RUBION Jahresbericht 2009/2010

Jahresbericht 2009 / 2010

Zentrale Einrichtungfür Ionenstrahlen und Radionuklide

der Ruhr-Universität Bochum

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RUBIONRuhr-Universität BochumUniversitätsstr. 150, Geb. NT44780 Bochum

Sekretariat:Telefon (0234) 32-24238Telefax (0234) 32-14215

Redaktion Dr. Dorothee Rohmann

RUBION Jahresbericht 2009 / 2010 | iii |

A. Vorwort

RUBION, die „Zentrale Einrichtung für Ionenstrahlen und Radionuklide“ an der Ruhr-Universität Bochum stand auch 2009 und 2010 als Dienstleister und Forschungseinrichtung denMitarbeitern der Ruhr-Universität, aber auch vielen externen Wissenschaftlerinnen und Wissen-schaftlern offen. Unser Konzept: die Symbiose von Lehre, Forschung und Industrie wurde auchim Berichtszeitraum weiter konsequent verfolgt und ausgebaut.

Die Lehre wurde neben den bestehenden Strahlenschutzkursen durch ein Seminar für Anwen-dungen von Radionukliden und Ionenstrahlen erweitert. Ziel dieses Seminars ist es, interdiszipli-när die verschiedenen Forschungsrichtungen darzustellen.

In Zusammenarbeit mit der Universität Paderborn (LS Prof. Lindner) wurde zudem ein Block-praktikum „Ionenstrahlphysik“ in Form einer Sommerschool eingerichtet, an dem vormittagsVorlesungen aus allen Bereichen der Ionenstrahlphysik gehalten wurden und nachmittags bis inden späten Abend Versuche durchgeführt wurden. Diese als Modell gestartete Lehrveranstaltungerwies sich als sehr erfolgreich und wird nun jährlich wiederholt.

Wie die Vielzahl von Beiträgen zeigt, werden die Aufgabenstellungen in der Forschung vonRUBION immer vielfältiger. Beispielsweise finden die Analyseverfahren mit Ionenstrahlen imBereich des Maschinenbau bis hin zur technischen Chemie Anwendung. Hier konnte insbeson-dere die Nachweisgrenze für Wasserstoff weiter gesteigert werden. RUBION nimmt hier welt-weit eine Spitzenstellung ein.

Eine von Prof. Dr. Adamietz bereitgestellte 250kV Röntgenanlage zur Bestrahlung von Tierenund Zellen wurde erfolgreich in Betrieb genommen und fand bereits kurz nach Fertigstellung derVollschutzanlage eine hohe Nachfrage mit bereits durchgeführten vielen hundert Bestrahlungen.

Hervorzuheben ist weiterhin, dass ein in RUBION entwickeltes Konzept, einzelne abzählbareIonen mit weniger als einem Nanometer in ein Material zu platzieren in Kooperation mit einerArbeitsgruppe in Ulm nun einen ersten wesentlichen Schritt der Verwirklichung erreicht hat.Dieses international viel beachtete und überaus ambitionierte Verfahren wird es erstmals erlau-ben, Atome gezielt zu assemblieren.

Um den Angehörigen der Ruhr-Universität moderne Geräte auf dem aktuellen Stand der For-schung anbieten zu können, erweiterte das RUBION in Kooperation mit dem Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen seine Ausstattung um ein STED-Mikroskop.Das aufgebaute Mikroskop ermöglicht die Auflösung fluoreszierender Proben mit einer lateralenAuflösung im Bereich von ca. 60 nm, was ungefähr einem Fünftel der herkömmlichen Auflö-sung entspricht.

Die bestehende hohe Nachfrage der Industriekooperationen wurde kaum von der wirtschaftli-chen weltweiten Krise beeinflusst und zeigt den hohen Stellenwert, den Bochum in diesem Sek-tor bereits erreicht hat.

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Danken möchten wir den vielen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die an der Erstel-lung dieses Jahresberichtes teilgenommen haben, ebenfalls gilt unser Dank den Mitarbeiterinnenund Mitarbeitern im technischen und administrativen Bereich, deren engagierter Einsatz auchwieder zum wesentlichen Erfolg des RUBION beigetragen hat.

Bochum, im Dezember 2011

Prof. Dr. R. Heumann Prof. Dr. S. ChakrabortyDirektor stellvertr. Direktor

PD Dr. J. MeijerGeschäftsführer

RUBION Jahresbericht 2009 / 2010 | v |

B. Inhalt

A. Vorwort ............................................................................................................................iii

B. Inhalt ................................................................................................................................. v

C. RUBION ........................................................................................................................... 1C.1 Berichte der Technischen Leiter ....................................................................................... 1C.2 Infrastruktur ...................................................................................................................... 4C.3 Projekte ............................................................................................................................. 7C.4 Lehre ............................................................................................................................... 22C.5 Presse .............................................................................................................................. 28

D. Fakultät für Maschinenbau.............................................................................................. 29D.1 Institut für Werkstoffe..................................................................................................... 29

E. Fakultät für Physik und Astronomie ............................................................................... 35E.1 Lehrstuhl für Experimentalphysik IV ............................................................................. 35E.2 Lehrstuhl für Experimentalphysik VI ............................................................................. 35E.3 Lehrstuhl für Astronomie................................................................................................ 36

F. Fakultät für Geowissenschaften ...................................................................................... 37F.1 Geographisches Institut................................................................................................... 37F.2 Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik ......................................................... 39

G. Fakultät für Chemie & Biochemie .................................................................................. 46G.1 Lehrstuhl für Anorganische Chemie II ........................................................................... 46G.2 Lehrstuhl für Biochemie II - Neurobiochemie................................................................ 50G.4 Lehrstuhl für Physikalische Chemie I ............................................................................. 56

H. Fakultät für Biologie & Biotechnologie: ........................................................................ 58H.1 Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie: ................................................................................. 58H.2 Lehrstuhl für Tierphysiologie: ........................................................................................ 59H.3 Lehrstuhl für Biophysik: ................................................................................................. 60

I. Medizinische Fakultät ..................................................................................................... 61I.1 Institut für Pharmakologie und Toxikologie ................................................................... 61

K. Auswärtige Gäste ............................................................................................................ 64K.1 Institut für Materialphysik – Uni. Münster: .................................................................... 64K.2 Institut für Quanteninformationsverarbeitung – Uni. Ulm: ............................................ 64K.3 Institut für Physik – Uni. Stuttgart: ................................................................................. 65K.4 Institut für Physik – Uni. Göttingen:............................................................................... 66K.5 Institut für Physik – Uni. Duisburg-Essen: ..................................................................... 66K.6 Institut für Dünnschicht Technologie – Uni. Duisburg-Essen:....................................... 66K.7 Technische Physik – Uni. des Saarlandes:...................................................................... 67K.8 Institut für Kernphysik – Uni. Köln: ............................................................................... 68K.9 Institute of Nuclear Physics, NCSR „Demokritos“, Athens, Greece:............................. 68

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K.10 Cement-Collaboration:.................................................................................................... 69K.11 Instituto Tecnológico e Nuclear, Portugal: ..................................................................... 69

L. Veranstaltungen .............................................................................................................. 70L.1 2. NRW Nano-Konferenz, Kongresszentrum Westfalenhallen in Dortmund ................ 70L.2 26. Treffen der Nutzergruppe Heißprozesse und RTP gemeinsam mit dem 42.

Treffen der Nutzergruppe Ionenimplantation ................................................................. 71

M. Anhang............................................................................................................................ 72M.1 Personen.......................................................................................................................... 72M.2 Personen Index................................................................................................................ 76

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C. RUBION

C.1 Berichte der Technischen Leiter

Report des Technischen Leiters Ionenstrahlen

Arnd Apool, Thomas Brandner, Roger Genschur, Jan N. Klug, Martin Korbel, Timo Wegener(RUBION)

Betriebsstunden Tandem 500kV 100kV2009: 3193 h 124 h 440 h2010: 3124 h 56 h 506 h

Dabei entfielen auf (alle Beschleuniger):

2009 2010

Materialanalyse (RBS, NRA, PIXE) 967 741

Materialmodifikation (Implantation) 107 593

Physik (Ausbildung, FP, etc.) 15 64

Industriekooperation 2215 2247

Service & Wartung 645 448

Strahlsorten (Tandem): 1H, 2He, 11B, 12C, 15N, 28Si, 31P, 39K, 40Ca, 140Ce.

Sachverständigenprüfbericht (§66 Strahlenschutzverordnung): Keine Mängel.

Durchgeführte Wartungsarbeiten und Entwicklungen:

Beschleuniger: (4 MV-Anlage):

Erweiterung des Vakuum-Control-Interlock-System (VCIS).

Alle Faraday-Cups und Ventile mit Lagemeldern ausgestattet und ins VCIS eingebunden.Gesamtes System über PC Bildschirm darstell- und steuerbar.

Umbau (Neubau) der Junktion-Box-Vakuum am HE (2009) und am LE (2010).

Komplette Fertigstellung des SI-Injektors inkl. Neuverkabelung.

Fertigstellung von div. Komponenten für die Umrüstung des Ortec-Injektors auf dasLichtleiter & Computer Systems (National Instruments & LabView Applikation). Umbauist für 2011 geplant.

Diverse Kabel aus Altersgründen erneuert (UVV) sowie (ca. 8000m) nicht mehr genutzteKabel aus den Doppelböden und Kabeltrassen entfernt.Neue Kabel (ca. 3000m) für die 2010 gelieferte Niederspannungs-Haupt-Verteilung-NTeingezogen.

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Jede Beamline separat mit Power für Vakuum- und Kraftstromkomponenten zur Anbin-dung vorbereitet. Planung für die Ansteuerung der NHV und der Komponenten über-nommen.

Vorbereitende Arbeiten für die Inbetriebnahme eines verbesserten Strahlenüberwa-chungssystems (2009). Erneuerung des Strahlenüberwachungssystems (2010): Kompletter Neuaufbau, inkl.Hard- und Software, Verdrahtung und neuer Verbesserungen, wie z.B. die Statusanzeigedes Tandem-Beschleunigers und Strahlungsalarm-Zustände vor Ort für jede Meßstelle.

Generalüberholung der Kühlwasseranlage (mechanischer Teil) und Umstellung auf jähr-liche Wartung durch Fremdfirma.

Entwicklung und Vorbereitung einer zentralen Cup-Anzeige und Cup-Steuerung vomBedienpult mit kompletter Implementierung in das System.

Diverse vorbereitende Arbeiten für die Anbindung eines neu zu installierenden 3 MV Be-schleunigers durchgeführt.

Diverse Experimente (s.o.) mit vorbereitet und begleitet.

Beschleuniger: (500kV-Anlage):

Aufbau einer LWL-Box, Lichtleiter & Computer (National Instruments & LabView Ap-plikation) für den vorübergehenden Weiterbetrieb der Anlage.

Diverse Pumpenreparaturen durchgeführt.

Beschleuniger: (100 kV-Anlage):

Quellentests und Fertigstellung von 3 Stück Duoplasmatron-Quellen

Einbau und Inbetriebnahme einer Sputterquelle als Dauerlösung

Diverse Experimente vorbereitet und begleitet.

17.03.2010/14.06.2011 / Arnd Apool


Report des Technischen Leiters Radionuklide

Thomas Lenders, Michael Siewert, Stephan Spöllmann (RUBION)

Service:

Regelmäßige (6-wöchige) Servicezeiten für Lüftung

Entwicklung:

Inbetriebnahme eines MED-Implanters (siehe gesonderten Beitrag)

Aufbau und Inbetriebnahme eines zweiten 100 kV-Implanters (siehe gesonderten Beitragzur Be-Implantation)

Einrichtung eines Zellkulturlabors (Umbau des Raums NI 05 / 76)

Aufbau eines STED-Mikroskops

17.03.2010 / Michael Siewert


C.2 Infrastruktur

Labor-Ausstattung

Beschleuniger-Labor:- 4 MV Tandem, - 500 kV, - 100 kV (Quellenteststand), - 100 kV (MED-Implanter),- 100 kV (Be-Implanter),- 5 kV (Nano-Implanter)- 2 Analysekammern- 3 feste Stationen (RBS, NRA, PIXE)

Aufdampf-Labor:- PICO UHP (Plasma Surface Technology),- Carbon Coater Cressington 108carbon/A,- Sputter Coater Cressington 108auto,- Ofen Carbolite CTF 12/65/550,- Aufdampfanlage Edwards Auto 306,- Ausheizofen Kendro UT 6060 /Heraeus,- Hochtemperatur Vakuumofen (Eigenbau)

Halbleiter-Labor:- Spitzenmessplatz der Firma Karl Suss (PM 5),- Parameter-Analyser der Firma Hewlett Packart (HP 4155B),- Hall Messplatz (HL5560),- Hall-Messplatz, Lock-in-Verstärker,- Ritzer, Mikroskop, Lackschleuder, Ofen, Ultraschallbad, Hot Plate, Ball-Bonder, Stereolupe

Isotopen-Labor:- 2 Bio-Imager der Firma Fuji,- Gamma-Spektroskopie,- Gamma-Counter (Wizard) der Firma Perkin Elmer,- 3 Beta-Counter (1 Tri-Carb der Firma Perkin Elmer und 2 der Firma Beckmann)- 50 kV bzw. 250 kV X-Ray Bestrahlungs-Vorrichtungen,- Mikroskopieraum, Zentrifugenraum,- Tierstall für Mäuse,- Zellbank, Stammzellkulturen, Klimakammer,- Seminar-, Praktikums-, Kühl- & Klimaräume,- eigene (an Abwasserauffanganlage angeschlossene) Waschküche

17.03.2010 / Dorothee Rohmann


Betrieb des 500 kV Beschleunigers

Hans-Werner Becker, Fakultät für Physik und Astronomie, RUB

Der 500 kV Beschleuniger war in den Jahren 2009 und 2010 ohne größere Störungen im Betrieb.

Als Quellen wurden das Duoplasmatron und die SO45 Penning Quelle (HVE), verstärkt auch inder Sputterversion, zur Erzeugung von Metall-Ionenstrahlen eingesetzt. Mit diesen Quellen wur-den neben Protonen zur Tiefenprofilmessung mit niederenergetischen Resonanzen auch 3He,4He, 12C, 14N, 40Ar, 93Nb und Xe Ionen für Implantationen im Energiebereich zwischen 30 keVund 450 keV beschleunigt. Die benutzten Strahlströme sind in folgender Tabelle aufgelistet:

Ion Strahlstrom aus der Quelle1H1+ 150 µA

3He1+ 30 µA4He1+ 30 µA14N1+ 50 µA12C1+ 30 µA

40Ar1+ 250 µA93Nb1+ 5 µA

Xe1+ / Xe2+ 25 µA / 10µA

Die Motivation für die Implantationen lag bei der Protonenimplantation in der Erzeugung vonmagnetischen Zuständen in ZnO, beim Ar in der Definition vergrabener, leitfähiger Kanäle inGaAs, beim Nb in der Synthese neuer Phasen in Zr/Nb Legierungen und für He, C und N in derProduktion von Targets für kern- und astrophysikalische Messungen.

Für die Tiefenprofilierung mit niederenergetischen Kernresonanzen wurde eine Kammer weiter-entwickelt, die es nun erlaubt, (p,α) Reaktionen, wie z.B. für den 11B oder 18O Nachweis zu mes-sen.

Von technischer Seite her wurde der 30 kV Isolationsflansch aus Macor durch einen Kunststoff-Flansch ersetzt. Die Elektronik zur Steuerung und Auslese der elektronischen Komponenten aufdem Quellenpotential wurde modernisiert. Die Datenübertragung erfolgt nun durch Lichtleiter,die eine Ethernet–Verbindung zu Quelle herstellen. Auf dem Quellenpotential werden Gerätedurch ein National Instument field point System angesteuert bzw. ausgelesen. Durch besondere,am RUBION mittlerweise standardisierte Maßnahmen wird die Elektronik vor Hochspannungs-überschlägen geschützt. Das System hat sich in mehreren Strahlzeiten bewährt und läuft ein-wandfrei.

26.09.2011 / Hans-Werner Becker


Ausbau und Wartung der Netzwerk-Infrastruktur

Dorothee Rohmann (RUBION)

2009 - 2010

Netzwerk-Verkabelung:Im Sommer 2009 wurden sowohl der Seminarraum NT als auch das Sekretariat mit einemRUB-WLAN Accesspoint ausgerüstet. Somit ist es nun auch im RUBION möglich, sich überDFNRoaming/eduroam im Internet anzumelden.

Von der Möglichkeit, ausgewählte Labor-Räume diversen Institutsnetzen zuzuschalten, wurdeweiterhin Gebrauch gemacht.

Server:Im Februar 2009 wurde die Hardware der beiden Server (Fileserver und Web/Mail-Server) er-neuert und die Betriebssysteme neu aufgesetzt.

Arbeitsplatzrechner:2009 wurden 4 Laptops, 1 Desktop und 1 19″-PC sowie 2 Monitore beschafft, die zum Teil alteund/oder schadhafte Geräte ersetzen; 1 defekter Monitor wurde im Rahmen der Garantieleistungausgewechselt. 2010 wurden 5 weitere Laptops, 1 Desktop (fürs STED) und 2 Drucker angeschafft.

Betriebssysteme:Im Hause werden als Betriebssysteme eingesetzt: Linux (OpenSuSE & Ubuntu), MS Windows(XP-Professional, Vista-Business & Windows 7).

Anwendungsentwicklungen:Die verfügbaren Datenbanken wurden aktualisiert sowie um neue Entwicklungen, z.B. für dieRUBION-Bibliothek, erweitert. Im Zuge der Umstellung des RUB-Designs wurde mit der Über-arbeitung der Internet-Präsens (Inhalt und Aussehen) begonnen.

28.02.2010 / Dorothee Rohmann, 12.07.2011 / Ralf Kunz


C.3 Projekte

Material analysis and modification by ion beams

D. Rogalla, S. Pezzagna, H.-W. Becker and J. Meijer, RUBION

The Central Unit for Ion beams and Radionuclides (RUBION) emerged from the fusion of twolaboratories in order to provide, develop and maintain equipment for experiments in all fields ofnatural sciences. RUBION has a department specialized in handling radioactive isotopes primar-ily used in medicine and life sciences as well as a department that operates different types of ionaccelerators used in geology, physics, chemistry and material science. The accelerator facilityhas one of the best systems in Europe and therefore is used by a large number of both nationaland international partners. Ion beam accelerators can be used for material analysis to investigatethe structure or composition of new materials or for material modification like ion implantation.

Ion Beam Analysis:

Ion beam analysis (IBA) is based on the detection of particles or radiation from sample materialproduced by ion beam bombardment. The spectrum of this secondary emission contains infor-mation about the sample. Depending on the technique, the stoichiometry, thickness of layers orthe depth profile of certain elements can be determined.

RUBION operates three accelerators covering a wide energy range of ion beams for a wide vari-ety of ion species and offers several IBA techniques. Frequently performed methods are Ruther-ford backscattering (RBS), nuclear reaction analysis (NRA) and particle induced X-ray emission(PIXE).

Figure 1. An open 8 MeV protonbeam performed by the4,5 MV tandem accelerator.

Scientists of many faculties of the Ruhr-Universität Bochum and other institutions from all overthe world are using the services at RUBION to analyze their sample materials with regard totheir special questions. Chemists doing research on thin films deposited by metal-organic chemi-cal vapor deposition (MOCVD) need to characterize these films to determine their stoichiometry.Engineers working in the field of hydrogen storage in solids have their samples analyzed fortheir hydrogen concentration. Mineralogists studying diffusion in minerals obtain results in formof depth profiles showing the diffusion process. Researchers of material sciences working on


coatings for nuclear waste disposal are provided with exact information about the coating com-position achieved. There are many further research fields like environmental research, archeol-ogy or astrophysics, where the IBA techniques at RUBION provide essential support. Sometimesthe results are achieved by a combination of methods or with additional information from furtheranalytical methods.

Continuously, upgrades of IBA setups are developed. The technique of induced gamma-rayemission by deuterons is a special NRA methods to detect lighter elements like carbon, nitrogenor oxygen. It was established at RUBION and now complements RBS measurements, which areless sensitive to these light elements. A further development improved the hydrogen detectionand increase its sensitivity. The setup was equipped with a sputter gun and a sample heatingsystem for surface cleaning inside the NRA vacuum chamber. Additionally, the possibility forhydrogen and water loading was installed. This enabled us to obtain new results about the hy-drogen concentration of ZnO crystals and their surface coverage recently.

Ion Beam Modification:

Beside the facilities for analytic techniques the tandem accelerator at RUBION is equipped withseveral end stages for high and low energy implantation, both for research and industrial use.

Ion beam implantation is a very important step in the production of modern electronic devices.However, the kinetic ion energy that is applied drops from several hundred keV to a few hundredeV with decreasing structure size. Whereas high energy (10-20 MeV) ion beams are still com-mon in the production of radioisotopes for medical drugs or analysis of wear measurements, in-dustrial ion beam implantation using energies of several hundred keV to a few MeV becomesless frequent in industrial mass production. This is mainly due to both historical as well as tech-nical reasons. For instance, the accelerators require a proper shielding for safety and therefore donot fit easily inside a clean room.

Nevertheless, we predict that this trend will be reversed and industrial implantation using ionbeams of several MeV will gain more attention in the next years. The number of products, whichrequire this kind of implantation, is growing and the technique becomes more efficient due tonew developments. The potential applications range from the implantation of radioactive ions forcancer treatment to carrier life-time adjustment in modern power devices decreasing the electri-cal power consumption. With the ion accelerators at RUBION we show that the results of uni-versity research and industrial production can be combined fruitfully.

