Designing exotic structures in low dimensions is key in today’s quest to tailor novel quantum states in materials with unique symmetries. Particularly intriguing materials in this regard are low dimensional aperiodic structures with non-conventional symmetries that are otherwise forbidden in translation symmetric crystals. In our work, we focus on the link between the structural and electronic properties of aperiodically ordered aromatic molecules on a quasicrystalline surface, which has largely been neglected so far. As an exemplary case, we investigate the self-assembly and the interfacial electronic properties of the nano-graphene-like molecule coronene on the bulk truncated icosahedral (i) Al–Pd–Mn quasicrystalline surface using multiple surface sensitive techniques. We find an aperiodically ordered coronene monolayer (ML) film on the i-Al–Pd–Mn surface that is characterized by the same local motifs of the P1 Penrose tiling model as the bare i-Al–Pd–Mn surface. The electronic valence band structure of the coronene/i-Al–Pd–Mn system is characterized by the pseudogap of the bare i-Al–Pd–Mn, which persists the adsorption of coronene confirming the quasiperiodic nature of the interface. In addition, we find a newly formed interface state of partial molecular character that suggests an at least partial chemical interaction between the molecule and the quasicrystalline surface. We propose that this partial chemical molecule–surface interaction is responsible for imprinting the quasicrystalline order of the surface onto the molecular film.

Clean silica surfaces have a high surface energy. In consequence, colliding silica nanoparticles will stick rather than bounce over a wide range of collision velocities. Often, however, silica surfaces are passivated by adsorbates, in particular water, which considerably reduce the surface energy. We study the effect of surface hydroxylation on silica nanoparticle collisions by atomistic simulation, using the REAX potential that allows for bond breaking and formation. We find that the bouncing velocity is reduced by more than an order of magnitude compared to clean nanoparticle collisions

The FluidFM enables the immobilization of single cells on a hollow cantilever using relative underpressure. In this study, we systematically optimize versatile measurement parameters (setpoint, z-speed, z-length, pause time, and relative underpressure) to improve the quality of force-distance curves recorded with a FluidFM. Using single bacterial cells (here the gram negative seawater bacterium Paracoccus seriniphilus and the gram positive bacterium Lactococcus lactis), we show that Single Cell Force Spectroscopy experiments with the FluidFM lead to comparable results to a conventional Single Cell Force Spectroscopy approach using polydopamine for chemical fixation of a bacterial cell on a tipless cantilever. Even for the bacterium Lactococcus lactis, which is difficult to immobilze chemically (like seen in an earlier study), immobilization and the measurement of force-distance curves are possible by using the FluidFM technology.

Graduated optical filters are commonly used for spatial image control as they are capable of darkening the overexposed parts of the image specifically. However, they lack flexibility because each filter has a fixed transmission distribution. We herein present a fully controllable graduated filter based on the electrochromic device. Its graduated transmission distribution can be spatially controlled by the application of multiple electric potentials. In this way, the control of the gradient’s position and its width, transmission and angular orientation is possible. Simulation of both the spatial potential distribution and the resultant optical absorption distribution are conducted to optimize the electrode configuration and furthermore to derive a control dataset that facilitates the adjustment and thus the application of the graduated filter. Based on three objective and quantitative criteria, we identify the electrode configuration with the highest flexibility in all four controls, manufacture the device using a gravure printing process for the nanoparticle electrodes and show its successful application.

