A scanning cavity microscope

Nano ist überall! Nanoskalige Systeme sind allgegenwärtig, wie in farbigen Gläsern, neuartigen Solarzellen oder in Lebewesen. Für ein umfassendes Verständnis des Nanokosmos ist es unabdingbar, Nanoteilchen einzeln zu untersuchen, um einen tiefen und faszinierenden Einblick in eine Welt, die dem Betrachter auf dem ersten Blick verborgen ist, zu erlangen. Optische Spektroskopie von einzelnen Nanosystemen liefert grundlegende Erkenntnisse von deren physikalischen und chemischen Eigenschaften. Quantitative Messungen von Extinktion und Dispersion an einzelnen Teilchen sind sehr schwierig, gleichzeitig sind solche Messungen sehr wünschenswert, da sich die Teilchen in Form, Größe oder Zusammensetzung unterscheiden können. Diese Arbeit zeigt eine Methode zur gleichzeitigen Messung von Extinktion und Dispersion einzelner Nanopartikel mit Ortsauflösung. Tausende Umläufe von Licht in einem optischen Resonator verstärken dieWechselwirkung von Licht mit Materie und ermöglichen sehr sensitive Messungen an einzelnen Teilchen. Die Mode eines Fabry-Pérot Resonators mit einer Finesse von bis zu 85 000 wird als Rastersonde verwendet, um die Extinktion von Nanoteilchen im Resonator zu bestimmen. Der Resonator ist aus einer mikrobearbeiteten und hochreflektiv beschichteten Glasfaser und einem makroskopischen Planspiegel, der gleichzeitig als Probenhalter dient, aufgebaut. Transversales Verschieben von Faser und Planspiegel zueinander liefert Ortsauflösung. Zur Messung der Verschiebung der Resonanzfrequenz aufgrund eines Teilchens im Resonator werden Transversalmoden höherer Ordnung genutzt. Die Kombination beider Messungen erlaubt es, die komplexe Polarisierbarkeit, die die optischen Eigenschaften eines Nanoteilchens im Rayleigh-Grenzfall vollständig beschreibt, zu bestimmen. In dieser Arbeit werden Extinktions-, Dispersions- und Polarisierbarkeitsmessungen an Goldnanoteilchen verschiedener Form und Größe gezeigt. Verglichen mit beugungsbegrenzter Mikrokopie liefert die Rasterresonatormikroskopie um mehr als 3200fach stärkere Messsignale, die zu einer Sensitivität für Extinktionsmessungen von 1.7 nm² und zu Frequenzverschiebungen aufgrund von Dispersion von weniger als 200 MHz, was der Verschiebung durch eine Glaskugel mit einem Durchmesser von 31.6 nm entspricht, führen. Darüber hinaus werden höhere Transversalmoden dazu verwendet, um die Ortsauflösung zu erhöhen. Durch die Kombination von Extinktionskarten, die mit der Grundmode und den darauf folgenden, höheren Transversalmoden aufgenommen wurden, ist eine signifikante Erhöhung der Ortsauflösung, gegebenenfalls sogar jenseits der Beugungsgrenze, möglich. Das Rasterresonatormikroskop ist zunächst für die Untersuchung von Nanoteilchen in einer trockenen Umgebung konzipiert worden. Viele Nanosysteme, darunter biologische Proben, zeigen ihre einzigartigen Eigenschaften jedoch erst in einer wässrigen Umgebung. Um den Untersuchungsbereich dorthin auszuweiten, wurde ein faserbasierter Resonator hoher Finesse mit einer mikrofluidischen Zelle kombiniert. Mit diesem System können nicht nur die Extinktion oder Dispersion von Teilchen gemessen, sondern auch Teilchen gefangen werden, um beispielsweise deren Reaktionsdynamik zu beobachten. In dieser Arbeit wird demonstriert, dass es möglich ist, einen Fabry-Pérot Resonator hoher Finesse in einer wässrigen Umgebung zu betreiben und es werden erste Messsignale von Teilchen, die den Resonator passieren, als auch vom Resonator gefangen werden, gezeigt. Dieses System, das optische Detektion mit einem kontrollierten Flüssigkeitsstrom vereint, öffnet Möglichkeiten für neuartige Experimente mit einzelnen, unmarkierten Nanosystemen.Nano is everywhere! All around us, there are nanoscaled systems such as in coloured glass, novel solar cells or in living beings. For a detailed understanding of the nanocosmos, studying it at a single particle level is indispensable, leading to deep and intriguing insights into a world that is at a first glance hidden to the eye. Optical spectroscopy of nanosystems at the single particle level provides profound insight into their physical and chemical properties. Retrieving quantitative signals for extinction as well as dispersion at this level is very challenging. At the same time it is desirable to investigate individual particles as they may vary in size, shape or composition. This work presents a spatially resolved method for simultaneous extinction and dispersion measurements of single nanoparticles. Harnessing thousands of round trips of light within an optical microresonator, the interaction of light with the particle gets enhanced and very sensitive quantitative measurements become possible. The cavity mode of a Fabry-Pérot cavity with a finesse up to 85 000 is used as a scanning probe to assess the extinction of nanoobjects placed into the cavity. The resonator consists of a micro-machined and high-reflectively coated end-facet of an optical fibre and a macroscopic plane mirror that serves as a sampleholder and that can be scanned transversally with respect to the fibre, allowing for spatially resolved measurements. Higher order transverse cavity modes are exploited to retrieve the cavity’s resonance frequency shift due to a particle inside. Combining both measurements allows to quantify the complex polarizability, which fully determines the particle’s optical properties at the Rayleigh limit. Extinction, dispersion and polarizability measurements of gold nanoparticles of various size and shape are presented in this work. Compared to diffraction limited microscopy, scanning cavity microscopy reaches a signal enhancement by a factor of more than 3200 resulting in a sensitivity for extinction of 1.7 nm² and for frequency shifts due to dispersion below 200 MHz which corresponds to the shift due to a glass sphere with a diameter of 31.6 nm. Furthermore, the higher order cavity modes are used to increase the spatial resolution of the scanning cavity microscope. By combining extinction maps taken with the fundamental and subsequent higher order modes, a significant increase in resolution potentially beyond the diffraction limit is demonstrated. The scanning cavity microscope is dedicated to investigate nanoparticles in a dry environment. Many nanosystems, especially biological samples, show their unique properties only in an aqueous environment. To extend the field of investigation to these nanosystems a fibre-based high-finesse microcavity has been combined with a microfluidic cell. This system would not only allow to measure the extinction or dispersion of a particle, but also to trap it to monitor e.g. reaction dynamics. In this work, the feasibility of bringing a high-finesse Fabry-Pérot cavity to an aqueous environment is demonstrated and first signals of trapping glass nanoparticles with the cavity mode as well as of particle transitions through the mode are shown. This combined system of optical detection and fluid control opens the perspective for novel experiments with label-free individual nanosystems