One major research topic in RUBION is the development of quantum systems: The coupling ofelectronic spins of nitrogen vacancies (NV) is a promising approach to develop a basic compo-nent for quantum computing. RUBION established a method to artificially create NV centersusing microbeam implantation. It allows a controlled implantation of ions in a defined depth withhigh lateral precision. This method is applied to produce samples for a large number of researchgroups from all over the world. We have shown that implantation using a focused nitrogen beamenables one to create pairs of NV-centers with a distance of only a few nanometers. This devel-opment led to the first quantum mechanical coupling of NV centers at room temperature.

Further developments in ion implantation techniques enabled us to address single atoms withhigh lateral resolution. This requires a low energetic ion beam to avoid ion beam straggling. Wedeveloped a collimated nanosystem based on a pierced AFM-tip. The system allows implantation


with a lateral resolution below 20 nm. An further improvement of a single ion implanted setupbased on an ion trap. This project, in cooperation with a group from Mainz, potentially allowsthe implantation of countable single ions with a resolution within one nanometer.

Figure 2. Nanoscale engineering and optical addressing of single NV centres in diamond. The implan-tation of low energy nitrogen ions is realised through the pierced hollow tip of the atomicforce microscope. A STED scan of one particular spot reveals an ensemble of ~ 12 single NVcentres imaged with 10 nm resolution.

Untersuchung strahlungsinduzierter Defekte in Silizium

Jan N. Klug, Jan B. Meijer (RUBION), Josef Lutz (TU Chemnitz)

Projekt: Dissertation Jan N. Klug

2009 - 2010

Hochreine Silizium-Wafer – bzw. Teile davon – werden im Vakuum mit Protonen und Heliumim unteren MeV-Bereich bei unterschiedlichen Dosen bestrahlt. Die entstandenen Schäden wer-den vor Ort in einem Ofen bei niedrigen Temperaturen ausgeheilt.

Die verbleibenden Schäden werden mit verschiedenen elektrischen Messverfahren – unter ande-rem Hall-Messungen und Spreading-Resistance-Probe untersucht. Hierdurch soll eine Systema-tik der Entwicklung und daraus unter anderem die mikroskopische Struktur der entstandenenZentren ermittelt werden.

Mit Hilfe der Spreading-Resistance Messungen konnte ein neuer Zusammenhang zwischen Pro-tonen-Dosis und erzielter n-Dotierung ermittelt werden. Außerdem wurde erstmals nachgewie-sen, dass der Sauerstoff-Gehalt des Ausgangsmaterials die maximal erzielbare Dotierung be-


grenzt und sich durch Zuführen von weiterem Sauerstoff (z.B. durch Implantation) eine höhereDotierung erreichen lässt.

Für das entstehende Dotierungsprofil konnte ein Modell entwickelt werden, dass auch die Ent-stehung zusätzlicher Akzeptoren in einer Zone in Richtung der Oberfläche erklärt. Durch be-gleitende Hall-Messungen wurde belegt, dass die Beweglichkeit der Ladungsträger in den im-plantierten Bereichen trotz unvollständiger Ausheilung der entstandenen Schäden nicht beein-trächtigt ist.

Im Bereich der Helium-Bestrahlungen konnte gezeigt werden, dass erst bei sehr hohen Dosen ei-ne Beeinträchtigung von Widerstand und Ladungsträger-Beweglichkeit eintritt, die auch nachden für Ladungsträger-Lebensdauer-Messungen üblichen Ausheilschritten bestand hat. DieseBeeinträchtigungen sind dann auch bis zu sehr hohen Ausheiltemperaturen vorhanden und sindvermutlich auf gebildete Defekt-Cluster zurückzuführen.

Das Projekt ist abgeschlossen. Publikationen folgen.Publikation in Vorbereitung

26.10.2011 / Jan N. Klug

Herstellung von NV-Zentren in Diamant mit Hoch-Auflösung

Sébastien Pezzagna, Jan Meijer (RUBION)

Projekt: Diese Arbeit ist Teil des „Research Department IS³/HTM“.

2009 - 2010

Farbzentren in Diamant finden heute mehrere Anwendungen in Physik, Biologie und neuereTechnologien. Dank der extremen Reinheit neu gewachsener Diamant Proben gibt es noch viel-versprechendere Möglichkeiten, wie zum Beispiel die Herstellung eines Quantencomputers. Be-sonders das so genannte „Nitrogen-Vacancy (NV) centre“ besitzt alle Eigenschaften, um alsQuanten-Bit (qubit) in Festkörpern benutzt zu werden. Der NV-Defekt ist ein Stickstoff Atomverbunden mit einer Leerstelle im Kristallgitter des Diamants. Solche Defekte können durch dieImplantation von Stickstoff-Ionen produziert werden und sind stabil gegen Temperatur- undLichtschwankungen.

Einzelne NV-Zentren (1) mit hoher Auflösung oder Genauigkeit (besser als 10 nm) und (2) mitgroßer Ausbeute zu erzeugen ist eine der Herausforderungen, der wir uns im RUBION stellenund wir versuchen gleichzeitig die Ausbeute (Abb.1a) und die Auflösung (Abb.1b) zu verbes-sern. Die Abhängigkeit zwischen Ausbeute und Ionenenergie wurde zum ersten Mal (zwischen1 keV und 20 MeV) gemessen dank der verschiedenen Beschleuniger des RUBION. Abb.1azeigt die Ausbeute oder Yield (Prozentsatz der implantierten N-Ionen, die ein NV-Zentrum wer-den) in Abhängingkeit von der Ionenenergie.


(a) (b)

Abb.1: (a) Ausbeute oder Yield (Kreationseffizienz) von NV-Zentren in Abhängigkeit von derIonenenergie. Für Energien kleiner als 5 keV wird aus weniger als 1% der Stickstoff-Atome einNV-Zentrum, während die Effizienz im MeV Energiebereich bei 50% liegt. (b) Implantation eines sechseckigen Musters durch das Loch in der Spitze. Das Bild ist ein kon-fokaler Scan der implantierten Oberfläche eines Diamants. Die Skala zeigt die Fluoreszenzsin-tensität, die die NV-Zentren emitieren. Es gibt durchschnittlich 11 NV-Zentren pro Punkt.

Diese Ergebnisse erlauben ein besseres Verständnis des Bildungsprozess der NV-Zentren. Be-züglich der Hoch-Auflösung beweist der Nanoimplanter jetzt eine Implantationsgenauigkeit vonbesser als 30 nm.

Im RUBION können Stickstoffionen in einem sehr breiten Energiebereich produziert und be-schleunigt werden, von weniger als 1 keV bis zu mehreren MeV. Einzelne NV-Zentren könnensomit in einer bestimmten Tiefe des Diamanten erzeugt werden, von der Oberfläche bis hin zumehreren µm Tiefe. Mit dem 5 kV Nano-Implanter wurde die Genauigkeit zur Herstellung vonNV-Zentren auf 15nm verbessert [4]. Der Nanoimplanter benutzt als Kollimations- und Positio-nierungswerkzeug des Strahles ein Cantilever mit einem Loch in seiner Spitze (ca. 15 nm). Dieerreichte Auflösung wurde mit Hilfe des sogennanten STED Mikroskops, in Kollaboration mitdem Max-Planck Institut in Göttingen, optisch gemessen und ermöglichte die Abbildung einzel-ner NV-Zentren mit einer Auflösung von 10 nm und besser (weit unter dem Beugungslimit einesnormalen konfokalen Mikroskopes (~300nm)). Ebenfalls konnte die Genauigkeit durch die kon-trollierte Reduzierung des Durchmessers des Loches noch verbessert werden.

Abb.2.: Herstellung von NV-Zentren mit Hochauflösung. (a) Konfokales Bild eines implantier-ten NV Musters, erzeugt durch die Implantation von 5 keV Stickstoffatomen durch das Loch in


der AFM Spitze. Der Abstand zwischen zwei Spots ist 500 nm. (b) Konfokales Bild des hellstenSpots welcher aus ungefähr 8 NV besteht. (c) STED Bild des gleichen Spots. Die Bildauflösungdes STED Mikroskops ist hier 10 nm. (d) Intensitätsprofil der Linie in (c).

Der Elektronenspin des negativ geladenen NV- kann optisch manipuliert und gelesen werden.Eine assoziierte Kohärenzzeit von 2 ms wurde schon bei Raumtemperatur gemessen. Die Io-nenimplantation von Stickstoff ist die beste Möglichkeit, um NV-Zentren an gezielten Positionenin einer Diamant Probe zu erzeugen.

Außerdem ist die Ausbeute (N ⇒ NV) noch ein sehr kritischer Punkt. Wir haben gezeigt, dassdie Ausbeute mit der Implantationsenergie steigt [3]. Obwohl eine 50%-ige Ausbeute bei MeVEnergie erreichbar ist, ist die Ausbeute bei keV Energie viel niedriger (~1%) - jedoch ist hier ei-ne bessere Auflösung möglich. Zur Verbesserung der Ausbeute ist eine Nachbestrahlung mitElektronen, Protonen oder der Implantation von Kohlenstoffatomen geplant. Dadurch werdenneue Leerstellen erzeugt, die während des Ausheizens die Wahrscheinlichkeit erhöhen, zusätzli-che NV-Zentren zu bilden.

In Kollaboration mit der Universität Stuttgart wurden NV-NV Paare in ultra-reinen DiamantProben (im RUBION) hergestellt, um Verschränkung zwischen den gekoppelten NV-Zentren zuerzeugen. Damit dies möglich wird, muss jedes NV-Zentrum eine lange Kohärenzzeit besitzen.Die nahe Umgebung des Zentrums (ob es z.B. andere nukleare Spins wie 13C gibt) spielt einewichtige Rolle. Heutzutage können isotopisch reine, synthetische Diamanten gewachsen werden,mit einer kleineren Konzentration von 13C als 0,1% (statt der natürlichen Abundanz von 1,1%).In so eine Probe wurde ein NV-Zentren Paar mit 9 nm Abstand implantiert. Durch die magneti-sche Kopplung zwischen den zwei Elektron Spins konnte bei Raumtemperatur ein Quantum Re-gister realisiert werden.

Abb.3.: (a) Erzeugung eines QuantumRegisters bei Raumtemperatur dank dermagnetischen Kopplung zwischen denElektron Spins von zwei NV Zentren. Diegekoppelte NV Zentren wurden durch diefokussierte Implantation von 2 MeV Stick-stoffatomen erzeugt. Der Abstand zwischendie zwei NV-Zentren ist 9 nm.

Publikationen:

1. B.Naydenov, R.Kolesov, A.Batalov, J.Meijer, S.Pezzagna, D.Rogalla, F.Jelezko and J.Wrachtrup, Engineeringsingle photon emitters by ion implantation in diamond, Applied Physics Letters 95 (2009) 181109.

2. P.Neumann, R.Kolesov, B.Naydenov, J.Beck, F.Rempp, M.Steiner, V.Jacques, G.Balasubramanian,M.L.Markham, D.J.Twitchen, S.Pezzagna, J.Meijer, J.Twamley, F.Jelezko and J.Wrachtrup, Quantum registerbased on coupled electron spins in a room-temperature solid, Nature Physics 6 (2010) 249 – 253.

3. S.Pezzagna, B.Naydenov, F.Jelezko, J.Wrachtrup, and J.Meijer, Creation efficiency of nitrogen-vacancy centresin diamond, New Journal of Physics 12 (2010) 065017.


4. S.Pezzagna, D.Wildanger, P.Mazarov, A.D.Wieck, Y.Sarov, I.Rangelow, B.Naydenov, F.Jelezko, S.W.Hell andJ.Meijer, Nanoscale Engineering and Optical Addressing of Single Spins in Diamond, Small 6 (2010) 2117.

08.11.2011 / Sébastien Pezzagna

Direkte Deposition halbleitender Nanopartikel auf vorstrukturierten Substra-ten mit hoher räumlicher Auflösung

Ingo Plümel, Hartmut Wiggers, Institut für Verbrennung und Gasdynamik, Universität Duisburg-Essen

Projekt: „Cluster-jet addressing of nano-particles to provide functional structures”

2006 - 2010

Das Experiment, das in Abb.1 dargestellt ist, besteht aus zwei Teilen: Einem Niederdruck Plas-ma-Reaktor, in dem Nanopartikel in der Gasphase synthetisiert werden und einem Partikel-massenspektrometer (PMS) zur Messung der Partikelgrößenverteilung und Selektion von Parti-keln mit gewünschter Größe im Größenbereich zwischen 3 und 15 nm zur anschließenden Depo-sition auf beliebigen Substraten.

In den Niederdruck-Plasma-Reaktor wird eine Prekursor-Gasmischung, z.B. mono-Silan zu-sammen mit Trägergasen, eingeleitet und dort in einem Mikrowellenplasma thermisch zersetzt.Dabei entstehen freie Silizium-Atome, die je nach Betriebsbedingungen durch Keimbildung,Koagulation, Koaleszenz und auch Agglomeration zu einzelnen Silizium-Nanopartikeln oder zuAgglomeraten und Aggregaten von hoher Reinheit wachsen. Aufgrund des Partikelwachstums inder Gasphase ist die Größe der Partikel lognormal verteilt.

Abb.1: Nanopartikelreaktor mit

Durch ein System von zweiDüsen, dass sich hinter demReaktor befindet, wird mittelsgroßer Turbomolekularpumpenein feiner, mit Nanopartikelnbeladener Molekularstrahl er-zeugt. Ein Teil der Partikel istaufgrund des Entstehungspro-zesses im Plasma elektrischgeladen. Der Strahl wird miteinem Plattenkondensator aufeinen außerhalb der Strahlach-se angebrachten Faraday-Cupabgelenkt. Entsprechend demVerhältnis von Partikelladungund –masse kann so bei varia-


Partikelmassenspektrometer (PMS) bler Ablenkspannung am Plat-tenkondensator die Partikel-

größenverteilung ermittelt werden.Bei konstanter Spannung erhält man quasi-monodisperse Par-tikel, die z.B. auf einem Substrat abgeschieden oder in-situ weiter verarbeitet werden können.

Das System soll mit dem Nano-Implanter verbunden werden, der von Dr. Sébastien Pezzagnabetrieben wird. Damit soll es möglich werden Nanopartikeln und Ionen mit hoher örtlicher Auf-lösung im Bereich von wenigen zehn Nanometern zu deponieren.

Mit dem System können Nanopartikel mit definierten Eigenschaften produziert und größense-lektiert werden. Zurzeit werden Depositionsexperiemente mit vorstrukturierten Substratendurchgeführt. Zukünftig soll das System mit dem Nano-Implanter verbunden werden.Publikationen:

Ingo Pluemel, Klemens Hitzbleck, Ivo W. Rangelow, Jan Meijer, and Hartmut Wiggers, Direct Assembly ofQuantum Confined Nano-Particles, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 1017 (2007)

J.Meijer et al., Towards the implanting of ions and positioning of nanoparticles with nm spatial resolution, Appl.Phys. A 91 (2008) 567–571

25.03.2010 / Ingo Plümel

Industrie Kooperation

Arnd Apool, Jan B. Meijer, (RUBION), Corneliu Protop (GEPHYTEC, Mettmann), Karl Grosse(rubitec)

Zur Qualitätssicherung und Steuerung aller relevanten Prozesse ist ein Qualitätsmanagementsy-stem nach DIN EN ISO 9001:2008 eingerichtet worden,

Beide halbautomatischen Endstationen HVEC und NV10 sind auf PC-Steuerung umgerüstet:Alle Funktionen und Parameter wie Wafer Größe, Dosis und Messbereich werden von einemComputersystem, entwickelt von der Fa. tribotec electronic, Kevelaer, Germany, kontrolliert,wodurch die Implantation in weiten Bereichen automatisiert wird.

18.03.2010 / Arnd Apool, Dorothee Rohmann


Aufbau und Inbetriebnahme des MED-Implanters

Thomas Lenders, Stephan Spöllmann, Ralf Kunz, Katrin Fortak (RUBION)

Projekt: Herstellung von medizinischen, mit 32P dotierten Implantaten

seit 2007

Die wesentlichen Elemente des MED-Implanters sind die Ionenquelle (ECRIS), der 90° Analy-siermagnet und ein Schwenktisch mit zwei separaten Targetkammern.

Abb. 1: Foto des MED-Implanters. Im Vordergrund sinddie beiden Targetkammern zu sehen.

Dieser 100 kV-Beschleuniger wur-de im Forschungszentrum Karlsru-he entwickelt und war dort bereitsmehrere Jahre erfolgreich im Ein-satz.

In der ECRIS (Electron CyclotronResonance Ion Source) wird einIonenstrahl hoher Intensität erzeugtund mit derzeit bis zu 60 kVbeschleunigt. Mit dem 90° Analy-siermagneten können die ge-wünschten Ionen herausgefiltertwerden. Diese werden an-schließend durch ein elektrosta-tisches Quadrupol-Duplett fokus-siert und bei Bedarf auch über dasTarget gescannt, um eine gleich-mäßige Bestrahlung der medizinis-chen Implantate zu gewährleisten.

Der Beschleuniger ist aufgebaut,funktionstüchtig und hat eine TÜV-geprüfte Betriebsgenehmigung.

Momentan befindet sich der Be-schleuniger in der Optimierungs-phase. Nicht-radioaktive 31P-Strahlen wurden bereits erfolgreichbis zum Target in ausreichenderIntensität geleitet.

Im Herbst 2010 wurden die ersten 32P-Sputterkathoden hergestellt. Dafür wurden die Kathodenim RUBION mit nicht-radioaktivem 31P gefüllt und anschließend zur Aktivierung über Neu-troneneinfang zum Forschungsreaktor FRM II nach Garching geschickt. Die ersten Tests wurden


mit einer Aktivität von 100 MBq durchgeführt. Hier konnten Ströme von ungefähr 300 nA für32P-Ionen (inkl. Kontaminationen von O2, 31PH und weiteren) erreicht werden. Für eine nur mit

Abb. 2: In einer Kupferplatte implantiertes 32P.Die Aktivität ist über die Farben kodiert, der gesamte im

Bild dargestellte Bereich beträgt etwa 6×4 cm2.

31P beladene Kathode ergabensich hier Ströme von nur ca.150 nA. Als zusätzlicher Nach-weis für 32P wurde dieser Ionen-strahl in eine Kupferplatte im-plantiert. Anschließend wurde dieAktivität dieser Platte mit Hilfedes Bio-Imagers bestimmt(Abb. 2). An der implantiertenStelle ist ein deutlicher Anstiegder Aktivität gegenüber der rest-lichen Platte zu erkennen. Da au-ßer dem 32P keine weiteren radio-aktive Stoffe in Frage kommen,ist dieses definitiv im Ionenstrahlenthalten.

Weitere Probleme ergeben sich in der Handhabung der radioaktiven Sputterkathoden. Das nicht-radioaktive 31P wird nur per Hand in die Kathoden gedrückt, so dass sich beim Transport kleinePhosphor-Fragmente lösen können, die ein sauberes Arbeiten nach der Aktivierung erheblicherschweren. Daher soll die Kathode vor der Aktivierung in einem Behälter aus Quarzglaseingeschlossen werden. Dieses Material ist unempfindlich gegenüber Neutronenaktivierung, er-zeugt also keine langlebigen radioaktiven Isotope, so dass die Sputterkathode während der Ak-tivierung und bis zu ihrem Einbau in die ECRIS in diesem Behälter verbleiben kann. Einzusätzlicher Behälter aus Plexiglas während des Transports und der Lagerung gewährleistet denSchutz vor den Elektronen des reinen Beta-Strahlers 32P.

Die Schutzbehälter aus Quarzglas und Plexiglas werden zur Zeit entwickelt und anschließendmit 31P-gefüllten Sputterkathoden zum Aktivieren nach Garching versendet.

20.07.2011 Thomas Lenders, Katrin Fortak, Ralf Kunz


Beryllium-7-Implantationsverfahren für Hochleistungskomposit-Materialien

Katrin Fortak, Ralf Kunz, Thomas Lenders, Jan Meijer (RUBION), Lucio Gialanella (INFN Sezione di Napoli, Neapel, Italien)

seit 2009

Für Abriebuntersuchungen soll 7Be in das zu untersuchende Material implantiert werden. Da 7Beüber Elektroneneinfang zu 7Li zerfällt, und dabei in 10% der Zerfälle ein Folge-Gamma emittiertwird, kann über den Nachweis dieses Gammas die Menge des Materialabriebs bestimmt werden.

Zur Implantation sollen dabei möglichst hoch geladene 7Be-Ionen mit einer ECR-Ionenquelle er-zeugt, mit bis zu 100 kV beschleunigt und anschließend in einem 90°-Magneten analysiert wer-den. Bei der Verwendung von 7Be4+

kann im Magneten das Beryllium vom durch Zerfall in derQuelle entstehenden 7Li getrennt werden. Außerdem können dann höhere Energien der Berylli-um-Ionen erreicht werden. Das Beryllium wird mit einer Elektrode in die ECR-Ionenquelle ge-bracht und soll durch Anlegen einer Spannung durch das Trägergas aus der Elektrode gesputtertwerden.

