Modification of Pb quantum well states by the adsorption of organic molecules

The successful implementation of nanoscale materials in next generation optoelectronic devices crucially depends on our ability to functionalize and design low dimensional materials according to the desired field of application. Recently, organic adsorbates have revealed an enormous potential to alter the occupied surface band structure of tunable materials by the formation of tailored molecule-surface bonds. Here, we extend this concept of adsorption-induced surface band structure engineering to the unoccupied part of the surface band structure. This is achieved by our comprehensive investigation of the unoccupied band structure of a lead (Pb) monolayer film on the Ag(1 1 1) surface prior and after the adsorption of one monolayer of the aromatic molecule 3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic-dianhydride (PTCDA). Using two-photon momentum microscopy, we show that the unoccupied states of the Pb/Ag(1 1 1) bilayer system are dominated by a parabolic quantum well state (QWS) in the center of the surface Brillouin zone with Pb p orbital character and a side band with almost linear dispersion showing Pb p orbital character. After the adsorption of PTCDA, the Pb side band remains completely unaffected while the signal of the Pb QWS is fully suppressed. This adsorption induced change in the unoccupied Pb band structure coincides with an interfacial charge transfer from the Pb layer into the PTCDA molecule. We propose that this charge transfer and the correspondingly vertical (partially chemical) interaction across the PTCDA/Pb interface suppresses the existence of the QWS in the Pb layer. Our results hence unveil a new possibility to orbital selectively tune and control the entire surface band structure of low dimensional systems by the adsorption of organic molecules

Anwendung und Bewertung numerischer und experimenteller Methoden zur Analyse und Entwicklung eines Zweitakt-Freikolbenmotors

