ΠΕΡΙΛΗΨΕΙΣ 15
ΟΜΙΛΙΕΣ ευτέρα 29 Αυγούστου 2005, 08:45-19:00, Αίθουσα Τελετών 08:45-12:30 Μικροηλεκτρονική και Οπτοηλεκτρονική 12:30-13:00 Φωτονική και Οπτικές ιδιότητες 13:00-13:15 Αρχαιοµετρικά υλικά και Υλικά τέχνης 14:30-21:45 Νανοτεχνολογία, Νανοδιατάξεις και Χαµηλοδιάστατα συστήµατα 16
1. Μικροηλεκτρονική και Οπτοηλεκτρονική THE NANOWORLD : AN INTRODUCTION J.L. Pautrat Scientific advisor CEA/Grenoble (France) It did not take more than half a century for the microelectronics to jump from the elementary transistor to microprocessors involving more than hundred millions of transistors. Modern electronic devices are smaller and smaller and always more powerful. This was made possible thanks to the miniaturization techniques. Now we are entering the nano era and miniaturization offers us startling achievements like: writing with atoms, computing with molecules, borrowing biomotors to living organisms to make artificial engines, making nanosized beacons to illuminate DNA Nanotechnology is mainly characterized by powerful microelectronics, efficient telecommunication and convergence with life science. It will spread in numerous domains of technology and offer many useful solutions to everyday life problems. It will also raise a lot of questions about which inventions are really useful and which should be discarded. NANOSCIENCES, KEY TO A NEW WORLD J.L. Pautrat Scientific advisor CEA/Grenoble (France) Thanks to the continuous development of miniaturization an increasing number of transistors are now fabricated simultaneously on a single silicon chip. The Moore s law describes this continuous trend. But it cannot be extrapolated forever. The future of microelectronics needs still a lot of invention. Nanosciences provide new ideas for making transistors, for the design of circuits and for information storage. We will describe some of these ideas: how to make billions of dots on a single chip, how to build integrated optical devices, how to introduce magnetic memories inside the microprocessor. Nanosciences and nanotechnology are twin sciences whose development will be closely linked in future years. O1.1 PHOTOVOLTAIC SOLAR ELECTRICITY ON THE THRESHOLD OF ITS GLOBAL DEPLOYMENT A. Luque Universidad Politécnica de Madrid The photovoltaic effect is a mechanism that converts photonic energy into electric energy, that is, into a current of electrons delivered at a certain voltage. Solar cells are based on it. We firmly believe that much of the electricity consumed by mid of this century will be generated with solar cells based in the photovoltaic effect. In the present lecture we shall describe briefly the seminal discoveries that gave rise to photovoltaics, starting with those of Becquerel and Smith in the XIX century followed by the one of Einstein, hundred years ago, that gave him the Nobel Prize, and by that of Chapin, Fueller and Pearson, fifty one years ago, when they fabricated the first effective solar cells made of silicon. In the last eight years the market for photovoltaic modules of solar cells has experienced very quick growth. Today almost half of the purified silicon, fabricated for the microelectronics, is being used by the photovoltaic industry. And an acute pure silicon shortage has been produced as a sign that purified silicon in the future will not any more be oriented to microelectronics but rather to the conversion of solar energy. The photovoltaic production is still modest but its rate of growth will make of this a very large business within a decade and ultimately will produce as much as one third of the total world electricity. The photovoltaic effect requires a semiconductor, that is a material in which the electrons may have, in addition to the normal levels of energy forming the so, called valence band, another set of energy levels, called conduction band higher than the energy of the valence band and separated of it by an energy gap. Electrons of the valence band are pumped to the conduction band by absorption of light photons. There, due to the energy gap, they may remain for time relatively long so that they can be extracted to an external circuit by contacts that are selective to the electrons located in the conduction band only. In the external circuit they lose their extra energy by the realisation of an useful work. 17
Then with lower energy they are given back to the solar cells valence band by a selective contact only active for low energy electrons. The semiconductor used by the vast majority of solar cells is silicon. This silicon is to be pure to the ppb level to reduce the chances of recombination, that is of spontaneous pass of the conduction band electrons to the valence band with production of heat, that is the natural process of any illuminated body, but not of electric energy. Silicon of metallurgical purity (99%) is produced by reduction of quartzite (natural silicon dioxide) with coal in an arc furnace. Then it has to be ultra purified as said before and grown into crystals of very high structural perfection. Wafers are liced form these crystals and selective contacts and antireflection treatments are done in the solar cells factories. Finally solar cells are interconnected and encapsulated in modules. All the preceding processes will be described in the lecture. There is a polemic on whether this technology will or not lead to costs low enough as to permit a mass penetration of the solar electricity. The author believes that tyhis will eventually happen but probably not within the first half of the present century. On the contrary he thinks that novel forms of producing solar electricity will be the quickest way to insure the solar energy penetration. The basis of this belief is that sun power is indeed huge but it is relatively disperse and present photovoltaic technology uses the resource poorly. A better utilisation of the sun spectrum is then followed in the FULLSPECTRUM integrated project, a common effort of 19 European research centres, including the university of Cyprus, coordinated by the author, aiming at producing a breakthrough in photovoltaic conversion. A general vision of the activities of FULLSPECTRUM will be presented in the talk. To summarize, as said before photovoltaics is expected to become one of the larger sources of electricity by mid of this century. The author plans to justify this belief in this lecture. Ο1.2 MΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΟΣ ΙΕΓΕΡΣΕΩΝ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΕΝΤΟΣ ΤΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΧΑΣΜΑΤΟΣ ΤΟΥ ΗΜΙΜΟΝΩΤΙΚΟΥ GAAS ΜΕ ΦΑΣΜΑΤΑ ΦΩΤΟΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΥΠΟ ΤΗΝ ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΣΩΜΑΤΙΩΝ-Α Γ.Ε Ζάρδας 1, Π.Η. Γιαννακόπουλος 2, Χρυσ. Α. Συµεωνίδης 1, Π.Κ. Ευθυµίου 1 1 Τοµέας Φυσικής Στερεάς Καταστάσεως Πανεπιστηµίου Αθηνών. 2 Τ.Ε.Ι. Πειραιά - Τµήµα Ηλεκτρονικών Υπολογιστικών Συστηµάτων. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η µελέτη της πυκνότητος διεγέρσεων των ηλεκτρονίων εντός του ενεργειακού χάσµατος του ηµιµονωτικού GaAs σε διάφορες θερµοκρασίες και υπο την επίδραση σωµατίων-α στην θερµοκρασία των 300 Κ. Eλήφθησαν µετρήσεις του φωτορεύµατος, συναρτήσει της ενεργείας των φωτονίων από 1,35 ev µέχρι 1,80 ev σε κάθε θερµοκρασία. από 180 Κ µέχρι και 300K. Από την ανάλυση των φασµάτων για κάθε θερµοκρασία βρέθηκαν 3 κορυφές και αποδόθηκε η σχέση της ενεργείας που αντιστοιχεί στις κορυφές συναρτήσει της θερµοκρασίας. Η θερµοκρασία και η ακτινοβόληση επηρρεάζουν ισχυρά την τιµή των κορυφών, η οποία σχετίζεται µε τον αριθµό των διεγέρσεων. Καθώς η θερµοκρασία ελλαττώνεται οι κορυφές ακολουθούν την ίδια µεταβολή. Μετά την ακτινοβόληση οι τιµές όλων των κορυφών ελλαττώνονται µε πλέον έντονη ελλάττωση της κορυφής Ρ3. Οι Συγγραφείς ευχαριστούν τον ειδικό λογαριασµό κονδυλίων έρευνας του Πανεπιστηµίου Αθηνών, χωρίς την οικονοµική αρωγή του οποίου, δεν θα ήταν δυνατή η ολοκλήρωση της παρούσας έρευνας. O1.3 ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΟΜΗΣ ΤΗΣ ΙΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΦΘΑΛΟΚΥΑΝΙΝΗΣ ΝΙΚΕΛΙΟΥ ΜΕ ΆΡΓΥΡΟ ΜΕ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΕΣ ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ Φ. Πετράκη, Σ. Κέννου Τµήµα Χηµικών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών & ΙΤΕ/ΕΙΧΗΜΥΘ, 26504, Πάτρα Οι Φθαλοκυανίνες είναι µια κατηγορία φωτονικών οργανικών υλικών µε σηµαντικές εφαρµογές σε µίκρο- και όπτοηλεκτρονικές διατάξεις όπως οργανικές φωτοεκποµποί δίοδοι, φωτοβολταϊκές συσκευές, τανσίστορ επίδρασης πεδίου και οθόνες υγρών κρυστάλλων. Οι διατάξεις αυτές αποτελούνται από ένα ή περισσότερα υµένια οργανικών που βρίσκονται ανάµεσα σε δύο ηλεκτρόδια. Η διεπιφάνεια µεταξύ µετάλλου και οργανικού στρώµατος επηρεάζει την έγχυση φορέων στη διάταξη και εποµένως την απόδοσή της. Στην παρούσα εργασία µελετήθηκε η ηλεκτρονική δοµή της διεπιφάνειας που σχηµατίζεται µε απόθεση φθαλοκυανίνης νικελίου (NiPc) πάνω σε καθαρό υπόστρωµα πολυκρυσταλλικού αργύρου. Η απόθεση έγινε σταδιακά µε εξάχνωση σε συνθήκες υπερυψηλού κενού και παρασκευάσθηκαν υµένια µε συνολικό πάχος 20 nm. Μετά από κάθε εξάχνωση γίνονταν µετρήσεις µε Φασµατοσκοπία Φωτοηλεκτρονίων από ακτίνες-χ (XPS,ΑlΚα) και υπεριώδους (UPS,HeI). Τα αποτελέσµατα XPS 18