Abb.1.: Foto des 7Be-Implanters. Auf der rechten Seite befindet sich die ECRIS, links danebenfolgt die Turbomolekular-Pumpe mit Druckmessung, dann die Einzellinse und der 90°-Analysiermagnet.


Durch eine nachfolgende Einzellinse, den 90°-Magneten und ein elektrisches Quadrupol-Dublettsoll der Strahl dann auf das Target fokussiert, bzw. der fokussierte Strahl bei Bedarf über dasTarget gescannt werden.

Abb.2: Endstück der Beamline. Nicht mehr im Bild befindet sich auf der rechten Seite der Ana-lysiermagnet. Von rechts nach links folgen Blendenwürfel, Ablenkeinheit, Faraday-Cup undDruckmessung. Noch nicht angeflanscht ist die letzte Turbmolekular-Pumpe. Im hinteren Teilwird das zu implantierende Target installiert.

Bisher erfolgte der Aufbau der Strahlführung und der Quelle. Als Ionenquelle wird einebaugleiche ECRIS verwendet wie beim MED-Implanter. Da das Beryllium jedoch im Gegensatzzum dort benutzen Phosphor nicht chemisch aus der Elektrode gelöst werden kann, musste dieHalterung der Sputterkathode angepasst werden. Sie besteht nun aus einem isolierendenKeramikröhrchen, durch das eine Leitung zur Kathode führt, um diese auf ein niedrigeres Poten-tial zu legen als die gesamte Quelle. Somit soll das Sputtern ermöglicht werden. Ein geeignetesNetzteil ist bestellt. Zusätzlich ist über das Keramikröhrchen die Position der Kathode im Plasmavariabel einstellbar.

Der Beschleuniger ist betriebsbereit. Es wurden bisher einige Testläufe gefahren. Mitte 2011wird die ECRIS mit der ersten 7Be-Kathode beladen und getestet. Da die Ionenquelle momentannur für die Erzeugung einfach geladener Ionen ausgelegt ist, muss dann die Optimierung auf hö-here Ladungszustände erfolgen. Zweifach geladene Ionen konnten aber bereits bei Testläufennachgewiesen werden.

19.07.2011 / Ralf Kunz, Katrin Fortak


Aufbau eines STED-Mikroskops

Patrick Happel, Nina Schwering, Jan Meijer (RUBION), Dominik Wildanger (Abteilung NanoBiophotonics, Max-Planck-Institut für biophysikalischeChemie, Göttingen)

Projekt: Aufbau und Bereitstellung eines STED-Mikroskops als zentrale Serviceeinrichtungder RUB

seit 2009

Der deutsche Physiker Ernst Abbe formulierte in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts seineTheorie zur Bildentstehung in einem Mikroskop [1] und beschrieb, dass das Auflösungsver-mögen eines Fernfeld-Mikroskops, also der minimalen Abstand zweier kleiner Objekte, bei demdiese noch voneinander unterschieden werden können, ungefähr der halben Wellenlänge desLichts entspricht. Diese „Abbesche Beugungsgrenze“ limitierte die Detailgenauigkeit mikro-skopischer Aufnahmen, so dass bspw. Strukturen in Zellen, die kleiner als die Beugungsgrenzesind, nicht hinreichend analysiert werden konnten. Stefan Hell stellte 1994 das Konzept derstimulated emission depletion (STED)-Mikroskopie vor, welches es ermöglicht, dieBeugungsgrenze bei fluoreszenzmikroskopischen Aufnahmen zu umgehen und somit mikro-skopische Fernfeld-Aufnahmen anzufertigen, die das Auflösungsvermögen herkömmlicherMikroskopie deutlich übertreffen und zeigte die praktische Umsetzung dieses Verfahrens 1999[2,3]. Seitdem wurde die STED-Mikroskopie durch weitere Entwicklungen verbessert und ihreEinsatzmöglichkeiten bei der Untersuchung unterschiedlichster lebenswissenschaftlicherFragestellungen gezeigt [4,5,6].

Abb.1: Verbesserung der Auflösung durch STED-Mikroskopie. A: Vergleich zwischen konfokaler (Aa) und STED-mikroskopischer (Ab) Aufnahme der selbenProbe fluoreszierender Nanopartikel (Durchmesser 40 nm). Ac: Vergrößerung des markiertenAuschnitts. B: Analyse der einzelnen Nanopartikel ergibt eine durchschnittliche Halbwertsbreite von77 nm ± 4,4 nm.Skalierungen: 500 nm (Aa,b); 250 nm (Ac).

Im RUBION wurde ein STED-Mikroskop aufgebaut, was allen Wissenschaftlern der Ruhr-Universität zur Verfügung steht. Der Aufbau beruht im Wesentlichen auf dem von Wildanger et


al. 2008 [7] beschriebenen. Abbildung 1 zeigt die verbesserte Auflösung des RUBION-STED.Während in der konfokalen Aufnahme mehrere nahe beieinander liegende Nano-Beads als ein-zelner, unscharfer Spot erscheinen, sind in der STED-mikroskopischen Aufnahme die einzelnenPartikel deutlich zu unterscheiden (Abb. 1Ac).Eine Analyse der einzelnen Nanopartikel ausAbb. 1Ab ergibt eine mittlere Halbwertsbreite (full width at half maximum, FWHM) und somitein Auflösungsvermögen von 77 nm ± 4,4 nm (Standardfehler, 14 analysierte Partikel, Mittelüber beide lateralen Richtungen).

Abb.2: A: Konfokale und B: STED-Aufnahme von Vimentin aus Ptk2-Zellen. A und Ba: Rohdaten, Bb: STED-Aufnahme nach Entfaltung mit dem Richardson-Lucy-Algorithmus. C: Vergrößerungen der in A und B markierten Bereiche bei maximalem Kontrast.D: Intensitätsprofil entlang der in Ca und Cb eingezeichneten Linien.

Abbildung 2 zeigt den Informationsgewinn durch hochauflösende Mikroskopie anhand einer bi-ologischen Probe. Aufgenommen wurde das mit einem Fluoreszenzfarbstoff (Atto 590, Atto-Tech, Siegen) markierte Protein Vimentin, ein Baustein des Zytoskeletts. Abbildungsteil A zeigtdie konfokale, Abbildungsteil B eine STED-mikroskopische Aufnahme der selben Probe. ImVergleich zur konfokalen Aufnahme sind in der STED-Aufnahme die einzelnen Stränge desdichten Netzwerks aus Proteinen deutlich besser voneinander zu unterscheiden. Abbildungsteil Czeigt Vergrößerungen der markierten Bereiche aus A und B mit auf den jeweiligen Ausschnittoptimierten Kontrast. Die Intensitätsprofile entlang der in Ca und Cb eingezeichneten Liniensind in Abbildungsteil D dargestellt. An der durch das graue Rechteck markierten Stelle ist zu


erkennen, dass sich im konfokalen Bild die Fluoreszenz zweier nahe beieinander liegenderStrukturen zu einem lokalen Maximum addieren, während in der STED-mikroskopischen Auf-nahme diese Strukturen voneinander getrennt werden können und das Intensitätsprofil an dieserStelle ein lokales Minimum aufweist.

Das RUBION-STED-Setup ist aktuell dazu geeignet, in einer Messung einen einzelnen Fluores-zenzfarbstoff zu untersuchen. Erweiterungen hin zur Aufnahme zweier Farbstoffe gleichzeitigsind geplant, ebenfalls soll untersucht werden, inwieweit sich entsprechend markierte, lebendeZellen abbilden lassen.Literatur:

1. Ernst Abbe: Beiträge zur Theorie des Mikroskops und der Mikroskopischen Wahrnehmung. Archiv für Mikro-skopische Anatomie 9, 1873;

2. Stefan W. Hell and Jan Wichmann: Breaking the diffraction resolution limit by stimulated emission: stimulated-emission-depletion fluorescence microscopy. Optics Letters. 19, Nr. 11, 1994;

3. Thomas. A. Klar, Stefan W. Hell: Subdiffraction resolution in far-field fluorescence microscopy. Optics Letters.24, Nr. 14, 1999;

4. Derek Toomre and Joerg Bewersdorf: A New Wave of Cellular Imaging. Annual Review of Cell and Develop-mental Biology 26, 2010

5. Bo Huan, Hazen Babcock and Xiaowei Zhuang: Breaking the diffraction barrier: super-resolution imaging ofcells. Cell 143, 2010;

6. U. Valentin Nägerl and Tobias Bonhoeffer: Imaging Living Synapses at the Nanoscale by STED Microscopy. JNeurosci 30, 2010;

7. Dominik Wildanger, Eva Rittweger, Lars Kastrup and Stefan W. Hell: STED microscopy with a supercontinuumlaser source. Optics Express 16, 2008

Danksagung: Wir bedanken uns bei den Mitarbeitern der Abteilung NanoBiophotonics des MPIGöttingen für die Anfertigung und Bereitstellung einiger Proben sowie bei der fein-mechanischen Werkstatt der Fakultät für Chemie und Biochemie sowie der Werkstattder Fakultät für Biologie für die unkomplizierte Zusammenarbeit.

Weitere Information: http://sted.rubion.rub.de

23.05.2011 / Patrick Happel


C.4 Lehre

Abschlussarbeiten Studiengang Biochemie:

In enger Zusammenarbeit mit Frau Prof. Dr. Dietzel-Meyer bietet das RUBION Abschlussar-beiten mit vorausgehenden vertiefenden Praktika für Studierende des Studiengangs Biochemiean.

Promotion:

Patrick Happel: Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr-Universität Bochum, 2010Lokale Volumenänderungen migrierender Oligodendrozyten-Vorläuferzellenbestimmt mithilfe der Raster-Ionenleitfähigkeitsmikroskopie.

Bachelor:

Dennis Thatenhorst: Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr-Universität Bochum, 2010Beobachtung von C6-Zellen mit Hilfe der Rasterionenleitfähigkeitsmikroskopie.

Patrick Antonietti: Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr-Universität Bochum, 2010Untersuchung der Strahlensensitivität von C6-Gliomazellen der Ratte gegen-über Gammastrahlen von 220 kV.

Abschlussarbeiten Studiengang Physik:

Dissertation:

Antonino DiLeva: Fakultät für Physik und Astronomie der Ruhr-Universität Bochum, 2009Measurement of 3He(α,γ)7Be cross section with the recoil mass separator ERNA.

Bachelor:

Karin Groot-Berning: Fakultät für Physik und Astronomie der Ruhr-Universität Bochum, 2010Entwicklung eines universellen Messsystems zur Energiebestimmung für Teil-chenbeschleuniger.


Strahlenschutzkurse

Jan B. Meijer, Ralf W. Kunz, Patrick Happel, Katrin Fortak (RUBION), Dirk Meyer (Fakultätfür Physik und Astronomie), Mathias Lübben (Institut für Biophysik), Bodo Schalwat (Stabs-stelle Zentraler Strahlenschutz)

2009/2010

In Kooperation mit der Stabsstelle Zentraler Strahlenschutz der Ruhr-Universität Bochum wur-den amtlich anerkannte Kurse zum Erwerb und zur Aktualisierung der Fachkunde im Strahlen-schutz durchgeführt.

Dabei werden Kenntnisse vermittelt in den folgenden Bereichen:

Naturwissenschaftliche Grundlagen

Gesetzliche Grundlagen, Empfehlungen und Richtlinien

Aufgaben und Pflichten des Strahlenschutz-Verantwortlichen und des SSB

Strahlenschutz-Messtechnik

Strahlenschutz-Technik

Strahlenschutz-Sicherheit

Umgang mit umschlossenen und offenen radioaktiven Stoffen

Erwerb der Fachkunde:

Der einwöchige Kurs „S 4.1“ dient dem Erwerb der Fachkunde für den Umgang mit offenenund umschlossenen radioaktiven Stoffen.

2009: In zwei Kursen wurden insgesamt 45 Personen geschult. Davon waren 40 Studierende, 1 Mitarbeiter der RUB und 4 externe Teilnehmer.

2010: In drei Kursen wurden insgesamt 67 Personen geschult. Davon waren 52 Studierende, 10 Mitarbeiter der RUB und 5 externe Teilnehmer.

Aktualisierungskurse:

Zum Erhalt der Fachkunde sind in fünf-jährigen Abständen Aktualisierungskurse zu absol-vieren.

In den Jahren 2009 und 2010 wurde je ein Kurs nach StrlSchV durchgeführt.2009 haben 4 Mitarbeiter der RUB und 8 Externe teilgenommen, 2010 verzeichneten wir3 Mitarbeiter der RUB und 1 externen Teilnehmer.

17.03.2011 / Dorothee Rohmann & Bodo Schalwat


Erst- und Wiederholungsunterweisungen (§38 StrlSchV)

Jan B. Meijer, Thomas Lenders, Michael Siewert, Stephan Spöllmann (RUBION)

2009/10, 14-tägig, und nach Bedarf

Die Teilnahme an einer Erstunterweisung ist eine Voraussetzung für das Arbeiten im radioakti-ven Kontrollbereich. Neben den gesetzlich vorgeschriebenen Inhalten werden in der Unterwei-sung die Schutzmaßnahmen behandelt, die beim praktischen Arbeiten mit offenen radioaktivenStoffen zum Schutz der Nutzer anzuwenden sind.

Laut Strahlenschutzverordnung müssen Beschäftigte in Kontrollbereichen jedes Jahr an einerWiederholungsunterweisung teilnehmen. Hier wählen wir ein Schwerpunktthema aus demStrahlenschutzbereich aus, auf das wir - auch in Diskussionen - näher eingehen. Zusätzlich in-formieren wir über gesetzliche Änderungen, die die Nutzer betreffen, und über Neuerungen imKontrollbereich. Weiterhin besteht in den Wiederholungsunterweisungen die Möglichkeit, aufFragen einzugehen, vor allem, wenn sie von allgemeinem Interesse sind.

Es wurden insgesamt 267 (2009) und 319 (2010) Personen unterwiesen.



Seminar zu Ionenstrahlen und Radionukliden in Wissenschaft und Technik

Jan B. Meijer,

Gehaltene Vorträge: (SS 2009: VZ: Seminare zur Kern- und Teilchenphysik 160 423):

Detlef Rogalla, RUBION ERNA Statusbericht

Alfred Ludwig,Werkstoffe der Mikrotechnik

Entwicklung multifunktionaler Werkstoffe mit den Methodender kombinatorischen Materialforschung

Michael Kieschnick, RUBION Formierung von Ge- und GeSi - Mischclustern in Quarzglas

Helmut Bühler,Marienhospital Herne

Generelle Einführung in die Tumorentstehung und -Progression

Dominik Wildanger,MPI Göttingen

Funktion des STED-Mikroskops

Reinhart Job,Fern-Uni Hagen

Dotierung von FZ-Silizium durch Implantation mit leichtenIonen und Wasserstoffplasmabehandlungen

Jörg Lindner,Universität Paderborn

Ionenstrahlmodifikation kleiner Oberflächenbereiche mittelsselbstorganisierter Nanomasken

Frank Paris, Tierphysiologie Messung von Hormonrezeptoren als Praktikumsversuch

Frank Strieder, Physik Kohlenstoff-Brennen in Sternen und die Elementsynthese

Gehaltene Vorträge: (WS 2009/2010: VZ: Seminare zur Kern- und Teilchenphysik 160 422):

Ralf Kunz, RUBION Halbwertszeit und Temperatur

David Steinmetz,Uni Saarbrücken,

Photonische Kristalle

Helmut Bühler,Marienhospital Herne

Tumoren, Teil II: Therapiemöglichkeiten

Hans-Werner Becker, Physik Materialanalyse am Tandem - Prinzipien und Beispiele

Patrick Happel, RUBION Volumenänderungen während der Zellmigration

Rolf Heumann,Molekulare Neurobiochemie

Von neuen Nervenzellen, Krebsgenen und Gedächtnisprozes-sen

Frank Paris, Tierphysiologie Geschichte der Evolutionstheorien

Sumit Chakraborty, GMG Vulkane

Sebastian Neumann,Molekulare Neurobiochemie

Minimierte Schwankungen des intrazellulären Calciums wäh-rend der Transfektion mit DNA funktionalisierten Calciump-hosphat Nanopartikeln


Charles Soukou,Spezielle Zoologie

Milben, Wanzen und Kakerlaken

Frank Paris, Tierphysiologie Messung von Hormonrezeptoren als Praktikumsversuch

Ralf Linker, ZKF Von Tätern und Opfern im zentralen Nervensystem: Erkennt-nisse aus experimmentellen Modellen der Multiplen Sklerose

Gehaltene Vorträge: (SS 2010: VZ: Seminare zur Kern- und Teilchenphysik 160 423):

Sébastien Pezzagna, RUBION NV-Zentren - Statusbericht

Ingo Plümel, Uni Duisburg Gasphasen-Synthese von Silizium-Nanopartikeln für den Clu-sterjet

Irmgard Dietzel-Meyer, Molekulare Neurobiochemie

Kann man Zeit gewinnen, indem man schneller redet?

Ulrich Kunze, Werkstoffe & Nanoelektronik

Erste Erfahrungen mit dem Helium-Ionen-Mikroskop ZeissORION® PLUS

Christa Baumstark-Khan, DLR Köln

Die Wirkung Weltraum-relevanter Strahlenqualitäten aufmenschliche Zellen

Elisabeth Jüschke, Bodenkunde

Dynamik des organischen Kohlenstoffs in Böden

Dirk Reuter, Physik Erzeugung vergrabener mikrostrukturierter Leitfähigkeitspfademittels Ionenimplantation

Jan Meijer, RUBION Perspektiven für RUBION



Blockpraktikum: Ionenstrahlanalytik.

Jan Meijer, RUBION

Jeweils im Februar 2009 und 2010 wurde ein Ionenstrahlpraktikum zusammen mit dem Institutfür Nanostrukturierung (Prof. Lindner) der Universität Paderborn durchgeführt. An dieser ein-wöchigen Blockveranstaltung nahmen jeweils 20 Studierende der Universitäten Bochum undPaderborn teil. In dem Kurs finden an den Vormittagen verschiedene Vorträge über Ionen-strahltechniken statt, an den Nachmittagen stehen alle Beschleuniger für 5 verschiedene Ex-perimente, die in Gruppen à 4 Studenten alternierend durchgeführt werden, zur Verfügung.

Als Versuche wurden durchgeführt:

Wasserstoffanalyse an Metallhydriden für die Wasserstoffspeicherung

PIXE (Particle induced X-ray emission) an Umweltproben

Ionenimplantation, Dotierung von Halbleitern mit B und Protonen, elektr. Charakterisie-rung

RBS (Rutherford-Rückstreu-Analyse) zur standartfreien Messung von chemischen Zu-sammensetzungen in Dünnfilmen, z.B. Innenbeschichtung von PET-Cola-Flaschen

Nanoimplanter: Erzeugung von Nano-Aperturen

Die Studenten erlernen in diesem Blockkurs die theoretischen Hintergründe und die praktischeAnwendung von Ionenenstrahlen zur quantitativen Analyse der Zusammensetzung und Strukturder oberflächennahen Bereiche von Festkörpern in Vorlesungen und anhand ausgewählter Ein-zelprojekte.

Folgende Kenntnisse werden erworben:

Festkörperanalyse mit Methoden der nuklearen Festkörperphysik

Funktionsweise und Umgang mit kleinen Teilchenbeschleunigern

Vakuum- und Hochspannungstechniken

Strahlenschutz

Ionen-Festkörper-Wechselwirkung, Ionenstrahlphysik

Aufgrund der großen Nachfrage dieses Kurses ist es diesem Jahr geplant, eine Summerschoolnach ähnlichem Muster durchzuführen.

06.12.2011 / Jan Meijer


C.5 Presse

RUBION Pressespiegel

23.02.2009 (Uni Ulm, Pressemitteilung)„Durchbruch in der Nanotechnologie:Strukturierungsverfahren zur Herstellung neu-artiger Bauelemente mit einzelnen Atomen“

»... Einem Forscherteam aus dem Institut fürQuanteninformationsverarbeitung an der Uni-versität Ulm ist es nun in Zusammenarbeit mitRUBION, der zentralen Einheit für Ionen-strahlen und Radionuklide an der Ruhr-Universität Bochum, zum ersten Mal gelun-gen, eine neue Art von Ionenquelle zu entwik-keln, welche auf einer Ionenfalle basiert. ... «

Physical Review Letters Vol. 102, (20. Februar 2009) 070501

Segmentierte lineare Paulfalle alsdeterministische Einzelionenquelle fürlasergekühlte Ionen.

01.03.2010 (Uni Bochum, Pressemitteilung)„Ein Schritt in Richtung Quantencomputer“Nature Physics: Kopplung von Stickstoffzentrenim Diamant gelungen - Forschergruppeentwickelt Quantenregister bei Raumtemperatur

» Ein weiterer entscheidender Schritt in Rich-tung Quantencomputer ist geglückt: Forschernder Ruhr-Universität Bochum, der Universitä-ten Stuttgart und Austin/Texas (USA) gelanges erstmals, zwei Stickstoffatome in einemAbstand von nur wenigen Nanometern so zuplatzieren, dass über eine Laseranregung einequantenmechanische Koppelung entsteht. ... «

Nature Physics, Published online (28 February 2010), doi: 10.1038/NPHYS1536

NV-Zentrum: Ein Stickstoffatom (N)und eine Fehlstelle (V) bilden im Dia-mantkristall ein NV-Zentrum. Es kanndurch Laseranregung mit einem weite-ren NV-Zentrum quantenmechanischgekoppelt werden. Die Besonderheitist, dass diese Kopplung auch beiRaumtemperatur gelingt.



