@phdthesis{Codutti2018,
  author    = {Codutti, Agnese},
  title     = {Behavior of magnetic microswimmers},
  doi       = {10.25932/publishup-42297},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-422976},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {iv, 142},
  year      = {2018},
  abstract  = {Microswimmers, i.e. swimmers of micron size experiencing low Reynolds numbers, have received a great deal of attention in the last years, since many applications are envisioned in medicine and bioremediation. A promising field is the one of magnetic swimmers, since magnetism is biocom-patible and could be used to direct or actuate the swimmers. This thesis studies two examples of magnetic microswimmers from a physics point of view. The first system to be studied are magnetic cells, which can be magnetic biohybrids (a swimming cell coupled with a magnetic synthetic component) or magnetotactic bacteria (naturally occurring bacteria that produce an intracellular chain of magnetic crystals). A magnetic cell can passively interact with external magnetic fields, which can be used for direction. The aim of the thesis is to understand how magnetic cells couple this magnetic interaction to their swimming strategies, mainly how they combine it with chemotaxis (the ability to sense external gradient of chemical species and to bias their walk on these gradients). In particular, one open question addresses the advantage given by these magnetic interactions for the magnetotactic bacteria in a natural environment, such as porous sediments. In the thesis, a modified Active Brownian Particle model is used to perform simulations and to reproduce experimental data for different systems such as bacteria swimming in the bulk, in a capillary or in confined geometries. I will show that magnetic fields speed up chemotaxis under special conditions, depending on parameters such as their swimming strategy (run-and-tumble or run-and-reverse), aerotactic strategy (axial or polar), and magnetic fields (intensities and orientations), but it can also hinder bacterial chemotaxis depending on the system. The second example of magnetic microswimmer are rigid magnetic propellers such as helices or random-shaped propellers. These propellers are actuated and directed by an external rotating magnetic field. One open question is how shape and magnetic properties influence the propeller behavior; the goal of this research field is to design the best propeller for a given situation. The aim of the thesis is to propose a simulation method to reproduce the behavior of experimentally-realized propellers and to determine their magnetic properties. The hydrodynamic simulations are based on the use of the mobility matrix. As main result, I propose a method to match the experimental data, while showing that not only shape but also the magnetic properties influence the propellers swimming characteristics.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Scholz2012,
  author    = {Scholz, Markus Reiner},
  title     = {Spin polarization, circular dichroism, and robustness of topological surface states},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-96686},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {153},
  year      = {2012},
  abstract  = {Dreidimensionale topologische Isolatoren sind ein neues Materialsystem, welches dadurch charakterisiert ist, dass es in seinem Inneren isolierend an der Ober {\"a}che jedoch leitend ist. Urs{\"a}chlich f{\"u}r die Leitf{\"a}higkeit an der Ober {\"a}che sind sogenannte topologische Ober- {\"a}chenzust{\"a}nde, welche das Valenzband des Inneren mit dem Leitungsband des Inneren verbinden. An der Ober {\"a}che ist also die Bandl{\"u}cke, welche die isolierende Eigenschaft verursacht, geschlossen. Die vorliegende Arbeit untersucht diese Ober {\"a}chenzust{\"a}nde mittels spin- und winkelauf- gel{\"o}ster Photoemissionsspektroskopie. Es wird gezeigt, dass in den Materialien Bi2Se3 und Bi2Te3, in {\"u}bereinstimmung mit der Literatur, die entscheidenden Charakteristika eines topologischen Ober {\"a}chenzustands vorzu nden sind: Die Ober {\"a}chenzust{\"a}nde dieser Sys- teme durchqueren die Bandl{\"u}cke in ungerader Anzahl, sie sind nicht entartet und weisen folgerichtig eine hohe Spinpolarisation auf. Weiterhin wird durch Aufdampfen diverser Adsorbate gezeigt, dass der Ober {\"a}chenzust{\"a}n- de von Bi2Se3 und Bi2Te3, wie erwartet, extrem robust ist. Ober {\"a}chenzust{\"a}nde topologisch trivialer Systeme erf{\"u}llen diese Eigenschaft nicht; bereits kleine Verunreinigungen k{\"o}n- nen diese Zust{\"a}nde zerst{\"o}ren, bzw. die Ober {\"a}che isolierend machen. Die topologischen Ober {\"a}chenzust{\"a}nde k{\"o}nnen in der vorliegenden Arbeit noch bis zur Detektionsgrenze der experimentellen Messmethode nachgewiesen werden und die Ober {\"a}che bleibt Leitf{\"a}hig. Unter den Adsorbaten be ndet sich auch Eisen, ein bekanntermaßen magnetisches Materi- al. Eine der Grundvoraussetzungen f{\"u}r topologische Isolatoren ist die Zeitumkehrsymme- trie, die Elektronen, welche den topologischen Ober {\"a}chenzustand besetzen, vorschreibt, dass sie eine bestimmte Spinrichtung haben m{\"u}ssen, wenn sie sich beispielsweise nach links bewegen und den entgegengesetzten Spin wenn sie sich nach rechts bewegen. In magnetischen Materialien ist die Zeitumkehrsymmetrie jedoch explizit gebrochen und die gezeigte Robustheit des Ober {\"a}chenzustands gegen magnetische Materialien daher uner- wartet. Die Zeitumkehrsymmetrie sorgt auch daf{\"u}r, dass eine Streuung der Elektronen um 180°, beispielsweise an einem Gitterdefekt oder an einem Phonon strikt verboten ist. Bei einem solchen Streuprozess bleibt die Spinrichtung erhalten, da aber in der Gegenrichtung nur Zust{\"a}nde mit entgegengesetztem Spin vorhanden sind kann das Elektron nicht in diese Richtung gestreut werden. Dieses Prinzip wird anhand der Lebensdauer der durch Pho- toemission angeregten Zust{\"a}nde untersucht. Hierbei wird gezeigt, dass die Kopplung der Elektronen des Ober {\"a}chenzustands von Bi2Te3 an Phononen unerwartet hoch ist und dass sich eine Anisotropie in der Bandstruktur des Selbigen auch in den Lebensdauern der ange- regten Zust{\"a}nde widerspiegelt. Weiterhin wird gezeigt, dass sich die Ein {\"u}sse von magne- tischen und nicht-magnetischen Verunreinigungen auf die Lebensdauern stark voneinander unterscheiden. Im letzten Teil der vorliegenden Arbeit wird untersucht, ob eine Asymmetrie in der Inten- sit{\"a}tsverteilung der winkelaufgel{\"o}sten Photoemissionsspektren, bei Anregung mit zirku- lar polarisiertem Licht, in Bi2Te3 R{\"u}ckschl{\"u}sse auf die Spinpolarisation der Elektronen erlaubt. Bei Variation der Energie des eingestrahlten Lichts wird ein Vorzeichenwechsel der Asymmetrie beobachtet. Daraus l{\"a}sst sich schlussfolgern, dass die Asymmetrie keine R{\"u}ckschl{\"u}sse auf die Spinpolarisation erlaubt.},
  language  = {en}
}