έδειξαν ότι η κορυφή C1s του οργανικού αποτελείται από τρεις συνιστώσες που αποδίδονται σε δεσµούς C-C (284.41 ev), C-N (285.81 ev) και σε satellites της κύριας κορυφής (287.50 ev). Η κορυφή του νικελίου (Ni2p) εµφανίζεται σε ενέργεια σύνδεσης 855.90 ev, ενώ του N1s σε 399.30 ev (δεσµοί Ni-N). Από τα αποτελέσµατα UPS προσδιορίστηκε η ζώνη σθένους και µετρήθηκε το έργο εξόδου της φθαλοκυανίνης Νικελίου, το οποίο βρέθηκε ίσο µε 4.20±0.10 ev. Προσδιορίστηκε η θέση του HOMO και η κάµψη των ενεργειακών ζωνών του οργανικού. Σχεδιάστηκε το ενεργειακό διάγραµµα της διεπιφάνειας και έγινε σύγκριση των αποτελεσµάτων µε ηλεκτρικές µετρήσεις και θεωρητικούς υπολογισµούς της ηλεκτρονικής δοµής της NiPc. O1.4 MACROPOROUS SILICON WITH REGULAR ARRAYS OF VERTICAL PORES ON P-TYPE WAFERS D.N. Pagonis 1, J. Semai 2 and A.G. Nassiopoulou 1 1 IMEL/NCSR Demokritos, P.O. Box 60228, 15310 Aghia Paraskevi, Athens, Greece 2 ST Microelectronics, 16 Pierre et Marie Curie Str BP 7155, Tours Cedex 37071, France Macro-porous silicon with vertical pores of diameter in the micrometer range are in general fabricated from n-type silicon by anodization under illumination. More recently it was demonstrated that macroporous silicon may be fabricated from p-type silicon without illumination using a solution consisting of N-Dimethylformamide (DMF) and Hydrofluoric acid (HF). The pores are randomly distributed on the surface of the wafer unless the silicon surface is patterned appropriately by creating sites for pore initiation. These sites are inverted pyramids, fabricated on lithographically-defined areas by anisotropic silicon etching. In this work we developed a process for forming both types of macro-porous silicon, ordered and non-ordered, on p-type wafers. The non-ordered macroporous material consists of random macropores perpendicular to the Si surface with a diameter of the order of 1.4 µm. The depth of these pores can exceed 100 µm. In the case of ordered pores the diameter of each pore depends mainly on the initial pre-defined geometry. Apart from forming a single layer of macro-porous silicon, a more complicated process has been developed in order to form multiple layers of porous silicon with different porosities, the thickness of which can be precisely controlled. The area of each layer can be in the order of 1 cm 2. The application of such a structure for creating free-standing macro-porous layers over cavities will be discussed. The details of the technique together with appropriate SEM characterization of the resulting microchannels will be presented. Foreseen applications include microfluidic devices and devices used in controlled drug delivery. O1.5 PERFORMANCE ATTRIBUTES IN CURRENT AND VOLTAGE DRIVEN HIGH SPEED VCSELS K. Minoglou 1, S.G. Katsafouros 1, E. D. Kyriakis-Bitzaros 1,2, A.Arapoyanni 3, G. Halkias 1 1 Institute of Microelectronics, NCSR Demokritos, 15310 Ag. Paraskevi, Greece. 2 Department of Electronics, TEI of Piraeus, 12244 Egaleo, Greece. 3 Department of Informatics and Telecommunications, Univ. of Athens, 15784 Athens, Greece. Τhe design of a laser diode driver (LDD) is a challenging task since clear eye diagrams at high speeds require abrupt signal edges and low jitter. Traditionally, the LDDs were designed to drive Edge-Emitting Lasers (EELs) and were based on differential pair topologies acting as current-pulse sources for the laser diodes. This choice of the circuit topology is straightforward for the EELs exhibiting low series resistance very often combined with considerable series parasitic inductance. At first glance, the design task of LDDs for Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSELs) seems relaxed due to the lower threshold and modulation currents required by these devices. However, high-speed VCSELs present significantly larger series resistance in combination with relatively high shunt capacitance than EELs leading to distinct requirements and consequently different design approaches for the LDD. The particular aspects of the VCSEL drivers become crucial especially at the multi-gb/s data rates because the packaging parasitics further aggravates the shunt capacitance effect. In the present work the current-pulse as well as the voltage-pulse mode of operation of VCSELs are investigated. Using an accurate non-linear circuit VCSEL model fed with parameters of a commercially available VCSEL a consistent comparison between the current- and voltage-pulse configurations at high speed operation is performed. In addition, circuits for driving VCSELs with either voltage- or current- pulses were designed utilizing a commercially available 0.35 µm SiGe HBT technology in order for one to obtain realistic simulation of the VCSEL response in either configuration. 19
O1.6 THE ROLE OF THE NANOSCALE IN NANOCATALYSIS S. T. Pantelides Department of Physics and Astronomy, Vanderbilt University, Nashville, TN, USA and Oak Ridge National laboratory, Oak Ridge, TN, USA The catalysis of chemical reactions and catalytic materials are often optimized by employing nanoparticles. The role of the nanoscale has remained elusive in most cases. First-principles calculations has provided detailed mechanisms and led to detailed understanding in several cases. Three examples will be used to illustrate the results: catalysis of CO 2 fixation by CdSe nanoclusters, the role of La in stabilizing alumina-based catalysts, and the catalysis of CO oxidation by gold nanoparticles. In the last two examples, the investigations were performed by combining atomic-sale calculations with atomic-resolution Z-contrast microscopy carried out in S. J. Pennycook s group at Oak Ridge National Laboratory. Collaborators: A. Borisevich, A. Franceschetti, M. Glasoff, A. Lupini, S. Overbury, S. J. Pennycook, S. N. Rashkeev, K. Sohlberg, L. Wang. S. Wang. O1.7 A STUDY OF A TIN LIQUID METAL ION SOURCE Th. Ganetsos 1, L. Bischoff 2, N. Laskaris 1, C.A. Lontos 3 and B.Kotsos 1 1 Department of Electronics, Technological Educational Institute of Lamia, 35100 Lamia, Greece 2 Research Center Rossendorf Inc, Institute of Ion Beam Physics and Materials Research, P.O. Box 510119,Dresden D- 01314,Germany 3 Department of Physics, University of Athens, Section of Solid State Physics, Zografos, Athens, GR 15784,Greece An interesting element for materials investigation and modification is tin, which offers a broad spectrum of applications. Thus, a low-energy Sn implantation was used to form nanocrystals with a homogenous size distribution in a thin SiO 2 layer, after a subsequence of annealings for the fabrication of new electron devices. We, therefore, prepared a Sn liquid metal alloy ion source. Source properties, such as the current-voltage curve, the mass spectra of the beam and the enrgy spread of the main ionic species, were studied in details. Theoretical arguments, involving the peak energy deficit of the ion-energy distribution, strongly suggests that both Sn + and Sn ++ are emitted by direct field evaporation from the liquid surface. The same conclusion is reached from a careful examination of the beam mass spectra of the source. Our novel software program using MATLAB calculates the values of the ratio Sn ++ /Sn + for different emission currents. Also we compared our results with those of Dixon and Gotoh et al. O1.8 MECHANISMS OF ROUGHNESS FORMATION DURING PLASMA ETCHING V. Constantoudis, G. Kokkoris, A. Tserepi, and E. Gogolides Institute of Microelectronics, NCSR Demokritos, Aghia Paraskevi, 15310, Greece, Plasma etching constitutes a fundamental process for film patterning in microelectronics and microsystems fabrication. As the thickness and dimensions of fabricated films and patterned features go down to nanometer scale, the roughness of their surfaces affects increasingly their physicochemical behavior and may degrade the device performance. Thus, the control and understanding of roughness formation during plasma etching is of primary importance in nanopatterning technology. Up to now it has been found that plasma etching of Si surfaces induces roughness instability (linear increase of the rms roughness vs time) and quasiperiodic mounded or columnar surface structures. A possible explanation of this roughness behavior was given and it was based on the reemission of etchants after their first hit on the surface. In this work, the contribution of two new mechanisms to roughness formation is investigated. The first mechanism refers to the reflection of etching ions, which depends on the incidence angle and the second considers the simultaneous deposition of etching resistant particles on the film that may come from the sputtering of electrode and/or reactor-wall material or non-volatile plasma species. These mechanisms are examined by simulating etching process using either Monte Carlo or continuum models. Monte Carlo modeling follows the trajectories of the incoming ions and particles and uses a discrete representation of the film surface and bulk. On the other hand, the continuum model uses the level set method for the surface evolution, while the local fluxes of the species on the surface are calculated 20
