TY  - THES
A1  - Bolboaca, Monica-Maria
T1  - Vibrational characterisation of coordination and biologically active compounds by means of IR absorption, Raman and surface-enhanced Raman spectroscopy in combination with theoretical simulations
T1  - Schwingungsspektroskopische Untersuchungen an Koordinationsverbindungen und biologisch aktiven Moleküle mittels IR-Absorptions-, Raman- und Oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie in Kombination mit theoretischen Simulationen
N2  - The thesis contains two major parts. The first part deals with structural investigations on different coordination compounds performed by using infrared absorption and FT-Raman spectroscopy in combination with density functional theory calculations. In the first section of this part the starting materials Ph2P-N(H)SiMe3 and Ph3P=NSiMe3 and their corresponding [(MeSi)2NZnPh2P-NSiMe3]2 and Li(o-C6H4PPh2NSiMe3)]2·Et2O complexes have been investigated in order to determine the influence of the metal coordination on the P–N bond length. In the next section the vibrational spectra of four hexacoordinated silicon(IV) and germanium(IV) complexes with three symmetrical bidentate oxalato(2-) ligands have been elucidated. Kinetic investigations of the hydrolysis of two of them, one with silicon and another one with germanium, have been carried out at room temperature and at different pH values and it was observed that the hydrolysis reaction occurs only for the silicon compound, the fastest reaction taking place at acidic pH. In the last section of this part, the geometric configurations of some hexacoordinated silicon(IV) complexes with three unsymmetrical bidentate hydroximato(2-) ligands have been determined. The second part of the thesis contains vibrational investigations of some biologically active molecules performed by means of Raman spectroscopy together with theoretical simulations. The SER spectra of these molecules at different pH values have also been analysed and the adsorption behaviour on the metal surface as well as the influence of the pH on the molecule-substrate interaction have been established.
N2  - Die vorliegende Arbeit besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil beschäftigt sich mit strukturelle Untersuchungen einiger Koordinationsverbindungen mittels IR- und Raman-Spektroskopie in Kombination mit quantenchemischen Rechnungen basierend auf der Dichtefunktionaltheorie. In ersten Kapitel dieses Teils wurden die Edukten Ph2P-N(H)SiMe3 (1a) und Ph3P=NSiMe3 (1b) und ihren entsprechenden Metallkomplexen [(Me3Si)2NZnPh2PNSiMe3]2 (2a) und [Li(o-C6H4PPh2NSiMe3)]2·EtO (2b) untersucht, um so den Einfluss der Koordination zu einem Metallzentrum auf die P-N-Bindungslänge festzustellen. In nächsten Kapitel wurden die IR- und Raman-Spektren einiger neuer hexakoordinierten Silizium(IV)- und Germanium(IV)-Komplexe mit drei symmetrischen zweizähnigen Oxalato(2-)-Liganden untersucht. Zudem wurden noch kinetische Untersuchungen der Hydrolyse zweier Silizium- bzw. Germanium-Komplexe durchgeführt und es konnte festgestellt werden, dass die Hydrolysereaktion nur im Fall des Siliziumkomplexes auftritt. Die Geschwindigkeitskonstanten wurden bei Raumtemperatur für unterschiedliche pH-Werte bestimmt. Somit konnte gezeigt werden, dass die Reaktion am schnellsten im Säuren abläuft. In letzten Kapitel wurde die Konformation einiger hexakoordinierter Silizium(IV)-Komplexe mit drei antisymmetrischen zweizähnigen Liganden vom Hydroximato(2-)-Typ aufgeklärt. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurden Raman-Spektroskopie in Kombination mit theoretischen Berechnungen zur Schwingungscharakterisierung einiger biologisch aktiver Moleküle angewandt. Die SER-Spektren für unterschiedliche pH-Werte wurden untersucht, um die Adsorptionsverhalten auf der Silberoberfläche zu beschreiben.