Die vorliegende Arbeit behandelt die Untersuchung und Entwicklung des verbrennungsmotorischen Teilsystems eines Freikolbenmotors mit elektrischer Energieauskopplung. Dieser sogenannte Freikolbenlineargenerator (FKLG) zeichnet sich durch einen freischwingenden Aufbau ohne die mechanische Zwangsführung eines Kurbeltriebes aus. Der Verbrennungskolben, der Läufer des Lineargenerators und der Gasfederkolben sind zu einer Kolbeneinheit zusammengefasst, die zwischen der Gasfeder und dem verbrennungsmotorischen Brennraum schwingt. Dieser Aufbau führt zu neuen Freiheitsgraden in der verbrennungsmotorischen Prozessführung, da Verdichtungsverhältnis und Kolbenhubkurve variabel angepasst werden können. Ein mögliches Anwendungsgebiet des Freikolbenlineargenerators ist der Einsatz als mobile Stromerzeugungseinheit in einem batterieelektrischen Fahrzeug. In vorangegangenen Arbeiten wurden der Lineargenerator, die Gasfeder und das verbrennungsmotorische Teilsystem der ersten Generation entwickelt und untersucht. Dies erfolgte schwerpunktmäßig im Hinblick auf die Regelung eines freischwingenden Gesamtsystems. Die vorliegende Arbeit rückt die Prozesse im Brennraum des verbrennungsmotorischen Teilsystems in den Vordergrund. Die Herausforderungen des Zweitakt-Arbeitsprozesses im Freikolbenlineargenerator sind der ventilgesteuerte Ladungswechsel mit Kopfumkehrspülung, die innere Gemischbildung und die Verbrennung bei hohen Restgasgehalten. Zur Analyse und Optimierung dieser innermotorischen Vorgänge werden Entwicklungsverfahren ausgearbeitet, angewendet und bewertet. Das Zielbild ist dabei ein effizienter, stabiler und emissionsarmer verbrennungsmotorischer Prozess unter Ausnutzung der konzeptbedingten Variabilitäten. Durch den Einsatz eines vollvariablen Ventiltriebsystems unterscheiden sich die Bedingungen des Ladungswechsels im kopfumkehrgespülten Brennraum des FKLG deutlich von denen in klassischen schlitzgesteuerten Zweitakt-Motoren. Das Entwicklungsverfahren zur Analyse der innermotorischen Strömungsfelder während des Ladungswechsels kombiniert Particle Image Velocimetry (PIV) Messungen mit strömungsmechanischen Simulationen. Hierzu wurde ein Prüfstandsaufbau entwickelt, der eine Vermessung der Strömungsfelder im ungefeuerten Betrieb erlaubt. Simulations- und Messergebnisse zeigen übereinstimmend eine Überlagerung aus Tumble- und Drall-Strömung im Zylinder. Während sich die Simulation zur Voraussage der charakteristischen Strömungsstrukturen sehr gut eignet, sind der Genauigkeit, mit der lokale Strömungsgeschwindigkeiten berechnet werden können, Grenzen gesetzt. Der dargelegte laserdiagnostische Messaufbau erlaubt eine Einordnung der Simulationsergebnisse und sichert damit die Analyse der Zylinderinnenströmung wesentlich ab. Das Entwicklungsverfahren zur Untersuchung einer homogenen selbstzündenden Verbrennung in einem verbrennungsmotorischen Teilsystem der zweiten Generation basiert auf der Kombination von strömungsmechanischen Simulationen mit experimentellen Untersuchungen am Verbrennungsmotorprüfstand. Dabei wird ein auf innermotorische Anwendungen optimierter Simulationsansatz eingesetzt, der die strömungsmechanischen Vorgänge im Brennraum und den strömungsführenden Kanälen über mehrere Arbeitsspiele bei vergleichsweise geringen Rechenzeiten räumlich abbildet. In der vorliegenden Arbeit wird der Entwicklungsprozess von Auslegungssimulationen über die Konstruktion bis hin zur experimentellen Untersuchung eines homogenen selbstzündenden Brennverfahrens im neuen Versuchsträger beschrieben. Das verbrennungsmotorische Teilsystem der zweiten Generation ermöglicht Betriebsstrategien mit innerer Abgasrückführung, sodass durch hohe Restgasgehalte eine Selbstzündung der Zylinderladung eingeleitet wird. Am hydraulisch unterstützten Verbrennungsmotorprüfstand wird erstmalig ein homogenes selbstzündendes Brennverfahren in einem Freikolbenmotor dieser Bauart experimentell untersucht. Die Messergebnisse weisen nach, dass eine dynamische Anpassung der Kolbenbewegung positiv zur Steuerung des Zündzeitpunktes und damit der Wärmefreisetzung genutzt werden kann. Die ermittelten Druckanstiegsraten liegen bei gleichem Mitteldruck deutlich unter den Vergleichswerten von kurbelwellenbasierten Verbrennungsmotoren mit homogener Selbstzündung. Der eingesetzte innovative Simulationsansatz zeigt sich als ideales Werkzeug zur Analyse und Auslegung des verbrennungsmotorischen Teilsystems. Im Zuge der Entwicklung des verbrennungsmotorischen Teilsystems der zweiten Generation zeigte sich, dass zur Verbesserung der Gemischbildung und -aufbereitung eine genauere Betrachtung des Einspritzvorgangs erforderlich ist. Das hierzu angewandte Entwicklungsverfahren kombiniert räumlich hochaufgelöste Strömungssimulationen mit laserinduzierten Fluoreszenz (LIF) Messungen. Die laserdiagnostische Untersuchung des Einspritzvorgangs erfolgt an einem optisch zugänglichen Versuchsträger im gefeuerten Betrieb. Es wird ein Messaufbau des LIF Verfahrens eingesetzt, der das bestrahlende Laserlicht und das Fluoreszenzsignal durch nur ein Fenster im Kolbenboden in den Brennraum ein- und auskoppelt. Ein Vergleich der Simulation mit laserdiagnostischen Messergebnissen zeigt, dass erst durch eine iterative Anpassung der Einspritzrichtung jedes Spraykegels die Kraftstoffausbreitung in der Simulation realitätsnah wiedergegeben wird. Das Entwicklungsverfahren verdeutlicht, dass trotz des höheren Detaillierungsgrades des Simulationsansatzes eine Untersuchung des Einspritzvorgangs ausschließlich auf Basis von Strömungssimulationen nicht verlässlich und ein Abgleich mit Messdaten entsprechend wichtig ist. Durch die Anwendung der in dieser Arbeit vorgestellten Entwicklungsverfahren werden wichtige grundlegende Erkenntnisse über die innermotorischen Vorgänge im verbrennungsmotorischen Teil des Freikolbenlineargenerators erlangt. Im Hinblick auf eine weiterführende Entwicklung des Motorenkonzeptes bildet die Arbeit eine Basis für den zielgerichteten Einsatz numerischer und laserdiagnostischer Methoden

Characterization of the wood properties of Cedrelinga cateniformis as substitute for timbers used for window manufacturing and outdoor applications

