Diszubsztituált aminosavak enantioszelektív szintézise fázistranszfer katalizátorok segítségével: Enantioselective synthesis of disubstituted amino acids in the presence of phase transfer catalysts

The class of enantiopure α,α-disubstituted α-amino acids has gained considerable attention in the past decades since some of them have interesting properties as antibiotics. The synthesis of such materials has been a challenging task to which enantioselective phase transfer catalysis offers an effective solution. In our work the synthesis starts from the easily available Meldrum’s acid, that is converted into the key disubstituted malonate intermediates in an asymmetric alkylation step catalyzed by cinchona-crown ether derivatives. The aim was to obtain a new type of phase transfer catalyst – cinchona derivatives of aza-crown ethers – and compare the achieved enantiomeric excess values, while also optimizing the reaction conditions. The amino acids are gained by the selective hydrolysis of the key intermediates followed by a multistep reaction.   Kivonat Az enantiomertiszta α,α-diszubsztituált α-aminosavak iránt számottevő az érdeklődés az utóbbi évtizedekben, mivel egyes képviselőik antibakteriális tulajdonságokkal bírnak. Szintézisük egy kihívást jelentő feladat, amire az enantioszelektív fázistranszfer katalízis hatékony megoldást kínál. Munkánk során az előállítás a könnyen elérhető Meldrum-savból indul, amelyből a kulcsfontosságú diszubsztituált malonát köztitermékek előállítása különböző cinkona-koronaéter származékok által katalizált, aszimmetrikus alkilezési reakcióban történik. A cél újfajta fázistranszfer katalizátorok – aza-koronaéterek cinkona származékai – előállítása és összehasonlítása volt az elérhető enantioszelektivitás szempontjából, valamint a reakciókörülmények is optimalizálásra kerültek. Az aminosavak előállítása a köztitermékekből szelektív hidrolízist követő átalakításokkal lehetséges

Snake Trajectories in Ultraclean Graphene p-n Junctions

Snake states are trajectories of charge carriers curving back and forth along an interface. There are two types of snake states, formed by either inverting the magnetic field direction or the charge carrier type at an interface. Whereas the former has been demonstrated in GaAs-AlGaAs heterostructures, the latter has become conceivable only with the advance of ballistic graphene where a gapless p-n interface governed by Klein tunneling can be formed. Such snake states were hidden in previous experiments due to limited sample quality. Here we report on magneto-conductance oscillations due to snake states in a ballistic suspended graphene p-n-junction which occur already at a very small magnetic field of 20mT. The visibility of 30% is enabled by Klein collimation. Our finding is firmly supported by quantum transport simulations. We demonstrate the high tunability of the device and operate it in different magnetic field regimesComment: Accepted for publication in Nature Communication

Anyagok és rendszerek nagysűrűségű optikai adattároláshoz = Materials and systems for high density optical data storage