KW  - Komplexe
KW  - FT-Raman-Spektroskopie
KW  - Infrarotspektroskopie
KW  - FT-Raman-Spektroskopie
KW  - Infrarot-Spektroskopie
KW  - SERS
KW  - DFT
KW  - Koordinationsverbindungen
KW  - biologisch aktiven Moleküle
KW  - FT-Raman spectroscopy
KW  - infrared spectroscopy
KW  - SERS
KW  - DFT
KW  - coordination compounds
KW  - biologically active molecules
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-4616
ER  - 
TY  - THES
A1  - Baia, Gheorghe Lucian
T1  - Theory and applications of confocal micro-Raman spectroscopy on hybrid polymer coatings and PDMS membranes and spectroscopic studies of doped B2O3-Bi2O3 glass systems
T1  - Theorie und Anwendung der konfokalen Mikro-Raman-Spektroskopie an hybriden Polymer-Schichten und PDMS-Membranen und spektroskopische Untersuchungen an dotierten B2O3-Bi2O3 Glas-Systemen
N2  - The thesis consists of two major parts. The first part contains a theoretical-experimental study of confocal micro-Raman spectroscopy on hybrid polymer coatings and an application of this spectroscopic method on PDMS-membranes. The theoretical-experimental study includes the application of a model that describes the influence of the refraction effect on the focus length on confocal Raman experiments, and the development of a new model that additionally takes into account the effect of diffraction on the focus dimensions. A parallel comparison between these two theoretical approaches and experimental data has been also drawn and a better agreement between theory and experiment was observed, when both refraction and diffraction effects were considered. Further, confocal resonance micro-Raman spectroscopy has been applied to characterise the diffusion processes of pharmacologically relevant molecules (b-carotene dissolved in dimethylsulfoxide) through a polydimethylsiloxane (PDMS)-membrane. The diffusion rate as a function of the measurement depth and diffusion time as well as the concentration gradient under a steady flux have been determined. The measurements shown that the confocal micro-Raman technique is a powerful tool to investigate the kinetics of diffusion processes within a membrane before the steady state has been reached. The second part of the thesis contains infrared and Raman spectroscopic studies of copper and iron doped B2O3-Bi2O3 glass systems. These studies were performed to obtain specific data regarding their local structure and the role played by dopant ions on boron and bismuthate units. The changes of B2O3 and Bi2O3 structural units due to the relaxation of the amorphous structure, which was induced in these samples by the thermal treatment, were also evidenced.
N2  - Die vorliegende Arbeit besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil beschäftigt sich mit theoretischen und experimentellen Untersuchungen der konfokalen Mikro-Raman-Spektroskopie hybrider Polymer-Schichten und PDMS-Membranen. Dabei wurden besonders die Dimensionen des Fokus in den Proben untersucht, um so einen tieferen Einblick in die bei solchen Messungen auftretenden physikalischen Phänomene zu erhalten. Es wurde zur Berechnung des konfokalen Mikro-Raman-Response-Profils für verschiedene Eindringtiefen innerhalb zweier unterschiedlich beschichteter Proben eine auf Strahlverfolgung basierende Analyse durchgeführt, wobei die sphärische Aberration, die an der Luft/Beschichtungs-Grenzfläche entsteht, mit berücksichtigt wurde. Außerdem wurde ein theoretischer Ansatz entwickelt, der den Einfluss von Brechung und Beugung auf die Fokusverlängerung bei konfokalen Mikro-Raman-Experimenten beschreibt. Im Vergleich zu dem Modell, das nur den Brechungseffekt in Betracht zieht, wird eine Verkürzung der Fokuslänge erreicht, wenn Brechungs- und Beugungseffekte betrachtet werden, was die Übereinstimmung zwischen experimentellen und theoretischen Daten verbessert. Desweiteren wurden die Diffusion von ß-Carotin durch PDMS-Membranen mittels der konfokalen Resonanz-Mikro-Raman-Spektroskopie untersucht. Zunächst wurden Untersuchungen der Diffusionskinetik vor Erreichen des stationären Zustandes durchgeführt. Hierbei konnte die Diffusionsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Messtiefe und der Messzeit ermittelt werden. Es wurde zusätzlich der Konzentrationsgradient im stationären Fluss von b-Carotin in PDMS-Membranen untersucht. Die Untersuchungen mit der konfokalen Resonanz-Mikro-Raman-Spektroskopie zeigten, dass diese Methode geeignet ist, Diffusionskinetiken im nicht stationären Zustand innerhalb der Membranen zu beobachten. Derartige Untersuchungen sind extrem wichtig für die Entwicklung neuer Applikationsysteme zur kontrollierten Wirkstofffreisetzung. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurden strukturelle Untersuchungen an Kupfer- und Eisen-dotierten B2O3-Bi2O3 Glas-Systemen mittels Infrarot- und Raman-Spektroskopie durchgeführt. Die lokale Struktur des Glas-Netzwerks und der Einfluss der dotierenden Ionen auf die Bismut-Borat Matrix wurden diskutiert. Desweiteren wurde der Einfluss des Bor-Netzes auf die strukturellen Einheiten des Bismuts in den wärmebehandelten Proben bewiesen. Raman- und Infrarot-Spektren der Proben nach Wärmebehandlung zeigten, dass sich die Glasstabilität verringert, wenn der Bismutgehalt zunimmt.