D. Fakultät für Maschinenbau

D.1 Institut für Werkstoffe

D.1.1. AG Pohl - Werkstoffprüfung

Gerke, KW 11

D.1.2. AG Ludwig - Werkstoffe der Mikrotechnik

Messung der Zusammensetzung, Dichte und Integrität von SiCr Schichten

Michael Kieschnick, Detlef Rogalla, Jan Meijer, (RUBION, Zentrale Einrichtung der RUB),Joachim Sonntag, (MEAS Deutschland GmbH-HL-Planartechnik, Hauert 13, D-44227 Dort-mund)Alan Savan, Alfred Ludwig, (Lehrstuhl Werkstoffe der Mikrotechnik, RUB)

Projekt: „Entwicklung von Nanocomposites mit hohem Figure-of-Merit. Teil 1: Experimen-telle Überprüfung der Transportheorie zu Nanocomposites.“ (J. Phys.: CondensedMatter 21 (2009) 175703).

Seit November 2009

SiCr Schichten mit Dicken von ca. 40, 100 und 300nm, sowie 1µm wurden mittels Sputter Co-Deposition erzeugt. An diesen Schichten wurden Messungen zur Thermokraft vorgenommen.Am RUBION wurde mittels RBS die Zusammensetzung dieser Schichten bestimmt. Diese vari-ierte zwischen ca. 30 und 70% Si. Außerdem wurde untersucht in wieweit diese Schichten oxi-diert sind. Auch die Dichte der Schichten wurde unter Mithilfe der aus Stufenhöhenmessungenbekannten Dicken abgeschätzt.

Die dünneren Schichten waren komplett und unterschiedlich stark oxidiert, die 1 µm Schichtenlediglich an der Oberfläche. Außerdem erschwerte die Rauigkeit des Substrats die Dichte-Messungen. Die Messungen konnten erfolgreich durchgeführt werden.Publikation:

Joachim Sonntag et al., J. Phys.: Condens. Matter 23 (2011) 265501, doi: 10.1088/0953-8984/23/26/265501

18.02.2010, 18.07.2011 / Joachim Sonntag


Prüfung von Proben auf Verunreinigungen

Michael Kieschnick, Detlef Rogalla, Jan Meijer, (RUBION, Zentrale Einrichtung der RUB),Cezarina Mardare, Dennis König, Alfred Ludwig, (Lehrstuhl Werkstoffe der Mikrotechnik,RUB).

Oktober 2009 bis Februar 2010

Es wurden gesputterte Proben untersucht, die nicht die erwarteten Materialeigenschaften aufwie-sen um abzuklären ob die Filme Verunreinigungen mit Luft aufweisen und welcher Größenord-nung deren Anteil an der Probenzusammensetzung ist. Als Methoden hierfür dienen normaleRBS und RBS unter Ausnutzung der 3,04 MeV Resonanz für Streuung von α Teilchen an 16O.Die Arbeit wurde genutzt um Erfahrung mit der resonanten RBS an sauerstoffreichen Proben zusammeln.

Es wurden teils erhebliche Verunreinigungen festgestellt (erklärbar durch ein Luftleck in derSputterkammer). Während die ersten Proben im Bereich von ca. 15 at.% mit Luft verunreinigtwaren, konnten bei den letzten Proben nach der Beseitigung von Lecks keine Verunreinigungenmehr nachgewiesen werden.

22.02.2010 / Michael Kieschnick

Aufbau einer PC gesteuerten Multifunktionsmesskammer

Michael Kieschnick, Detlef Rogalla, Hans-Werner Becker, Jan Meijer, (RUBION, Zentrale Ein-richtung der RUB)Dario Grochla, Alfred Ludwig, (Lehrstuhl Werkstoffe der Mikrotechnik, RUB)

Projekt: Vorbereitung DFG Antrag Wasserstoffspeicherung; Dissertation M. Kieschnick, Wasserstoffspeicherung in Festkörpern

ab März 2009

Aufbau und Test einer weitestgehend automatisierten Messkammer und Integration, sowie Ent-wicklung von für die Nutzung der Kammer und Auswertung der Daten nötigen Hilfsmitteln. Essollen Proben mit einer Größe von bis zu 4 Zoll untersuchbar sein. Außerdem sollen die Proben(optional) beheizbar sein.


Abb.: Neue Messkammer ak-tueller Aufbau in der N Halle

Es wird eine Vakuumkammer entwickelt die es erlaubt NRA, PIXE und RBS Messungen aneinem einzigen Messstand durchzuführen. Die Schwerpunkte liegen dabei auf möglichst opti-maler Abstimmbarkeit auf einzelne Experimente, sowie weitestgehender Automatisierung desMessprozesses. Weiterhin wird in die Kammer eine 5 Achsen Stage integriert (XYZ, Rotationdes Probentellers, sowie Tilt) die 4 elektronisch steuerbare Achsen besitzt (alle außer Tilt). Essoll ein Programm realisiert werden, dass vorgegebene Messabläufe abarbeitet und weitgehendautonom arbeitet. Weiterhin wird ein Programm zur Erstellung dieser Messabläufe realisiert.Auch Heizer sollen in die Kammer integriert werden um temperaturabhängige Untersuchungenund heiße Implantationen zu ermöglichen. Weiterhin werden Werkzeuge zur Unterstützung derAuswertung entwickelt, da diese durch die Möglichkeit der Kammer große Datenmengen auf-zunehmen notwendig erscheinen.

In diesem Rahmen wurden außerdem an der 60° Beamline NRA Messungen mit dem 12'' NaJDetektor vorgenommen, da dieser in die Kammer integriert werden soll.

Planung und Fertigung der Kammer sind abgeschlossen. Aktuell wird die Kammer an der 105°Beamline in der N - Halle für erste Testmessungen aufgebaut, da hier auch der 500 kV Be-schleuniger zur Verfügung steht. Die Steuersoftware für die Stage wurde programmiert. Diesestellt Grundfunktionen zur Steuerung des Probenhalters bereit. Es wird an Erweiterungen zurImplementation der typischsten Proben (4 Zoll Waferdesigns Gruppe Ludwig) gearbeitet.



Untersuchung von Y Schichten als Getter zur Ausfilterung von H2 aus Vakua

Michael Kieschnick, Detlef Rogalla, Hans-Werner Becker, (RUBION, Zentrale Einrichtung derRUB),Alan Savan, Alfred Ludwig, (Lehrstuhl Werkstoffe der Mikrotechnik, RUB)

Projekt: Dissertation M. Kieschnick, Wasserstoffspeicherung in Festkörpern

seit September 2009 bis Anfang 2010

Es wurden zunächst 500 nm dicke Y Schichten untersucht, die bei verschiedenen Temperaturenmittels Formiergas (Ar 95%, H2 5%) mit Wasserstoff beladen wurden. Dabei wurde die Vertei-lung und Konzentration des Wasserstoffs innerhalb der Schicht mittels 15N NRA untersucht. Zielder Untersuchungen ist das finden von Bedingungen unter denen möglichst viel Wasserstoff auf-genommen wird, sowie wie das bei Kontakt mit Luft gebildete Oxid an der Oberfläche die Sau-erstoffaufnahme beeinflusst.

Es konnte beobachtet werden, dass durch Variation der Bedingungen beim Annealing die Eigen-schaft des Y zur Wasserstoffaufnahme stark verändert werden können. Vor allem konnte gezeigtwerden, dass auch bei Zimmertemperatur eine Y Aufnahme stattfindet. Die Arbeiten bieten au-ßerdem Ansätze für das Wasserstoffspeicherprojekt.


Untersuchung der B Konzentration in Fe/B Viellagenschichten

Michael Kieschnick, Detlef Rogalla, Hans-Werner Becker, Jan Meijer, (RUBION, Zentrale Ein-richtung der RUB)Hayo Brunken, Dario Grochla, Alfred Ludwig, (Lehrstuhl Werkstoffe der Mikrotechnik, RUB)

Projekt: DFG Schwerpunktprogramm 1299 „HAUT“

seit März 2009

Es wurden Fe/B Viellagenschichten untersucht. Diese finden Anwendungen als Schutzschichtenmit integrierten ferromagnetischen Sensorfunktionen. Es wurden zwei Ansätze verfolgt. Die BorKonzentration wurde jeweils mittels NRA untersucht.

Hierbei wurde zum einen der nahezu konstante Wirkungsquerschnitt der α0 Linie der Reaktion11B(p,α)8Be untersucht. Die Energie der verwendeten Protonen betrug für den ersten Ansatz710 keV, beim Austritt aus der Schicht ca. 670 keV. In diesem Energieintervall ist der Wir-


kungsquerschnitt der Reaktion nahezu konstant. Entsprechend wurde mit Vergleich zu einemStandard bekannter Dicke (26 nm Bor Schicht auf SiO2 Substrat) der gesamt Bor Gehalt derFe/B Schichten ermittelt.

Da diese Methode keine Tiefeninformation bietet wurden außerdem am 500 kV Beschleunigererste Versuche unternommen mit Hilfe der 163 keV Resonanz tiefenaufgelöste Konzentrations-messungen durchzuführen.

Mit der zuerst vorgestellten Methode konnte erfolgreich die Zusammensetzung gemessen wer-den. Hier soll jedoch weiter optimiert werden. Die Ergebnisse wurden bereits in einer Studienar-beit verwendet.Publikation: in Vorbereitung; akzeptiert in „Science and Technology of Advanced Materials“.


Untersuchung der Zusammensetzung von ferromagnetischen Formgedächt-nisdünnschichten basierend auf dem Fe70Pd30 System

Sven Hamann, Dario Grochla, Alfred Ludwig, (Lehrstuhl Werkstoffe der Mikrotechnik, RUB),Michael Kieschnick, Detlef Rogalla, Hans-Werner Becker, Jan Meijer, (RUBION, Zentrale Ein-richtung der RUB)

Projekt: Dissertation S. Hamann

August - November 2009

Zur Bestimmung des Aktorverhaltens von Fe-Pd beim thermischen Zyklieren, wurden Fe72Pd28Dünnschichten mit einer Dicke von 700 nm, auf 40 Si-Biegebalken (100 µm), mittels Magne-tronsputterdeposition hergestellt. Dabei wurde ein kombinatorischer Ansatz gewählt, bei dem dieZusammensetzung über die einzelnen Biegebalken in einem Bereich von 71.8 bis 72.2 at.% va-riiert wurde. Die Zusammensetzung entlang eines Biegebalkens wurde dabei konstant gehaltenund mittels Energy Dispersive X-Ray Analysis (EDX) bestimmt. Da der Fehler bei der EDXMessung trotz Kalibration mittels eines Fe70Pd30 Standards bei ca. 0.3 at.% liegt wurde ein zu-sätzliches Verfahren benötigt, um den Trend der Zusammensetzung über die einzelnen Biege-balken zu bestätigen. Dazu wurde die Zusammensetzung von 5 verschiedenen Biegebalken mit-tels PIXE bestimmt. Die Ergebnisse der PIXE Messung zeigen einen leicht abweichenden Ab-solutwert für die Zusammensetzung an, der Trend über die verschiedenen Biegebalken bleibt je-doch vorhanden, so dass die Variation mit anderen Messergebnissen korreliert werden kann.

Zur Untersuchung des Fe-Pd-B Systems wurden Dünnschichten auf einem 4 inch Si-Wafer Sub-strat, mittels Magnetronsputterdeposition, hergestellt. Dabei wurde ein B Gradient über die kom-plette Fläche des Substrats realisiert. Auf eine homogene Fe70Pd30 Schicht (16 nm) wurde eineB Keilschicht (Mitte des Substrats ca. 4 nm) abgeschieden, so dass sich eine Gesamtdicke vonca. 20 nm für eine Multilayerlage ergibt. Dieser Vorgang wurde 24 Mal wiederholt, so dass eine


Gesamtschichtdicke von ca. 500 nm erreicht wurde. Bei der Herstellung wurde eine Zusammen-setzung von Fe51Pd22B27 in der Mitte des Substrats berechnet. Da B ein sehr leichtes Elementist, war es nicht möglich die Zusammensetzung mittels EDX zu bestimmen, so dass eine alterna-tive Methode benötigt wurde. Dazu wurden RBS Messungen an den Fe-Pd-B Dünnschichtendurchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Berechnung und die Ergebnisse der RBS Mes-sung bis auf 1 at.% übereinstimmen.

Die Ergebnisse RBS Messungen entsprechen der Berechnung der Schichten. Die PIXE Messun-gen haben vorhandene (qualitative) EDX Messungen qualitativ bestätigt.

17.02.2010 / Sven Hamann

Verifikation der Zusammensetzung von Materialbibliotheken des Mg – B – AlLegierungssystems

Michael Kieschnick, Detlef Rogalla, Hans-Werner Becker, Jan Meijer, (RUBION, Zentrale Ein-richtung der RUB)Dario Grochla, Alfred Ludwig, (Lehrstuhl Werkstoffe der Mikrotechnik, RUB)

seit Oktober 2010

Es wurden Materialbibliotheken des Mg-B-Al Legierungssystems abgeschieden und mittels RBShinsichtlich ihrer Zusammensetzung untersucht. Die so gewonnenen Daten wurden mit EDXMessungen der Zusammensetzung abgeglichen um die Zuverlässigkeit der EDX Messungen zuüberprüfen. Da Mg und Al eine sehr ähnliche Masse haben (dies ist speziell für kleine Al Kon-zentration problematisch, da Mg auch ein Isotop der identischen Masse wie Al hat) und B nurindirekt über die erhöhte Stopping Power gemessen wird, wurde auch eine Referenzmessunggemacht um die Reproduzierbarkeit der RBS Daten zu überprüfen. Hierbei lag die Abweichungbeider Messungen im Mittel bei ca. 2-3%. Für sehr kleine Konzentrationen kann die Ab-weichung allerdings deutlich höher liegen, da durchschnittlich eine Messungenauigkeit von 1at%auftritt.

Es konnte eine sehr gute Übereinstimmung von EDX und RBS gezeigt werden. EDX Messungensind daher prinzipiell geeignet um die Zusammensetzung der Mg-B-Al Bibliotheken zu verifizie-ren. Es konnte gezeigt werden, dass die RBS Messung trotz der angesprochenen Probleme sehrgut reproduzierbar durchgeführt werden konnte.



E. Fakultät für Physik und Astronomie

E.1 Lehrstuhl für Experimentalphysik IV

E.1.1. AG Zabel - Festkörperphysik

Zabel und Westerholt !!

E.2 Lehrstuhl für Experimentalphysik VI

E.2.1. AG Wieck - Angewandte Festkörperphysik

Definition vergrabener leitfähiger Kanäle in GaAs mittels Ar-Isolationsimplantation

Dirk Reuter, Ashish Rai, Lehrstuhl für Angewandte Festköperphysik, Hans-Werner Becker, Fakultät für Physik und Astronomie

Projekt: Herstellung von µ-Schottky Dioden zur Verwendung als Einzelphotonenquellen.

Seit September 2009

Am Lehrstuhl für Angewandte Festkörperphysik werden GaAs-Heterostrukturen mit einer leitfä-higen Schicht von etwa 260 nm Dicke hergestellt. Diese Schicht liegt ca. 170 nm unter der Ober-fläche. Vor der Implantation wird auf der Oberfläche mittels Photolithographie eine Lackschichtstrukturiert, so dass die Ionen nur in bestimmten Bereichen in den Halbleiter eindringen können.Anschließend wird Ar mit einer Energie von 400 keV und einer Fluenz von~5×1014 cm-2 implantiert. Diese Implantation zerstört die elektrische Leitfähigkeit durch die Ge-neration von Fehlstellen, so dass große Bereiche der Probe nun nicht-leitfähig sind. Insgesamthat man durch die Ar-Implantation in der vergrabenen Leitfähigen Schicht Kanäle von 2 µmBreite und ca. 30 µm Länge definiert. Anschließend wird die Probe am Lehrstuhl für Ange-wandte Festkörperphysik weiterprozessiert.

Die Implantation läuft sehr zufriedenstellend. Die ereichte Isolation ist sehr gut. In der weiterenProzessierung der Proben gibt es noch Herausforderungen, so dass wohl noch weitere Implanta-tionen erforderlich sind.Publikation in Vorbereitung

23.03.2010 / Dirk Reuter


E.3 Lehrstuhl für Astronomie

E.3.1. AG Träbert – Ionenstrahlspektroskopie

Lebensdauermessungen an komplexen Wenigelektronensystemen und Auf-zeichnung von VUV-Spektren von astrophyskalischem Interesse

Elmar Träbert, (Fakultät für Physik und Astronomie, RUB)

Projekt: DFG: „Measurement of atomic spectra and level lifetimes in multiply charged ionsof astrophysical interest“

ab 2010

Eine vorhandene Mehrzweck-Messkammer der früheren AG Ionenstrahlspektroskopie wurdeentmottet und mit einem kompakten Vakuum-UV-Spektrometer (Eigenbau) auf der Basis eineshochauflösenden Beugungsgitters (2400 l/mm) ausgestattet. Im Off-line-Betrieb mit einerHohlkathodenlampe wurde die Betriebstauglichkeit des Spektrometers nachgewiesen. Im Betriebmit Ionenstrahl (der in der selben Vakuumkammer beim Durchfliegen einer dünnen Kohlens-tofffolie umgeladen und angeregt wird) tritt eine hohe Untergrundsignalrate auf, die durch um-fangreiche Abschirmmaßnahmen bisher zwar reduziert, aber noch nicht hinreichend unterdrücktwerden konnte. Weitere Abschirmungen sind in der Erprobung, damit letztendlich das optischeSignal vom angeregten Ionenstrahl möglichst frei von Untergrundbeiträgen orts- (und damitzeit-) aufgelöst aufgezeichnet werden kann.

Im Zuge der Wiederaufnahme der Ionenstrahlspektroskopie am Tandembeschleuniger wurdeneinige ältere Messdaten in Zusammenarbeit mit Theoretikern analysiert. Die Daten wurden sei-nerzeit mit einem Iod-Ionenstrahl von 44 MeV gewonnen und auf Beiträge von Cu-, Zn-, Ga-and Ge-ähnlichen Ionen (mit 29 – 32 Elektronen) hin untersucht. Diese Ionenenergie ist diehöchste für atomphysikalische Experimente am Bochumer Tandembeschleuniger erreichte; ob-wohl die Energie nur halb so hoch war wie die zur Erzeugung dieser Ladungszustände optimale,waren Strahlstrom und Signalrate viel höher als die in einem Konkurrenzexperiment bei Opti-malenergie erreichten Werte. Messungen und Rechnungen zielten in diesem Fall auf Interkom-binationsübergänge (Spinwechsel) in Zn-, Ga- und Ge-ähnlichen Iod-Ionen; die chinesischenRechnungen mit dem GRASP2K Code unterstützen die experimentellen Befunde im Detail.Publikationen:

J. G. Li, E. Träbert, C. Z. Dong, Physica Scripta 83, 015301 (2011)

E. Träbert, Physica Scripta T, (2011) (im Druck)

21.03.2011 / Elmar Träbert


F. Fakultät für Geowissenschaften

F.1 Geographisches Institut

F.1.1. AG Marschner - Bodenkunde und Bodenökologie

Einfluss zunehmender Schwermetallbelastung auf mikrobielle Aktivität

Heike Ohm, Bodenkunde/Bodenökologie, Geographisches Institut, RUB

Projekt: Mikrobiologische und isotopenchemische Untersuchungen zur Klärung der Wir-kungsmechanismen von Priming-Effekten beim Abbau organischer Bodensubstanz.

Juni - Juli 2009

Das Ziel dieser Studie war es den Einfluss steigender Menge an Kupfer und Zink auf die mikro-bielle Aktivität, die Substratmineralisation und die Priming Effekte in zwei australischen Bödenzu untersuchen. Es sollte herausgefunden werden, ob die steigende Toxizität zu einem veränder-ten Metabolismus der mikrobiellen Population führt, und ob sich dies für Kupfer und Zink sowieverschiedene Böden unterscheidet, da davon ausgegangen werden kann, dass die Mikroorganis-men mit zunehmender Toxizität mehr gestresst werden.

Für den Versuch wurden Proben des australischen „National Biosolids Research Program(NBRP)” verwendet. Dies wurde 2002 gegründet, um die Auswirkungen von Klärschlammauf-bringungen auf landwirtschaftliche Flächen in Australien zu untersuchen und Empfehlungen fürGrenzwerte der in Klärschlämmen enthaltenen Schwermetalle zu erstellen. Dazu wurden 17landwirtschaftliche Flächen mit unterschiedlichen Bodentypen ausgewählt, die in unterschiedli-chen klimatischen Bereichen liegen, verschiedene physiko-chemische Eigenschaften haben undauf denen verschiedene Pflanzen angebaut werden. Auf diesen Flächen wurden sowohl Versuchemit Klärschlämmen als auch mit Schwermetallen durchgeführt. Als Schwermetalle wurden Kup-fer und Zink ausgewählt, da sie den größten Anlass zur Sorge in Klärschlämmen geben. Mit Pro-ben von zwei der im NBRP angelegten Untersuchungsflächen wurden hier Experimente durch-geführt. Die landwirtschaftlichen Flächen waren mit steigenden Mengen an Kupfer- und Zink-sulfaten kontaminiert. Für den Primingversuch wurden Proben aus einer Tiefe von 0-30 cm un-tersucht. Als organische Substrate wurden einheitlich 14C-markierte Fruktose und Alanin ver-wendet. Die Zugaben erfolgten in einer Größenordnung von 13,3 µg Substrat-C mg-1

Corg mit je-weils ca. 8000 Bq pro Probe. Den Kontrollen wurde Reinstwasser zugegeben. Die Proben wur-den für 21 Tage im Respicond bei 20°C inkubiert. Das entstehende CO2 wird dabei in einer0,1 M KOH-Lösung aufgefangen und über die Änderung der Leitfähigkeit die CO2-Freisetzungberechnet. Das entstehende 14C-CO2 wurde dreimal wöchentlich mit Hilfe der Flüssigkeitsszin-tillation bestimmt. Anschließend konnten die Priming Effekte, d.h. die Veränderung in der Um-setzung organischer Bodensubstanz berechnet werden.