A pályázat eredeti célkitűzésének megfelelően a nagysűrűségű optikai adattárolásra alkalmas anyagok és rendszerek kutatása terén értünk el fontos eredményeket. Az anyagok kutatásának területén az Atomfizika Tanszék kutató csoportja elsősorban a nemzetközi partnerek által kifejlesztett polimer minták optikai tárolásra való alkalmazhatóságát vizsgálta. Modelleztük és mértük az anyagok paramétereit és vizsgáltuk az anyagtulajdonságok hatását az optikai tároló rendszerek működésére. A közreműködő SZFKI optikai kristálymintákat készített és tesztelt, majd alkalmazta a mintákat optikai adattárolásra, vizsgálta a hologramok stabilitását és a kiolvasás hibáját. A rendszerek témájában a tanszéki csoport bekapcsolódott két európai konzorcium munkájába főleg a térfogati adattárolók modellezésének területén. A vastag anyagon való diffrakció számítására a térfogati integrál megoldásának új módszerét javasoltuk, melynek alkalmazásával lehetővé válik a térfogati holografikus rendszerek működésének komplett modellezése, beleértve a tárolóanyag viselkedését is. Új eredményeket értünk el az optikai kártyára alapozott, hordozható, kompakt, polarizációs holografikus rendszerek kutatásában is. Az összesen 36 publikációból 11 referált folyóiratcikk, 3 könyvfejezet és négy szabadalom. Az eredményekről összesen 16 rendezvényen, illetve konferencián számoltunk be. A támogatás alatt három PhD ösztöndíjasunk megszerezte a fokozatot és idén februárban beadásra került egy MTA doktori értekezés a témában. | We achieved important results during the research of materials and systems for high density optical data storage. Concerning materials the research group of the department examined data storage capability of polymer layers developed by international partners. We modeled and experimentally tested characteristics of the materials and studied the effect of material properties on the operation of optical data storage systems. The contributor SZFKI prepared and tested optical crystal samples and applied them for optical data storage, studied stability of holograms and the bit-error-rate of hologram reconstruction. In the subject of systems the group of the department has become member of two European consortia with the task of modeling volume holographic systems. For the calculation of diffraction on thick material we proposed a new method that provides a useful tool for modeling complete volume holographic systems including the behavior of the storage material as well. We achieved new results also in the research of compact, portable polarization holographic systems using optical card form medium. From the 36 publications 11 are articles in referred journals, 3 of them are book chapters and four are filed patent applications. We presented our results on 16 conferences. During the project three PhD were defended and this year in February a new application was submitted to the Council of Doctors of HAS for the Doctor of Science degrees

Giant valley-isospin conductance oscillations in ballistic graphene

At high magnetic fields the conductance of graphene is governed by the half-integer quantum Hall effect. By local electrostatic gating a \textit{p-n} junction perpendicular to the graphene edges can be formed, along which quantum Hall channels co-propagate. It has been predicted by Tworzid\l{}o and co-workers that if only the lowest Landau level is filled on both sides of the junction, the conductance is determined by the valley (isospin) polarization at the edges and by the width of the flake. This effect remained hidden so far due to scattering between the channels co-propagating along the \textit{p-n} interface (equilibration). Here we investigate \textit{p-n} junctions in encapsulated graphene with a movable \textit{p-n} interface with which we are able to probe the edge-configuration of graphene flakes. We observe large quantum conductance oscillations on the order of \si{e^2/h} which solely depend on the \textit{p-n} junction position providing the first signature of isospin-defined conductance. Our experiments are underlined by quantum transport calculations.Comment: 5 pages, 4 figure

On the number of touching pairs in a set of planar curves

Given a set of planar curves (Jordan arcs), each pair of which meets -- either crosses or touches -- exactly once, we establish an upper bound on the number of touchings. We show that such a curve family has $O(t^2n)$ touchings, where $t$ is the number of faces in the curve arrangement that contains at least one endpoint of one of the curves. Our method relies on finding special subsets of curves called quasi-grids in curve families; this gives some structural insight into curve families with a high number of touchings.Comment: 14 pages, 7 figure

Termikus effektusok vizsgálata akusztooptikai eszközökben = Investigation of thermal effects in acusto-optical devices

