Pacher Peter
Dipl.-Ing.
Forum Technik und Gesellschaft Förderpreisträger 2004
Kategorie Diplomarbeiten
1. Preis ex aequo
Titel
Zwei Photonen Absorption in organischen Molekülen
Kurzfassung
Im ersten Teil der vorliegenden Diplomarbeit wird einerseits gezeigt, wie man die Zwei-Photonen-Absorption (2PA) in organischen Molekülen theoretisch berechnen kann, andererseits wird auf die wachsende Bedeutung dieses physikalischen Prozesses in der modernen Technik eingegangen. In Zukunft werden vor allem Materialien mit einem hohen 2PA-Querschnitt dringend benötigt werden, und zwar sowohl in medizinischen/biologischen Anwendungen (z.B. Zwei-Photonen-Fluoreszenz Mikroskopie in der Zellforschung) als auch in 3D micro fabrication processes und in optischen Speichermedien. Im zweiten Teil der Diplomarbeit werden Berechnungen an Modellsystemen durchgeführt. Die berechnete Resonanzerhöhung der nicht-entarteten 2PA in Fluorenverbindungen wird mit experimentellen Daten von unseren Projektpartnern aus Florida verglichen, wobei eine gute ?bereinstimmung vorgefunden wird. Weiters werden die Grenzen der oft verwendeten few-states Modelle zur Beschreibung der Herkunft von 2PA-peaks in v-förmigen Dioxaboranen aufgezeigt. Eine genaue Untersuchung wurde auch an sog. photo acid generators durchgeführt, welche für fotolithographische Anwendungen verwendet werden. Der große Unterschied in der Fotosdure-Umwandlungsrate bei zwei sehr ähnlichen Molekülen konnte gut beschrieben werden. Weiters wurden die 2PA Eigenschaften von oktupolaren Donor-Akzeptor Molekülen untersucht.
persönliche Begründung der gesellschaftlichen Relevanz
DURCHFÜHRUNG DER ARBEIT Der größte Teil der Arbeit entstand innerhalb von 6 Monaten an der University of Arizona in Tucson, Az, USA in der weithin bekannten Forschungsgruppe von Prof. Jean-Luc Bridas und unter der Betreuung von Prof. Egbert Zojer. Die gesellschaftliche Relevanz der Arbeit liegt bei den vielen Anwendungen der Zweiphotonenabsorption (2PA): In Zukunft wird man höchstauflösende Datenträger mittels dieses Prozesses beschreiben, wobei es notwendig sein wird, noch weitere Moleküle, ähnlich denen in dieser Arbeit, zu untersuchen. Weiters gibt es moderne Anwendungen, welche der Gesellschaft in den Bereichen Zellforschung/Medizin von hohem Nutzen sein werden, wie etwa die 2PA Fluoreszenzmikroskopie, welche heute schon in der Krebsforschung eingesetzt wird. INNOVATIONSGEHALT Die hier vorgelegte Diplomarbeit |ber 2PA beinhaltet viele neuartige Molek|le, die von kooperierenden Gruppen erst kurz davor synthetisiert wurden. Die durchgef|hrten Berechnungen sollten den Chemikern helfen, das Verhalten dieser Molek|le in Bezug auf die 2PA besser zu verstehen. Die Methoden zur Berechnung mussten dabei von mir oft angepasst oder teilweise auch stark erweitert werden. Durch gemeinsames Vorgehen mit 2 kooperierenden Gruppen hat sich ein du_erst innovativer Arbeitsprozess ergeben. Mittlerweile schldgt sich das bereits in 3 Vervffentlichungen in angesehen internationalen Journalen nieder, 2 weitere Arbeiten sind schon in Vorbereitung. PRAXISBEZUG Die Arbeit hat unmittelbar den synthetischen Chemikern geholfen zu verstehen welche Moleküleigenschaften einen hohen 2PA Querschnitt ermöglichen. Dabei sind die Methoden mittlerweile so ausgereift, dass es in Zukunft möglich sein wird vorherzusagen, bei welchen Molekülen es sich lohnt diese zu synthetisieren und bei welchen es sich nicht lohnt. AKTUALITÄT Es handelt sich hier um eine Arbeit die an vorderster Front dieses Wissenschaftsgebietes anzusiedeln ist. Dies beweist auch die hohe Reputation der Gruppe von Prof. Bridas und der permanente Output an Veröffentlichungen. VISION Viele der potentiellen Anwendungen stehen heute bereits vor der Serienreife. Ein Verfahren der 2PA wird in der EDV die derzeit boomende DVD auf Grund der viel höheren Datendichte als optisches Speichermedium absetzen. Auch die 2PA Fluoreszenzmikroskopie wird als Analyseverfahren in Zukunft weit verbreitet sein. Schon jetzt gibt es z.B. Kariesfrüherkennung, dreidimensionale Bilder von Lebewesen (z.B. Wachtelembryo) o.d. INTERDISZIPLINARITÄT Als Physiker der TU-Graz habe ich im Chemieinstitut der University of Arizona in einer multinationalen Gruppe (Koreaner, Deutsche, Amerikaner, Belgier, Georgier) im Verbund mit 2 weiteren ähnlich strukturierten Gruppen zusammengearbeitet, wobei eine davon vor allem die Synthese von neuartigen Molekülen betrieben hat, die andere war eine reine Spektroskopiegruppe. Die Diplomarbeit befasst sich mit den Gebieten Physik / Chemie (Berechnungen), Medizin / Biologie und EDV. FORM DER EINREICHUNG Die Arbeit umfasst 112 Seiten ohne Verzeichnisse, enthält zahlreiche Abbildungen zur Illustration und ist in 2 große Bereiche getrennt. Das Layout wurde mit LaTex gestaltet.
