A planar micro-structured Paul trap with an integrated structure for a versatile magnetic field gradient

In einer Paul-Falle gespeicherte, laser-gekühlte atomare Ionen können als elementare quantenmechanische Schalteinheiten für die Quanteninformationsverarbeitung (QIV) genutzt werden. Hierfür muss die Adressierung einzelner Ionen und die Wechselwirkung der Ionen untereinander gewährleistet werden. Hierzu wurde ein Konzept (magnetic gradient induced coupling, MAGIC) vorgeschlagen, welches einen Magnetfeldgradienten ausnutzt, um Ionen im Frequenzraum mittels Strahlung im Radiofrequenz- oder Mikrowellen-Bereich zu adressieren. Dabei wird die magnetfeldabhängige Aufspaltung der inneren Zustände der Ionen ausgenutzt. Zusätzlich kann eine Spin-Spin Kopplung zwischen den gespeicherten Ionen in einer Kette realisiert werden. In dieser Arbeit werden erste Ergebnisse präsentiert um eine Oberflächenfalle für die QIV im Zusammenhang mit dem Konzept MAGIC nutzbar zu machen. Diese neuartige Falle ist eine miniaturisierte, segmentierte Paul-Falle, bei der die zum Speichern von Ionen notwendige Elektrodenstruktur auf eine einzige Ebene verlagert werden kann und Ionen oberhalb dieser Ebene gespeichert werden können. Es wird die Infrastruktur für die Herstellung einer Oberflächenfalle an unserem Institut geschaffen und mittels optischer Lithographie und Galvanik wird ein Fallenchip mit einer Elektrodendicke von 8,5 µm mit einer Oberflächenrauheit von 20-30 nm produziert. Dieser beinhaltet eine neuartige stromdurchflossene Struktur, die es erlaubt einen räumlich und zeitlich variablen Magnetfeldgradienten am Ort der Ionen zu erzeugen. Das Speichern von 172Yb+ Ionen über einige Stunden hinweg wird demonstriert. Mit Hilfe der Radiofrequenz-optischen Doppelresonanz-Spektroskopie wird der Magnetfeldgradient vermessen. Erstmals ist an einer Oberflächenfalle eine Adressierung im Frequenzraum von drei Ionen mittels angelegtem Gradienten demonstriert worden. Die Güte der individuellen Adressierung der Ionen beträgt F = 0,52(1). Diese ist aktuell durch Imperfektionen der zuführenden Leiterbahnen begrenzt. In naher Zukunft sollten Gradienten um 20 T/m realisierbar sein, was zu einer Güte nahe 1 führen sollte.Laser-cooled atomic ions, stored in a Paul trap, can be used as elementary quantum mechanical units for quantum information science. For this purpose, addressing of individual ions and deterministic coupling between the ions have to be provided. A static magnetic field gradient applied to a Wigner crystal of trapped ions allows for addressing of individual ions in frequency space, if the ions’ energy levels are magnetic field dependent. At the same time this field gradient induces spin-spin coupling (magnetic gradient induced coupling - MAGIC) between ions that can be used for conditional quantum gates. Both, addressing and conditional quantum gates can be carried out using radiation in the radio-frequency and microwave regime. In this thesis first results to use a surface trap in quantum information science using MAGIC are presented. This novel kind of ion trap is a miniaturized, segmented Paul trap with electrodes placed in one single plane. Using micro-system technology for fabrication it is possible to produce complex two-dimensional electrode structures. During the course of this thesis the infrastructure was established to produce a surface trap chip at our institute. A trap chip was fabricated using optical lithography and electroplating with a resulting electrode-thickness of 8,5 µm and a surface roughness of 20-30 nm. This chip integrates a novel current-carrying structure to provide an arbitrary magnetic field distribution at the ions’ position. Trapping of 172Yb+ ions with storage times of hours is demonstrated. Employing radio frequency-optical double-resonance spectroscopy the magnetic field gradient is characterized. For the first time, individual addressing in frequency space in a surface trap is demonstrated. For three ions an addressing fidelity of F = 0,52(1) was demonstrated. This value is currently limited by imperfections of the circuit paths of the carrier. In the near future gradients up to 20 T/m should be achieved leading to an addressing fidelity close to unity