Das Experiment hat gezeigt, dass kein einheitlicher Zusammenhang zwischen der zunehmendenSchwermetallbelastung und der mikrobiellen Grundaktivität besteht. Auf eine Substratzufuhrreagieren die mit ansteigender Schwermetallbelastung zunehmend unter Stress leidenden Mikro-organismen jedoch häufig mit einer verstärkten Atmungsaktivität. In mehreren Fällen nahm dieHöhe der Priming Effekte anfangs ab und bei höherer Schwermetallkonzentration wieder zu.Durch die Zugabe leicht verfügbarer Substrate sind die unter der ansteigenden toxischen Wir-kung leidenden Mikroorganismen also anscheinend zunehmend wieder in der Lage vermehrt dieorganische Bodensubstanz abzubauen. Die Priming Effekte dienen daher als Indikator für diezunehmende Schwermetallbelastung. Der wahrscheinlichste Mechanismus für diese Priming Ef-fekte ist Kometabolismus. Die beiden Böden reagierten zum Teil völlig unterschiedlich, zudemzeigten die beiden Schwermetalle Kupfer und Zink unterschiedliche Wirkungen, es traten alsosowohl standortspezifische als auch schwermetallspezifische Unterschiede auf. Dementspre-chend kann geschlussfolgert werden, dass sowohl die jeweiligen Standorteigenschaften als auchdie jeweiligen Schwermetalle bei der Richtlinienerstellung zur Klärschlammaufbringungen be-rücksichtig werden müssen.Publikation in Vorbereitung.

26.02.2010 / Heike Ohm

Bestimmung von Priming Effekten in Böden

Elisabeth Jüschke, Charlotte Tönshoff, Elisa Michel, Geographisches Institut Bodenkunde/Bodenökologie

Projekt: DFG Trilateral (Israel, Palästinensische Gebiete und Deutschland) „Irrigation with municipal effluents: effects on physical soil properties, contanminanttransport, soil carbon dynamics, soil microbial activity and crop quality“

Januar – November 2009: (mehrere Einzelexperimente)

In dem Respicond (Fa. Nordgren Innovations) wurden in mehreren Experimenten Bodenprobenunter gleicher Temperatur inkubiert. Die CO2-Freisetztung wurde nach Zugabe von 14C-markierten leicht verfügbaren organischen Substraten gemessen. Durch die Markierung kannzwischen dem bodenbürtigen Kohlenstoff und dem Kohlenstoff aus dem Substrat unterschiedenwerden. Damit können sogenannte Priming Effekte berechnet werden, die beschreiben, wie starkdie mikrobielle Gemeinschaft eines Bodens durch einfache organische Verbindungen stimuliertwerden kann um dadurch komplexe organische Bodensubstanz abzubauen.

Alle durchgeführten Experimente wurden mit Bodenproben von landwirtschaftlichen Flächenaus Israel durchgeführt. Die Flächen waren zum Teil mit gereinigtem Abwasser beregnet. Diesist gängige Praxis in Ländern mit Wasserknappheit und führt so zu einer zusätzlichen Gabe vonorganischen und anorganischen Stoffen auf die Böden. In unseren Experimenten studieren wirvor allem die Effekte dieser Abwasserberegung auf die bodenmikrobiologische Aktivität.


Durch die Beregnung mit Abwasser kommt es zu einer erhöhten mikrobiellen Aktivität in denBöden. Mithilfe unserer Experimente konnte festgestellt werden, dass sich Priming Effekte inbeiden (Frisch- und Abwasserberegneten Böden) induzieren lassen, dass dies aber in den frisch-wasserberegneten Varianten stärker der Fall ist. Möglicherweise kann dies auf einen kontinuier-lichen Abbau des labilen Kohlenstoffpools im Boden nach langjähriger Abwasserberegnung zu-rückgeführt werden.Publikationen:

Jüschke, E. (2009): Effluent irrigation and Agricultural soils: Effects of the dynamics of organic carbon and mi-crobial activity in agricultural soils in Israel. Verlag Dr. Kovač, Hamburg. p. 336.

Weitere in Vorbereitung.

12.03.2010 / Elisabeth Jüschke

F.2 Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik

F.2.1. AG Chakraborty - Mineralogie

Quantitative Bestimmung der Spurenelemetkonzentration entlang von Diffu-sionsprofilen in Plagioklaskristallen aus natürlichen Proben von schnellspreizenden mittelozeanischen Rücken zur Modellierung der Abkühlratendieser Gesteine mit der Tiefe.

Kathrin Faak, Sumit Chakraborty, Institut für Mineralogie,Jan Meijer, RUBION

Projekt: DFG Antrag: Akkretion und Abkühlung der unteren ozeanischen Kruste im Bereichvon schnell-spreizenden Mittelozeanischen Rücken

Seit Oktober 2008

Die Bildung neuer ozeanischer Lithosphäre und deren Abkühlung verändert kontinuierlich ⅔ derErdoberfläche und ist der wesentliche Mechanismus für den Wärmeverlust des Erdinnern. Eindamit verknüpfter Prozess ist die Bildung hydrothermaler Fluide aufgrund der Zirkulation vonMeereswasser durch neu gebildete Kruste. Diese Fluide sind u.a. verantwortlich für die Bildungmassiver Sulfidlagerstätten und die Entstehung und Versorgung chemosynthetischer Ökosystemeam Meeresboden. Allerdings sind die Prozesse, die bei der Kühlung und Kristallisation desMagmas ablaufen (und somit die ozeanische Kruste bilden) noch immer wenig verstanden. Z.Zt.existieren 2 Modelle für die Bildung ozeanischer Kruste – das “Gabbro Glacier” Modell und das“Sheeted Sill” Modell, welche unterschiedliche thermische Entwicklungen der unteren ozeani-schen Kruste und verschieden große Tiefen der hydrothermalen Zirkulation voraussagen. Zieldieses Projektes ist es, Methoden der Geospeedometrie einsetzten, um Abkühlraten der ozeani-


schen Kruste als Funktion der Tiefe direkt aus Proben vom Ozeanboden zu bestimmen. Dies er-laubt zu überprüfen, welches der Modelle mit den Beobachtungen in Einklang zu bringen ist.

Hierzu ist es nötig, die Spurenelementkonzentration verschiedener Elemente in unterschiedlichenKristallen quantitativ zu bestimmen, um diese Daten dann mit Resultaten kinetischer Diffusi-onsmodellierungen zu vergleichen.

Mit Hilfe der PIXE sollen Konzentrationsprofile verschiedener Spurenelemente in dem MineralPlagioklas gemessen werden. Damit diese Konzentrationen quantifizierbar sind, ist es nötig, zu-nächst Proben mit bekannter Konzentration derselben Elemente in einer ähnlichen Matrix zumessen, welche dann zur Kalibration verwendet werden können.

Bisher wurden verschiedene Materialen zur Kalibration ausprobiert, wobei ein geeigneter Stan-dard gefunden wurde. Es stellte sich heraus, dass die Gesteinsdünnschliffe, die an der PIXE ge-messen werden sollen, auf einem sehr reinen Quarzglas präpariert werden müssen, da die Ein-dringtiefe des Strahls bei der nötigen Energie (3MeV) größer ist als die Dicke der Proben undKontamination aus dem Objektträgerglas vermieden werden soll.

Es wurden bereits erste Messungen an so präparierten natürlichen Proben durchgeführt. Diesemüssen jedoch noch weitergehend ausgewertet werden.Publikation in Vorbereitung

22.03.2010 / Sumit Chakraborty

Development of compositionally graded 'corrosion resistant coating' on In-conel 690 for high temperature applications.

Pranesh Sengupta, Hans-Werner Becker1, Detlef Rogalla2, Sumit ChakrabortyInstitut für Geologie, Mineralogie und Geophysik, Ruhr Universität Bochum,1 Fakultät für Physik und Astronomie, Ruhr Universität Bochum,2 RUBION, Ruhr Universität Bochum.

3 months, completed

Inconel 690 is a Ni based Superalloy that is extensively used in nuclear waste vitrification plantsas construction material. Fast degradation and premature failure of components made from thisalloy can make the process expensive and hazardous. Solutions are sought that would enhancethe life span of alloy based components. In a step toward this goal, we have coated Inconel 690with compositionally graded Ni-Yttria-stabilized Zirconia (YSZ) mixed oxide layer (500 – 1000nanometer) using Pulsed Laser Deposition. The coated samples were exposed to conditionsanalogous to those of radioactive waste vitrification on a plant scale (1 – 6 hours, 800 – 1200°Cin the presence of borosilicate melts). The exposed samples were then analyzed using RutherfordBackscattering Spectroscopy (RBS) and Scanning Electron Microscopy (SEM).


(a) BSE image showing thedevelopment of mixed ox-ide layers and cracks at theinterface between Inconel690 and borosilicate melt.

(b) RBS spectra of Inconel690, Inconel 690 + YSZ

TsiPu

22

PrIn1 F2 R

6

Dnaph‘fof

a
and Inconel 690 coatedwith a graded oxide layer.
Representative BSE imagesshowing (c) good contactrelationship of the film withthe Superalloy substrate (nopore, gap or crack at theinterface) and (d) no deve-lopment of any reactionproduct at the coating/meltinterface.

hus, the experimental results show that multi-layer thin films hstance of the Superalloy substantially.blikation in Vorbereitung

.03.2010 / Sumit Chakraborty

Diffusion behavior of network modifiers within CaOfunction of amorphous structure.

anesh Sengupta, Sara Fanara, Hans-Werner Becker1, Detlef Rostitut für Geologie, Mineralogie und Geophysik, Ruhr Universiakultät für Physik und Astronomie, Ruhr Universität Bochum,UBION, Ruhr Universität Bochum.

months, 18 months

iffusion studies in amorphous silicate materials not only help utural (e.g. in volcanoes) and industrial glasses, they also proviysics of glass transition. We have synthesized 15 different gla

ragile’ types, in the system CaO-Al2O3-SiO2 as well as Ba an each of these glasses.

b

c
d
ave improved the corrosion re-

-Al2O3-SiO2 glasses as a

galla2, Sumit Chakrabortytät Bochum,

s to understand the formation ofde insight into the fundamentalsses, belonging to ‘strong’ and

d Sr doped (2-3 at%) analogues


The required diffusion couples were produced by pulsed laser deposition using an excimer laser.Coatings of ca. 200 nm thickness of one composition were deposited on substrates of a differentcomposition and these were annealed at different conditions (400 – 900 °C, 30 minutes to 72hours). The annealed samples were then studied using Rutherford Back-Scattered Spectroscopy(RBS) and diffusion profiles were fitted numerically.

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0 100 200 300 400 500

Blank850C30minRBSprofilefitting

Distance (nm, X axis) –concentration (at%, Y axis)binary plots showing Badistribution profiles acrossan unannealed (blue) andan annealed (green points,850°C, 30 min) sample.The pink line is a fit of adiffusion model to the data.

Sr is found to diffuse faster than Ba and the diffusivity of the network modifiers within fragileglasses (ca. 10-17 m2/s at 900°C) are found to be faster by three orders of magnitude compared tothe diffusivity of the same elements in the strong glasses (ca. 10-20 m2/s at 900°C). More experi-ments on these glasses are being pursued.Publikation in Vorbereitung


Combining Pulsed Laser Deposition of thin films and NRA measurements tostudy water diffusion in glasses

Sara Fanara1, Hans-Werner Becker2, Detlef Rogalla3, Sumit Chakraborty1

1 Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik, Ruhr Universität Bochum,2 Fakultät für Physik und Astronomie, Ruhr Universität Bochum,3 RUBION, Ruhr Universität Bochum.

Project: The research work is a contribution towards SFB 526, Rheologie der Erde project.

Continuing long term project


Water content is an important parameter that controls various properties of silicate glasses andmelts. Knowledge of water diffusion rates in glasses is especially needed to better understandseveral processes such as corrosion of glass and degassing of industrial melts and natural mag-mas. Furthermore, developing fast proton conducting glasses is of high interest for various appli-cations in the clean energy field such as hydrogen gas sensor and hydrogen fuel cells.

There have been numerous studies on water diffusion into silicate glasses, but until now most ofthem have been conducted at high temperatures, where water diffusion is accompanied bystructural changes of the glass. The aim of the present work is to investigate diffusion of water attemperature below the glass transition temperature into silicate glasses of different natural com-positions (e.g. phonolite, trachyte, diopside, anorthite). In the process, we have also developedmethods for producing and characterizing hydrogen bearing silicate thin films of diverse compo-sitions quickly and flexibly.

Hydrous glasses with water contents ranging from 1 wt% to 5 wt% H2O were synthesized byholding oxide /carbonate mixes with water for 24 hours in a piston cylinder apparatus at 1473 Kunder 10 kbar pressure. Diffusion couples were prepared by depositing thin films (150 nm to 300nm thickness) of these glasses on water poor glass samples using the method of pulsed laser ab-lation (PLD). Even if this method was used for the production of several chemically complexthin films, its use in generating water bearing thin films had not yet been explored.

Hydrogen depth profile ofwater bearing phonoliticthin film deposited by PLD(2.9 wt% H2O) on phonoliteglass containing circa 1 wt%H2O

Nuclear Resonance Analysis (NRA), carried out at the Dynamitron Tandem Accelerator facilityof the University, was used as primary tool to profile the total amount of hydrogen after experi-ments. With NRA method, the hydrogen depth profile of a sample is obtained by measuring theyield of the characteristic γ ray versus the 15N ion beam energy, which is increased stepwise.


The NRA profiles show that the films are homogeneous with a thickness of around 300 nm and awater content of circa 2,9 wt% H2O. These are being currently used to study diffusion behaviorin these glasses.Publikation in Vorbereitung


Experimentelle Bestimmung von Diffusionskoeffizienten in Abhängigkeit vonTemperatur und Anorthitgehalt von Ba, Eu, Mg und Sr in Plagioklasenmisch-kristallen

Sascha Borinski, Sumit Chakraborty, Institut für Mineralogie,Hans-Werner Becker, Fakultät für Physik und Astronomie

Projekt: SFB 526: Rheologie der Erde – von der Oberkruste bis in die Subduktionszone

Seit November 2009

Der Plagioklasmischkristall gehört zur Gruppe der Feldspate und setzt sich aus den beiden End-gliedern Albit (NaAlSi3O8) und Anorthit (CaAl2Si2O8) zusammen. In der Natur ist derPlagoklas unter anderem mit Elementen der Alkali- und Erdalkaligruppe, sowie aus der Gruppeder Lanthanoide verunreinigt. Dessen Vorkommen stellt für den Plagioklas und damit auch fürdie Gesteine, in denen er enthalten ist, eine Art Fingerabdruck dar, aus dem die Entwicklungsge-schichte abgelesen werden kann. Oft kommt es vor, dass sich die Konzentration der verunrei-nigten Elemente am Rand vom Kern des Minerals unterscheidet. Diese sogenannten zoniertenKonzentrationsprofile können unter anderem durch Diffusionsprozesse entstehen. Um diesen ki-netischen Prozess zu verstehen, ist es notwendig die Diffusionskoeffizienten dieser Elemente ex-perimentell zu bestimmen.

Dafür werden auf polierten Oberflächen von Plagioklaskristallen in Edelsteinqualität mittelsPLD (Pulsed Laser Deposition) Schichten im Bereich von 100 nm gedampft, die sich in der Zu-sammensetzung des Substrats bzw. des Kristalls nicht unterscheiden, jedoch angereichert sind,jeweils rund 5 Gew.-% mit Ba-, Eu-, Mg-, und Sr-Oxiden. Die angereicherten Dünnschichtendienen dabei ausschließlich als Quelle für die zu bestimmenden Diffusionsprozesse im Kristall.Um brauchbare Diffusionstiefenprofile in einem angemessenen Zeitrahmen zu erhalten, werdendie Experimente in Einatmosphärenöfen bei Temperaturen zwischen 750 °C bis nahe desSchmelzpunktes (reiner Albit: 1100 °C; reiner Anorthit: 1550 °C), welcher in Abhängigkeit vomAnorthitgehalt stetig ansteigt, bei einer Dauer von 1 h bis zu mehreren Wochen durchgeführt.Für Elemente, die schwerer als Ca sind, werden Diffusionsprofile mittels RBS-Methode be-stimmt. Diffusionstiefenprofile vom leichteren Mg werden via SIMS gemessen.

Das Projekt hat die Vorbereitungsphase bereits abgeschlossen. Erste Experimente wurden durch-geführt und erste Resultate liegen vor, welche jedoch unerwartet und überraschend sind, und ent-sprechend interpretiert und analysiert werden müssen.


Publikation in Vorbereitung



G. Fakultät für Chemie & Biochemie

G.1 Lehrstuhl für Anorganische Chemie II

G.1.1. AG Devi - Chemie Anorganischer Materialien

Bestimmung der elementaren Zusammensetzung verschiedener Dünnfilme.Zu bestimmende Elemente: C, N, O, F, Mg, Al, Si, Cu, Mo, Gd, Dy.

Tobias Thiede, Anorganische Chemie II, RUB.

2009, ca. 1 Messtermin alle 2 Monate

Die zu untersuchenden Proben bestanden aus verschiedenen Funktionsmaterialien, wie Mo-lybdännitrid (MoxNy), Gadoliniumnitrid (GdN) und Dysprosiumnitrid (DyN). Die untersuchtenMaterialien haben mögliche Anwendungen in der Mikroelektronik, oder der Spintronik. Schicht-systeme aus dünnen Filmen dieser Materialien (50-500nm pro Schicht), die mittels Metallorgani-scher Chemischer Dampfabscheidung auf verschiedenen Substraten aufgebracht wurden, wurdenmit Hilfe von RBS- und NRA-Messungen untersucht. Hierfür wurde das RBS-Setup so modifi-ziert, dass ebenfalls NRA-Messungen mit Hilfe des RBS-Aufbaus durchgeführt werden konnten.Neben der elementaren Zusammensetzung der Proben sollte das Verhältnis von schweren zuleichten Atomen in den Proben bestimmt werden. Weiterhin wurden, mit Hilfe von Herrn Dr.Becker und Herrn Dr.Rogalla, erste Versuche unternommen mittels RBS ein Sauerstoff Tiefen-profil der zu untersuchenden Filme zu erstellen.

Die Experimente waren erfolgreich, jedoch sind weitere Experimente erforderlich, um eine tiefe-res Verständnis für die elementare Zusammensetzung der untersuchten Schichtsysteme zu ent-wickeln.

12.01.2010 / Tobias Thiede

Bestimmung der elementaren Zusammensetzung verschiedener Dünnfilme(hergestellt mittels MOCVD oder ALD).Zu bestimmende Elemente: C, N, O, F, Mg, Sc, Y, Gd, Dy, Hf, W.

Andrian Milanov, Anorganische Chemie II, RUB.

2009, ca. 1 Messtermin alle 2 Monate


Verwendete Messmethoden: RBS, NRA (d,pγ), PIXE.

Die zu untersuchenden Dünnschicht-Proben bestanden aus verschiedenen Funktionsmaterialien,wie Scandium Oxid (Sc2O3), Yttrium Oxid (Y2O3), Gadolinium Oxid (Gd2O3), Dysprosium Oxid(Dy2O3), Hafnium Oxid (HfO2), und Wolfram Oxy-Nitrid (WOxNy). Die untersuchten Materiali-en finden Anwendung in der Mikroelektronik, Sensorik und Photovoltaik. Für weitere Detailssiehe die angegebenen Referenzen.

Die RBS, NRA und PIXE Versuche wurden von Herrn Dr. H.-W.Becker, Herrn Dr. D.Rogallaund Herrn Dr. J.Meijer durchgeführt.

Die durchgeführten Experimente waren erfolgreich. Die gewonnenen Daten stellen ein wesent-lich und sehr wichtiges Teil der entstandenen und sich noch in Vorbereitung befindenden Publi-kationen dar.Publikationen:

1. A.P.Milanov, T.Toader, H.Parala, D.Barreca, A.Gasparotto, C.Bock, H.-W.Becker, D.K.Ngwashi, R.Cross,S.Paul, U.Kunze, R.A.Fischer, A.Devi, Chem.Mater 2009, 21, 5443.

2. A.P.Milanov, T.Thiede, M.Hellwig, H.Parala, C.Bock, H.-W.Becker, D.Ngwashi, R.Cross, S.Paul, U.Kunze,R.A.Fischer, A.Devi, ECS Trans, 2009, 25(8), 143.

3. R.Pothiraja, A.P.Milanov, D.Barreca, A.Gasparotto, H.-W.Becker, M.Winter, R.A.Fischer, A.Devi,Chem.Comm. 2009, 1978.

4. 2 weitere Manuskripte in Vorbereitung.