KW  - konfokal Mikro-Raman-Spektroskopie
KW  - Infrarot-Spektroskopie
KW  - hybrid Polymer-Schichten
KW  - PDMS-Membranen
KW  - Kupfer- und Eisen-dotierten Glas-Systemen
KW  - confocal micro-Raman spectroscopy
KW  - infrared spectroscopy
KW  - hybrid polymer coatings
KW  - PDMS-membranes
KW  - copper and iron doped glass systems
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-4606
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wolpert, Daniel
T1  - Quantum Control of Photoinduced Chemical Reactions
T1  - Quantenkontrolle von photoinduzierten chemischen Reaktionen
N2  - The control of quantum mechanical processes, especially the selective manipulation of photochemical reactions by shaped fs laser pulses was successfully demonstrated in many experiments in the fields of physics, chemistry and biology. In this work, attention is directed to the control of two systems that mark a bridge to real synthetic chemistry. In a liquid phase environment the outcome of the photo-induced Wolff rearrangement of an industrially relevant diazonaphthoquinone compound, normally used in photoresists (e.g. Novolak) was optimized using shaped fs laser pulses. In the second series of experiments chemical reactions on a catalyst metal surface which comprise laser induced molecular bond formation channels were selectively manipulated for the first time. The control of liquid phase reactions necessitates adequate spectroscopic signals that are characteristic for the formed product species. Therefore, a pump-probe setup for transient absorption spectroscopy in the mid-infrared for the purpose of investigating ultrafast structural changes of molecules during photoreactions was constructed. This versatile setup enables to monitor structural changes of molecules in the liquid phase and to find appropriate feedback signals for the control of these processes. Prior to quantum control experiments, the photoinduced Wolff-rearrangement reaction of 2-diazo-1-naphthoquinone (DNQ) dissolved in water and methanol was thoroughly investigated. Steady state absorption measurements in the mid-infrared in combination with quantum chemical density functional theory (DFT) calculations revealed the characteristic vibrational bands of DNQ and of possible products. A mid-infrared transient absorption study was performed, to illuminate the structural dynamics of the ultrafast rearrangement reaction of DNQ. The experimental observations indicate, that the Wolff rearrangement reaction of DNQ proceeds within 300 fs. A model for the relaxation dynamics of the ketene photoproduct and DNQ after photoexcitation can be deduced that fits the measured data very well. The object of the quantum control experiments on DNQ was the improvement of the ketene yield. It was shown that the ketene formation after Wolff rearrangement of DNQ is very sensitive to the shape of the applied excitation laser pulses. The variation of single parameters, like the linear chirp as well as the pulse separation of colored double pulses lead to the conclusion that the well known intrapulse dumping mechanism is responsible for the impact of the frequency ordering within the excitation pulse on the photoproduct yield. Adaptive optimizations using a closed learning loop basically lead to the same result. Adaptive fs quantum control was also applied to surface reactions on a catalyst metal surface for the first time. Therefore, the laser-induced catalytic reactions of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2) on a Pd(100) single crystal surface were studied. This photochemical reaction initiated with fs laser pulses has not been observed before. Several product molecules could be synthesized, among them also species (e.g. CH^3+) for whose formation three particles are involved. The systematic variation of different parameters showed that the reactions are sensitive to the catalyst surface, the composition of the adsorbate and to the laser properties. A pump-probe study revealed that they occur on an ultrafast time scale. These catalytic surface reactions were then investigated and improved with phaseshaped fs laser pulses. By applying a feedback optimal control scheme, the reaction outcome could be successfully manipulated and the ratio of different reaction channels could be selectively controlled. Evidence has been found that the underlying control mechanism is nontrivial and sensitive to the specific conditions on the surface. The experiments shown here represent the first successful experiment on adaptive fs quantum control of a chemical reaction between adsorbate molecules on a surface. In contrast to previous quantum control experiments, reaction channels comprising the formation of new molecular bonds rather than the cleavage of already existing bonds are controlled. This work successfully showed that quantum control can be extended to systems closer to situations encountered in synthetic chemistry as was demonstrated in the two examples of the optimization of a complicated rearrangement reaction and the selective formation of chemical bonds with shaped fs laser pulses.