Metallkomplexe mit biologisch wichtigen Liganden, LXVIII

The trischelate complexes of the dianion of aspartic acid and -methylaspartic acid (5-C5Me5) (R = H, Me) form adducts with alkali iodides MI (M = Li, Na, K). The polymeric structure of (5-C5Me5)Co(L-asp.-2H+)KI (1c) was determined by X-ray diffraction. In the crystal of 1c the potassium ions are surrounded by five oxygen atoms of the carboxylate groups whereby two oxygen atoms form bridges between two K+ ions. Similarly, trischelate complexes 4 and 5 have been obtained from (5-C5Me5)Co(CO)I2 and 2,3-diaminopropionic, 2,4-diaminobutyric acid, and asparagine, respectively

Synthese, Kristallstruktur und Eigenschaften von Tetraaminophosphonium-iodid P(NH2)4I

Abstract The title compound has been prepared starting from phosphorothionic triamide SP(NH2)3 by methylation of the sulfur atom and subsequent ammonolysis reaction in dry acetonitrile and dichloromethane, respectively, both at room temperature. Suitable single crystals are obtained from an acetonitrile solution in a temperature gradient between 70 °C and room temperature. The crystal structure of [P(NH2)4]I has been determined by single crystal X-ray methods (P4/nbm; a = 842.6(2), c = 486.7(2) pm, Z = 2). In the solid [P(NH2)4]+ - and I−-ions are found with significant N - H···I-hydrogen bonding interactions between anions and cations (H -I: 276.4 pm). The P - N - bond length in the cation (160.7(2) pm) represents the shortest P - NH2 bond distance reported to date indicating a significant electrostatic strengthening. The condensation behaviour of [P(NH2)4]I in solution and in the solid has been investigated.</jats:p

Cycloadditionsreaktionen von Allenyl-Kationen mit Cyclopentadien

Propargylhalogenide R1 C C CR2R3X (14) und Cyclopentadien reagieren in Gegenwart von Zinkhalogeniden in Ether/Dichlormethan unter Bildung von 3-Halogenbicyclo[3.2.1]octa-2,6-dienen 13 (R1 = Alkyl) oder 5-(-Halogenbenzyliden)norbornenen 15 (R1 = Aryl). Die Reaktionen werden durch stufenweise [3 + 4]- bzw. [2 + 4]-Cycloadditionen intermediärer Allenyl-Kationen 1 erklärt, wobei die Propargylcyclopentenyl-Kationen 5 sowie die bicyclischen Vinyl-Kationen 9 oder 12 als Zwischenstufen durchlaufen werden. Initiiert man diese Reaktionen durch äquimolare Mengen Silbertrifluoracetat, lassen sich Abfangprodukte aller postulierten Zwischenstufen isolieren. Die relativen Energieinhalte der intermediären Carbenium-Ionen werden mit Hilfe von Kraftfeldrechnungen unter Verwendung von Gasphasenstabilitäten einfacher Carbokationen ermittelt. Stereochemische Untersuchungen zeigen, daß die Additionsreaktionen den kompakten Übergangszustand 42 gegenüber 41 bevorzugen. Bei der Umsetzung des Propargylchlorids 14e mit Cyclopentadien erhält man unter Zinkchloridkatalyse außer dem 1:1-Produkt 15e noch ein pentacyclisches 2:1-Produkt 17, das durch Röntgenstrukturanalyse aufgeklärt wurde. Seine Bildung läßt sich durch [2 + 2]-Cycloaddition eines Allenyl-Kations mit Cyclopentadien erklären

Oberflächen-Plasmon-Resonanz- spektroskopische Studie an verschiedenen Biosensoroberflächen. Charakterisierung von Protein-Peptid und Protein-Lipid Wechselwirkungen

