Structure and vibrational spectra of carbon clusters in SiC

The electronic, structural and vibrational properties of small carbon interstitial and antisite clusters are investigated by ab initio methods in 3C and 4H-SiC. The defects possess sizable dissociation energies and may be formed via condensation of carbon interstitials, e.g. generated in the course of ion implantation. All considered defect complexes possess localized vibrational modes (LVM's) well above the SiC bulk phonon spectrum. In particular, the compact antisite clusters exhibit high-frequency LVM's up to 250meV. The isotope shifts resulting from a_{13}C enrichment are analyzed. In the light of these results, the photoluminescence centers D_{II} and P-U are discussed. The dicarbon antisite is identified as a plausible key ingredient of the D_{II}-center, whereas the carbon split-interstitial is a likely origin of the P-T centers. The comparison of the calculated and observed high-frequency modes suggests that the U-center is also a carbon-antisite based defect.Comment: 15 pages, 6 figures, accepted by Phys. Rev.

Carbon antisite clusters in SiC: a possible pathway to the D_{II} center

The photoluminescence center D_{II} is a persistent intrinsic defect which is common in all SiC polytypes. Its fingerprints are the characteristic phonon replicas in luminescence spectra. We perform ab-initio calculations of vibrational spectra for various defect complexes and find that carbon antisite clusters exhibit vibrational modes in the frequency range of the D_{II} spectrum. The clusters possess very high binding energies which guarantee their thermal stability--a known feature of the D_{II} center. The di-carbon antisite (C_{2})_{Si} (two carbon atoms sharing a silicon site) is an important building block of these clusters.Comment: RevTeX 4, 6 pages, 3 figures Changes in version 2: Section headings, footnote included in text, vibrational data now given for neutral split-interstitial, extended discussion of the [(C_2)_Si]_2 defect incl. figure Changes version 3: Correction of binding energy for 3rd and 4th carbon atom at antisite; correction of typo

Octa­deca­bromidobis(dicarbido)deca­dysprosium, [Dy10Br18(C2)2]

Single crystals of [Dy10Br18(C2)2] were obtained during the reaction of DyBr3 with dysprosium metal and graphite in a sealed tantalum container. In the crystal structure, the Dy atoms form dimers of edge-sharing octa­hedra, each encapsulating a C2 unit. The metal atoms are surrounded by Br atoms above the cluster edges and vertices, respectively. The dimers are connected to each other by Br atoms, leading to a three-dimensional network. [Dy10Br18(C2)2] is isotypic with its iodido analogue [Dy10I18(C2)2]

Plasma-activated EB-PVD of protective coatings: tools and processes

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Impact of sustainable development principles on the food service and hospitality sector in the Western Cape (South Africa)