22.01.2010 / Andrian Milanov

Analyse von Dünnschichten abgeschieden von MOCVD und ALD:Zusammensetzung und Verhältnis von den einzelnen Elementen.

Ke Xu, Anorganische Chemie II, RUB.

2009

HfO2 abgeschieden mit MOCVD, Zusammensetzung und Verhältnis von den Elementen.

Gd2O3 abgeschieden mit ALD, Zusammensetzung und Verhältnis von den Elementen.

Dy2O3 abgeschieden mit ALD, Zusammensetzung und Verhältnis von den Elementen.

HfO2 abgeschieden mit ALD, Zusammensetzung und Verhältnis von den Elementen.Publikationen:

Ke Xu, Andrian P.Milanov, Manuela Winter, Davide Barreca, Alberto Gasparotto, Hans-Werner Becker, AnjanaDevi, European Journal of Inorganic Chemistry 11 (2010) 1679.

11.01.2010 / Ke Xu


Bestimmung der Zusammensetzung des zu untersuchenden nanostruktu-rierten Materials

Daniela Bekermann, Anorganische Chemie II, RUB.

Projekt: SFB 558

April 2009

RBS von ZnO Dünnfilmen, die mittels MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition)auf Si oder Quartz abgeschieden wurden.

Erfolgreiche Analyse der Zusammensetzung der nanostrukturierten ZnO-Materialien.Publikationen:

A.Devi, D.Bekermann, D.Rogalla, H.-W.Becker, M.Winter, R.A.Fischer, „Volatile Monomeric and Fluorine-free Precursors for the Metal Organic Chemical Vapor Deposition of Zinc Oxide“, Eur.J.Inorg.Chem., 9 (2010)1366.

D.Bekermann, D.Barreca, A.Gasparotto, H.W.Becker, R.A.Fischer, A.Devi, „Investigation of niobium nitrideand oxy-nitride films grown by MOCVD“, Surface & Coatings Technology, 2009, 204, 404-409.

12.01.2010 / Daniela Bekermann

Bestimmung der elementaren Zusammensetzung von Dünnfilmen.Zu bestimmende Elemente: Gd, N, Si, C, O, Al.

Michael Krasnopolski, Anorganische Chemie II, RUB.

September 2009, 1 Messtermin im Rahmen eines Spezialisierungspraktikums

Mittels Metallorganischer Chemischer Dampfabscheidung (MOCVD) wurden dünne Filme aufSilizium-Substraten aufgebracht und mit Hilfe von RBS-Messungen untersucht. Bei den abge-schiedenen Dünnfilmen handelte es sich um Gadoliniumnitrid (GdN), welches mit Aluminium(Al) überschichtet wurde um es vor Oxidation zu schützen. Die Untersuchungen erfolgten imRahmen eines Spezialisierungspraktikums im Sommersemester 2009.

Die Experimente waren erfolgreich, auf Grund der Morphologie der Aluminium-Schutzschichtjedoch nur schwer zu interpretieren.

15.01.2010 / Michael Krasnopolski


Messung von Wolframoxid-Dünnschichten, um deren elementare Zusam-mensetzung zu bestimmen. Im Besonderen sollte das Metall/Sauerstoff-verhältnis untersucht werden.

Stefan Cwik, Anorganische Chemie II, RUB.

Oktober 2009

Mithilfe der MOCVD wurden Wolframoxidschichten auf Substraten abgeschieden. Dabei wur-den sowohl die Abscheidungstemperaturen, als auch die Substrate (Si(100), Glas) variiert. Diehergestellten Proben wurden teilweise unter Sauerstoffatmosphäre nachgeglüht, um das Sauer-stoff/Wolfram Verhältnis zu verändern. Da der verwendete Precursor Stickstoff und Kohlenstoffenthält, waren auch deren prozentuale Vorkommen von Interesse.

Mithilfe der Messungen konnte die Variabilität des Sauerstoffgehalts in den Schichten bestätigtwerden. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass sich die Schichtzusammensetzung in Abhän-gigkeit von der Abscheidungstemperatur verändert.

14.01.2010 / Stefan Cwik


G.2 Lehrstuhl für Biochemie II - Neurobiochemie

G.2.1. AG Heumann - Molekulare Neurobiochemie

Vergleich der Änderungen des intrazellulären Calcium-Niveaus während derTransfektion mit der Standard-Calciumphosphat-Methode im Gegensatz zuCalciumphosphat-DNA-Nanopartikeln.

Sebastian Neumann1, Anna Kovtun2, Irmgard D. Dietzel1, Matthias Epple2, Rolf Heumann1

1 Lehrstuhl für Molekulare Neurobiochemie, RUB

2 Institut für Anorganische Chemie, Universität Duisburg-Essen

Projekt: (DFG) Biologische Funktionalisierung von Calciumphosphat-Nanopartikeln zurTransfektion von Zellen

seit März 2008

In beiden Transfektions-Techniken wird das Calcium durch das Isotop 45Calcium radioaktivmarkiert und anschließend werden die Zellen transfiziert. Während und nach der Transfektionwird die extra- und intrazelluläre Menge an 45Calcium quantifiziert. In weiteren Experimentenwird ohne Verwendung von Isotopen mittels time lapse Mikroskopie mit Hilfe des intrazellulä-ren Calciumindikators Fura-2 die Veränderung der intrazellulären Calcium-Niveaus während derTransfektion analysiert.

Die Ergebnisse beider Methoden zeigen deutlich, dass die Transfektion mit Calciumphosphat-DNA-Nanopartikeln nur zu sehr geringen Änderungen des intrazellulären Calcium-Niveaus füh-ren, ganz im Gegensatz zur Standard-Calciumphosphat-Methode, die zu starken Schwankungendes intrazellulären Calciums führt, was die Toxizität der letzteren Methode erklärt.Publikationen:

Neumann S, Kovtun A, Dietzel ID, Epple M, Heumann R. „The Use Of Size-Defined DNA-Functionalized Cal-cium Phosphate Nanoparticles To Minimise Intracellular Calcium Disturbance During Transfection.“ Biomateri-als 30(35), 6794-6802 (2009).

Konferenzbeiträge:Vortrag:

• 11th International and Interdisciplinary Symposium "Biomaterials and Biomechanics: Fundamentals and ClinicalApplications 2009", 5.-7.03.2009, Essen, Germany, S. Neumann, A. Kovtun, I. D. Dietzel, M. Epple, R. Heu-mann: Size-defined calcium phosphate nanoparticles serve as a superior tool for cellular DNA transfection: Ab-sence of intracellular Ca2+ disturbance.

Poster:

• 3rd European Conference on Chemistry for Life Sciences 2. – 5.9.2009, Frankfurt am Main, Germany, S. Neu-mann, A. Kovtun, I. D. Dietzel, M. Epple, R. Heumann: Low intracellular calcium disturbance by transfectionwith calcium phosphate/DNA nanoparticles.


• 60th Mosbacher Kolloqium of the German Society for Biochemistry and Molecular Biology, 19. – 21.03.2009,Mosbach (Baden), Germany, S. Neumann, A. Kovtun, I. D. Dietzel, M. Epple, R. Heumann: Cellular Transfec-tion with DNA-Functionalised Calcium Phosphate Nanoparticles Circumvents Disturbance of Intracellular Cal-cium Levels.

18.12.2009 / Sebastian Neumann

Praktikum

Irmgard Dietzel-Meyer, Sivaraj Mohanasundaram und Studenten des Masterstudiengangs Bio-chemie, (Lehrstuhl für Molekulare Neurobiochemie, AG Elektrobiochemie neuraler Zellen)

Projekt: Is Na+/K+-ATPase up-regulation by thyroid hormone in the central nervous systeminduced by Na+ current upregulation?

wird fortlaufend im Wintersemester durchgeführt

Dieses auch im Rahmen von Modulpraktika im Masterstudiengang der Biochemie durchgeführteProjekt soll die Frage beantworten, ob das Schilddrüsenhormon 3,3´5- Triiodo-L-Thyronin (T3)in Cortexkulturen aus dem Gehirn postnataler Ratten die Dichte der Na+/K+-ATPasen in derMembran reguliert. Weiter soll geklärt werden, ob die Regulation des T3 direkt auf die Nerven-zellen erfolgt, oder als Zwischenschritt einen Na+-Einstrom erfordert.

Neuronen- und Glia- angereicherte Kulturen werden aus den Gehirnen von 1-5 Tage alten post-natalen Ratten durch unterschiedliche Kulturverfahren hergestellt. Das Neuronen : Gliazellver-hältnis wird durch immunzytochemische Untersuchungen mit spezifischen Antikörpern gegenß3-Tubulin (für Nervenzellen), bzw. GFAP (für Astrozyten) sowie weiteren Antikörpern gegenOligodendrozyten und Mikroglia bestimmt. Die Gesamtzellzahl wird über eine DAPI-Färbungquantifiziert. Die ATPase-Dichte in der Membran wird über die Bindung von 3[H]-markiertenOuabain normiert auf die Proteinmenge von den lysierten Kulturen (Lowry-Verfahren) bzw. dieZellzahl bestimmt. Mögliche Einflüsse von T3 auf die KD-und Bmax-Werte werden mit Hilfe vonScatchard-Plots untersucht.

Unsere bisher gewonnenen Ergebnisse deuten an, dass Faktoren, die die Na+-Stromdichte hoch-regulieren, ebenfalls die Dichte von 3[H]-Ouabain Bindungsstellen, und damit die Anzahl derNa+/K+-Pumpen in der Zellmembran hochregulieren.Publikationen:

S. Mohanasundaram, D. Turcu & I.D. Dietzel: „Regulation of sodium potassium ATPase subunits by thyroidhormone in cortical cultures from neonatal rat brain“, Abstract submitted to IBRO-Meeting, Florence, 2011

24.05.2011 / Irmgard Dietzel-Meyer


Biochemisches Wahlpraktikum

Patrick Happel, RUBION

Projekt: Bestimmung der durch Depolarisation und Membrandehnung induzierten Ca2+-Einstroms in neurale Zellen

Im Rahmen des biochemischen Wahlpraktikums wird ein Versuch angeboten, in dem grundleg-ende Kenntnisse der Bestimmung der Änderung der intrazellulären Calciumaktivität mithilfefluoreszenzmikroskopischer Methoden vermittelt werden. Der Versuch erklärt, wie die physika-lischen Eigenschaften einer Zelle (Volumen, elektrisches Potential) durch ihre Umgebung (os-motischer Druck, extrazelluläre Ionenaktivitäten) beeinflusst werden und wie Änderungen derUmgebung durch eine Veränderung der intrazellulären Calciumaktivität in biochemische Signaleumgewandelt werden. Die Versuchsdauer umfasst zwei Tage.

Der Versuch beinhaltet neben der obligatorischen Sicherheitsunterweisung für das Isotopenlaborfolgende Themen:

Ruhemembranpotential, Nernst-Potential, Goldmann-Gleichung, spannungssensitive Io-nenkanäle

osmotischer Druck, Aquaporine, mechanosensitive Ionenkanäle

Die Rolle von Ca2+ in der Zelle

Fluoreszenz, quantitative Auswertung der Fluoreszenzintensität mikroskopischer Auf-nahmen

time-lapse Mikroskopie, Calcium-Imaging

Es werden von den Versuchsteilnehmern unterschiedliche Lösungen angesetzt, die in Ionenkon-zentration oder Ionenstärke so variieren, dass sie, wenn sich Zellen in dieser Lösung befinden,im Vergleich zur Kontroll-Umgebung eine Änderung entweder des elektrischen Potentials oderdes osmotischen Drucks induzieren. Des Weiteren werden C6-Zellen der Ratte mit Hilfe einescalciumsensitiven Fluoreszenzfarbstoffes gefärbt. Die Fluoreszenzintensität dieser Zellen wirddann unter dem Fluoreszenzmikroskop beobachtet. Während der Beobachtung wird jeweils eineder vorher angesetzten Lösungen über ein einfaches Perfusionssystem appliziert, so dass dieAuswirkungen der Lösung auf die Fluoreszenzintensität und damit auf den Ca2+-Einstrom unter-sucht werden können.

Die Ergebnisse des Versuchs werden entweder als Protokoll oder als (englisch-sprachiges) Po-ster zusammen gefasst. Als Beispiel ist in der Abbildung eine Auswertung des Einflusses 75 mMK-Lösung (bei ansonsten physiologischer Ionenverteilung) auf die intrazelluläre Calciumkon-zentration gezeigt. Die obere Reihe zeigt drei Aufnahmen der intrazellulären Ca2+-Aktivität zuden Zeitpunkten 2 s, 46 s und 96 s (entsprechend minimaler, maximaler Intensität sowie demBeginn des steady-state-Bereichs). Die im Bild zum Zeitpunkt 2 s mit einem Pfeil markierteZelle wurde untersucht. Der linke Teil der unteren Reihe zeigt, normiert und translatiert, denzeitlichen Verlauf der Fluoreszenzintensität bei Applikation einer 75 mM K-Lösung. Nach einer


Minute erreicht die Fluoreszenzintensität und damit die intrazelluläre Calciumaktivität ein Ma-ximum, das im weiteren Verlauf auf ein nahezu konstantes Niveau abfällt.

Der rechte Teil der Abbildung zeigt die Intensitätsmaxima bei verschiedenen extrazellulären K-Aktivitäten. Ab 30 mM ist ein Anstieg der Fluoreszenzintensität zu beobachten, der auf einemÖffnen spannungssensitiver Calciumkanäle beruht.

AbbiC6-Zmod

05.05

4 9
2 s
ldung: Einfluss der extrazelluläellen der Ratte. Beschreibung si

ifiziert)

.2011 / Patrick Happel

6 s

ren K+-Aktivität auf die intrazehe Text. (Original von S. Quin

6 s

elluläre Ca2+-Aktivität vonting und T. Fritzsch, leicht


Durch Volumenzunahme induzierter Calciumeinfluss in Oligodendrozyten-Vorläuferzellen

Meray Serdar, Irmgard D. Dietzel-Meyer, (AG Elektrobiochemie Neuraler Zellen, Lehrstuhl fürMolekulare Neurobiochemie, Fakultät für Chemie und Biochemie, RUB)Patrick Happel, (RUBION)

Projekt: Analyse der Rolle von Ionen- und Wasserflüssen während der Migration von Oligo-dendrozyten-Vorläuferzellen

Die aktive Bewegung einzelner Zellen spielt sowohl eine wichtige Rolle in der Entwicklungeines Organismus als auch bei pathogenen Prozessen wie der Bildung von Tumor-Metastasen.Der Mechanismus der aktiven Bewegung einzelner Zellen ist nicht abschließend geklärt. Es wirdvermutet, dass eine lokale Zunahme des Zellvolumens einen Teil des Mechanismus der Migra-tion von Zellen darstellt, der daraufhin durch eine Öffnung mechanosensitiver Calciumkanäleeinen Calciumeinstrom in die Zelle auslöst, der wiederum weitere Mechanismen auslöst, die die

Abbildung a, b: Repräsentative Bilder während normaler und erniedrigter extrazellulärer Osmo-larität. c: Zeitlicher Verlauf der Fluoreszinzintensität; d: Mittlere Fluoreszenzintensität währenddes Zeitintervalls von 1000s bis 1200s von dreißig unterschiedlichen Zellen.


Migration steuern [1,2]. Sollte dieser postulierte Mechanismus in Oligodendrozyten-Vorläuferzellen (Oligodendrocyte progenitor cells, OPCs) die Zellmigration steuern, ist zu er-warten, dass bei einer induzierten Vergrößerung des Zellvolumens durch niederosmolare, ex-trazelluläre Lösung, ein Calciumeinstrom in die Zelle auftritt.

Um dies zu untersuchen, wurden OPCs mit einem calciumsensitiven Farbstoff (Fluo 8H), dessenFluoreszenz abhängig von der intrazellulären Calciumkonzentration ist, beladen und im An-schluss daran die interne Calciumkonzentration fluoreszenzmikroskopisch untersucht. Währendder Untersuchung wurde durch Umspülen der Zellen mit niederosmolarer Lösung eine Volu-menzunahme induziert. Abbildung a,b zeigt jeweils ein repräsentatives Bild der Fluorszenzsi-gnale von OPCs in einer Badlösung mit einer Osmalarität von 300 mOsm und nach Absenkungauf 200 mOsm durch Absenkung der NaCl-Konzentration. Der Zeitverlauf der Fluoreszenzinten-sität im Verhältnis zur Ausgangsintensität ist in Abbildung c aufgetragen. Während des graumarkierten Zeitraums wurde die niederosmolare Lösung appliziert. Wie Abb. d zeigt, führt eine50% ige Reduktion der Osmolarität nach einer Perfusion von 20 Minuten im Mittel zu einer Er-höhung der Fluorsuzentintensität um 10%. Diese Ergebnisse betätigen die Hypothese, dass eineZellschwellung einen Anstieg der intrazellulären Ca2+-Aktivität induziert.[1] Schwab A, Nechyporuk-Zloy V, Fabian A, Stock C: Cells move when ions and water. Pflugers Arch. 453, 2007

[2] Papadopoulos MC, Saadoun S, Verkman AS: Aquaporins and cell migration. Pflugers Arch. 456, 2008

05.05.2011 / Patrick Happel

Praktikum

Rolf Heumann, Peter Wolff (Lehrstuhl für Biochemie II)

Januar 2009, wird fortlaufend durchgeführt

Dieser Praktikumsversuch beschreibt die Isolierung von Proteinen aus E. Coli Zellen. BestimmteProteine zeigen intermolekulare Wechselwirkungen mit Nukleotiden, z.B. GDP. Markiert mandieses radioaktiv, z.B. mit 3H, so kann die Methode als Sonde verwendet werden.

Ein Protein wird in E. Coli Zellen überexpremiert und mit angepassten Methoden zur Zellzer-trümmerung (Lyse) in Lösung gebracht. Unter anderem mit chromatografischen Verfahren wirddas interessierende Protein gereinigt und konzentriert. Mittels physikalischer und chemischerMethoden wird dieses Protein charakterisiert, sehr gezielt durch Interaktion mit radioaktiv mar-kierten Substanzen.

Ist ein Protein physikalisch und chemisch charakterisiert, kann man durch sinnvolles Anpassenvon Lyse, Konzentrierungsmethoden, chromatografischen Methoden und analytischen Nach-weismethoden, die Isolierung von Proteinen optimieren und Ausbeute bzw. Reinheit maximie-ren.

19.03.2010 / Peter Wolff


G.4 Lehrstuhl für Physikalische Chemie I

G.4.1. AG Wöll – Oberflächenchemie

Bestimmung der oberflächennahen Wasserstoffkonzentration in ZnO-Einkristallen

Hans-Werner Becker (Fakultät für Physik und Astronomie, RUB)Detlef Rogalla (RUBION)Franziska Traeger (Physikalische Chemie I, RUB)Christof Wöll (KIT, Karlsruhe)

Projekt: SFB 558: Metall-Substrat-Wechselwirkungen in der heterogenen Katalyse

April bis Dezember 2009, (8 Tage)

Am RUBION kann die Wasserstofftiefenprofilierung anhand der 1H(15N,αγ)12C-Reaktion nachumfangreichen Modifikationen nun im Ultrahochvakuum durchgeführt werden. Darüber hinauskönnen die Proben in situ durch Sputtern mit He+-Ionen und Tempern gereinigt und mit atoma-ren Wasserstoff oder verschiedenen Gasen beladen werden. Damit ist es nun möglich, sowohlden Wasserstoffgehalt im Volumen mit höherer Empfindlichkeit zu bestimmen, als auch unterdefinierten Bedingungen eingebrachten Wasserstoff auf und direkt unter der Oberfläche quanti-tativ nachzuweisen. Besonders interessant ist bei ZnO-Einkristallen der Abfall der Wasserstoff-konzentration ins Volumen hinein, da der oberflächennahe Bereich für die katalytische Aktivitätund die elektrische Leitfähigkeit der Probe eine große Rolle spielt. Die Dosierung von atomaremWasserstoff erlaubt, dessen Diffusion in den Kristall zu verfolgen.

H- Konzentationsprofil einesZnO(10-10) Kristalls, der mit einer Monolage H2O(schwarze Kurve) und einerMonolage H (blaue Kurve)belegt ist.

Die Messung bestätigt dievom Strukturmodell vorher-gesagte halbe Dichte bei Be-legung mit H im Vergleich zuH2O.