through a system of integral equations. O1.9 ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΤΟΥ ΑΠΑΓΩΓΟΥ ΤΩΝ SILICON-ON- INSULATOR SMART-CUT ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡΣ Μ. Α. Έξαρχος 1, Γ. Ι. Παπαϊωάννου 1, J. Jomaah 2 και F. Balestra 2 1 Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήµιο Αθηνών (ΕΚΠΑ), Τµήµα Φυσικής, Τοµέας Φυσικής Στερεάς Κατάστασης, Πανεπιστηµιούπολη, Αθήνα 15784, Ελλάς 2 IMEP (UMR CNRS/INPG/UJF), ENSERG BP 257, Cedex 1, Grenoble 38016, France Η ανάπτυξη των επιδόσεων των µικροεπεξεργαστών SOI (silicon-on-insulator) απαιτεί εκτεταµένη µελέτη των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των τρανζίστορς της εν λόγω τεχνολογίας. Για το λόγο αυτό πραγµατοποιήθηκε µελέτη της απόκρισης του µεταβατικού ρεύµατος του απαγωγού διατάξεων smart-cut SOI MOSFET µε πλωτό υµένιο (floating body) πυριτίου, µέσω της φασµατοσκοπίας βαθιών σταθµών DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy). Για την καταστολή του ανεπιθύµητου υπερβατικού ρεύµατος του απαγωγού (drain current overshoot), το υπόστρωµα των τρανζίστορς πολώθηκε κατάλληλα έτσι ώστε να αποµονωθούν οι µηχανισµοί σύλληψης/εκποµπής φορέων διαµέσου ηλεκτρονικών σταθµών. Η ανάλυση της φασµατικής απόκρισης DLTS ανέδειξε θερµικά διαγειρόµενους µηχανισµούς σύλληψης φορέων µέσω βαθιών σταθµών, καθώς επίσης και µηχανισµούς πόλωσης του οξειδίου της πύλης των διατάξεων. Όµοια ακριβώς µελέτη επαναλήφθηκε, µε τα τρανζίστορς να υπόκεινται σε διαδικασία µέγιστης στατικής καταπόνησης. Αποδείχθηκε πως η επίδραση της στατικής καταπόνησης αφενός µεν καταπνίγει το φαινόµενο overshoot, αφετέρου δε εισάγει στη διεπιφάνεια Si-SiO 2 ατέλειες φορέων και των δύο τύπων, οι οποίες και διαµορφώνουν την απόκριση του µεταβατικού ρεύµατος του απαγωγού. Επιπλέον, φαινόµενα πόλωσης του οξειδίου της πύλης των τρανζίστορς δεν παρατηρήθηκαν. Να σηµειωθεί πως όλες οι προαναφερθείσες µετρήσεις DLTS εκτείνονται θερµοκρασιακά στο διάστηµα 110Κ-400Κ και πραγµατοποιήθηκαν µε τα τρανζίστορς όντας στη γραµµική περιοχή λειτουργίας τους ώστε να αποφευχθούν περαιτέρω φαινόµενα γήρανσης. 2. Φωτονική και Οπτικές ιδιότητες Ο2.1 COHERENT POPULATION TRAPPING, DOUBLE TRANSPARENCY AND SLOW LIGHT IN A QUANTUM WELL STRUCTURE A. Fountoulakis 1, A. F. Terzis 1 and E. Paspalakis 2 1 Physics Department, University of Patras, 26504 Patras, Greece 2 Materials Science Department, University of Patras, 26504 Patras, Greece We theoretically analyze the interaction of a triple semiconductor quantum well system with an electromagnetic field. The quantum well structure is such that interference from tunneling processes is possible. We present conditions for obtaining dark states of the system. These dark states lead to the phenomenon of coherent population trapping for strong applied fields. In addition, the existence of dark states leads to transparency at two different frequencies of a probe field. Slow light, at two different frequencies, also occurs near the transparency windows. Results are present for both cw and pulsed electromagnetic fields. Acknowledgements. We thank the European Social Fund (ESF), Operational Program for Educational and Vocational Training II (EPEAEK II), and particularly the Program PYTHAGORAS II, for funding the above work. Ο2.2 DEMONSTRATION OF HIGH EFFICIENCY ARBITRARY ULTRASHORT LASER PULSES USING COMPUTER-CONTROLLED PRISM-BASED PULSE SHAPER APPARATUS E. Lioudakis and A. Othonos Research Center of Ultrafast Science, Department of Physics, University of Cyprus P.O. Box 20537, 1678, Nicosia, Cyprus A high efficiency pulse shaper apparatus based on prisms has been demonstrated for the first time. A detail comparison has been performed between the conversional 4-f pulse shaper and the prism-based system. Using this apparatus we have demonstrated the generation of arbitrary complex pulse structures as well as the compression of a complex 21
chirped pulse into a transformed limited pulse. We believe this set-up with suitable mask can be used in front of amplifiers, after a hollow fiber, not only to compensate the duration of the laser pulse to few optical cycles but also to manipulate the phase and amplitude of produced attosecond laser pulses. This high efficiency computer-controlled pulse shaper system together with sophisticated algorithms that may be implemented has opened the way for innovative scientific research in various fields of ultrafast science. 3. Αρχαιοµετρικά υλικά και Υλικά τέχνης Ο3.1 DIFFUSION PHENOMENA IN SOLIDS AND APPLICATIONS IN THE DATING OF ANCIENT OBSIDIAN TOOLS I. Liritzis 1, Th. Ganetsos 2, N. Laskaris 2, C. M. Stevenson 3 and S. Novak 3 1 Laboratory of Archaeometry, University of Aegean, Dept. of Mediterranean Studies, 1 Demokratias Ave., Rhodes 85100, Greece 2 Department of Electronics, Technological Educational Institute of Lamia, 35100 Lamia, Greece 3 Virginia Department of Historic resources, 2801 Kensington Ave., Richmond, VA 23221, USA Surface analytical techniques have been used to study ancient materials since the 1970s. The Secondary Ion Mass Spectroscopy is now well established as a surface technique which provides elemental data and a certain degree of molecular information, also allowing depth profiling, mapping or imaging to be carried out. Obsidian is a volcanic glass formed by rapidly cooling lava. In this paper we represent a novel software programme, using MATLAB, incorporating all numerical parameters developed for the nuclear dating of hydrated obsidians. SIMS measures the H+ concentration (C), versus hydration depth profile. The modeling of this diffusion process, as one-dimensional phenomena, is essentially based on the idea that a saturated surface (SS) layer is encountered near the exterior. Examples are given for several archaeological obsidians and different temperatures. Comparison of SIMS-SS method with indirectly dating of similar cultural phases by radiocarbon ( 14 C) is excellent. 4. Νανοτεχνολογία, Νανοδιατάξεις και Χαµηλοδιάστατα συστήµατα O4.1 NEW TECHNIQUES (ELECTRON DIFFRACTOMETER) IN TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY FOR AB INITIO DETERMINATION OF CRYSTAL NANOSTRUCTURES Σ. Νικολόπουλος Universidad Politecnica de Valencia, Spain & Nanomegas SPRL, Brussels, Belgium Image resolution in transmission electron microscopy (TEM) depend on applied KV and can as low as 0.15 nm (information limit) for modern FEG TEMs. However even at those high resolution ( HREM) conditions, image interpretation in relation with true crystal structure projection is difficult to establish, as HREM contrast changes a lot with crystal thickness and defocus conditions. Instead, electron diffraction resolution for any nanocrystal is well below 0.1 nm and is present in any type of TEM (100-200-300 KV) microscopes. It has recently been demonstrated by Vincent and Midgley 1 that using precession electron beam techniques (equivalent to conical dark field mode in STEM) intensities of electron diffraction pattern of any nanocrystal are of quasikinematical nature, in close analogy with kinematical nature of X ray diffraction intensities. In analogy with single crystal X-Ray crystallography, collection (in one or several zone axis) of those intensities permits to resolve ab initio any crystal structure (either in 2D projection either 3D structure) of any observed nanocrystal in the microscope. Moreover, by varying precession beam angle, we are able to observe full intensity symmetry in different Laue zones (ZOLZ, FOLZ) and as a consequence resolve directly point and /or space group symmetry without need of CBED techniques. We have developed a universal precession interface that can be fitted to any TEM (100-200-300 KV) and a first electron diffractometer (Patent Pending) based on a special system of electron diffraction intensity collection. 22