Conceptions of national identity, turnout and party preference: Evidence from Germany

As globalisation makes national boundaries both permeable and contested, conflicts over national identity and related policy issues are bound to increase the salience of citizens' individual national identitiesand, consequently, increase their impact on political attitudes and behaviour. We study the link between ethnocultural and civic dimensions of national identity and turnout and party preferences. After providing a theoretical discussion that integrates conceptions of national identity into established models of turnout and party preference formation, we explore the merit of accounting for these conceptions of national identity in a case study of Germany. Analysing data from two surveys conducted in the period between 2015 and 2017, we show that acceptance of civic criteria of national identity was positively associated with turnout and partisan support for all German parties besides the AfD. Acceptance of ethnocultural criteria was associated with increased support for (centre-) right and decreased support for (centre-) left parties. Some of these patterns differ significantly and in predictable ways between the two data points bracketing the height of the European refugee crisis. These findings suggest that individual conceptions of national identity may be of importance for our understanding turnout decisions and party preferences, but the specific relationships presumably depend on contextual conditions

A scanning cavity microscope

Nano ist überall! Nanoskalige Systeme sind allgegenwärtig, wie in farbigen Gläsern, neuartigen Solarzellen oder in Lebewesen. Für ein umfassendes Verständnis des Nanokosmos ist es unabdingbar, Nanoteilchen einzeln zu untersuchen, um einen tiefen und faszinierenden Einblick in eine Welt, die dem Betrachter auf dem ersten Blick verborgen ist, zu erlangen. Optische Spektroskopie von einzelnen Nanosystemen liefert grundlegende Erkenntnisse von deren physikalischen und chemischen Eigenschaften. Quantitative Messungen von Extinktion und Dispersion an einzelnen Teilchen sind sehr schwierig, gleichzeitig sind solche Messungen sehr wünschenswert, da sich die Teilchen in Form, Größe oder Zusammensetzung unterscheiden können. Diese Arbeit zeigt eine Methode zur gleichzeitigen Messung von Extinktion und Dispersion einzelner Nanopartikel mit Ortsauflösung. Tausende Umläufe von Licht in einem optischen Resonator verstärken dieWechselwirkung von Licht mit Materie und ermöglichen sehr sensitive Messungen an einzelnen Teilchen. Die Mode eines Fabry-Pérot Resonators mit einer Finesse von bis zu 85 000 wird als Rastersonde verwendet, um die Extinktion von Nanoteilchen im Resonator zu bestimmen. Der Resonator ist aus einer mikrobearbeiteten und hochreflektiv beschichteten Glasfaser und einem makroskopischen Planspiegel, der gleichzeitig als Probenhalter dient, aufgebaut. Transversales Verschieben von Faser und Planspiegel zueinander liefert Ortsauflösung. Zur Messung der Verschiebung der Resonanzfrequenz aufgrund eines Teilchens im Resonator werden Transversalmoden höherer Ordnung genutzt. Die Kombination beider Messungen erlaubt es, die komplexe Polarisierbarkeit, die die optischen Eigenschaften eines Nanoteilchens im Rayleigh-Grenzfall vollständig beschreibt, zu bestimmen. In dieser Arbeit werden Extinktions-, Dispersions- und Polarisierbarkeitsmessungen an Goldnanoteilchen verschiedener Form und Größe gezeigt. Verglichen mit beugungsbegrenzter Mikrokopie liefert die Rasterresonatormikroskopie um mehr als 3200fach stärkere Messsignale, die zu einer Sensitivität für Extinktionsmessungen von 1.7 nm² und zu Frequenzverschiebungen aufgrund von Dispersion von weniger als 200 MHz, was der Verschiebung durch eine Glaskugel mit einem Durchmesser von 31.6 nm entspricht, führen. Darüber hinaus werden höhere Transversalmoden dazu verwendet, um die Ortsauflösung zu erhöhen. Durch die Kombination von Extinktionskarten, die mit der Grundmode und den darauf folgenden, höheren Transversalmoden aufgenommen wurden, ist eine signifikante Erhöhung der Ortsauflösung, gegebenenfalls sogar jenseits der Beugungsgrenze, möglich. Das Rasterresonatormikroskop ist zunächst für die Untersuchung von Nanoteilchen in einer trockenen Umgebung