Der Wasserstoffgehalt im Volumen verschieden orientierter ZnO-Kristalle von unterschiedlichenHerstellern liegt zwischen 0,01 und 0,04 at%, in der Literatur werden dagegen auch deutlich hö-here Werte angegeben. In 10 nm Tiefe findet man Konzentrationen zwischen 0,04 und 0,15 at.%.Nach Eindiffusion von Wasserstoff wird in dieser Tiefe ein Anstieg um einen Faktor 10 beob-achtet. Diese Ergebnisse fließen direkt in die Interpretation der Wechselwirkung von ZnO-Oberflächen mit deprotonierbaren Molekülen und der Stabilisierung von ZnO-Oberflächen durchWasserstoffbelegung ein.Publikation:

F. Traeger et al., Phys. Rev. B 84, (2011) 075462

27.01.2010 / F. Traeger


H. Fakultät für Biologie & Biotechnologie:

H.1 Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie:

H.1.1. AG Weiler: Pflanzenphysiologie

Praktikum

Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie, Fakultät für Biologie und Biotechnologie, RUB

07.12.2009: Heike Holländer-Czytko plus 6 Studenten des 5. bzw. 7. Semesters06.12.2010: Heike Holländer-Czytko, Kai Best (Doktorand) plus 12 Studenten des 5. Semesters

(Bachelor) bzw. des 7. oder 9. Semesters (Masterphase)

Einführung der Studenten in die Grundlagen des Arbeitens mit Radioaktivität und theoretischerHintergrund

theoretische Grundlagen, Kontamination, Detektion, Abschirmung, Geiger-ZählerArbeiten mit dem Szintillationszähler:Aufnehmen von Energiespektren verschiedener Isotope am Szintillationszähler; Arbeiten mitchemischen und Farbquenchern; Bestimmen der absoluten Zerfallsrate durch internes und exter-nes Standardisieren; Statistik.

erfolgreiche Durchführung, Protokoll, Inhalt wird teilweise in Klausur abgefragt

04.01.2010 / 21.01.2011 / Heike Holländer-Czytko


H.2 Lehrstuhl für Tierphysiologie:

H.2.1. AG Lübbert - Tierphysiologie

Praktikum

Frank Paris, Ingo Bäcker, Werner Müller, Katrin Schuster, Sonja Mendritzki, Daniel Segelke undinsgesamt 42 Teilnehmerinnen und Teilnehmer der Praktika „Tierphysiologie“ und „Gen, Zelle,Organismus“, Lehrstuhl für Tierphysiologie, RUB

2009 und 2010

Radioaktiver Östrogenrezeptor Bindungs-Assay als Praktikumsversuch im G-Block/A-Modul:„Tierphysiologie“ und „Gen, Zelle, Organismus“

Aus Gewebe wird eine Cytosolfraktion (Ultrazentrifugation) gewonnen. In Mehrfachbestimmungwird das Cytosol in Eppendorfcups mit 3H-Östradiol (spezifische Aktivität ca. 3-4 TBq/mmol) inku-biert. Die Gesamtaktivität pro Versuch liegt bei ca. 0,6 MBq. Nach Inkubation bei 4°C (Kühlraum,Schüttler) wird eine Aktivkohlesuspension hinzu gegeben, geschüttelt (Mixer) und anschließend ab-zentrifugiert (Tischzentrifuge). Aus dem Überstand wird ein Aliquot in ein Gefäß mit Szintillations-flüssigkeit pipettiert und gemessen (ß-Counter).

Die Versuche konnten mit guten Ergebnissen durchgeführt und ausgewertet werden. Es wurden ver-schiedene Aspekte des sicheren Umgangs mit radioaktiven Isotopen vermittelt. Führungen durch dietechnischen Anlagen des RUBION ergänzen das Verständnis der technischen Voraussetzungen beimUmgang mit radioaktiven Isotopen. Die Unterstützung der Arbeiten durch das Team des RUBIONwar exzellent.

18.02.11 / Frank Paris

Bestimmung des Transkriptionslevels eines Zielgens in verschiedenen Ge-webe nach Behandlung (Hypoxie) oder in einem trangenen Tiermodell.

Kathrin Hemmer, Pascal Malkemper, Christiane Schulte, Lehrstuhl für Tierphysiologie, RUB

2010

Projekt: Established a new mouse model for migraine induces by hypoxia

Aus dem zu untersuchenden Gewebe (Dura mater, Lunge, Cortex oder Mesencephalon) wurdezunächst RNA gewonnen und diese mittels RT-PCR in cDNA umgeschrieben. Zur Quanti-fizierung des Transkriptionslevels wurde eine semiquantitative RT-PCR durchgeführt. Pro An-


satz wurde 0,2 µl [α-33P]-dCTP (entspricht 0,074 MBq = 2 µCi) zugegeben. Pro Probe wurdenje sieben Ansätze mit aufsteigenden Primerkonzentrationen verwendet, so dass eine Gesamtak-tivität von 0,518 MBq pro Probe eingesetzt wurde. Nach erfolgter PCR wurden die Produktemittels Agarosegelelektrophorese aufgetrennt und anschließend das Agarosegel über Nacht mit-tels Geltrockner getrocknet. Nach der Geltrocknung erfolgte eine Exposition des Gels auf eineImager-Platte, die anschließend mit dem Programm Aida Image 4.03 densiometrisch ausgewertetwerden konnte.

Nach einigen methodischen Schwierigkeiten konnte die semiquantitative RT-PCR etabliert wer-den, so dass auswertbare Ergebnisse vorhanden waren.Publikation in Vorbereitung

17.03.2011 / Ingo Bäcker

H.3 Lehrstuhl für Biophysik:

H.3.1. AG Lübben – Biophysik

Optimierung der Expressionsbedingungen des β2-adrenergen Rezeptors

Mathias Lübben, Grit Schröter, Iris Bourdos, Yvonne Fretter, Lehrstuhl für Biophysik, Fakultät für Biologie und Biotechnologie, RUB

Projekt: Struktur- und Funktionsbeziehung des β-adrenergen Rezeptors

Für die Optimierung der Expressionsbedingungen des β2-adrenergen Rezeptors ist es von entscheidender Bedeutung,die Ausbeuten an funktionell aktivem Protein vom Schritt derZellanzucht bis zur Proteinisolation (mittels Affinitäts-chromatographie) zu verfolgen. Dies wird ermöglicht durchden Einsatz eines radioaktiv (3H) markierten Liganden.

In den Experimenten werden zunächst die den Rezeptor ent-haltenden Proben (z.B. Zellsuspensionen / Membranfraktio-nen / gereinigte Proteine) zusammen mit dem Radioligandenbei 37°C inkubiert. Anschließend erfolgen die Trennung vonfrei-vorliegendem und Rezeptor-gebundenem Radioliganden (vMessung im Tritium-Kanal des Szintillationszählers.

Vorteile des Radioligandenbindungstests: Auf Zellebene kann dAnzuchtbedingungen auf die heterologe Überexpression des Prozeptoranzahl pro Zelle direkt überprüft werden. Ebenso könnenteinreinigung ohne aufwändige Analyseverfahren verfolgt werde

16.12.2009 / Mathias Lübben

Abb.: Aufbau für Filterbindungsassay

gl. Versuchsaufbau) sowie die

er Einfluss von Variationen derteins durch Bestimmung der Re- alle weiteren Schritte der Pro-

n.


I. Medizinische Fakultät

I.1 Institut für Pharmakologie und Toxikologie

I.1.2. AG Reusch - Abt. für Klinische Pharmakologie

Etablierung einer klinisch relevanten Positivkontrolle zur Wachstumshem-mung und Apoptoseinduktion in humanen Prostatakarzinom-Zelllinien

Hanna Kempkes, Jan-Paul Flacke, Yury Ladilov, Abteilung für Klinische Pharmakologie, Medizinische Fakultät, RUB

Juni 2009 – voraussichtlich Ende 2010

Die in Petrischalen kultivierten humanen Prostatakarzinom-Zelllinien „LNCaP“ und „PC3“ wur-den in den Räumen von RUBION mit γ-Strahlung in standardisierter Strahlendosis von 10 Gybestrahlt. Anschließend erfolgte die zeitabhängige Analyse der Proliferationsrate im Sinne der inder Petri-Schale vorhandenen Zellzahl (Abb.1).

Abb.1:Wachstumskurven der Zelllinien LNCaP undPC3.

Die Analyse der Wirkung unterschiedlicher Strahlendosen erfolgte im klinisch relevantenMaßstab zwischen 5- und 15 Gy. Die Proliferationsrate ist in Abb.2 dargestellt.

Zur Analyse der Ursache der Wachstumshemmung wurde anschließend das strahlungsassoziierteApoptoseverhalten der beiden Zelllinien anhand der Größe der apoptosebegleitenden „subG po-pulation“ durchflusszytometrisch analysiert (Abb.3).

Als weiterer Apoptoseparameter wurde die Spaltung der relevanten Downstream-Caspase-3mittels Western Blot untersucht (Abb.4). Hierbei zeigte sich eine ausgeprägte und Strahlendosis-abhängige Caspase-3-Spaltung mit maximaler Ausprägung bei 10 Gy (LNCaP) bzw. 15 Gy(PC3).


Abb.2:Die in einer Petrischale ermittelteZellzahl ist 48 Stunden nach Be-strahlung in beiden verwendetenZelllinien signifikant verringert ge-genüber unter Kontrollbedingungenkultivierten Zellen. Die Abnahme derZellzahl zeigt eine Abhängigkeit vonder verwendeten Strahlendosis undeinen annähernd maximale Ausprä-gung ab 10 Gy.

Abb.3:Die in einer Petrischale ermittelteapoptotische „subG1“-Zellpopulation(in %) ist 48 Stunden nach Bestrahlungsignifikant vergrößert gegenüber unterKontrollbedingungen kultivierten Zel-len. Auch hier zeigt sich ein von derStrahlendosis abhängiges Verhalten mitmaximalem Effekt bei 10 Gy.

Abb.4: Western-Blot-Analyse der strahlungsinduzierten Caspase-3-Spaltung in den ZelllinienLNCaP und PC3.

Durch die erzielten Ergebnisse konnten wir eine klinisch relevante Positivkontrolle zurWachstumshemmung und Apoptoseinduktion in den humanen Prostatakarzinom-Zelllinien„LNCaP“ und „PC3“ etablieren. Auf Basis dieser Experimente können wir die in unserem Laborim Rahmen der laufenden Projekte erzielten Ergebnisse zur Untersuchung des Apoptoseverhal-tens von Tumorzellen sinnvoll auf Plausibilität und Reliabilität untersuchen.

25.01.2010 / J.P.Flacke



K. Auswärtige Gäste

K.1 Institut für Materialphysik – Uni. Münster:

Interstitial-Mediated Diffusion in Germanium under Proton Irradiation

H. Bracht, S. Schneider, Institute of Materials Physics, University of Münster,Jan N. Klug, RUBION,C.Y. Liao, E. E. Haller, MS&E Department, University of California at Berkeley, & LawrenceBerkeley National Laboratory,J. Lungsgaard Hansen, A. Nylandsted Larsen, Department of Physics and Astronomy, AarhusUniversity,D. Bougeard, Walter Schottky Institute, Technical University of Munich,M. Posselt, C. Wündisch, Forschungszentrum Dresden-Rossendorf, Institute of Ion Beam Phy-sics and Materials Research,

Abstract: Phys. Rev. Lett. 103 (2009) 255501We report experiments on the impact of 2.5 MeV proton irradiation on self-diffusion and dopantdiffusion in germanium (Ge). Self-diffusion under irradiation reveals an unusual depth inde-pendent broadening of the Ge isotope multilayer structure. This behavior and the observed en-hanced diffusion of B and retarded diffusion of P demonstrates that an interstitial-mediated dif-fusion process dominates in Ge under irradiation. This fundamental finding opens up uniqueways to suppress vacancy-mediated diffusion in Ge and to solve the donor deactivation problemthat hinders the fabrication of Ge-based nanoelectronic devices.

K.2 Institut für Quanteninformationsverarbeitung – Uni. Ulm:

Deterministic Ultracold Ion Source targeting the Heisenberg Limit

W. Schnitzler, N. M. Linke, R. Fickler, F. Schmidt-Kaler, K. Singer, Institut für Quanteninformationsverarbeitung, Universität Ulm,J. Meijer, RUBION

Abstract: (Phys.Rev.Lett. 102 (2009) 070501)The major challenges to fabricate quantum processors and future nano solid state devices arematerial modification techniques with nanometre resolution and suppression of statistical fluc-tuations of dopants or qubit carriers. Based on a segmented ion trap with mK laser cooled ionswe have realized a deterministic single ion source which could operate with a huge range ofsympathetically cooled ion species, isotopes or ionic molecules. We have deterministically ex-tracted a predetermined number of ions on demand and have measured a longitudinal velocityuncertainty of 6.3 m/s and a spatial beam divergence of 600 µrad. We show in numerical simu-


lations that if the ions are cooled to the motional ground state (Heisenberg limit) nanometre spa-tial resolution can be achieved.

K.3 Institut für Physik – Uni. Stuttgart:

Dynamic Polarization of Single Nuclear Spins by Optical Pumping of Nitro-gen-Vacancy Color Centers in Diamond at Room Temperature

V. Jacques, Ph. Neumann, J. Beck, F. Kaiser, G. Balasubramanian, F. Jelezko, J. Wrachtrup, 3. Institut für Physik, Universität Stuttgart,M.L. Markham, D.J. Twitchen, Element Six Ltd., King’s Ride Park, Ascot, Berkshire SL5 8BP, United KingdomJ. Meijer, RUBION

Abstract: Phys.Rev.Lett. 102 (2009) 057403We report a versatile method to polarize single nuclear spins in diamond, based on opticalpumping of a single nitrogen-vacancy (NV) defect and mediated by a level anticrossing in its ex-cited state. A nuclearspin polarization higher than 98% is achieved at room temperature for the15N nuclear spin associated with the NV center, corresponding to µK effective nuclear-spintemperature. We then show simultaneous initialization of two nuclear spins in the vicinity of aNV defect. Such robust control of nuclear-spin states is a key ingredient for further scaling up ofnuclear-spin based quantum registers in diamond.

Engineering single photon emitters by ion implantation in diamond

B. Naydenov, R. Kolesov, A. Batalov, F. Jelezko, J. Wrachtrup, 3. Institut für Physik, Universität Stuttgart,J. Meijer, S. Pezzagna, D. Rogalla, RUBION

Abstract: Appl.Phys.Lett. 95 (2009) 181109Diamond provides unique technological platform for quantum technologies including quantumcomputing and communication. Controlled fabrication of optically active defects is a key ele-ment for such quantum toolkit. Here we report the production of single color centers emitting inthe blue spectral region by high energy implantation of carbon ions. We demonstrate that singleimplanted defects show sub-poissonian statistics of the emitted photons and can be explored assingle photon source in quantum cryptography. Strong zero phonon line at 470.5 nm allows un-ambiguous identification of this defect as interstitial-related TR12 color center.


K.4 Institut für Physik – Uni. Göttingen:

KW 8: Wildanger , 14, 23

K.5 Institut für Physik – Uni. Duisburg-Essen:

Bestimmung des Wasserstoffgehalts dünner Schichten

Volker Buck, FB Physik, Universität Duisburg-Essen

Projekt: Dissertation A. Poukhovoi zur spektroskopischen Analyse von DLC-Schichten

Januar 2009 bis Dezember 2009

Dünne Schichten aus unterschiedlichen Materialien werden mittels verschiedener plasmage-stützter Verfahren (PVD & CVD) erzeugt. Ihre Eigenschaften können signifikant vom Wasser-stoffgehalt abhängen. Eine quantitative Analyse des Wasserstoffgehalts dieser Schichten ist alsonotwendig.

Bei den hier untersuchten Proben handelt es sich um Kohlenstoff-Schichten (Diamant und Dia-mond Like Carbon „DLC“). Hier führen C-H-Schwingungen zu charakteristischen Absorptions-linien im Infraroten. die zu einer routinemäßigen Bestimmung des Wasserstoffgehalts genutztwerden können - allerdings ist eine Absolutkalibrierung notwendig. Diese wurde mittels Kernre-aktionsanalyse (NRA) an ausgewählten Proben durchgeführt.

Die Kalibrierung der Bestimmung des Wasserstoffgehalts von DLC-Schichten aus FT-IR-Spektren wurde erfolgreich durchgeführt.

24.02.2010 / Volker Buck

K.6 Institut für Dünnschicht Technologie – Uni. Duisburg-Essen:

Bestimmung des Sauerstoff-Gehalts in dünnen oxidischen Proben: nominellTiO(2), Cr(2)MnO(4), La(0.9)Sr(1.1)Ni(1)O(4)

Dieter Mergel, AG Dünnschicht-Technologie, FB Physik, Universität Duisburg-Essen,

13.03.2009; 18.09.2009; 26.11.2009


Es wurden RBS-Messungen und Analysen mit resonanter Streuung an den oben genanntenSchichten durchgeführt. Die Resonanz des Sauerstoffs bei 3.04 MeV wurde untersucht. DieMessapparatur wurde zunächst mit Einkristallen von Rutil und SrTiO(3) geeicht, bei denen derSauerstoffgehalt feststand.

Die wichtigsten Ergebnisse:Es gibt einen Sauerstoffgradienten in TiO(2)-Schichten, die mit reaktivem Magnetronsputternbei 300°C unter verschiedenen Sauerstoffpartialdrücken hergestellt wurden.Man findet einen Sauerstoffüberschuss in In(2)O(3):Sn-Schichten, die mit Rf-Diodensputternhergestellt wurden.Der Sauerstoffgehalt in nominal Cr(2)MnO(4)-Schichten hängt stark von der Präparationstempe-ratur (350°C bis 650°C) ab.

Mit einigem analytischen Aufwand wurden Spektren oxidischer Schichten gemessen und nahezuperfekt simuliert, so dass die Angaben der Zusammensetzung mit relativen Fehlern von 1 bis 4%verlässlich möglich war.

25.02.2010 / Dieter Mergel

K.7 Technische Physik – Uni. des Saarlandes:

Single-photon emission from Ni-related color centers in CVD diamond

David Steinmetz, Elke Neu, Christian Hepp, Roland Albrecht, Christoph Becher, Universität desSaarlandes, Fachrichtung 7.3 (Technische Physik), Wolfgang Bolse, Universität Stuttgart, Institut für Halbleiteroptik und Funktionelle Grenzflä-chen,Jan Meijer, RUBION

Abstract: Proc. SPIE 7727 (2010) 77270PColor centers in diamond are very promising candidates among the possible realizations forpractical singlephoton sources because of their long-time stable emission at room temperature.The popular nitrogen-vacancy center shows single-photon emission, but within a large, phonon-broadened spectrum (≈ 100 nm), which strongly limits its applicability for quantum communica-tion. By contrast, Ni-related centers exhibit narrow emission lines at room temperature. We pres-ent investigations on single color centers consisting of Ni and Si created by ion implantation intosingle crystalline IIa diamond. We use systematic variations of ion doses between 108 cm-2 and1014 cm-2 and energies between 30 keV and 1.8 MeV. The Ni-related centers show emission inthe near infrared spectral range (≈ 770 nm to 787 nm) with a small line-width (≈ 3 nm FWHM).A measurement of the intensity correlation function proves single-photon emission. Saturationmeasurements yield a rather high saturation count rate of 77.9 kcounts/s. Polarization dependentmeasurements indicate the presence of two orthogonal dipoles.


K.8 Institut für Kernphysik – Uni. Köln:

Determination of 141Pr(α,n)144Pm cross sections at energies of relevance forthe astrophysical p process using the γ-γ coincidence method

A. Sauerwein, H. Dombrowski, M. Elvers, J. Endres, U. Giesen, J. Hasper, A. Hennig, L. Net-terdon, T. Rauscher, K. O. Zell, and A. Zilges, Institut für Kernphysik, Universität zu Köln,H.-W. Becker, D. Rogalla, RUBION

Abstract: Phys. Rev. C84 (2011) 045808.The reaction 141Pr(α,n)144Pm was investigated between Eα= 11 MeV and 15 MeV with the acti-vation method using for the first time the γγ coincidence method with a segmented clover-typeHPGe detector. Measurements with four other HPGe detectors were additionally made. Thecomparison proves that the γγ coincidence method is an excellent tool to investigate cross sec-tions down to the micro barn range. The (α,n) reaction at low energy is especially suited to testα+nucleus optical-model potentials for the application in the astrophysical p process. The ex-perimentally determined cross sections were compared to Hauser-Feshbach statistical model cal-culations using different optical potentials and generally an unsatisfactory reproduction of thedata was found. A local potential was constructed to improve the description of the data. Theconsequences of applying the same potential to calculate astrophysical (γ,α) rates for 145Pm and148Gd were explored. In summary, the data and further results underline the problems in globalpredictions of α+nucleus optical potentials at astrophysically relevant energies.

K.9 Institute of Nuclear Physics, NCSR „Demokritos“, Athens, Greece:

Systematics of Alpha-Capture Reactions and Alpha-Optical Potentials for thep Process

P. Demetriou, A. Lagoyannis, T. Konstantinopoulos, M. Axiotis, S. Harissopulos, G. Fanourakis,V. Foteinou, Tandem Accelerator Laboratory, Institute of Nuclear Physics, NCSR “Demokritos,”Athens, Greece,A. Zilges, A. Sauerwein, A. Hennig, L. Netterdon, Institut für Kernphysik, Universität zu Köln,D. Rogalla, H.-W. Becker, RUBION

Systematic cross section measurements of alpha-capture reactions at sub-Coulomb energies rele-vant to the p process were performed in the Ge-Sn region. The experiments were carried out atthe summing crystal set up at the Dynamitron-Tandem Accelerator. At the same time a recentglobal α-nucleus optical model potential (OMP) based on the double-folding method was up-dated using all existing data on alpha elastic scattering and alpha-induced reactions. The data areunder analysis.


K.10 Cement-Collaboration:

Heavy ion beam measurement of the hydration of cementitious materials

R.A. Livingston, Materials Science & Engineering Department, University of Maryland, USA,J.S. Schweitzer, T. Spillane, J. Zickefoose, University of Connecticut, Storrs, USA,C. Rolfs, H.-W. Becker, Ruhr-Universität Bochum,S. Kubsky, Synchrotron SOLEIL, Saint-Aubin, France,M. Castellote, P.G. de Viedma, Institute of Construction Science “Eduardo Torroja” (CSIC),Madrid, Spain,J. Cheung, W.R. Grace, Cambridge, MA, USA

Abstract: Appl. Rad. & Isotopes 68 (2010) 683.The setting and development of strength of Portland cement concrete depends upon the reactionof water with various phases in the Portland cement. Nuclear resonance reaction analysis(NRRA) involving the 1H(15N,αγ)12C reaction has been applied to measure the hydrogen depthprofile in the few 100 nm thick surface layer that controls the early stage of the reaction. Specifictopics that have been investigated include the reactivity of individual cementitious phases andthe effects of accelerators and retarders.