We have already resolved ab initio several nanocrystals from zeolite structures (LTA, ITQ7, ITQ1, mordenite at 100 and 300 kv), minerals (phlogopite mica, uvarovite, akermanite at 200 KV) and complex heavy oxide systems (KNb7O18 at 100 KV); we anticipate that the electron diffractometer will be the natural complement (for nanocrystals) of single crystal X-ray diffractometer, which is limited to single crystals of size > 0.3 mm. 1 Vincent R, Midgley P. Ultramicroscopy 53(1994), 271. Ο4.2 SELF-ASSEMBLY OF COLLOIDAL GOLD NANOPARTICLES IN-BETWEEN MICROMETER ELECTRODE GAPS BY DIELECTROPHORESIS A. Zoy 1, A.G. Nassiopoulou 1, M. Murugesan 2 and B.D. Moore 2 1 NCSR Demokritos, Institute of Microelectronics, P.O. Box 60288, 153 10 Athens. 2 Dept. of Pure and Applied Chemistry, University of Strathclyde, Glasgow, U. K. The self-assembly of colloidal particles on a solid surface is the first step towards their application in novel devices. In this study, we apply dielectrophoresis, a fast developing technique the last few years, to self-assemble colloidal gold nanoparticles between micrometer-distant electrodes. For this, we apply an alternative electric field between the electrodes and the particles are polarized and deposited successively between the electrodes until they bridge the gap by particle nanowires. The application of external fields offers speed, easy control and precision in the self-assembly process. Two types of gold nanoparticles (NPs) were used in this work: tiopronin-coated NPs of diameter 2-4nm and citrate-coated NPs of diameter 45nm in water suspensions. Micrometer-distant electrodes were realized by photolithography. Distances between them were in the range of 1-2µm. Under the influence of the field, the gold nanoparticles were organized between the electrodes forming nanowires of micrometer length. The effect of the nanoparticles size, the charge of the molecular stabilizer and the electrodes geometry in the dielectrophoretic deposition were investigated in detail. Finally, electrical characterization of the deposited nanowires has been performed and results will be presented. Ο4.3 ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗΣ ΒΑΡΙΟΥ ΚΑΙ ΟΞΥΓΟΝΟΥ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΤΙΤΑΝΙΚΟΥ ΣΤΡΟΝΤΙΟΥ SrTiO 3 (100). Βλάχος, Μ. Καµαράτος, Σ.. Φούλιας Εργαστήριο Φυσικής Επιφανείών, Τµήµα Φυσικής, Πανεπιστήµιο Ιωαννίνων, 451 10 Ιωάννινα Οι αλκαλικές γαίες και τα οξείδια αυτών παρουσιάζουν ιδιαίτερο τεχνολογικό ενδιαφέρον στην κατασκευή σύγχρονων καθόδων, την παραγωγή αρνητικών ιόντων υδρογόνου, την ανάπτυξη υπεραγωγών υψηλής θερµοκρασίας και σε διατάξεις αποθήκευσης υδρογόνου. Στην εργασία αυτή µελετάµε την προσρόφηση του Ba στην επιφάνεια του περοβσκίτη SrTiO 3 (100) και την αλληλεπίδραση του επιφανειακού αυτού συστήµατος µε οξυγόνο από την αέρια φάση, σε θερµοκρασία δωµατίου. Η µελέτη γίνεται σε συνθήκες υπερυψηλού κενού (10-10 torr) µε µετρήσεις της µεταβολής του έργου εξόδου και φασµατοσκοπίας φωτοηλεκτρονίων µαλακών ακτίνων-χ. Η πηγή διέγερσης προερχόταν από το κυκλοτρόνιο του Max-Lab Lund-Sweeden δια µέσου ενός TGM µονοχρωµάτορα. Η ενέργεια των φωτονίων διέγερσης ήταν hν=130 ev. Οι µετρήσεις δείχνουν ότι το Βα αναπτύσσεται σε µορφή σωµατιδίων (τρόπος Volmer-Weber) το πρώτο στρώµα των οποίων αλληλεπιδρά µε το οξυγόνο του υποβάθρου ανάγοντας το Τι και σχηµατίζοντας BaO. Το επιπλέον Ba αναπτύσσεται πάνω στο πρώτο στρώµα χωρίς να αλληλεπιδρά µε το υπόβαθρο. Οξυγόνο από την αέρια φάση προσροφάται µε υψηλό συντελεστή προσκόλλησης πάνω στο στρώµα του Ba αυξάνοντας το έργο εξόδου του επιφανειακού συστήµατος και οδηγώντας στην πλήρη οξείδωση των σωµατιδίων του Ba. Ο4.4 ΣΥΣΤΗΜΑΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΚΙΝΗΣΙΑΣ ΦΟΡΕΩΝ ΣΕ ΚΒΑΝΤΙΚΑ ΣΥΡΜΑΤΑ ΣΧΗΜΑΤΟΣ V Μ. Τσέτσερη 1, Μ. Τσαουσίδου 2 και Γ. Π. Τριµπέρης 1 1 Τοµέας Φυσικής Στερεάς Κατάστασης, Τµήµα Φυσικής, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήµιο Αθηνών, Πανεπιστηµιούπολη, Ζωγράφου, Αθήνα 2 Τµήµα Επιστήµης των Υλικών, Πανεπιστήµιο Πατρών Τα κβαντικά σύρµατα αποτελούν σύγχρονες χαµηλοδιάστατες ετεροδοµές µε χαρακτηριστικές ιδιότητες και εφαρµογές οι οποίες σε πολλές περιπτώσεις πλεονεκτoύν σε σύγκριση µε εκείνες των κβαντικών πηγαδιών. Ανάµεσα 23
στις κβαντικές δοµές τα σύρµατα των οποίων η διατοµή έχει σχήµα V χαρακτηρίζονται από τη µικρότερη ενδοεπιφανειακή τραχύτητα, γεγονός το οποίο επιδρά τόσο στις οπτικές όσο και στις ιδιότητες µεταφοράς τους. Η µελέτη εστιάζεται στον υπολογισµό της ευκινησίας ηλεκτρονίων και οπών σε σύρµατα σχήµατος V επιλύοντας την εξίσωση Boltzmann. Για πρώτη φορά λαµβάνονται υπόψη όλοι οι δυνατοί µηχανισµοί σκέδασης που περιορίζουν την ευκινησία των φορέων σε ένα ρεαλιστικό ( man-made ) κβαντικό σύρµα για περιοχή θερµοκρασιών 1 T 70 Κ. Συγκεκριµένα, µελετώνται συστηµατικά ελαστικές σκεδάσεις φορέων λόγω α) ενδοεπιφανειακής τραχύτητας, β) αταξίας κράµατος, γ) προσµίξεων δοτών στις ενδοεπιφάνειες και δ) αποµακρυσµένων προσµίξεων, καθώς και ανελαστικές σκεδάσεις φορέων µε ακουστικά φωνόνια. Οι παραπάνω µηχανισµοί εισάγονται στον όρο των σκεδάσεων της εξίσωσης Boltzmann µέσω ενός θωρακισµένου δυναµικού αλληλεπίδρασης Coulomb για σκεδάσεις από ιονισµένες προσµίξεις και µέσω του ακουστικού δυναµικού παραµόρφωσης και του πιεζοηλεκτρικού δυναµικού για σκεδάσεις από 3D ακουστικά φωνόνια. Για τον υπολογισµό των ιδιοτιµών και των ιδιοκαταστάσεων των φορέων αναπτύχθηκε υπολογιστική µεθοδολογία βασισµένη στη µέθοδο των πεπερασµένων διαφορών µε οµοιογενή ή µηοµοιογενή διακριτοποίηση του πραγµατικού χώρου. Υπολογίζεται η συνολική ευκινησία των φορέων και σχολιάζεται η συµβολή του κάθε µηχανισµού σκέδασης. Ο4.5 Η ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΟΥ ΠΑΧΟΥΣ ΤΟΥ ΥΜΕΝΙΟΥ γ-al 2 O 3 ΣΤΗ ΙΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Ni / γ-al 2 O 3 /Al Λ. Σύγκελλου 1, P. Janecek. 2, P. Hanys 2, Σ. Κέννου 1, Σ. Λαδάς 1,, V. Nehasil 2 1 Τµήµα Χηµικών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών και ΙΤΕ-ΕΙΧΗΜΥΘ. Τ.Θ.1414, GR-26504, Ρίον, Πάτρα 2 Department of Electronics and Vacuum Physics, Faculty of Mathematics and Physics, Charles University, V Holesovickach 2, 180 00 Prague 8, Czech Republic Τα συστήµατα µετάλλου/αλουµίνας έχουν πολλές εφαρµογές σε σύνθετα υλικά και στην ετερογενή κατάλυση. Οι διεπιφάνειες Μ/Al 2 O 3 µελετώνται συχνά σε υπερυψηλό κενό πάνω σε λεπτά υµένια του οξειδίου αναπτυγµένα σε µεταλλικό Αl. Ένα σηµαντικό ερώτηµα είναι κατά πόσο τα οξειδικά υµένια επιτρέπουν, λόγω του λεπτού τους πάχους, στο Αl να τροποποιεί την αλληλεπίδραση µετάλλου/οξειδίου. Μελετήθηκε µε Φασµατοσκοπία ηλεκτρονίων και ηλεκτρονίων Auger από ακτίνες-χ (XPS/XAES) η συµπεριφορά υποµονοστρωµατικών ποσοτήτων Ni κατά την απόθεση σε 320Κ και την συνακόλουθη θέρµανση σε 600Κ και 790Κ πάνω σε υµένια γ-al 2 O 3 / Al, µε πάχη οξειδίου από 15nm µέχρι και το καθαρό υπόστρωµα αλουµινίου. Η γ-al 2 O 3 είχε αναπτυχθεί σε µέγιστο πάχος ~15nm µε θέρµανση πολυκρυσταλλικού ελάσµατος αλουµινίου σε 870Κ στην ατµόσφαιρα και τα µικρότερα πάχη επιτεύχθηκαν µε ελεγχόµενη ιοντοβολή αργού µέσα στο θάλαµο του κενού. Βρέθηκε ότι, όταν 0.2 ML Ni αποθέτονται σε 15nm γ- Al 2 O 3, µέρος του Ni οξειδώνεται από τα υδροξύλια της επιφάνειας. Η θέρµανση οδηγεί σε επιπλέον οξείδωση σε 600Κ και µερική διάσπαση του αρχικά οξειδωµένου Ni σε 790Κ. Ο βαθµός οξείδωσης ελαττώνεται για λεπτότερα υµένια γ-al 2 O 3, ιδιαίτερα κάτω από 2.8 nm, ενώ αντίστοιχα ενισχύεται η διάχυση Νi προς τη διεπιφάνεια γ-al 2 O 3 / Al. Εκεί σχηµατίζεται επιφανειακή ένωση NiAl x η οποία τελικά µε θέρµανση σε 790K διασπάται και το νικέλιο διαλύεται στο εσωτερικό του Al, όπως συµβαίνει και στο καθαρό Al. Σε κάθε περίπτωση όµως, παραµένει Ni στην επιφάνεια του οξειδίου και σταθεροποιείται στη µεταλλική του µορφή για πάχη υµενίου κάτω από 2.8 nm. Ο4.6 HYBRID SUPERCONDUCTOR/FERROMAGNET JUNCTIONS V. Paltoglou, I. Margaris, N. Flytzanis Physics Department, University of Crete, Heraklion, 71003, Greece Superconductor- Ferromagnet- Superconductor (SFS) junctions can exhibit an equilibrium state where the phase difference between superconducting leads is pi, as shown by recent experiments. The josephson current is carried by Cooper pairs in the superconducting layers and quasiparticles in the ferromagnet. The conversion happens at the interfaces through Andreev scattering. The main contribution to the current comes from the (current carrying) Andreev bound states (ABS), which are strongly influenced due to the exchange field of the ferromagnets. In this paper we consider the SIFIFIS structure where I is an interface insulator layer. The polarization of the exchange fields in the two ferromagnets can be different (even opposite) and will take into account interfacial resistance. We investigate in detail the spectrum of ABS, by solving the Bogoliubov-de Gennes equations for the complex inhomogeneous structure and derive simple analytic formulas for weak exchange fields, in good agreement with the numerical solution. The josephson current is calculated using the Furusaki formula. The region of existence of pi-state is investigated as a function of geometrical and material parameters and the temperature. In the case of double barriers at the S/F 24