Cedrelinga cateniformis (tornillo) is a timber species of the South American Amazon Basin. In its natural distribution area, the wood has various local uses, such as furniture, art work, door and window frames, and light construction. In order to promote this lesser known species for high valued applications on the international market, wood anatomical, topochemical and physical/mechanical studies were carried out to characterize the wood properties. The topochemical distribution of the lignin and phenolic extractives in the tissue were studied by means of cellular UV microspectrophotometry (UMSP). The results of the structural and topochemical analyses were compared with the interrelation of certain anatomical and subcellular structures as well as the chemical composition with regard to the physical and mechanical properties. The natural durability of the mature heartwood was analyzed according to the European Standards and is resulting in a durability class 1 against basidiomycetes. Based on the findings of the comprehensive investigations concerning physical and biological features, e.g. the dimensional stability and durability, Cedrelinga cateniformis is ideally suited as a substitute for overexploited tropical woods currently used in Europe for wooden window frames and other above ground outdoor applications and thus can contribute to increase the value-added production in Peruvian forests

Thomas Reid

Der Begriff der Idee ist der Schlüsselbegriff in der frühneuzeitlichen Philosophie. Von Descartes' richtungsweisenden Arbeiten des beginnenden 17. Jahrhundertbis zu den Werken Thomas Reids im ausgehenden 18. Jahrhundertwird die Diskussion der theoretischen Philosophie von der Auseinandersetzung mit dem Leitbegriff der Idee dominiert. Das Studienbuch stellt in zwei Bänden elf maßgebliche Autoren dieser Zeit vor. Im ersten Band werden die zentralen Texte in aktuellen Übersetzungen präsentiert, die vielfach auf der Textgrundlage der Quellen neu erstellt wurden. Der zweite Band enthält Kommentare zu jedem Text ‑ mit einer systematischen Einführung, einem Zeilenkommentar und einer inhaltlichen Einordnung. Das Studienbuch bietet somit einen umfassenden Überblick über die neuzeitliche Diskussion des Ideenbegriffs für die Studierenden der Philosophie. Neues Studienbuch Geeignet für Seminare und zum Selbststudium Texte vielfach erstmalig auf Deutsch zugänglich Texte einiger der wichtigsten frühneuzeitlichen Philosophe

Topological States on the Gold Surface

Gold surfaces host special electronic states that have been understood as a prototype of Shockley surface states (SSs). These SSs are commonly employed to benchmark the capability of angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) and scanning tunneling spectroscopy. We find that these Shockley SSs can be reinterpreted as topologically derived surface states (TDSSs) of a topological insulator (TI), a recently discovered quantum state. Based on band structure calculations, the Z2 topological invariant can be well defined to characterize the nontrivial features of gold that we detect by ARPES. The same TDSSs are also recognized on surfaces of other well-known noble metals (e.g., silver, copper, platinum, and palladium). Besides providing a new understanding of noble metal SSs, finding topological states on late transition metals provokes interesting questions on the role of topological effects in surface-related processes, such as adsorption and catalysis.Comment: 21 pages, 3 figure

Signatures of an Atomic Crystal in the Band Structure of a Molecular Thin Film

Transport phenomena in molecular materials are intrinsically linked to the orbital character and the degree of localization of the valence states. Here, we combine angle-resolved photoemission with photoemission tomography to determine the spatial distribution of all molecular states of the valence band structure of a C$_{60}$ thin film. While the two most frontier valence states exhibit a strong band dispersion, the states at larger binding energies are characterized by distinct emission patterns in energy and momentum space. Our findings demonstrate the formation of an atomic crystal-like band structure in a molecular solid with delocalized $\pi$-like valence states and strongly localized $\sigma$-states at larger binding energies

Single strontium Rydberg ion confined in a Paul trap

Trapped Rydberg ions are a promising new system for quantum information processing. They have the potential to join the precise quantum operations of trapped ions and the strong, long-range interactions between Rydberg atoms. Combining the two systems is not at all straightforward. Rydberg atoms are severely affected by electric fields which may cause Stark shifts and field ionization, while electric fields are used to trap ions. Thus, a thorough understanding of the physical properties of Rydberg ions due to the trapping electric fields is essential for future applications. Here we report the observation of two fundamental trap effects. First, we investigate the interaction of the Rydberg electron with the trapping electric quadrupole fields which leads to Floquet sidebands in the excitation spectra. Second, we report on the modified trapping potential in the Rydberg state compared to the ground state which results from the strong polarizability of the Rydberg ion. By controlling both effects we observe resonance lines close to their natural linewidth demonstrating an unprecedented level of control of this novel quantum platform