degradation was monitored by mechanical property measurements, thermal studies, rate of weight loss, FTIR and SEM studies. Higher weight loss, texture change and greater increments in carbonyl index values were observed in samples containing cobalt stearate and vegetable oil. The present study demonstrates that the combination of LLDPE/PVA blends with (I) nanoanatase/vegetable oil and (ii) cobalt stearate/vegetable oil leads to extensive photodegradation. These samples show substantial degradation when subsequent exposure to Vibrio sp. is made. Thus a combined photodegradation and biodegradation process is a promising step towards obtaining a biodegradable grade of LLDPE.

Characterization of Linear Low-Density Polyethylene/ Poly(vinyl alcohol) Blends and Their Biodegradability by Vibrio sp. Isolated from Marine Benthic Environment

Increasing amounts of plastic waste in the environment have become a problem of gigantic proportions. The case of linear low-density polyethylene (LLDPE) is especially significant as it is widely used for packaging and other applications. This synthetic polymer is normally not biodegradable until it is degraded into low molecular mass fragments that can be assimilated by microorganisms. Blends of nonbiodegradable polymers and biodegradable commercial polymers such as poly (vinyl alcohol) (PVA) can facilitate a reduction in the volume of plastic waste when they undergo partial degradation. Further, the remaining fragments stand a greater chance of undergoing biodegradation in a much shorter span of time. In this investigation, LLDPE was blended with different proportions of PVA (5–30%) in a torque rheometer. Mechanical, thermal, and biodegradation studies were carried out on the blends. The biodegradability of LLDPE/PVA blends has been studied in two environments: (1) in a culture medium containing Vibrio sp. and (2) soil environment, both over a period of 15 weeks. Blends exposed to culture medium degraded more than that exposed to soil environment. Changes in various properties of LLDPE/PVA blends before and after degradation were monitored using Fourier transform infrared spectroscopy, a differential scanning calorimeter (DSC) for crystallinity, and scanning electron microscope (SEM) for surface morphology among other things. Percentage crystallinity decreased as the PVA content increased and biodegradation resulted in an increase of crystallinity in LLDPE/PVA blends. The results prove that partial biodegradation of the blends has occurred holding promise for an eventual biodegradable product

Low-lying excited states and primary photoproducts of [Os-3(CO)(10)-(s-cis-L)] (L = cyclohexa-1,3-diene, buta-1,3-diene)] clusters studied by picosecond time-resolved UV/Vis and IR spectroscopy and by density functional theory

Combined picosecond transient absorption and time-resolved infrared studies were performed, aimed at characterising low-lying excited states of the cluster [Os-3(CO)(10)(s-cis-L)] (L= cyclohexa-1,3-diene, 1) and monitoring the formation of its photoproducts. Theoretical (DFT and TD-DFT) calculations on the closely related cluster with L=buta-1,3-diene (2') have revealed that the low-lying electronic transitions of these [Os-3(CO)(10)(s-cis-1,3-diene)] clusters have a predominant sigma(core)pi*(CO) character. From the lowest sigmapi* excited state, cluster 1 undergoes fast Os-Os(1,3-diene) bond cleavage (tau=3.3 ps) resulting in the formation of a coordinatively unsaturated primary photoproduct (1a) with a single CO bridge. A new insight into the structure of the transient has been obtained by DFT calculations. The cleaved Os-Os(1,3-diene) bond is bridged by the donor 1,3-diene ligand, compensating for the electron deficiency at the neighbouring Os centre. Because of the unequal distribution of the electron density in transient la, a second CO bridge is formed in 20 ps in the photoproduct [Os-3(CO)(8)(mu-CO)(2)- (cyclohexa-1,3-diene)] (1b). The latter compound, absorbing strongly around 630 nm, mainly regenerates the parent cluster with a lifetime of about 100 ns in hexane. Its structure, as suggested by the DFT calculations, again contains the 1,3-diene ligand coordinated in a bridging fashion. Photoproduct 1b can therefore be assigned as a high-energy coordination isomer of the parent cluster with all Os-Os bonds bridged.

Retrieval of mesospheric electron densities using an optimal estimation inverse method

We present a new method to determine mesospheric electron densities from partially reflected medium frequency radar pulses. The technique uses an optimal estimation inverse method and retrieves both an electron density profile and a gradient electron density profile. As well as accounting for the absorption of the two magnetoionic modes formed by ionospheric birefringence of each radar pulse, the forward model of the retrieval parameterises possible Fresnel scatter of each mode by fine electronic structure, phase changes of each mode due to Faraday rotation and the dependence of the amplitudes of the backscattered modes upon pulse width. Validation results indicate that known profiles can be retrieved and that χ2 tests upon retrieval parameters satisfy validity criteria. Application to measurements shows that retrieved electron density profiles are consistent with accepted ideas about seasonal variability of electron densities and their dependence upon nitric oxide production and transport.