Surface plasmon resonance spectroscopy (SPR spectroscopy) is a technique for the time-resolved measurement of interactions between macromolecules. For thesemeasurements, it is necessary to immobilize a binding partner on the surface of asensor chip. The measurements are recorded as sensorgrams. In the present study,different surfaces were tested. The biological model system for the investigation ofinteractions was the binding of calmodulin to a synthetic peptide which correspondsto the amino-acid sequence of the CaM binding site from the typed nitrogen oxidesynthase. For binding CaM to this peptide, NOS-I WT, the rate constants (k$_{a}$, k$_{d}$) andthe equilibrium constants (KD) were determined by different evaluation methods.The dissociation constants determined from the sensorgrams for the different sensorchip surfaces increased with rising immobilization density. An analysis of the rateconstants determined from the sensorgrams showed that especially k$_{a}$ decreasedsubstantially with increasing immobilization density. The sensorgrams on the differentsensor surfaces could no longer be explained by a monoexponential bond model athigh immobilization density. This was also reflected in the decreasing stoichiometryof peptide NOS-I WT for CaM at increasing immobilization density of the peptide. Thebest agreement with the literature values achieved on a dextran surface at very lowimmobilization density (< 5.8 fmol/mm$^{2}$) on peptide NOS-I WT (K$_{D}$ values of 0.8 - 3.9nM).Furthermore, sensor chips with hydrophobic surfaces were produced to build upheterobilayers or phospholipid bilayers. These sensor chips were used to investigatethe Ca$^{2+}$-dependent membrane association of the Ca$^{2+}$ binding protein recoverin. AnN-terminal myristoyl group anchors recoverin at high calcium concentrations in themembrane. Mutants of recoverin were examined, whose affinities for Ca2+ ions weremodified in comparison to the wild type. All forms of recoverin (native, recombinantlymyristoylated (WT), EF+4, EF-3, EF-2) show a bond to the hydrophobic sensor chipsurface in the presence of Ca$^{2+}$ ions, although with different affinities (EC$_{50}$: nativerecoverin = 18 $\mu$M; WT = 5 $\mu$M; EF+4 = 29 $\mu$M; EF-3 = 8 $\mu$M; EF-2 = 9 $\mu$M).Interestingly enough, it was also possible to detect a bond to the phospholipid layerin the absence of Ca$^{2+}$ which, however, occurred with a markedly lower amplitude

Knüpfung von CC-Bindungen durch Addition von Carbenium-Ionen an Alkene. Kinetik und Mechanismus

Die Addition von Carbenium-Ionen an CC-Doppelbindungen, ein Schlüsselschritt zahlreicher Synthesen in der Organischen und Makromolekularen Chemie, wird am Beispiel der Lewis-Säure-induzierten Umsetzungen von Alkylchloriden mit Alkenen mechanistisch analysiert. Stereochemische und kinetische Untersuchungen deuten einen wenig verbrückten, Produktähnlichen Übergangszustand an. Umlagerungen der im Additionsschritt erzeugten Carbenium-Ionen lassen sich durch Zusätze von Salzen mit nucleophilen Gegenionen zurückdrängen. Die Thermodynamik der Additionsreaktionen wird analysiert, und es wird gezeigt, unter welchen Voraussetzungen mit deren Umkehr, d.h. mit Grob-Fragmentierungen zu rechnen ist. Kinetische Untersuchungen über Struktureinflüsse auf die Reaktivität von Carbenium-Ionen und von Alkenen führen zu Mehrparameter-Gleichungen, die die Voraussage von Geschwindigkeitskonstanten ermöglichen. Reaktivitäts-Selektivitäts-Beziehungen über einen Reaktivitätsbereich von acht Zehnerpotenzen zeigen, daß die Struktur des Übergangszustands nur durch Substituenten-Variation in unmittelbarer Nähe des Reaktionszentrums verändert wird