N2  - Die Kontrolle quantenmechanischer Prozesse, insbesondere die selektive Manipulation photochemischer Reaktionen mit Hilfe geformter fs-Laserpulse wurde auf den Gebieten der Physik, Chemie und Biologie in vielen Experimenten erfolgreich gezeigt. In dieser Arbeit wird das Augenmerk auf die Kontrolle zweier Systeme gerichtet, die eine Brücke zur synthetischen Chemie darstellen. In der flüssigen Phase wurde das Resultat der photoinduziertenWolff Umlagerung einer industriell relevanten Diazonaphthoquinone Verbindung, die gewöhnlich in Photolacken (z.B. Novolak) Verwendung findet, durch geformte fs-Laserpulse optimiert. In der zweiten Reihe von Experimenten wurden chemische Reaktionen auf einer Katalysator-Metalloberfläche, die Kanäle mit laserinduzierter molekularer Bindungsknüpfung beinhalten, zum ersten Mal selektiv beeinflusst. Für die Kontrolle von Reaktionen in der flüssigen Phase benötigt man geeignete spektroskopische Messsignale, die charakteristisch für die gebildeten Produktspezies sind. Zu diesem Zweck wurde ein Versuchsaufbau für Anrege-Abfrage Experimente zur transienten Absorptionsspektroskopie im mittleren Infrarot aufgebaut, um ultraschnelle strukturelle Veränderungen von Molekülen während Photoreaktionen zu untersuchen. Dieser vielseitige Versuchsaufbau ermöglicht die Messung struktureller Veränderungen in Molekülen in flüssiger Phase und damit das Auffinden geeigneter Rückkopplungssignale zur Kontrolle dieser Prozesse. Vor den Quantenkontrollexperimenten wurde die photoinduzierte Wolff Umlagerung von 2-Diazo-1-Naphthoquinone (DNQ) in den Lösungsmitteln Wasser und Methanol sorgfältig untersucht. Lineare Absorptionsmessungen im mittleren Infrarot in Verbindung mit quantenchemischen Dichtefunktionaltheorie (DFT) Rechnungen lieferten die charakteristischen Schwingungsbanden von DNQ und möglichen Photoprodukten. Untersuchungen mit transienter Absorptionsspektroskopie im mittleren Infrarot wurden durchgeführt, um die strukturelle Dynamik der ultraschnellen Umlagerungsreaktion von DNQ zu beleuchten. Die experimentellen Beobachtungen deuten darauf hin, dass die Wolff Umlagerung von DNQ innnerhalb von 300 fs abläuft. Ein Modell für die Relaxationsdynamik des Keten Photoprodukts und DNQ, dass die gemessenen Daten sehr gut beschreibt wurde abgeleitet. Das Ziel der Quantenkontrollexperimente an DNQ war die Erhöhung der Ketenausbeute. Es wurde gezeigt, dass die Bildung des Keten nach der Wolff Umlagerung des DNQ empfindlich auf die Form der Anregungspulse reagiert. Die Variation einzelner Parameter, wie des linearen Chirps sowie des Pulsabstands von farbigen Doppelpulsen führen zu dem Schluss, dass der gut bekannte Intrapuls-Abregemechanismus verantwortlich für den Einfluss der Frequenzfolge innerhalb des Anregepulses auf die Ausbeute des Photoprodukts ist. Adaptive Optimierungen führen zum gleichen Ergebnis. Adaptive Quantenkontrolle wurde auch erstmalig auf Oberflächenreaktionen auf einer Katalysator-Metalloberfläche angewendet. Dazu wurden die laserinduzierten katalytischen Oberflächenreaktionen von Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) auf einer Pd(100) Einkristalloberfläche untersucht. Diese photochemische Reaktion, die durch fs-Laserpulse ausgelöst wird wurde bisher noch nicht beobachtet. Mehrere Produktmoleküle konnten synthetisiert werden, darunter auch Moleküle für deren Bildung mindestens drei Eduktmoleküle zusammenkommen und reagieren müssen. Die systematische Änderung verschiedener Parameter zeigte, dass die Reaktionen von der Katalysatoroberfläche, der Zusammensetzung des Adsorbats und den Eigenschaften der fs-Laserpulse abhängen. Eine Anrege-Abfrage Untersuchung machte deutlich, dass die Reaktionen auf einer ultrakurzen Zeitskala ablaufen. Diese katalytischen Oberflächenreaktionen wurden im Anschluss mit Hilfe von phasengeformten fs-Laserpulsen weiter untersucht und gezielt gesteuert. In adaptiven Quantenkontrollexperimenten konnte das Reaktionsergebnis sowie das Verhältnis