interfaces, strong quasiparticle resonances in the feromagnets, strongly influence the spectrum of the current carrying states. The transition between 0- and pi- states is investigated and the phase diagram is sensitive to geometry and interface scattering. O4.7 ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗΣ ΚΡΑΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗΣ ΜΕΣΩ ΥΨΗΛΗΣ ΙΑΚΡΙΤΟΤΗΤΑΣ ΦΑΣΜΑΤΩΝ ΦΩΤΟΕΚΠΟΜΠΗΣ ΤΗΣ ΖΩΝΗΣ ΣΘΕΝΟΥΣ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ SN/NI(111) Σ. Καράκαλος 1, Σ. Κέννου 1, Σ. Λαδάς 1, F. Sutara 2, P. Janecek 2, V. Nehasil 2, S. Fabik 3, N. Tsud 3, K. Prince 3, V. Matolin 2, 3, V. Chab 4,3 1 Τµήµα Χηµικών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών και ΙΤΕ-ΕΙΧΗΜΥΘ, Ρίον, Πάτρα 2 Department of Electronics and Vacuum Physics, Charles University, Prague, Czech Republic 3 Sincrotrone Trieste, Basovizza, Italy 4 Institute of Physics of the Academy of Sciences, Prague,Czech Republic H δηµιουργία του επιφανειακού κράµατος ( 3 3)R30 0 µε 0,33 ΜΣ Sn/Ni(111) έχει µελετηθεί στο παρελθόν ως πρότυπο σύστηµα για την διερεύνηση των ιδιαίτερων ιδιοτήτων που εµφανίζουν οι διµεταλλικές επιφάνειες στην ετερογενή κατάλυση, σε σχέση µε τις αντίστοιχες µονοµεταλλικές. Στο πλαίσιο πρόσφατης λεπτοµερούς µελέτης του ίδιου συστήµατος που βρίσκεται σε εξέλιξη, χρησιµοποιήθηκε υψηλής διακριτότητας Φασµατοσκοπία Φωτοηλεκτρονίων από ακτινοβολία Synchrotron (SRPES) για να µελετηθεί η περιοχή της ζώνης σθένους (ενέργειες σύνδεσης από 0 έως 15eV) µε ενέργειες φωτονίου από 50 έως 130eV. Εγινε συγκριτική µελέτη των επιφανειών : Καθαρής Ni(111), Ni(111) κορεσµένης µε ροφηµένο CO, επιφανειακού κράµατος ( 3 3)R30 0 µε 0,33 ΜΣ Sn/Ni(111) και Νi(111) µετά την απόθεση 1,6 ΜΣ Sn (πριν από την έναρξη της κραµατοποίησης). Από την ανάλυση των φασµάτων έγινε δυνατόν να διακριθούν οι χαρακτηριστικές συνεισφορές στη ζώνη σθένους από την επιφανειακή περιοχή και το εσωτερικό του Νi και να συγκριθεί η επίδραση που έχουν σε αυτές η ρόφηση CO ή Sn, αφού και τα δύο ροφούνται σε παρόµοιες θέσεις τριγωνικής σύνταξης. Ο σχηµατισµός του επιφανειακού κράµατος οδηγεί στην εµφάνιση µιας νέας χαρακτηριστικής συνεισφοράς στη ζώνη σθένους κοντά στο επίπεδο Fermi ( - 0,9eV), η οποία οφείλεται αποκλειστικά στη διµεταλλική αλληλεπίδραση. Βρίσκεται σε εξέλιξη προσπάθεια να προσοµοιωθούν οι µεταβολές που παρατηρούνται στη ζώνη σθένους κατά την κραµατοποίηση µε ab initio υπολογισµούς ηλεκτρονικής δοµής. O4.8 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ RAMAN ΝΑΝΟΣΩΛΗΝΩΝ ΑΝΘΡΑΚΑ ΙΠΛΟΥ ΤΟΙΧΩΜΑΤΟΣ ΣΕ ΥΨΗΛΕΣ Υ ΡΟΣΤΑΤΙΚΕΣ ΠΙΕΣΕΙΣ. Χριστόφιλος 1, Ι. Αρβανιτίδης 1,2, K. Παπαγγελής 3, Κ. Σ. Ανδρικόπουλος 1, Β. Βαφειάδου 1, Ε. Καµπασακάλη 1,4,. Κανούλας 1, Γ. Α. Κουρούκλης 1 και Σ. Βες 2 1 Τοµέας Φυσικής, Γενικό Τµήµα, Πολυτεχνική Σχολή, Α.Π.Θ., 541 24, Θεσσαλονίκη 2 Τοµέας Φυσικής Στερεάς Κατάστασης, Τµήµα Φυσικής, Α.Π.Θ., 541 24, Θεσσαλονίκη 3 Τµήµα Επιστήµης Υλικών, Πανεπιστήµιο Πατρών, 265 04, Πάτρα 4 Τοµέας Οργανικής Χηµείας, Τµήµα Χηµείας, Α.Π.Θ., 541 24, Θεσσαλονίκη Η µοναδική δοµή και ιδιότητες των νανοσωλήνων άνθρακα παρέχουν ένα ευρύ πεδίο βασικής έρευνας και εφαρµογών στη νανοτεχνολογία. Οι µηχανικές και ηλεκτρονικές τους ιδιότητες καθορίζονται τόσο από τα δοµικά χαρακτηριστικά των µεµονωµένων νανοσωλήνων όσο και από την αλληλεπίδραση µεταξύ τους. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η µελέτη δεσµίδων νανοσωλήνων άνθρακα διπλού τοιχώµατος, µε φασµατοσκοπία Raman, υπό υψηλή πίεση µέχρι ~10.5 GPa και µε τη χρήση διαφορετικών γραµµών διέγερσης. Με την αύξηση της πίεσης όλες οι γραµµές Raman µετατοπίζονται σε µεγαλύτερες ενέργειες. Η ένταση των ακτινικών τρόπων δόνησης των εξωτερικών σωλήνων µειώνεται και διευρύνεται γρήγορα αλλά παραµένει παρατηρήσιµη µέχρι τα ~9.5 GPa. Η συµπεριφορά αυτή είναι παρόµοια µε την αντίστοιχη περίπτωση των νανοσωλήνων απλού τοιχώµατος που υφίστανται µία µεταβολή παραµόρφωσης της κυκλικής διατοµής τους, αλλά στην περίπτωσή µας, η ύπαρξη του εσωτερικού νανοσωλήνα παρέχει µηχανική υποστήριξη στον εξωτερικό. Αντίθετα, το εύρος των γραµµών Raman που αντιστοιχούν στους εσωτερικούς νανοσωλήνες δεν µεταβάλλεται δραστικά µε την πίεση ενώ και η µετατόπιση των συχνοτήτων τους είναι σηµαντικά µικρότερη από αυτή των εξωτερικών, υποδηλώνοντας ότι οι εξωτερικοί νανοσωλήνες θωρακίζουν τους εσωτερικούς από εξωτερικές επιδράσεις. Οι σχετικές εντάσεις των γραµµών Raman που αντιστοιχούν στους εσωτερικούς νανοσωλήνες µεταβάλλονται µε την πίεση υποδηλώνοντας την αλλαγή των συνθηκών συντονισµού λόγω της µεταβολής του ενεργειακού χάσµατος των ανωµαλιών van Hove των νανοσωλήνων. Τέλος, οι κανονικοποιηµένοι συντελεστές πίεσης των εσωτερικών νανοσωλήνων εµφανίζουν οµαδοποίηση σε ψευδο-γραµµικές, κατανοµές φανερώνοντας ότι το αποτέλεσµα της δράσης της πίεσης στους εσωτερικούς νανοσωλήνες είναι συνάρτηση της ισχύος 25
της αλληλεπίδρασης εσωτερικών-εξωτερικών νανοσωλήνων και κατά συνέπεια των δοµικών χαρακτηριστικών των νανοσωλήνων που απαρτίζουν τον διπλό νανοσωλήνα. Ο4.9 GEOMETRY EFFECTS IN THE MAGNETOCONDUCTANCE OF NORMAL AND ANDREEV SINAI BILLIARDS N. G. Fytas 1,, F. K. Diakonos 1, P. Schmelcher 2, M. Scheid 3, A. Lassl 3, K. Richter 3 and G. Fagas 4 1 Department of Physics, University of Athens, 15771 Athens, Greece 2 Physicalisches Institut, Philosophenweg 12, Universitaet Heidelberg, 69120 Heidelberg, Germany 3 Institut fur Theoretische Physik, Universitaet Regensburg, 93040 Regensburg, Germany 4 Tyndall National Institut, Lee Maltings, Prospect Row, Cork, Ireland In a recent work it has been shown that the transport properties of low-energy quasiparticles in a two-dimensional open cavity with a Sinai-billiard shape can be qualitatively predicted via classical calculations. In the framework of this observation, we investigate the classical dynamics of a specific type of Sinai billiards in the presence of an applied magnetic field and we calculate the magnetoconductance, in terms of transmission and reflection coefficients, for different geometrical setups of the device. In each case, we study both the normal and Andreev version of the Sinai billiard, calculating in the latter the critical field value above which the outgoing current of holes becomes zero. 26
Τρίτη 30 Αυγούστου 2005, 08:45-18:45, Αίθουσα Τελετών 08:45-13:0 Πολυµερή, Οργανικά, Βιολογικά και Αυτοοργανούµενα 14:10-18:45 Μαγνητισµός 27
5. Πολυµερή, Οργανικά, Βιολογικά και Αυτοοργανούµενα Υλικά O5.1 DÉJÀ VU? IMPORTANCE OF INTERFACES AND CONTACTS FOR MOLECULE-BASED ELECTRONIC DEVICES D. Cahen Dept. of Materials & Interfaces,Weizmann Institute of Science, Rehovoth Israel 76100 Electron energetics at interfaces determine the electronic behaviour of semiconductor/semiconductor and /metal 1 2 contacts. Molecules can control semiconductor and metal surface energetics. Therefore, if we would know how to place molecules at interfaces of electronic materials, even if only as poorly organized, partial, rather than ideal monolayers, this would give a significant degree of electronic control over electronic devices. We distinguish between two types of control, electro-static and dynamic ones: For electrostatic control requirements for (near-)ideally structured monolayers are relaxed because no current needs to flow through the molecules, which act here as "gatekeepers. 1 This has enormous implications, because it makes it possible to consider many more types of molecules than with electro-dynamic control, and stability issues circumvented. For electro-dynamic control one requires systems with near-ideal molecular films. Now electronic transport is through the molecules. Esp. for saturated molecules this is mostly by tunneling, which can be direct, resonatively, "through bond", or a mixture of these. 3 To study these issues it is imperative to be able to make device structures reproducibly, something that requires noninvasive contacting methods. 4 Results obtained with such methods show how intimate contact between molecules and metal can polarize the contacts. 1,4 All in all, experimental evidence is accumulating that in most devices with molecules, the nature of the molecule/electrode contact is crucial for the resulting junction. 3,5 1 D. Cahen, A. Kahn, et al., Adv. Mater., 14 (2003) 271; Mater. Today, in press. 2 G.Ashkenasy et al. Acc. Chem. Res. 35 (2002) 121. 3 A. Salomon et al., Adv. Mater., 15 (2003) 1881. 4 A. Vilan et al., Adv. Funct. Mater. 12 (2002) 795; J. Phys. Chem B, 107 (2003) 6360; H. Haick et al., PSSC, 6 (2004) 4538; Adv. Mater., 16 (2004) 2145; Appl. Phys. Lett., 86 (2005) 042113-5; J. Phys. Chem. B, 109 (2005) 9622. 5 Y. Selzer et al., Angew. Chem. Int. Ed., 41 (2002) 827; A. Salomon et al., JACS, 126 (2004) 11648 Ο5.2 THE EFFECT OF CHARGE MODIFICATION ON BIOMOLECULAR STABILITY. INSIGHTS FROM MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS AND CONTINUUM MODELS G. Archontis Department of Physics, University of Cyprus, PO20537, CY1678, Nicosia, Cyprus. Many chemical events in proteins involve charge separation or transfer. In response to such an event, the protein and solvent reorganize through electronic polarizability and through the motions of charged and polar groups of atoms. In this talk, we present a dielectric continuum (Poisson-Boltzmann) model, that can be used to study the free-energy change due to charge insertions in proteins and the associated dielectric relaxation. As an application, we discuss the effect of mutations in the catalytic site of the protein Aspartyl-tRNA synthetase, an important enzyme that catalyzes the first step in the translation of the genetic code. We also study proton binding by the proteins Thioredoxin and Ribonuclease A, using a Linear Response approach, as well as a standard Poisson-Boltzmann approach. Our continuum model represents explicitly the protein structural response to proton binding, by averaging over conformations from the two endpoints of the proton binding reaction. Our results show that for the cases of proton binding by internal residues (the most challenging cases), the model captures correctly the balance between protein reorganization, unfavorable desolvation and favorable interactions with proximal charged groups. Our calculations reproduce qualitatively many properties, such as the electrostatic potentials, proton-binding free energies, Marcus reorganization free energies and proton-binding free energies relative to model compounds in solution. The meaning of protein dielectric constant is discussed in light of these results. 28