konzipiert worden. Viele Nanosysteme, darunter biologische Proben, zeigen ihre einzigartigen Eigenschaften jedoch erst in einer wässrigen Umgebung. Um den Untersuchungsbereich dorthin auszuweiten, wurde ein faserbasierter Resonator hoher Finesse mit einer mikrofluidischen Zelle kombiniert. Mit diesem System können nicht nur die Extinktion oder Dispersion von Teilchen gemessen, sondern auch Teilchen gefangen werden, um beispielsweise deren Reaktionsdynamik zu beobachten. In dieser Arbeit wird demonstriert, dass es möglich ist, einen Fabry-Pérot Resonator hoher Finesse in einer wässrigen Umgebung zu betreiben und es werden erste Messsignale von Teilchen, die den Resonator passieren, als auch vom Resonator gefangen werden, gezeigt. Dieses System, das optische Detektion mit einem kontrollierten Flüssigkeitsstrom vereint, öffnet Möglichkeiten für neuartige Experimente mit einzelnen, unmarkierten Nanosystemen.Nano is everywhere! All around us, there are nanoscaled systems such as in coloured glass, novel solar cells or in living beings. For a detailed understanding of the nanocosmos, studying it at a single particle level is indispensable, leading to deep and intriguing insights into a world that is at a first glance hidden to the eye. Optical spectroscopy of nanosystems at the single particle level provides profound insight into their physical and chemical properties. Retrieving quantitative signals for extinction as well as dispersion at this level is very challenging. At the same time it is desirable to investigate individual particles as they may vary in size, shape or composition. This work presents a spatially resolved method for simultaneous extinction and dispersion measurements of single nanoparticles. Harnessing thousands of round trips of light within an optical microresonator, the interaction of light with the particle gets enhanced and very sensitive quantitative measurements become possible. The cavity mode of a Fabry-Pérot cavity with a finesse up to 85 000 is used as a scanning probe to assess the extinction of nanoobjects placed into the cavity. The resonator consists of a micro-machined and high-reflectively coated end-facet of an optical fibre and a macroscopic plane mirror that serves as a sampleholder and that can be scanned transversally with respect to the fibre, allowing for spatially resolved measurements. Higher order transverse cavity modes are exploited to retrieve the cavity’s resonance frequency shift due to a particle inside. Combining both measurements allows to quantify the complex polarizability, which fully determines the particle’s optical properties at the Rayleigh limit. Extinction, dispersion and polarizability measurements of gold nanoparticles of various size and shape are presented in this work. Compared to diffraction limited microscopy, scanning cavity microscopy reaches a signal enhancement by a factor of more than 3200 resulting in a sensitivity for extinction of 1.7 nm² and for frequency shifts due to dispersion below 200 MHz which corresponds to the shift due to a glass sphere with a diameter of 31.6 nm. Furthermore, the higher order cavity modes are used to increase the spatial resolution of the scanning cavity microscope. By combining extinction maps taken with the fundamental and subsequent higher order modes, a significant increase in resolution potentially beyond the diffraction limit is demonstrated. The scanning cavity microscope is dedicated to investigate nanoparticles in a dry environment. Many nanosystems, especially biological samples, show their unique properties only in an aqueous environment. To extend the field of investigation to these nanosystems a fibre-based high-finesse microcavity has been combined with a microfluidic cell. This system would not only allow to measure the extinction or dispersion of a particle, but also to trap it to monitor e.g. reaction dynamics. In this work, the feasibility of bringing a high-finesse Fabry-Pérot cavity to an aqueous environment is demonstrated and first signals of trapping glass nanoparticles with the cavity mode as well as of particle transitions through the mode are shown. This combined system of optical detection and fluid control opens the perspective for novel experiments with label-free individual nanosystems