unterschiedlicher Reaktionskanäle selektiv manipuliert werden. Es wurden Hinweise gefunden, dass der zugrundeliegende Kontrollmechanismus nichttrivial ist und von den genauen Bedingungen auf der Oberfläche abhängt. Diese Experimente stellen die ersten erfolgreichen adaptiven Quantenkontrollexperimente an einer chemischen Reaktion zwischen Adsorbatmolekülen auf einer Oberfläche dar. Im Gegensatz zu bisherigen Quantenkontrollexperimenten wurden hierbei Reaktionskanäle optimiert, die die Formung und nicht nur den Bruch einer molekularen Bindung umfassen. Diese Arbeit zeigt, dass die Methoden der Quantenkontrolle auf Systeme, die den Situationen in der synthetischen Chemie nahekommen, erfolgreich angewendet werden können, wie mit den zwei Beispielen, der Optimierung einer komplizierten Umlagerungsreaktion und der selektiven Bildung chemischer Bindungen mit geformten fs-Laserpulsen demonstriert wurde.
KW  - Nichtlineare Spektroskopie
KW  - Infrarotspektroskopie
KW  - Massenspektrometrie
KW  - Laserchemie
KW  - Femtosekundenpulse
KW  - Pulsformung
KW  - Quantenkontrolle
KW  - quantum control
KW  - pulse shaping
KW  - femtosecond pulses
KW  - time-of-flight mass spectrometry
KW  - infrared spectroscopy
KW  - nonlinear spectroscopy
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-27171
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Dziom, V.
A1  - Shuvaev, A.
A1  - Pimenov, A.
A1  - Astakhov, G.V.
A1  - Ames, C.
A1  - Bendias, K.
A1  - Böttcher, J.
A1  - Tkachov, G.
A1  - Hankiewicz, E.M.
A1  - Brüne, C.
A1  - Buhmann, H.
A1  - Molenkamp, L.W.
T1  - Observation of the universal magnetoelectric effect in a 3D topological insulator
JF  - Nature Communications
N2  - The electrodynamics of topological insulators (TIs) is described by modified Maxwell’s equations, which contain additional terms that couple an electric field to a magnetization and a magnetic field to a polarization of the medium, such that the coupling coefficient is quantized in odd multiples of α/4π per surface. Here we report on the observation of this so-called topological magnetoelectric effect. We use monochromatic terahertz (THz) spectroscopy of TI structures equipped with a semitransparent gate to selectively address surface states. In high external magnetic fields, we observe a universal Faraday rotation angle equal to the fine structure constant α=e\(^{2}\)/2E\(_{0}\)hc (in SI units) when a linearly polarized THz radiation of a certain frequency passes through the two surfaces of a strained HgTe 3D TI. These experiments give insight into axion electrodynamics of TIs and may potentially be used for a metrological definition of the three basic physical constants.
KW  - topological matter
KW  - infrared spectroscopy
KW  - topological insulators
KW  - topological magnetoelectric effect
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-170875
VL  - 8
IS  - 15197
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Knorr, Johannes
A1  - Rudolf, Philipp
A1  - Nuernberger, Patrick
T1  - A comparative study on chirped-pulse upconversion and direct multichannel MCT detection
N2  - A comparative study is carried out on two spectroscopic techniques employed to detect ultrafast absorption changes in the mid-infrared spectral range, namely direct multichannel detection via HgCdTe (MCT) photodiode arrays and the newly established technique of chirped-pulse upconversion (CPU). Whereas both methods are meanwhile individually used in a routine manner, we directly juxtapose their applicability in femtosecond pump-probe experiments based on 1 kHz shot-to-shot data acquisition. Additionally, we examine different phase-matching conditions in the CPU scheme for a given mid-infrared spectrum, thereby simultaneously detecting signals which are separated by more than 200 cm−1.
KW  - Ultrafast spectroscopy
KW  - Upconversion
KW  - infrared spectroscopy
KW  - Lithium niobate
KW  - CCD, charge-coupled device
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111334
ER  -