Kutatási projektünk során különböző típusú és rendeltetésű akusztooptikai eszközökben kialakuló termikus jelenségeket vizsgáltuk. Kidolgoztuk az akusztooptikai effektus termikus modelljét, amelyben az akusztikus nyaláb elnyelődése, valamint az ultrahangkeltő elektromos és akusztikus veszteségei következtében felszabaduló hőmennyiség-eloszlást, az ennek megfelelő hőmérséklet-eloszlást szimuláltuk. A modellt akusztooptikai hatásfok-mérésekkel, valamint működő cellán végzett termovíziós mérésekkel fejlesztettük és ellenőriztük. A számolt és mért hőmérséklet-eloszlás segítségével kiszámoltuk az akusztooptikai kristályok optikai és akusztooptikai paramétereinek termikus változását, és ezeket integráltuk a fény hangoszlopon bekövetkező diffrakcióját és terjedését leíró modellünkbe. Megállapítottuk, hogy az üzemi hőmérsékleten kialakuló termikus lencse jelentősen befolyásolhatja a fénynyaláb terjedési irányát és intenzitás-eloszlását. Eljárásokat dolgoztunk ki az ultrahangkeltő veszteségeink csökkentésére a technológia javításával. Optimalizáltuk az akusztooptikai eszközök dobozolását hőtechnikai szempontból, és a nagyobb akusztikus teljesítményen működő eszközöket kiegészítettük egy kétkörös aktív hőelvezető és hűtőelemmel. A bevezetett módszerekkel sikerült az eszközök hőmérsékletnövekedését nagyobb elektromos teljesítmény esetén is korlátozni, valamint a hőmérséklet-eloszlás frekvenciafüggését és gradiensét a kristályban csökkenteni. | We examined theoretically and practically thermal effects in different type acousto-optic devices designed for different purposes. We elaborated a numerical model of the thermal processes appearing in these devices. In this model we calculate the heat distribution arising from the absorption of acoustic waves and electric transducer losses and calculate the corresponding temperature distribution across the device. The development of the model has been supported by continuous measurement of the acousto-optic interaction efficiency and temperature distribution on the acousto-optic crystal surfaces. Starting from the measured and calculated temperature distribution in the crystal we simulated the thermal changes of its photoelastic and optical parameters. We included the results in our model, which simulates the propagation of the optical beams through the acousto-optic crystal, and found that the thermal lens effect considerably influences their propagation direction and transversal intensity distribution. Based on the thermal imaging measurements we improved our acousto-optic transducer technology to reduce its losses. We optimized the housing of the devices to effectively remove the heat from the crystal walls and elaborated an active cooling system capable to control device temperature during operation. These improvements helped to limit and stabilize temperature increase and temperature gradients even at higher input electric power levels

Gate-controlled conductance enhancement from quantum Hall channels along graphene p-n junctions

The formation of quantum Hall channels inside the bulk of graphene is studied using various contact and gate geometries. p-n junctions are created along the longitudinal direction of samples, and enhanced conductance is observed in the case of bipolar doping due to new conducting channels forming in the bulk, whose position, propagating direction and, in one geometry, coupling to electrodes are determined by the gate-controlled filling factor across the device. This effect could be exploited to probe the behavior and interaction of quantum Hall channels protected against uncontrolled scattering at the edges

Fabry-Pérot Resonances in a Graphene/hBN Moiré Superlattice

While Fabry-Perot (FP) resonances and Moire superlattices are intensively studied in graphene on hexagonal boron nitride (hBN), the two effects have not been discussed in their coexistence. Here we investigate the FP oscillations in a ballistic pnp-junctions in the presence and absence of a Moire superlattice. First, we address the effect of the smoothness of the confining potential on the visibility of the FP resonances and carefully map the evolution of the FP cavity size as a function of densities inside and outside the cavity in the absence of a superlattice, when the cavity is bound by regular pn-junctions. Using a sample with a Moire superlattice, we next show that an FP cavity can also be formed by interfaces that mimic a pn-junction but are defined through a satellite Dirac point due to the superlattice. We carefully analyze the FP resonances, which can provide insight into the band-reconstruction due to the superlattice

Electron quantum optics in graphene

In the last decade, graphene has become an exciting platform for electron optical experiments, in many aspects superior to conventional two-dimensional electron gases (2DEGs). A major advantage, besides the ultra-large mobilities, is the fine control over the electrostatics, which gives the possibility of realising gap-less and compact p-n interfaces with high precision. The latter host non-trivial states, e.g., snake states in moderate magnetic fields, and serve as building blocks of complex electron interferometers. Thanks to the Dirac spectrum and its non-trivial Berry phase, the internal (valley and sublattice) degrees of freedom, and the possibility to tailor the band structure using proximity effects, such interferometers open up a completely new playground based on novel device architectures. In this review, we introduce the theoretical background of graphene electron optics, fabrication methods used to realise electron-optical devices, and techniques for corresponding numerical simulations. Based on this, we give a comprehensive review of ballistic transport experiments and simple building blocks of electron optical devices both in single and bilayer graphene, highlighting the novel physics that is brought in compared to conventional 2DEGs. After describing the different magnetic field regimes in graphene p-n junctions and nanostructures, we conclude by discussing the state of the art in graphene-based Mach-Zender and Fabry-Perot interferometers