Spectroscopy of mechanical dissipation in micro-mechanical membranes

We measure the frequency dependence of the mechanical quality factor (Q) of SiN membrane oscillators and observe a resonant variation of Q by more than two orders of magnitude. The frequency of the fundamental mechanical mode is tuned reversibly by up to 40% through local heating with a laser. Several distinct resonances in Q are observed that can be explained by coupling to membrane frame modes. Away from the resonances, the background Q is independent of frequency and temperature in the measured range.Comment: 4 pages, 5 figure

How Mentors Think About the Attainability of Mentoring Goals: The Impact of Mentoring Type and Mentoring Context on the Anticipated Regulatory Network and Regulatory Resources of Potential Mentors for School Mentoring Programs

Research shows that trained mentors achieve better results than untrained ones. Their training should particularly address their expectations for their future mentoring. Our study involved 190 preservice teachers, potential mentors of ongoing school mentoring for primary and secondary school students of all grades. They were randomly assigned to one of four conditions in a 2-x-2 between-subjects design of mentoring type (traditional mentoring versus e-mentoring) and mentoring context (non-pandemic versus COVID-19 pandemic). Participants assessed mentoring conducted under these four conditions in terms of its appropriateness for achieving four mentoring program targets: learning, key skills, social targets, and problem coping. Participants were also asked to assess the resources available to achieve each program target. Overall, the potential mentors considered the various conditions to be suitable for achieving the four program targets. They were particularly favorable in their assessment of the possibility for the realization of learning targets. Likewise, they assumed that sufficient resources were available to achieve the targets. However, a repeated-measures MANOVA showed that the potential mentors considered more ambitious targets to be possible in traditional mentoring than in e-mentoring and normal (i.e., pre-pandemic) contextual conditions than during the COVID-19 pandemic. In contrast, they estimated the resources available to achieve the targets to be about the same in the four conditions. This indicates a decoupling of mentoring targets from the consideration of the resources needed to achieve them. This assumption was confirmed in correlation analyses and has implications for mentor training.This research has been funded by the Hamdan Bin Rashid Al Maktoum Foundation for Distinguished Academic Performance