K.11 Instituto Tecnológico e Nuclear, Portugal:

Free electron properties and hydrogen in InN grown by MOVPE

V. Darakchieva, M.-Y. Xie, Instituto Tecnológico e Nuclear, Sacavém, Portugal & Departmentof Physics, Chemistry, and Biology, Linköping University, Sweden,D. Rogalla, H.-W. Becker, RUBION,K. Lorenz, E. Alves, Instituto Tecnológico e Nuclear, Sacavém, Portugal,S. Ruffenach, M. Moret, O. Briot, Groupe d’Etude des Semiconducteurs, Université MontpellierII, France

Abstract: Phys. Stat. Sol. A208 (5), (2011) 1179In this work we present a comprehensive study on the hydrogen impurities, free electron, andstructural properties of MOVPE InN films with state-of-the-art quality. We find a correlationbetween the decrease of free electron concentration and the reduction of bulk hydrogen in thefilms upon thermal annealing, while no changes in the dislocation densities and strain are ob-served. Our results suggest that hydrogen is a major source for the unintentional n-type doping inMOVPE InN.


L. Veranstaltungen

L.1 2. NRW Nano-Konferenz, Kongresszentrum Westfalenhallen in Dortmund

22.06.2009 - 23.06.2009Wirtschaftsförderung Dortmund & Ministerium für Innovation, Wissenschaft, Forschung und Technologie des Landes NRW.

Hauptthema dieses Treffen war neben derVorstellung technologischer Neuheiten derTransfer von Forschungsergebnissen in diePraxis.

Neben Vortragsreihen wurde etwa 60 Un-ternehmen, Instituten und Forschungsein-richtungen, darunter auch RUBION, dieMöglichkeit zur Präsentation in einer Be-gleitausstellung gegeben.


L.2 26. Treffen der Nutzergruppe Heißprozesse und RTP gemeinsam mit dem 42. Treffen der Nutzergruppe Ionenimplantation

Rubitec - Gesellschaft für Innovation und Technologie der Ruhr-Universität Bochum mbH

12. November 2009

Begrüßung durch Heiner Ryssel, Anton Bauer, IISB, Erlangen

Karl Grosse, Rubitec, Bochum Vorstellung Rubitec

Klaus-Detlef Bolze, IHP, Frankfurt (Oder) Millisecond Annealing of High-PerformanceSiGe HBTs

Wolfgang Skorupa,Forschungszentrum Dresden-Rossendorf

Advances in Si & Ge Millisecond Processing:From Silicon-on-Insulator to SuperconductingGe

Jürgen Nieß,Mattson Thermal Products GmbH, Dornstadt

Electrical Characterization of Spike and FlashAnnealed Ultra Shallow Dopants

Peter Oesterlin,Innovavent GmbH, Göttingen

Laser Annealing of Power Devices: New De-velopments

Hans Geiler,JenaWave, Jena

Photoelastic Study of Stress-Induced Melt Nu-cleation Caused by ms-Pulse Annealing

Klaus Brand, Rubitec, Bochum 20 Jahre Hochenergieimplantation in Bochum

Martin Rambach, Centrotherm, Blaubeuren Hochtemperaturanlagen von Centrotherm

Hans Geiler, JenaWave, Jena Photoelastische Analyse von Vertikalbooten

Kristian Schulz, JenaWave, Jena Langzeitstudie zur MeV-Implantationskontrollemittels TWIN

Jan N. Klug, RUB Anwendungen von Hochenergie-Ionenimplantation

Hans-Werner Becker,RUB &Friedrich Kröner,Infineon Austria, Villach/Österreich

Radioaktivität bei Hochenergieimplantationenin Leistungsbauelemente: An der Grenze zurnuklearen Einrichtung

Jan Meijer,RUBION/RUB

Implantation zur Herstellung von Quantencom-puter

Dieter Fuchs,Infineon Technologies AG, Regensburg

Species Mix and its Impact on Tool Utilisation

Lutz Ende,X-FAB Semiconductor Foundries AG, Erfurt

Ionenmix - X-FAB Erfurt

Diskussion zur zukünftigen Ausrichtung der Nutzergruppen Heißprozesse/RTP und Ionenim-plantation


M. Anhang

M.1 Personen

RUBION Leitung

Name Funktion innerhalb der Ruhr-Universität

Chakraborty, Sumit Prof. Dr. Fakultät für Geowissenschaften,Bereich Mineralogie

stellvertr. Direktor

Heumann, Rolf Prof. Dr. Fakultät für BiochemieBereich Molekulare Neurobiochemie

Direktor

Meijer, Jan B. PD Dr. RUBION Geschäftsführer

RUBION Mitarbeiter

Name Funktion

Antonietti, Patrick cand. BS Stud. Hilfskraft 03.2010 - 09.2010

Apool, Arnd Technischer Leiter Ionenstrahlen,Qualitätsmanagement Beauftragter (QMB),Strahlenschutzbeauftragter (SSB)

Bader, Bärbel Verwaltungsangestellte

Becker, Hans-Werner Dr. Wiss. Mitarbeiter, Materialanalyse ab 01.2010

Brandner, Thomas Operateur, Strahlenschutzbeauftrager (SSB),Sicherheitsbeauftragter

Fortak, Katrin Dipl. Phys. Wiss. Mitarbeiter, Doktorandin

Genschur, Roger Operateur, Strahlenschutzbeauftrager (SSB)

Groot-Berning, Karin cand. BScand. MS

Stud. HilfskraftMasterstudent

bis 08.2010ab 09.2010

Happel, Patrick Dipl.Biochem.Dr.

Wiss. Mitarbeiter, STED-Mikroskop bis 04.2010ab 05.2010

Kieschnick, Michael Dipl. Phys. Wiss. Mitarbeiter, Doktorand ab 03.2009

Klug, Jan N. Dipl. Phys. Wiss. Mitarbeiter, Doktorand,Entwicklung

Korbel, Martin Operateur, Strahlenschutzbeauftrager (SSB)

Kunz, Ralf Walter Dr. Wiss. Mitarbeiter, Be-Implanter ab 09.2009

Lenders, Thomas Strahlenschutztechniker,Strahlenschutzbeauftragter (SSB)

Lohrmann, Alexander cand. MS Masterstudent ab 06.2010

Meijer, Jan B. PD Dr. Wiss. Mitarbeiter, Geschäftsführer,Strahlenschutzbeauftragter (SSB)

Neu, Franziska cand.Phys. stud. Hilfskraft, Diplomandin ab 06.2010

Pezzagna, Sébastien Dr. Wiss. Mitarbeiter, Nano-Implanter

Rogalla, Detlef Dr. Wiss. Mitarbeiter, Materialanalyse ab 02.2009

Rohmann, Dorothee Dr. Wiss. Mitarbeiter, IT Management


Schratt, Karin Verwaltungsangestellte

Schwering, Nina Katrin cand. MS Masterstudent, STED-Mikroskop ab 07.2010

Siewert, Michael Technischer Leiter Radionuklide,Strahlenschutzbeauftragter (SSB)

Spöllmann, Stephan Dipl. Ing. (FH), Strahlenschutzbeauftragter (SSB)

Wegener, Timo Operateur

RUBION Gäste & Nutzer

Name Institut

Adamietz, Irenaeus A. Prof. Dr. Marien Hospital, Herne, RUB

Alves, Eduardo Dr. Instituto Tecnológico e Nuclear, Sacavém, Portugal

Assmann, Walter PD Dr. Fakultät für Physik, LMU

Bandow, Julia JP Dr. Biologie der Mikroorganismen, RUB

Becker, Hans-Werner Dr. Fakultät für Physik und Astronomie, RUB bis 2009

Bekermann, Daniela Masterstudent Anorganische Chemie II (Prof. Fischer, JP Devi), RUB

Bracht, Hartmut Prof. Dr. Institut für Materialphysik, Universität Münster

Brunken, Hayo Dipl. Ing. Werkstoffe der Mikrotechnik (Prof. Ludwig), RUB

Buck, Volker Prof. Dr. FB Physik, Dünnschichttechnologie, Universität Duisburg-Essen

Bühler, Helmut Dr. Marien Hospital, Herne, RUB

Bukow, Hans-Heinrich Dr. Gastwissenschaftler, RUBION

Bureau, Hélène Dr. Institut de Minéralogie et de Physique des Milieux Condensés, Uni-versité Pierre et Marie CURIE, Paris (Frankreich)

Busch, Martin Dr. Grönemeyer Institut

Castonguay, Jan OC1, RUB

Chakraborty, Sumit Prof. Dr. GMG – Mineralogie, RUB

Courtin, Sandrine Dr. Université Strasbourg (Frankreich)

Darakchieva, Vanya Dr. Instituto Tecnológico e Nuclear, Sacavém, Portugal

Di Leva, Antonino Dipl. Phys. Fakultät für Physik und Astronomie, RUB bis 2009

Gaupp, Stefanie Dr. Neurologische Klinik, RUB

Gerke, Lorenz Dipl. Ing. Werkstoffprüfung (Prof. Pohl), RUB

Gialanella, Lucio Dr. INFN, Napoli (Italien)

Görgen, Peter Dipl. Geol. GMG – Sediment Petrographie (Prof. Richter), RUB

Görres, Joachim Prof. Dr. Department of Physics, University of Notre Dame (USA)

Grosse, Karl Dr. Gesellschaft für Innovation und Technologie der Ruhr-UniversitätBochum (rubitec)

Hass, Florent Prof. Dr. Université Strasbourg (Frankreich)

Heumann, Rolf Prof. Dr. BC2 - Molekulare Neurobiochemie, RUB

Hollaender-Czytko, Heike Dr. Pflanzenphysiologie, RUB

Jüschke, Elisabeth Dr. Bodenkunde & Bodenökologie, RUB

Klotzbücher, Thimo Dipl.-Geoök. Bodenökologie, Uni Bayreuth

Kovtun, Anna Dipl. Biol. FB Chemie, Anorganische Chemie, Uni Duisburg Essen


Name Institut

Kröhner, Friedrich Dr. Infineon, Villach (Österreich)

Kubsky, Stefan Dr. SOLEI, Paris (Frankreich)

Lebhertz, Dorothee Dr. Université Strasbourg (Frankreich)

Lefebvre-Schuhl, Anne Dr. C.S.N.S.M. (IN2P3 - CNRS) Orsay, Uni Paris-Sud (Frankreich)

Livingston, R.A. Dr. University of Maryland (USA)

Lorenz, Katharina Dr. Instituto Tecnológico e Nuclear, Sacavém, Portugal

Lübben, Mathias PD Dr. Biophysik, RUB

Mergel, Dieter Prof. Dr. FB Physik, Dünnschichttechnologie, Universität Duisburg-Essen

Milanow, Andrian Anorganische Chemie II (Prof. Fischer, JP Devi), RUB

Müller, Thomas Dr. GMG – Mineralogie (Prof. Charkraborty), RUB

Munsch, Pascal Institut de Minéralogie et de Physique des Milieux Condensés, Uni-versité Pierre et Marie CURIE, Paris (Frankreich)

Naydenov, Boris Dr. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart

Neumann, Sebastian M.Sc. BC2 - Molekulare Neurobiochemie, RUB

Niermann, Benedikt Masterstudent Anwendungsorientierte Plasmaphysik (Prof. Winter), RUB

Ohm, Heike Dipl. Geogr. Bodenkunde & Bodenökologie, RUB

Paris, Frank Dr. Tierphysiologie, RUB

Protop, Corneliu Dr. Gesellschaft für physikallische Technologien GmbH, Mettmann

Pütz, Stefanie BTA BC2a - Molekulare Zellbiochemie, RUB

Schneider, Sebastian Dipl. Phys. Institut für Materialphysik (Prof. Bracht), Universität Münster

Schweitzer, Jeffrey Prof. Dr. Department of Physics, University of Connecticut (USA)

Simon, Guilhem Institut de Minéralogie et de Physique des Milieux Condensés, Uni-versité Pierre et Marie CURIE, Paris (Frankreich)

Strieder, Frank Dr. Physik mit Ionenstrahlen (Prof. Rolfs), RUB

Thiede, Tobias Anorganische Chemie II (Prof. Fischer, JP Devi), RUB

Tönshoff, Charlotte B.Sc. Bodenkunde & Bodenökologie, RUB

Traeger, Franziska Dr. Physikalische Chemie (Prof. Wöll), RUB

Vitiello, Guiseppe Prof. Dr. Dipartimento di Fisica, Università di Salerno (Italien)

Zimmermann, Jan Dipl. Chem. OC1, RUB

Zaitsev, Alexander Prof. Dr. Gastwissenschaftler, RUBION ab 09.2010


RUBION Beirat

Gruppe der Professoren

Prof. Dr. I. Adamietz Marienhospital Herne

Prof. Dr. A. Ludwig Fakultät für Maschinenbau

Prof. Dr. W.V. Maresch Fakultät für Geowissenschaften ausgeschieden zum 01.07.2009

Prof. Dr. H. Zabel Fakultät für Physik und Astronomie

Stellvertreter:

NN

Gruppe der Studierenden

NN

Stellvertreter:

K. Groot-Berning Cand. Phys.

Gruppe der wissenschaftlichen Mitarbeiter

Dr. H.-W. Becker Fakultät für Physik und Astronomie

Stellvertreter:

Dr. H. Holländer-Czytko Fakultät für Biologie

Gruppe der Mitarbeiter in Technik und Verwaltung

A. Apool RUBION

Stellvertreter:

M. Siewert RUBION

beratend - nicht stimmberechtigt sind:

Prof. Dr. R. Heumann Fakultät für Biochemie (Direktor)

Prof. Dr. S. Chakraborty Fakultät für Geowissenschaften (stellvertr. Direktor)

PD Dr. J. Meijer RUBION (Geschäftsführer)


M.2 Personen Index

Albrecht, Roland ......................... 67Alves, E. ...................................... 69Antonietti, Patrick ....................... 22Apool, Arnd......................... 1, 2, 14Axiotis, M.................................... 68Bäcker, Ingo .......................... 59, 60Balasubramanian, G. ................... 65Batalov, A.................................... 65Bauer, Anton ............................... 71Baumstark-Khan, Christa ............ 26Becher, Christoph........................ 67Beck, J. ........................................ 65Becker, Hans-Werner ......... 5, 7, 25, .................30, 32, 33, 34, 35, 40, 41, ............42, 44, 46, 47, 56, 68, 69, 71Bekermann, Daniela .................... 48Best, Kai ...................................... 58Bolse, Wolfgang.......................... 67Bolze, Klaus-Detlef ..................... 71Borinski, Sascha .......................... 44Bougeard, D. ............................... 64Bourdos, Iris ................................ 60Bracht, Hartmut ........................... 64Brand, Klaus................................ 71Brandner, Thomas ......................... 1Briot, O........................................ 69Brunken, Hayo............................. 32Buck, Volker ............................... 66Bühler, Helmut ............................ 25Castellote, M. .............................. 69Chakraborty, Sumit ........ 25, 39, 40, ................................... 41, 42, 44, 45Cheung, J. .................................... 69Cwik, Stefan ................................ 49Darakchieva, V............................ 69de Viedma, P.G. .......................... 69Demetriou, P................................ 68Dietzel-Meyer, Irmgard ........ 22, 26, ......................................... 50, 51, 54DiLeva, Antonino........................ 22Dombrowski, H. .......................... 68Elvers, M. .................................... 68Ende, Lutz ................................... 71Endres, J. ..................................... 68Epple, Matthias............................ 50Faak, Kathrin ............................... 39Fanara, Sara........................... 41, 42Fanourakis, G. ............................. 68Fickler, R..................................... 64Flacke, Jan-Paul..................... 61, 62Fortak, Katrin ...... 15, 16, 17, 18, 23Foteinou, V.................................. 68Fretter, Yvonne............................ 60Fuchs, Dieter ............................... 71Geiler, Hans................................. 71Genschur, Roger............................ 1Gialanella, Lucio ......................... 17Giesen, U..................................... 68

Grace, W.R. .................................69Grochla, Dario ...........30, 32, 33, 34Groot-Berning, Karin...................22Grosse, Karl .................................71Haller, E.E. ..................................64Hamann, Sven........................33, 34Happel, Patrick .........19, 21, 22, 23, ............................. 25, 52, 53, 54, 55Harissopulos, S. ...........................68Hasper, J. .....................................68Hemmer, Kathrin .........................59Hennig, A.....................................68Hepp, Christian ............................67Heumann, Rolf.................25, 50, 55Holländer-Czytko, Heike .............58Jacques, V. ...................................65Jelezko, Fedor ..............................65Job, Reinhart ................................25Jüschke, Elisabeth............26, 38, 39Kaiser, F.......................................65Ke Xu...........................................47Kempkes, Hanna..........................61Kieschnick, Michael .......25, 29, 30, ...................................31, 32, 33, 34Klug, Jan N. .............1, 9, 10, 64, 71Kolesov, R. ..................................65König, Dennis ..............................30Konstantinopoulos, T...................68Korbel, Martin ...............................1Kovtun, Anna...............................50Krasnopolski, Michael .................48Kröner, Friedrich .........................71Kubsky, Stefan.............................69Kunz, Ralf.. 6, 15, 16, 17, 18, 23, 25Kunze, Ulrich...............................26Ladilov, Yury...............................61Lagoyannis, A..............................68Lenders, Thomas.... 3, 15, 16, 17, 24Liao, C.Y. ....................................64Lindner, Jörg................................25Linke, N. M. ................................64Linker, Ralf..................................26Livingston, R.A. ..........................69Lorenz, K. ....................................69Lübben, Mathias ....................23, 60Ludwig, Alfred .........25, 29, 30, 32, ...............................................33, 34Lungsgaard Hansen, J. .................64Lutz, Josef......................................9Malkemper, Pascal.......................59Mardare, Cezarina........................30Markham, M.L.............................65Meijer, Jan B........... 7, 9, 10, 14, 17, .......... 19, 23, 24, 25, 26, 27, 29, 30, ..... 32, 33, 34, 39, 47, 64, 65, 67, 71Mendritzki, Sonja ........................59Mergel, Dieter........................66, 67Meyer, Dirk .................................23

Michel, Elisa ............................... 38Milanov, Andrian .................. 46, 47Mohanasundaram, Sivaraj ........... 51Moret, M. .................................... 69Müller, Werner............................ 59Naydenov, B................................ 65Netterdon, L. ............................... 68Neu, Elke..................................... 67Neumann, Philipp........................ 65Neumann, Sebastian........ 25, 50, 51Nieß, Jürgen ................................ 71Nylandsted Larsen, A.................. 64Oesterlin, Peter............................ 71Ohm, Heike ........................... 37, 38Paris, Frank ..................... 25, 26, 59Pezzagna, Sébastien ......... 7, 10, 13, .............................................. 26, 65Plümel, Ingo.................... 13, 14, 26Posselt, M.................................... 64Protop, Corneliu .......................... 14Rai, Ashish .................................. 35Rambach, Martin......................... 71Rauscher, T. ................................ 68Reuter, Dirk........................... 26, 35Rogalla, Detlef ......7, 25, 29, 30, 32, ................33, 34, 40, 41, 42, 46, 47, ...................................56, 65, 68, 69Rohmann, Dorothee ......4, 6, 14, 23,........................................ 24, 26, 28Rolfs, Claus................................. 69Ruffenach, S................................ 69Ryssel, Heiner ............................. 71Sauerwein, A............................... 68Savan, Alan ........................... 29, 32Schalwat, Bodo ........................... 23Schmidt-Kaler, Ferdinand ........... 64Schneider, S. ............................... 64Schnitzler, W............................... 64Schröter, Grit............................... 60Schulte, Christiane ...................... 59Schulz, Kristian........................... 71Schuster, Katrin........................... 59Schweitzer, Jeffrey...................... 69Schwering, Nina.......................... 19Segelke, Daniel ........................... 59Sengupta, Pranesh ................. 40, 41Serdar, Meray.............................. 54Siewert, Michael ........................... 3Singer, Kilian .............................. 64Skorupa, Wolfgang ..................... 71Sonntag, Joachim ........................ 29Soukou, Charles .......................... 26Spillane, Tim............................... 69Spöllmann, Stephan........... 3, 15, 24Steinmetz, David ................... 25, 67Strieder, Frank............................. 25Thatenhorst, Dennis .................... 22Thiede, Tobias............................. 46


Tönshoff, Charlotte ..................... 38Träbert, Elmar ............................. 36Traeger, Franziska................. 56, 57Twitchen, D.J. ............................. 65Wegener, Timo.............................. 1

Wiggers, Hartmut ........................13Wildanger, Dominik ........ 19, 25, 66Wolff, Peter .................................55Wöll, Christof ..............................56Wrachtrup, Jörg ...........................65

Wündisch, C.................................64Xie, M.-Y.....................................69Zell, K.O. .....................................68Zickefoose, J. ...............................69Zilges, A. .....................................68

Documents

RUBION Jahresbericht 2009/2010