Ob verantwortungsvoller Tourismus, nachhaltiger Fisch oder regionale Lebensmittel – der Außer-Haus-Markt in Western Cape ist äußerst dynamisch und damit im landesweiten Vergleich auf der Überholspur. Erst kürzlich erfolgte die Einführung fair gehandelter Produkte auf dem heimischen Markt. Südafrika ist weltweit das erste Land, das Fair Trade Produkte von nun an nicht nur exportiert, sondern auch selbst konsumiert. Und ein Fair Trade Zertifizierungsprogramm für die Tourismusbranche ist in seiner Art einzigartig. Vor allem die Provinzregierung von Western Cape und die Stadtverwaltung von Kapstadt übernehmen hinsichtlich nachhaltiger Entwicklung eine Vorbildfunktion innerhalb Südafrikas. 2008 veröffentlichte die Provinzregierung ihren ersten Nachhaltigkeitsbericht und eine Neuauflage ist in Kürze zu erwarten. Mit ihrem Anfang 2010 herausgegebenen Entwurf für eine grüne öffentliche Beschaffung übernimmt sie bewusst Verantwortung und setzt damit neue Maßstäbe. Und auch Kapstadt wird mit der 2009 verabschiedeten „Responsible Tourism Charter“ seine Wirkung nicht verfehlen und landesweit Nachahmer finden. In dem von extremen Wohlstandsgegensätzen geprägten Land zeigt sich aber auch sehr deutlich, dass sich nachhaltige Entwicklung auf ganz unterschiedlichen Ebenen abspielt. So werden im Rahmen des landesweit angelegten Schulernährungsprogramms bedürftige Kinder an Schultagen mit einer warmen Mahlzeit versorgt, damit sie – die Zukunft des Landes – sich überhaupt auf den Unterricht onzentrieren können. Auch die Township Gärten von Abalimi Bezehkaya sind ein Beispiel der anderen Art. Hier werden nicht nur unterprivilegierte Menschen in ökologischer Landwirtschaft ausgebildet, sondern auch Einkommensmöglichkeiten geschaffen und ein Beitrag zur Ernährungssicherheit geleistet. Bei allen Bestrebungen liegt der Fokus selten auf der Ernährung (z. B. Lebensmittel aus kontrolliert biologischem Anbau). Möglicherweise ist dies auf eine fehlende staatliche Gesetzgebung mit einheitlichen Standards für Bio-Lebensmittel oder aber die stärkere Ausrichtung auf regionale Produkte zurückzuführen. Eine staatliche Öko- Verordnung („organic policy“) soll noch in diesem Jahr verabschiedet werden und es wird sich zeigen, inwieweit die Bedeutung von Bio-Lebensmitteln, vor allem in der Außer-Haus-Verpflegung, dadurch zunehmen wird

Optical emission spectroscopy for rate and composition control of plasma-assisted EBPVD processes

Currently, EB-PVD of YSZ layers is the standard process for TBC on turbine components. Due to the similar vapor pressures of yttria and zirconia, processing is relatively uncomplicated, and the good performance of this material in various aspects is not easy to beat. However, the increasing need for enhanced turbine efficiency and reduced emissions requires new approaches and developments. This calls for improved TBC systems or ceramic-based turbine components coated with EBC systems, which go hand in hand with the use of new admixed materials and more complex coating compositions. Consequently, the corresponding PVD processes become more challenging as well and should be aided by enhanced monitoring and control means therefore. Plasma activation of various PVD processes has been shown to be key to success in order to combine high-rate film growth with the requested film properties. The vapor and the reactive gas species are excited, ionized, and dissociated. The energy of charged particles impinging the substrate surface can be tuned resulting in layers with desired density, composition, hardness, or microstructure. The effect of plasma activation by using a hollow cathode arc discharge onto the morphology of YSZ layers [1,2] and its potential for coating of dense EBC’s [3] have been discussed previously. In this paper, another aspect of utilizing a plasma discharge in the vapor cloud will be discussed. Due to excitation of neutrals and ions, element-specific light emission occurs which can be analyzed by optical emission spectroscopy (OES). The spectrum can be used to monitor and control the PVD process. As an example, YSZ has been evaporated by EB-PVD, and an emission line of excited zirconium neutrals has been used to maintain a constant deposition rate. Moreover, metallic zirconium and yttrium have been co-evaporated in oxygen atmosphere by spotless arc-assisted EB-PVD [4], and the vapor species have been monitored by OES. In another project, co-evaporation of several metallic ingots has been performed by the jumping beam method, and an OES-based control loop is being developed to automatically control the EB power input and feeding speed of the individual ingots. This plasma-based OES control method has a considerable potential for the development of reliable, well-defined deposition processes. In addition, the co-evaporation approach may be of increased interest to deposit new complex TBC and EBC systems. [1] G. Mattausch et al.: 55th SVC Annual Technical Conference Proceedings, 179-185 (2012) [2] B. Zimmermann et al.: Poster presentation at ECI Thermal Barrier Coatings IV, Irsee, Germany (2014) [3] B. Zimmermann et al.: Poster presentation at ECI Advanced Ceramic Matrix Composites, Santa Fe, USA (2017) [4] B. Scheffel et al.: Surface & Coatings Technology 316, 155–161 (2017