Bevölkerungseinstellungen zu Auslandseinsätzen der Bundeswehr

Das Buch zeigt, dass die Zustimmung der Deutschen zu spezifischen Auslandseinsätzen der Bundeswehr in starkem Maße davon abhängt, ob eine grundlegende Bereitschaft (1.) zur Kooperation innerhalb des transatlantischen Bündnisses vorliegt und (2.) zum Einsatz militärischer Gewalt. Die relative Bedeutung dieser Grundhaltungen für die Einstellungsbildung ist in gewissem Maße davon abhängig, wie präsent diese Aspekte im öffentlichen Diskurs sind; insgesamt zeigt sich jedoch ein von Einsatzspezifika und Elitendiskurs weitgehend unabhängiges Primat antimilitaristischer Grundhaltungen bei der Einstellungsbildung. Diese Erkenntnisse werden auf Grundlage zahlreicher standardisierter, repräsentativer Bevölkerungsbefragungen unter Verwendung neuester statistischer Verfahren gewonnen. Die Befunde haben wichtige Implikationen für unser Verständnis politischer Einstellungsbildung, Kommunikation und Repräsentation

Litter Windrows in the South-East Coast of the Bay of Biscay: An Ocean Process Enabling Effective Active Fishing for Litter

Large scale convergence regions of floating marine litter are commonly observed in semi-enclosed seas as the Bay of Biscay. However, clean-up activities on such accumulation regions are limited by the spread of the large-size floating litter on the sea surface. Data gathered by a small-scale fishing vessel devoted to active fishing for floating litter activities during the spring and summer of 2018 reveals that the linear streaks of high concentration of floating litter (so-called litter "windrows") are common accumulation structures in the south-east coast of the Bay of Biscay. The random search of litter windrows for their collection through surface tows of macro-nets was proved to be an effective action for floating litter mitigation. A total of 196 tows collected 16.2 tons of floating marine litter in 68 working days. Most of the litter windrows were around 1 km length and, on average, accumulated 77.75 kg of floating marine litter. Fishing, shipping and aquaculture sectors were the source of 35% of the 4,130 litter items analyzed (55% in weight of the sourced items), and plastic was the most common type of material (96% in terms of items). A better understanding of the phenomenon of the litter windrows, capable to guide clean-up efforts in space and time, would provide a considerable improvement in the efficiency of mitigation actions to reduce the marine litter pollution. The observations of litter windrows in the coastal area of the south-east of the Bay of Biscay demonstrate the key role of submesoscale processes in the distribution of FML. The present work provides a thorough description of floating litter windrows in nature, which it was non-existent to date. The results are the kind of proof necessary to boost the research addressed on the submesoscale aggregations of FML. Coupling litter windrows observations with remote-sensing technology and high-resolution modeling techniques offer great opportunities for the mitigation actions against marine litter

A scanning cavity microscope

Imaging the optical properties of individual nanosystems beyond fluorescence can provide a wealth of information. However, the minute signals for absorption and dispersion are challenging to observe, and only specialized techniques requiring sophisticated noise rejection are available. Here we use signal enhancement in a high-finesse scanning optical microcavity to demonstrate ultra-sensitive imaging. Harnessing multiple interactions of probe light with a sample within an optical resonator, we achieve a 1, 700-fold signal enhancement compared with diffraction-limited microscopy. We demonstrate quantitative imaging of the extinction cross-section of gold nanoparticles with a sensitivity less than 1 nm(2);we show a method to improve the spatial resolution potentially below the diffraction limit by using higher order cavity modes, and we present measurements of the birefringence and extinction contrast of gold nanorods. The demonstrated simultaneous enhancement of absorptive and dispersive signals promises intriguing potential for optical studies of nanomaterials, molecules and biological nanosystems