Ο5.3 ΣΥΝΘΕΣΗ, ΜΟΡΙΑΚΟΣ & ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΓΡΑΜΜΙΚΩΝ ΣΥΜΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΤΟΥ ΤΥΠΟΥ ΑΒ, ΣΤΥΡΕΝΙΟΥ (Α) ΚΑΙ ΕΞΑΜΕΘΥΛΟ-ΚΥΚΛΟΤΡΙΣΙΛΟΞΑΝΗΣ (Β) ΜΕ ΑΝΙΟΝΤΙΚΟ ΠΟΛΥΜΕΡΙΣΜΟ Ε. Ντούκας, Α. Αυγερόπουλος Τµήµα Επιστήµης και Τεχνολογίας Υλικών, Πανεπιστήµιο Ιωαννίνων, Ιωάννινα 45110 Τέσσερα δισυσταδικά συµπολυµερή του τύπου PS-b-PDMS, όπου ΡS: πολυστυρένιο και PDMS: πολυ(διµεθυλοσιλοξάνη) συντέθηκαν µε ανιοντικό πολυµερισµό µέσω διαδοχικής προσθήκης των µονοµερών του στυρενίου και της εξαµεθυλοκυκλοτρισιλοξάνης χρησιµοποιώντας σαν απαρχητή δευτεροταγές βουτυλολίθιο. Η σειρά διαδοχικής προσθήκης των µονοµερών βασίστηκε στην αντίστοιχη πυρηνοφιλικότητα των ενεργών κέντρων. Ο µοριακός χαρακτηρισµός των δισυσταδικών συµπολυµερών που προέκυψαν έγινε µε Χρωµατογραφία Αποκλεισµού Μεγεθών (SEC). ιαπιστώθηκε ότι τα συµπολυµερή που συντέθηκαν παρουσίαζαν οµοιογένεια ως προς την σύσταση και το µοριακό βάρος που αποτελούν βασικά χαρακτηριστικά του ανιοντικού πολυµερισµού. Τα µοριακά βάρη (σε g/mol) των συµπολυµερών ήταν 50Κ, 100Κ, 150Κ και 200Κ αντίστοιχα. Το κλάσµα όγκου του πολυστυρενίου σε όλα τα δείγµατα είναι κατά προσέγγιση παρόµοιο και ίσο µε 0.5. Ο µορφολογικός χαρακτηρισµός των δισυσταδικών συµπολυµερών πραγµατοποιήθηκε µε Ηλεκτρονική Μικροσκοπία ιαπερατότητας (ΤΕΜ) και Σκέδαση Ακτίνων-Χ υπό Μικρές Γωνίες (SAXS), τα αποτελέσµατα των οποίων έδειξαν ότι οι δύο συστάδες διαχωρίζονται ισχυρά σε µικρότερα µοριακά βάρη σε σχέση µε άλλα συµπολυµερή, όπως PS-b-PI [ΡΙ: πολυ(ισοπρένιο)]. Ο ισχυρός διαχωρισµός µικροφάσεων οφείλεται κυρίως στην αρκετά υψηλή τιµή της παραµέτρου αλληλεπίδρασης Flory- Huggins, χ, µεταξύ των συστάδων PS και PDMS. Για την συγκεκριµένη σύσταση, τα παραπάνω συµπολυµερή παρουσιάζουν την φυλλοειδή µορφολογία. Κύριος σκοπός της σύνθεσης αυτών των συµπολυµερών είναι η εφαρµογή τους ως φωτονικά υλικά καθώς και να µελετηθεί η αντίστασή τους σε υδατικό περιβάλλον και υπό συνθήκες χηµικών/βιολογικών µέσων. Ο5.4 TOPOLOGICAL ANALYSIS OF LINEAR POLYMER MELTS: THE CRΕTA ALGORITHM C. Tzoumanekas and D. N. Theodorou * Department of Materials Science and Engineering, School of Chemical Engineering, National Technical University of Athens, Athens, Greece *Dutch Polymer Institute (DPI), The Netherlands Polymer melts of large molecular weight demonstrate complex rheological and dynamical properties which are very interesting both from a theoretical and technological point of view. A successful conceptual framework for theoretical approaches to the subject at the molecular level is the tube model. The tube model is based on the notion that the mutual uncrossability of polymer chains generates topological constraints which are generally called entanglements. Entanglements affect the kinetics by effectively restricting individual chain conformations in a curvilinear tube-like region enclosing each chain. Accordingly, chain motion is confined laterally to the length scale of the tube diameter. Large-scale motion is promoted via de Genne s reptation, an effective one-dimensional diffusion of a chain along its tube axis which is called the Primitive Path (PP). PPs characterize the system topology by creating a large scale topological substructure, which is conceived as a network of entangled PPs underlying the melt structure. We introduce a novel algorithm, referred to as CReTA (Contour Reduction Topological Analysis), which is capable of reducing computer generated atomistic polymer samples to the corresponding PP networks. By examining PP network ensembles of thermodynamically equilibrated entangled Polyethylene and cis-1,4 Polybutadiene melts, we have been able to reveal the topological structure hidden in the bulk of the polymer samples, and characterize it through the radial distribution function of entanglements and the distribution of the number of monomers between entanglements. A unifying topological description of both melts emerges when acquired data are suitably scaled. Ο5.5 YIELDING AND FLOW OF COLLOIDAL GLASSES AND GELS G. Petekidis 1, K. Pham 2, D. Vlassopoulos 1, S.U. Egelhaaf 2, W.C.K. Poon 2, P.N. Pusey 2 1 Institute of Electronic Structure and Laser-FORTH, PO Box 1527, Heraklion, Crete, Greece 2 School of Phyics, The University of Edinburgh, Mayfield Road, Edinburgh, EH9 3JZ, UK The yielding and flow of a colloidal glasses and gels in systems where the interparticle interactions are varied from hard sphere like to short range repulsions and attractions is discussed. A series of rheological tests such as dynamic 29
strain and frequency sweeps as well as flow curves, creep and recovery measurements and stress relaxation experiments provide a comprehensive picture of the non-linear rheological behavior of such metastable states. The macroscopic measurements are complemented by dynamic light scattering measurements under oscillatory shear (LS echo), which provide insight on the microscopic particle rearrangements under flow. For hard sphere glasses creep and recovery, dynamic strain sweeps as well as LS echo have revealed significant yield strain of 10-15%, which was attributed to cage elasticity. Moreover, flow curves have identified the yield stress of the glass and find that it compares favourably with mode coupling predictions. Shear induced crystallization, which further complicates the rheological response of hard sphere glasses, will also be discussed. Moreover, the effects of short range repulsive and attractive interactions in the macroscopic and microscopic response under shear will be presented through a selected rheological and LS echo tests. Attractive glasses formed at high volume fractions (φ=0.6) colloid-polymer mixtures exhibit an interesting two-step yielding attributed to distinct bond and cage breaking mechanisms. On the other hand, lower volume fraction colloid polymer gels exhibit a single low yield strain corresponding to bond breaking. This serves as a distinction between gels and attractive glasses. Ο5.6 BIOMATERIALS AND TISSUE ENGINEERING:EXAMPLES OF NANOBIOTECHNOLOGY Y.F. Missirlis Laboratory of Biomechanics and Biomedical Engineering. Dept. of Mechanical Engineering & Aeronautics, University of Patras,Patras,26500,Greece A mini review of the current status of biomaterials will be given along with the interactions between them and the body fluids.techniques that are used to determine the cell-material interactions will be described and the importance of nanotopography of the material surface will be illustrated. The concept of tissue engineering will then be put forward, stressing through examples, the necessity of multidisciplinary approach in designing experiments for a rational attempt to design and construct tissues and whole organs.finally a short overview of the research carried out in our laboratory, pertaining to Biomedical Engineering will be given. Ο5.7 ΜΕΛΕΤΗ ΑΡΧΙΚΩΝ ΣΤΑ ΙΩΝ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗΣ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΠΛΑΣΜΑΤΟΣ ΑΙΜΑΤΟΣ ΣΕ ΥΜΕΝΙΑ ΝΑΝΟ ΟΜΗΜΕΝΟΥ ΑΜΟΡΦΟΥ Υ ΡΟΓΟΝΩΜΕΝΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ Σ. Λουσινιάν 1,2, Κ. Μητσακάκης 1,2, Σ. Λογοθετίδης 1, 1 Τµήµα Φυσικής, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης, Θεσσαλονίκη 54 124, Ελλάδα, Εργαστήριο Λεπτών Υµενίων Νανοσυστηµάτων & Νανοµετρολογίας (LTFN) 2 ιατµηµατικό Πρόγραµµα Μεταπτυχιακών Σπουδών Νανοεπιστήµες και Νανοτεχνολογίες N&N, Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη 54 124, Ελλάδα Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η µελέτη των µηχανισµών προσρόφησης δύο πρωτεϊνών πλάσµατος του αίµατος, της αλβουµίνης (παρεµποδίζει το σχηµατισµό θρόµβου του αίµατος) και του ινωδογόνου (σηµαντικός ρόλος στην πήξη του αίµατος), σε υµένια νανοδοµηµένου (nanostructured) υδρογονωµένου άνθρακα (a-c:h) µέσω των τεχνικών της Φασµατοσκοπικής Ελλειψοµετρίας (SE) στην ενεργειακή περιοχή Vis-UV, της Μικροσκοπίας Ατοµικών υνάµεων (AFM) και της Οπτικής Μικροσκοπίας Σάρωσης Κοντινού Πεδίου (SNOM). H SE είναι ιδανική τεχνική για τη µελέτη βιολογικών δειγµάτων, λόγω της αξιοπιστίας της, του µη καταστροφικού της χαρακτήρα, της δυνατότητας µετρήσεων πραγµατικού χρόνου και της χρήσης προηγµένων µοντέλων ανάλυσης. Αντίστοιχα, οι µη-καταστροφικές τεχνικές AFM και SNOM επίσης χρησιµοποιούνται εκτενώς για τη µελέτη βιολογικών δειγµάτων. Τα λεπτά υµένια a- C:H αναπτύχθηκαν πάνω σε κρυσταλλικό πυρίτιο (c-si) σε θάλαµο υψηλού κενού, µε τη µέθοδο reactive rf magnetron sputtering σε διαφορετικές τάσης πόλωσης του υποστρώµατος. Ακολούθησε εµβάπτιση σε ξεχωριστά πρωτεϊνικά διαλύµατα αλβουµίνης και ινωδογόνου. Μελέτη µε SE πραγµατοποιήθηκε πριν και µετά την εµβάπτιση, αλλά και σε πραγµατικό χρόνο, τόσο µε σταθερή γωνία όσο και µε διαφορετικές γωνίες πρόσπτωσης. Η ανάλυση των SE φασµάτων και η επιφανειακή µορφολογία, όπως αυτή προσδιορίσθηκε από την µικροσκοπία AFM, συνέτειναν στο συµπέρασµα ότι η προσρόφηση των πρωτεϊνών εξαρτάται από τη µικροδοµή των a-c:h υµενίων. Παρατηρήθηκε αρχικά ο σχηµατισµός νησίδων, το µέγεθος των οποίων αυξάνεται µε τον χρόνο, και τελική κάλυψη ολόκληρης της επιφάνειας του υµενίου. Τέλος, συζητιέται η σηµασία των παραπάνω ευρηµάτων σε συνδυασµό και µε τα αποτελέσµατα που προέκυψαν από την τεχνική SNOM, σχετικά µε την ανταγωνιστική δράση προσρόφησης των δύο πρωτεϊνών στα a-c:h υµένια. 30
