Theoretical interpretation of scanning probe microscopy images involving organic molecules

Scanning probe microscopy allows the investigation and manipulation of matter at the atomic and molecular level, and is crucial in the development of new and novel techniques within nanoscience. However, to understand the information obtained from the various forms of scanning probe microscopy, a thorough theoretical understanding is necessary. Often this theoretical background is provided through density functional theory, which, while incredibly powerful, has limitations with regards to the size and complexity of the systems in which it can investigate. Thus, for more complicated systems, alternative techniques are desirable to be used both independently and alongside density functional theory. In this work, theoretical techniques are constructed that allow the information obtained from both scanning tunnelling microscopy and atomic force microscopy to be investigated for a variety of systems. These techniques are all based around Huckel molecular orbital theory or extended Huckel molecular orbital theory, and use a simple linear combination of atomic orbital basis, that allows rapid analysis of various systems. The main focus of the work is the scanning probe microscopy of the C60 fullerene molecule. Theoretical scanning tunnelling microscopy images are constructed for the cases where C60 is adsorbed on both the substrate and the scanning probe in the form of a functionalised tip, as well as when a tip-adsorbed molecule interacts with a sample-adsorbed molecule. The atomic force microscopy images of surface adsorbed C60 are considered, with the main focus centred on the repulsive interaction observed due to the Pauli exclusion principle. The structure of the scanning probe, and the effect this has on this imaging is examined, as well as considering the atomic force microscopy images obtained when two C60s interact. Molecules other than C60 are also considered, with the techniques developed used to interpret and understand the atomic force microscopy images obtained when a pentacene and a PTCDA molecule interact with a carbon monoxide functionalised tip. The theoretical work is accompanied throughout by a variety of experimental work, both from previously published work, and from unpublished work obtained by the University of Nottingham nanoscience group. Much focus is given to the interaction between C60 and the Si(111)-(7x7) reconstruction, both in the sense of a functionalised tip interacting with the surface, and with the interactions present where a C60 is adsorbed onto a surface. In doing so, previously postulated bonding sites for C60 on this surface have been verified

Análisis de motivos decorativos de tejidos y revestimientos cerámicos en el entorno de la visión artificial. Aplicación a la reconstrucción de motivos históricos y al diseño

El objetivo de esta tesis es la contribución a la creación, e implementación en herramientas informáticas, de una metodología aplicable para el análisis y edición de imágenes procedentes del campo de los diseños cerámicos y textiles, y por extensión, de todas aquellas imágenes que siguen un patrón repetitivo y que, por tanto, se ajustan a la Teoría de Grupos de Simetría. Para ello, se ha definido una metodología de análisis dividida en etapas, en la que se va aumentando gradualmente el nivel de la información manejada, desde los píxeles de la imagen inicial, pasando por los objetos (formas o unidades básicas perceptúales) y los motivos (agrupaciones de objetos realizadas con criterios perceptúales) hasta llegar a la estructura del patrón, es decir, las distintas transformaciones geométricas que relacionan los elementos (objetos y motivos) que lo forman. La información estructural obtenida es utilizada con fines diversos: la clasificación de las imágenes según el Grupo de Simetría del Plano del patrón, la reconstrucción de las imágenes aprovechando el conocimiento de qué partes están relacionadas por la estructura, y por último, la edición de patrones, tanto a nivel de formas y motivos, como de estructura, permitiendo realizar cambios estructurales con facilidad, con lo que se generan familias de patrones a partir de uno analizado. Las herramientas desarrolladas han sido probadas con un amplio conjunto de imágenes de patrones de procedencias muy diversas, destacando el estudio de los alicatados de la Alhambra de Granada y del Alcázar de Sevilla, así como de textiles y, ampliando los objetivos iniciales, a diversos elementos del entorno urbano.Albert Gil, FE. (2006). Análisis de motivos decorativos de tejidos y revestimientos cerámicos en el entorno de la visión artificial. Aplicación a la reconstrucción de motivos históricos y al diseño [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1936Palanci