Kategorie Diplomarbeiten
1. Preis ex aequo
Titel
Zwei Photonen Absorption in organischen Molekülen
Kurzfassung
Im ersten Teil der vorliegenden Diplomarbeit wird einerseits gezeigt, wie man die Zwei-Photonen-Absorption (2PA) in organischen Molekülen theoretisch berechnen kann, andererseits wird auf die wachsende Bedeutung dieses physikalischen Prozesses in der modernen Technik eingegangen. In Zukunft werden vor allem Materialien mit einem hohen 2PA-Querschnitt dringend benötigt werden, und zwar sowohl in medizinischen/biologischen Anwendungen (z.B. Zwei-Photonen-Fluoreszenz Mikroskopie in der Zellforschung) als auch in 3D micro fabrication processes und in optischen Speichermedien. Im zweiten Teil der Diplomarbeit werden Berechnungen an Modellsystemen durchgeführt. Die berechnete Resonanzerhöhung der nicht-entarteten 2PA in Fluorenverbindungen wird mit experimentellen Daten von unseren Projektpartnern aus Florida verglichen, wobei eine gute ?bereinstimmung vorgefunden wird. Weiters werden die Grenzen der oft verwendeten few-states Modelle zur Beschreibung der Herkunft von 2PA-peaks in v-förmigen Dioxaboranen aufgezeigt. Eine genaue Untersuchung wurde auch an sog. photo acid generators durchgeführt, welche für fotolithographische Anwendungen verwendet werden. Der große Unterschied in der Fotosdure-Umwandlungsrate bei zwei sehr ähnlichen Molekülen konnte gut beschrieben werden. Weiters wurden die 2PA Eigenschaften von oktupolaren Donor-Akzeptor Molekülen untersucht.
persönliche Begründung der gesellschaftlichen Relevanz
DURCHFÜHRUNG DER ARBEIT Der größte Teil der Arbeit entstand innerhalb von 6 Monaten an der University of Arizona in Tucson, Az, USA in der weithin bekannten Forschungsgruppe von Prof. Jean-Luc Bridas und unter der Betreuung von Prof. Egbert Zojer. Die gesellschaftliche Relevanz der Arbeit liegt bei den vielen Anwendungen der Zweiphotonenabsorption (2PA): In Zukunft wird man höchstauflösende Datenträger mittels dieses Prozesses beschreiben, wobei es notwendig sein wird, noch weitere Moleküle, ähnlich denen in dieser Arbeit, zu untersuchen. Weiters gibt es moderne Anwendungen, welche der Gesellschaft in den Bereichen Zellforschung/Medizin von hohem Nutzen sein werden, wie etwa die 2PA Fluoreszenzmikroskopie, welche heute schon in der Krebsforschung eingesetzt wird. INNOVATIONSGEHALT Die hier vorgelegte Diplomarbeit |ber 2PA beinhaltet viele neuartige Molek|le, die von kooperierenden Gruppen erst kurz davor synthetisiert wurden. Die durchgef|hrten Berechnungen sollten den Chemikern helfen, das Verhalten dieser Molek|le in Bezug auf die 2PA besser zu verstehen. Die Methoden zur Berechnung mussten dabei von mir oft angepasst oder teilweise auch stark erweitert werden. Durch gemeinsames Vorgehen mit 2 kooperierenden Gruppen hat sich ein du_erst innovativer Arbeitsprozess ergeben. Mittlerweile schldgt sich das bereits in 3 Vervffentlichungen in angesehen internationalen Journalen nieder, 2 weitere Arbeiten sind schon in Vorbereitung. PRAXISBEZUG Die Arbeit hat unmittelbar den synthetischen Chemikern geholfen zu verstehen welche Moleküleigenschaften einen hohen 2PA Querschnitt ermöglichen. Dabei sind die Methoden mittlerweile so ausgereift, dass es in Zukunft möglich sein wird vorherzusagen, bei welchen Molekülen es sich lohnt diese zu synthetisieren und bei welchen es sich nicht lohnt. AKTUALITÄT Es handelt sich hier um eine Arbeit die an vorderster Front dieses Wissenschaftsgebietes anzusiedeln ist. Dies beweist auch die hohe Reputation der Gruppe von Prof. Bridas und der permanente Output an Veröffentlichungen. VISION Viele der potentiellen Anwendungen stehen heute bereits vor der Serienreife. Ein Verfahren der 2PA wird in der EDV die derzeit boomende DVD auf Grund der viel höheren Datendichte als optisches Speichermedium absetzen. Auch die 2PA Fluoreszenzmikroskopie wird als Analyseverfahren in Zukunft weit verbreitet sein. Schon jetzt gibt es z.B. Kariesfrüherkennung, dreidimensionale Bilder von Lebewesen (z.B. Wachtelembryo) o.d. INTERDISZIPLINARITÄT Als Physiker der TU-Graz habe ich im Chemieinstitut der University of Arizona in einer multinationalen Gruppe (Koreaner, Deutsche, Amerikaner, Belgier, Georgier) im Verbund mit 2 weiteren ähnlich strukturierten Gruppen zusammengearbeitet, wobei eine davon vor allem die Synthese von neuartigen Molekülen betrieben hat, die andere war eine reine Spektroskopiegruppe. Die Diplomarbeit befasst sich mit den Gebieten Physik / Chemie (Berechnungen), Medizin / Biologie und EDV. FORM DER EINREICHUNG Die Arbeit umfasst 112 Seiten ohne Verzeichnisse, enthält zahlreiche Abbildungen zur Illustration und ist in 2 große Bereiche getrennt. Das Layout wurde mit LaTex gestaltet.