O5.8 ΠΟΛΥΜΕΡΙΚΑ ΑΜΦΙΦΙΛΙΚΑ ΠΡΟΤΥΠΑ ΠΛΕΓΜΑΤΑ: ΣΥΝΘΕΣΗ ΜΕ ΕΛΕΓΧΟΜΕΝΟ ΠΟΛΥΜΕΡΙΣΜΟ ΡΙΖΩΝ (RAFT), ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑΣ ΙΟΓΚΩΣΗΣ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΟΥΣ ΩΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΣΜΕΥΣΗΣ ΚΑΙ ΑΠΟ ΟΣΗΣ ΦΑΡΜΑΚΩΝ. Θ. Κρασιά και Κ. Πατρίκιος Τµήµα Χηµείας, Πανεπιστήµιο Κύπρου,P.O. Box 20537, 1678, Λευκωσία, Κύπρος Ο ελεγχόµενος πολυµερισµός ριζών αντιστρεπτής προσθήκης-απόσπασης (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer polymerization, RAFT) χρησιµοποιήθηκε για πρώτη φορά στην σύνθεση πρότυπων πλεγµάτων βασισµένων σε µεθακρυλικά µονοµερή. Συγκεκριµένα παρασκευάστηκαν πρότυπα πλέγµατα οµοπολυµερών, αµφιφιλικών τριαδροµερών συµπολυµερών και τυχαίων συµπολυµερών του µεθακρυλικού βουτυλεστέρα (υδρόφοβο, µη ιοντιζόµενο µονοµερές, BuMA) και του µεθακρυλικού 2(διµεθυλαµινο)αιθυλεστέρα (υδρόφιλο, ιοντιζόµενο µονοµερές DMAEMA). Η σύνθεση των αµφιφιλικών πρότυπων πλεγµάτων περιλάµβανε συνολικά τρία στάδια: (1) Τη σύνθεση γραµµικών οµοπολυµερών που να περιέχουν δύο ενεργά κέντρα, η οποία επιτεύχθηκε µε χρήση διδραστικού διθειεστέρα (difunctional chain transfer agent, dcta); (2) τη προσθήκη του δεύτερου µονοµερούς στα µακρο-cta (οµοπολυµερή) που οδηγεί σε γραµµικά τριαδροµερή συµπολυµερή του τύπου ABA ή BAB και (3) τη παρασκευή πρότυπων πλεγµάτων µε διασταύρωση των γραµµικών πρόδροµων αλυσίδων χρησιµοποιώντας ένα εµπορικά διαθέσιµο διασταυρωτή, τον διµεθακρυλεστέρα της αιθυλενογλυκόλης (EGDMA). Τα γραµµικά πρόδροµα οµοπολυµερή και συµπολυµερή χαρακτηρίστηκαν µε χρωµατογραφία αποκλεισµού µεγέθους (GPC) και φασµατοσκοπία πυρηνικού µαγνητικού συντονισµού πρωτονίων ( 1 H NMR). Τα πλέγµατα που λήφθηκαν χαρακτηρίστηκαν ως προς τους βαθµούς διόγκωσής τους σε τετραϋδροφουράνιο καθώς και σε υδατικά διαλύµατα συναρτήσει του ph στις περιπτώσεις που οι πολυµερικές δοµές περιλάµβαναν ιοντιζόµενες οµάδες DMAEMA. Τέλος έγινε προκαταρκτική αξιολόγηση των υδροπλεγµάτων ως προς την ικανότητα δέσµευσης και ελεγχόµενης απόδοσης φαρµάκων. O5.9 PHOTOPHYSICS OF EVEN-PARITY EXCITED STATES IN CONJUGATED POLYMERS S. C. Hayes 1 and C. Silva 2 1 Department of Chemistry, University of Cyprus, P.O. Box 20537, 1678, Nicosia, Cyprus. 2 Département de physique, Université de Montréal, c.p. 6128, succ. Centre-ville, Montréal, Québec H3C 3J7, Canada. The photochemistry and photophysics of fluorene oligomers and polymers is investigated using ultrafast time resolved absorption spectroscopy. In particular, we are interested in elucidating the nature of the higher-energy states (A g states) in these materials, especially as there is interest in using these materials in organic laser diodes. Recent transient absorption experiments on polyfluorene thin films show photoinduced absorption of these states by a two-step excitation. In addition, recent theoretical computations show that at the polymer length, a degeneracy between two A g states appears, while the degeneracy is lifted at shorter lengths. We have performed ultrafast time-resolved absorption experiments on these materials in solution with UV excitation and white light probe in order to build on the experimental knowledge and to confirm the theoretical findings. We have observed photoinduced absorption with a maximum dependent on the oligomer length. This is consistent with a delocalized higher excited state, which is in excellent agreement with theory. In addition, anisotropy experiments at the polymer length demonstrate that the anisotropy observed at the peak of the photoinduced absorption at early times is 0.3, consistent with excitation to two degenerate states; however, the results are not conclusive yet. O5.10 ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΝΑΝΟΣΥΝΘΕΤΩΝ Υ ΡΟΦΙΛΩΝ ΥΒΡΙ ΙΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ /ΑΝΟΡΓΑΝΟΥ Α. Αφράτης, 1,2 Μ. Βαµβακάκη, 1,3 Κ. Χρυσοπούλου, 1,3 Σ. Χ. Αναστασιάδης 1,4 1 Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής οµής και Laser, Ίδρυµα Τεχνολογίας και Έρευνας, Τ. Θ. 1527, 711 10 Ηράκλειο Κρήτης 2 Τµήµα Χηµείας, Πανεπιστήµιο Κρήτης, 714 09 Ηράκλειο Κρήτης 3 Τµήµα Επιστήµης και Τεχνολογίας Υλικών, Πανεπιστήµιο Κρήτης, 710 03 Ηράκλειο Κρήτης 4 Τµήµα Φυσικής, Πανεπιστήµιο Κρήτης, 710 03 Ηράκλειο Κρήτης Η ανάµειξη ανόργανων υλικών µε πολυµερικές αλυσίδες οδηγεί στην δηµιουργία νανοσύνθετων υβριδίων µε βελτιωµένες ιδιότητες σε σχέση µε τα αρχικά υλικά. Ειδικότερα, η ανάµειξη πολυµερών µε πολυστρωµατικούς πυριτιούχους πηλούς οδηγεί σε τρεις διαφορετικές µικρό ή νανοδοµές: την φασικά διαχωρισµένη, την δοµή παρεµβολής, και την διεσπαρµένη δοµή. Παρά την συνεχή αύξηση του ενδιαφέροντος για συστήµατα 31
οργανικών/ανόργανων υβριδίων, η αποκτηθείσα γνώση και κατά συνέπεια η χρήση των υλικών αυτών είναι κυρίως εµπειρική. Στην παρούσα εργασία, µελετήθηκε η δοµή νανοϋβριδικών συστηµάτων που βασίζονται σε πολικά πολυµερή και υδρόφιλους ανόργανους πηλούς, όπου εξετάστηκε η επίδραση της σύστασης του υβριδίου καθώς και της µεθόδου παρασκευής στην τελική δοµή του σύνθετου υλικού. Πιο συγκεκριµένα, το ανόργανο υλικό που χρησιµοποιήθηκε ήταν υδρόφιλος µοντµοριλλονίτης Na + ενώ τα πολυµερή ήταν υδρόφιλες αλυσίδες που διέφεραν ως προς την πολικότητα, την αρχιτεκτονική και τις πλευρικές οµάδες. Χρησιµοποιήθηκαν δύο διαφορετικές µέθοδοι παρασκευής, η ανάµειξη από τήγµα κατά την οποία τα υλικά θερµαίνονται πάνω από την θερµοκρασία ροής του πολυµερούς και η ανάµειξη από διάλυµα που προϋποθέτει την ύπαρξη ενός κοινού καλού διαλύτη. Η δοµή των τελικών υβριδίων µελετήθηκε µε Περίθλαση Ακτίνων-Χ και µελετήθηκε η σχέση µεταξύ της δηµιουργίας των τριών δοµών και των αλληλεπιδράσεων µεταξύ του πολυµερούς και της επιφανείας του ανόργανου υλικού. Ειδικότερα στην περίπτωση που τα νανοσύνθετα υλικά εµφανίζουν δοµή παρεµβολής, έγινε προσπάθεια να δηµιουργηθούν αποκρίσιµα συστήµατα στα οποία οι πολυµερικές αλυσίδες θα µπορούν να παρεµβάλλονται και να απο-παρεµβάλλονται αντιστρεπτά υπό την επίδραση ελεγχόµενου εξωτερικού παράγοντα. Χρηµατοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (GROWTH: G5RD-CT-2002-00834 και STREP: NMP3-CT-2005-506621). Ο5.11 ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ Υ ΡΟΦΟΒΩΝ ΑΣΤΕΡΟΕΙ ΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΤΥΠΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΙΚΩΝ ΠΛΕΓΜΑΤΩΝ ΙΑΣΤΑΥΡΩΜΕΝΩΝ ΣΤΟ ΚΕΛΥΦΟΣ. Καφούρης και Κ. Σ. Πατρίκιος Τµήµα Χηµείας, Πανεπιστήµιο Κύπρου, Ρ.Ο. Box 20537, 1678, Λευκωσία, Κύπρος Αναπτύχθηκε µία συνθετική µέθοδος για την παρασκευή δύο καινούριων πολυµερικών δοµών που βασίζονται στο µεθακρυλικό µεθυλεστέρα (methyl methacrylate, MMA, µονοµερές) και στο διµεθακρυλικό διεστέρα της αιθυλενογλυκόλης (ethylene glycol dimethacrylate, EGDMA, διασταυρωτής). Συγκεκριµένα, χρησιµοποιήθηκε η µέθοδος πολυµερισµού µεταφοράς οµάδας (group transfer polymerisation, GTP) για τη σύνθεση αστεροειδών πολυµερών και πολυµερικών πλεγµάτων διασταυρωµένων στο κέλυφος, µε µία διαδικασία δύο σταδίων που περιλαµβάνει τη σύνθεση γραµµικών πολυµερών και την ακόλουθη διασταύρωσή τους µε χρήση µίγµατος ΜΜΑ και EGDMA. Βρέθηκε ότι σε µεγάλες µοριακές αναλογίες µονοµερούς / διασταυρωτή και σε µικρούς βαθµούς πολυµερισµού βραχίονα ευνοείται ο σχηµατισµός πλεγµάτων διασταυρωµένων στο κέλυφος, ενώ στις αντίθετες συνθήκες ευνοείται ο σχηµατισµός αστεροειδών πολυµερών. Ο αριθµός βραχιόνων των αστεροειδών πολυµερών, όπως προσδιορίστηκε από στατική σκέδαση φωτός, καθώς επίσης η γυροσκοπική ακτίνα και η υδροδυναµική ακτίνα, όπως προσδιορίστηκαν από σκέδαση νετρονίων υπό µικρή γωνία και δυναµική σκέδαση φωτός, αντίστοιχα, παρουσιάζουν µέγιστο καθώς το µέγεθος του πυρήνα τους αυξάνεται. Αντίθετα, ο βαθµός διόγκωσης των πολυµερικών πλεγµάτων σε τετραϋδροφουράνιο αυξάνεται καθώς η πυκνότητα διασταύρωσης µειώνεται. Ο5.12 THE EFFECTS OF BIOMOLECULAR DYNAMICS ON BIOLOGICAL ELECTRON TRANSPORT S. Skourtis Department of Physics, University of Cyprus, CY1678, Nicosia, Cyprus Electron transfer reactions are ubiquitous in biology. They are observed in both protein and DNA systems. Biological electron transfer mechanisms range from tunnelling to thermally activated hopping. Due to the floppiness of biomolecules, (proteins and DNA), molecular motion is an important determinant of the electron transfer rate. We give a brief introduction to the theory of dynamical effects on biological electron transfer and discuss recent results of simulations of protein electron transfer systems. 32