Im Rahmen dieser Diplomarbeit konnte das etablierte direkte Laserschreiben um einen zusätzlichen abregenden Strahlengang ergänzt werden, dessen Einfluss im Hinblick auf das Polymerisationsverhalten untersucht wurde. Bei dem verwendeten (Negativ-) Photolack IP-L 780 konnte durch stimulierte Emission die Generierung von Radikalen unterbunden werden, indem die an- und abregenden Laserfokusse räumlich überlagert wurden. Dabei stellte sich heraus, dass ein relativ großer Intensitätsbereich den erwünschten Effekt hervorruft. Die in der Fluoreszenzmikroskopie seit langem verwendeten Abregungsmoden (doughnut und bottleshape) konnten mithilfe von räumlichen Lichtmodulatoren und dem speziell für diesen Zweck entwickelten Programm zur PSF-Darstellung sehr gut erzeugt werden. Dabei fanden neben den Zernike-Polynomen auch inverse Gauß-Funktionen zur Aberrationskorrektur Anwendung. Auch sogenannte Multifokusse (lateral und axial) konnten durch eine geeignete Gewichtung der Zernike-Polynome zuverlässig generiert werden, wobei die dafür notwendigen Phasen- und Amplitudenpattern mithilfe eines entsprechenden iterativen Algorithmus (GSA3D) berechnet wurden. Der laterale Polymerisationsdurchmesser konnte sowohl durch die doughnut-Mode, als auch durch den lateralen Multifokus von 240 nm um ca. 50 % auf ungefähr 120 nm reduziert werden. Der stimulierende Teil der doughnut-Mode, der entlang der Schreibrichtung dem Polymerisationsfokus vorauseilt (oder hinterherläuft), führt zu keinerlei relevanten Unterschieden im Vergleich zum Multifokus. Dies konnte zudem durch ein Experiment verifiziert werden, bei dem die An- und Abregungsfokusse entlang der Schreibrichtung um verschiedene Distanzen versetzt positioniert wurden. Ob der stimulierende Laser den Photolack räumlich (und damit zeitlich) einige hundert Nanometer (bzw. einige Millisekunden) vor oder nach dem anregenden beeinflusst, zeigt dabei keinerlei Unterschiede. Je größer der Versatz, desto geringer die stimulierende Wirkung. Demnach scheint der abregende Laser den Photoinitiator (DETC) zu stimulierter Emission zu bringen, bevor dieser seine absorbierte Energie zur Spaltung und damit zum Polymerisationsbeginn nutzen kann. Der axiale Polymerisationsdurchmesser konnte sowohl mit der etablierten bottleshape-Mode, als auch mit dem hier entwickelten axialen Multifokus von ca. 400 nm um 50% auf unge- 57 5 Zusammenfassung und Ausblick Julian Hering fähr 200 nm reduziert werden. Bei Letzterem war der Intensitätsring in der xy-Ebene bei z = 0 deutlich stärker ausgeprägt als bei der bottleshape-Mode, was zu einer erhöhten lateralen Polymerisationsunterdrückung und damit zu einem schlechteren Aspektverhältnis führte. Nichtsdestotrotz konnte dadurch im Rahmen dieser Arbeit erstmals STED-DLW mittels räumlicher Lichtmodulatoren betrieben werden. Die mit starren Phasenmasken bereits erreichten Linienabmessungen von bis zu 65 nm lateral und 180 nm axial konnten somit zwar nicht erreicht werden, jedoch ist in dieser Hinsicht eine deutliche Verbesserung gegenüber dem zuvor verwendeten normalen DLW unverkennbar. Leider zeigt die Kombination mit STED jedoch neue Herausforderungen auf. So wurde z.B. die Strukturqualität beim Anfahren und Abbremsen des Piezos enorm verschlechtert. Auch die Generierung mancher Abregungsmoden erwies sich als äußerst mühsam und zeitaufwendig. Aus diesem Grund wird in Zukunft ein automatisiertes Vorgehen bei der Aberrationskorrektur angestrebt, sowie eine aufeinander abgestimmte Ansteuerung der jeweiligen Laserleistungen. Der Strukturierungszeitaufwand aufgrund der verwendeten Geschwindigkeit von 100 μm/s kann in Zukunft ebenfalls verringert werden, da das Auslenkverhalten der beiden Fokusse in einem Radius von 50 μm mittels Galvanospiegel-System weitestgehend gleich ist. Zu diesem Zweck müssen allerdings je nach verwendeter Geschwindigkeit die nötigen Laserleistungen ermittelt werden. Außerdem muss die räumliche Formkonstanz der An- und Abregungsmoden bei einer Auslenkung um bis zu 50 μm untersucht werden. Durch den Verzicht auf das Piezo-System würde sich das Problem der schlechten Qualität an den Strukturkanten eventuell erübrigen. Zudem lässt sich durch die Verwendung räumlicher Lichtmodulatoren der Einsatz verwendeter Abregungsmoden weiter ausbauen. Axiale Multifokusse mit einer Halbwertslücke von unter 300 nm und einem Intensitätsminimum von unter 30% sind theoretisch kein Problem. Es gilt demnach, diese Moden zu generieren und auf deren Verbesserung hinsichtlich Linienbreite und -länge zu untersuchen. Ein Test zur Ermittlung des Signal zu Rausch Verhältnisses der jeweiligen Moden über den gesamten möglichen Bereich der stimulierten Emission würde beispielsweise stark zur Charakterisierung der Multifokusse beitragen.