6. Μαγνητισµός O6.1 ELECTRICAL INJECTION OF SPIN-POLARIZED ELECTRONS FROM PARAMAGNETIC AND FERROMAGNETIC CONTACTS INTO SEMICONDUCTOR HETEROSTRUCTURES. A. Petrou 1, G. Itskos 1, R. Mallory 1, and M. Yasar 1, G. Kioseoglou 2 A.T. Hanbicki 2, C.H. Li 2, O.M.J. van t Erve 2, and B.T. Jonker 2 1 Physics Department, 239 Fronczak Hall, SUNY, Buffalo NY 14260, USA 2 Naval Research Laboratory, 4555 Overlook Ave. SW, Washington DC 20375, USA One of the most accurate methods to study quantitatively spin injection of electrons into semiconductor structures consists of using spin light emitting diodes (spin LEDs). In these devices electrons injected from a magnetic contact are collected by a GaAs/AlGaAs quantum well where they recombine radiatively with unpolarized holes. The spin polarization Π of the electrons can be directly determined from the circular polarization P of the emitted light associated with the excitonic recombination channel. The results of a magneto-optical study of two types of spin-leds will be discussed. In the first system the paramagnetic semiconductor ZnMnSe as a polarizing contact was used. The spin polarizing action of this diluted magnetic semiconductor (DMS) is based on its large conduction band spin splitting in the presence of a magnetic field. Spin polarizations as high as 83 % have been observed. Fe contacts were employed in the second system studied, as spin injectors Spin polarization is achieved due to the difference in the density of states of electrons at the Fermi level between the spin up and spin down states. Even though lower spin polarizations (Π up to 35 %) have been observed from Fe-based spin LEDs, these devices offer the advantage that Fe remains ferromagnetic up to room temperature. Spin injection at room temperature has been recently observed in Fe spin LEDs which incorporate InAs quantum dots (QDs). In addition to the possibility of practical applications, spin LEDs are a useful test bed for a variety of physical processes in semiconductors. Examples such as the role of the dimensionality and the role of phonons in the operation of spin LEDs will be discussed. Ο6.2 ΝΕΑ ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΓΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ ΣΕ ΙΚΤΥΑ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Β. Τσακαλούδη, Β. Ζασπάλης Eργαστήριο Ανόργανων Υλικών, Ινστιτούτο Τεχνικής Χηµικών ιεργασιών, Εθνικό Κέντρο Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης, Τ.Θ. 361, 57001 Θεσσαλονίκη Σε modems δικτύων ADSL και ΙSDN είναι πολύ σηµαντικό, για τη µεταφορά πληροφοριών χωρίς απώλειες δεδοµένων και για την καλή διάκριση σήµατος φωνής και δεδοµένων, οι ευρέως φάσµατος µετασχηµατιστές να παρουσιάζουν µηδενική παραµόρφωση σήµατος. Αυτό σηµαίνει ότι τα πολυκρυσταλλικά µαγνητικά υλικά του τύπου MnZnFe 2 O 4, από τα οποία αποτελούνται οι πυρήνες των µετασχηµατιστών, θα πρέπει να εµφανίζουν µια όσο το δυνατόν περισσότερο γραµµική σχέση µεταξύ επιβαλλόµενου πεδίου και αναπτυσσόµενης µαγνητικής ροής. Σε αυτή την εργασία τα αίτια της µη γραµµικότητας εντοπίζονται στο µηχανισµό µαγνήτισης και συγκριµένα στα εµπόδια που παρουσιάζονται στην οµαλή µετακίνηση των ορίων των µαγνητικών περιοχών Weiss από πόρους και άλλες διαταραχές της κρυσταλλικής οµοιογένειας του συστήµατος. Με βάση την παραπάνω υπόθεση µελετήθηκε η ανάπτυξη πολυκρυσταλλικών συστηµάτων υπό ελεγχόµενες συνθήκες ρυθµού αύξησης του µεγέθους των κόκκων και η επίδρασή τους στην παραµόρφωση του ηλεκτρικού σήµατος. Όπως φαίνεται από τα αποτελέσµατα που παρουσιάζονται, η προσθήκη ιόντων τιτανίου επιβραδύνει το ρυθµό ανάπτυξης των κόκκων δυσχεραίνοντας την ανταλλαγή οξυγόνου ανάµεσα στην ατµόσφαιρα και στα ιόντα του συστήµατος (κυρίως ιόντα σιδήρου) και οδηγεί στην ανάπτυξη µικροδοµών µε χαρακτηριστικά οµαλής και σχεδόν αντιστρεπτής µετακίνησης ορίων µαγνητικών περιοχών, προκαλώντας κατά συνέπεια πολύ µικρή παραµόρφωση του επιβαλλόµενου ηµιτονοειδούς ηλεκτρικού σήµατος. 33
Ο6.3 ΥΝΑΜΙΚΗ ΕΠΑΝΑΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΣΠΙΝ ΣΕ ΑΝΤΙΣΙ ΗΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΜΕΣΩ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΗΣΗΣ ΜΕ FS-ΛΕΙΖΕΡ. Περισυνάκης 1, D. Gray 1, E. Pomjakushina 2, Α. Λάππας 1 1 Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής οµής και Λέιζερ, Ίδρυµα Τεχνολογίας και Έρευνας, Τ.Θ. 1527, 711 10 Ηράκλειο, Κρήτη, Ελλάς 2 Laboratory for Developments and Methods, Paul Scherrer Institute, CH-5232 Villigen PSI, Switzerland «Canted» αντισιδηροµαγνήτες της οικογένειας των ορθοφερριτών (RFeO 3, όπου R= Er 3+, Υ 3+ ), µελετώνται για τη γρήγορη δυναµική των σπιν του υποπλέγµατος Fe 3+. Η αλλαγή της κατεύθυνσης των µαγνητικών ροπών Fe 3+ (µε θερµοκρασία επαναπροσανατολισµού, Τ R ~ 95 Κ και Τ Ν ~ 640 Κ) και η σύζευξη τους µε το υποπλέγµα της µαγνητικής σπάνιας γαίας (Er 3+ ) επηρεάζει την µαγνητοκρυσταλλική ανισοτροπία του υλικού και διαµορφώνει την δυναµική των σπιν του Fe, η οποία ανιχνεύεται µε την τεχνική «pump probe». Επαναπροσανατολισµός αλλά και ταλαντώσεις των σπιν, της τάξης των µερικών και δεκάδων ps, αντίστοιχα, συγκρίνονται στα δύο µονοκρυσταλλικά υλικά, σε µία περιοχή θερµοκρασιών 65 Κ<Τ<300 Κ. Βάση της µεθοδολογίας που έχουµε αναπτύξει, η δέσµη «pump» του fs-λέιζερ (Ti-Sapphire, λ= 800 nm), διεγείρει τα άτοµα του υλικού και µεταβάλλει την µαγνητική ανισοτροπία του πλέγµατος αναγκάζοντας το να αλλάζει την αντισιδηροµαγνητική διεύθυνση των µαγνητικών ροπών. Ο επαναπροσανατολισµός των σπιν επιφέρει αλλαγή στους συντελεστές διάθλασης του ορθοροµβικού κρυστάλλου και η δέσµη «probe» του λέιζερ, µικρότερης έντασης, διαπερνώντας το υλικό ανιχνεύει την χρονική εξέλιξη των φαινοµένων. Η καταγραφή της ευθύγραµµης µαγνητικής διπλοθλαστικότητας επιτρέπει την παρακολούθηση και κατανόηση του επαναπροσανατολισµού των σπιν. Η δυναµική των µαγνητικών ροπών σε αυτά τα υλικά είναι της τάξης των ps, σε σύγκριση µε αυτή των µερικών εκατοντάδων ps αντίστοιχων σιδηροµαγνητών. Συζητούµε τις δυνατότητες που ανοίγονται για εφαρµογές στην µαγνητοηλεκτρονική (π.χ. «exchange-bias» συσκευές) λόγω των γρήγορων αυτών χρόνων απόκρισης. Ο6.4 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΟΥ Fe ΣΤΙΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ La 0.75 Sr 0.20 Mn 1-x Fe x O 3. E. Συσκακης 1 και Κ. Παπασταϊκούδης 2 1 Τοµέας Φυσικής Στερεάς Κατάστασης, Πανεπιστήµιο Αθηνών, Πανεπιστηµιούπολη Ζωγράφου, Τ.Κ. 157 84 Αθήνα 2 Ινστιτούτο Επιστήµης Υλικών ΕΚΕΦΕ «ηµόκριτος», 153 10 Αγία Παρασκευή, Αττική Μελετήθηκε η επίδραση του Fe (0.00 < x < 0.10) στις µαγνητικές και ηλεκτρικές ιδιότητες του µη στοιχειοµετρικού La 0.75 Sr 0.20 Mn 1-x FexO 3 µαγγανίτη τόσο στη σιδηροµαγνητική όσο και στην παραµαγνητική φάση. Τα αποτελέσµατα δείχνουν οτι τόσο η θερµοκρασία Curie T c όσο και η dc-µαγνήτιση κόρου ελαττώνεται µε αυξανόµενη της συγκέντρωσης του Fe. Η µαγνήτιση κόρου παρουσιάζει µια ασυνέχεια στο 5% Fe. Στην ηλεκτρική αντίσταση παρατηρείται (i) ένα ελάχιστο στις χαµηλές θερµοκρασίες του οποίου η αντίστοιχη θερµοκρασία T min µετατοπίζεται σε υψηλότερες θερµοκρασίες µε αύξηση της συγκέντρωσης του Fe και µάλιστα σαν T min ~ x 0.65, (ii) στη θερµοκρασιακή περιοχή 80 280 Κ δείχνει µια Τ n εξάρτηση, όπου n µεταβάλλεται µεταξύ 2.2 και 2.8 και (iii) στη περιοχή κοντά στη T peak ένα ~Τ 6.2-7.5 νόµο. Στη παραµαγνητική κατάσταση (T > T peak ) η ηλεκτρική αντίσταση των ενώσεων αυτών υπακούει τη θεωρία του αδιαβατικού µικρού πολαρονίου. Η ενέργεια ενεργοποίησης Ε α του πολαρονίου αυξάνει µε αύξηση της περιεκτικότητας του Fe και δείχνει ένα µέγιστο στο 4.2% Fe περίπου. Ο6.5 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΤΑΣΕΩΣ ΚΑΙ ΜΑΓΝΗΤΟΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΟΜΟΓΕΝΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Γ. Ι. Παπαδόπουλος Τοµέας Φυσικής Στερεάς Καταστάσεως, Τµήµα Φυσικής, Πανεπιστήµιο Αθηνών, Πανεπιστηµιούπολη Ζωγράφου 157 84, Ελλάδα Αναπτύσσεται τύπος παρέχων το ρεύµα κατά µήκος πλακιδίου από οµογενές αγώγιµο υλικό υπό τάση και κάθετο µαγνητικό πεδίο. Το ρεύµα εκφράζεται συναρτήσει της εφηρµοσµένης τάσεως, V, του µαγνητικού πεδίου, H, της θερµοκρασίας, T, καθώς και ενδογενών παραµέτρων, όπως ευκινησίας των φορέων, µ, και ειδικής αντιστάσεως, ρ s, του υλικού υπό µηδέν µαγνητικό πεδίο και θερµοκρασία T. Επιπλέον, οι διαστάσεις του δοκιµίου υπεισέρχονται στην έκφραση για το ρεύµα. Ο εν λόγω τύπος, για την χαρακτηριστική ρεύµατος τάσεως, καθιστά δυνατή την εύρεση της µαγνητοαντιστάσεως, MA, τόσο υπό συνθήκη σταθεράς τάσεως, όσο και σταθερού ρεύµατος. Οι τύποι 34