Thomas Vogt

Thomas Vogt (geb. 1958) ist ein deutscher Chemiker und Materialwissenschaftler . Er ist Educational Foundation Distinguished Professor am Department of Chemistry and Biochemistry der University of South Carolina . ^{[ 1 ]}

Vogt ist vor allem für seine Arbeiten in der Strukturchemie , der chemischen Synthese und den Struktur-Eigenschafts -Korrelationen von Metalloxiden bekannt, die auf Beugungstechniken mit Elektronen , Röntgenstrahlen und Neutronen basieren . ^{[ 2 ]} Er ist Autor und Koautor von über 300 Fachartikeln in Peer-Review-Zeitschriften sowie mehrerer Bücher, darunter „ Solid State Materials Chemistry“ und „Modelling Nanoscale Imaging in Electron Microscopy“ . Er erhielt 1996 den R&D 100 Award des R&D Magazine , 2002 den Design and Engineering Award von Popular Mechanics , 2018 die Carolina Trustee Professorship Award und 2019 den USC Educational Foundation Award in Science, Mathematics and Engineering. ^{[ 3 ]}

Vogt ist Fellow der American Physical Society ^{[ 4 ]} , der American Association for the Advancement of Science ^{[ 5 ]} , der Neutron Scattering Society of America ^{[ 6 ]} sowie des Institute of Advanced Study an der Durham University ^{[ 7 ]} und war Gründungsmitglied des Redaktionsausschusses von Physical Review Applied . ^{[ 8 ]}

Vogt erwarb 1985 ein Diplom in Chemie und 1987 einen Doktortitel, beides an der Universität Tübingen . ^{[ 7 ]}

Nach seiner Tätigkeit in einem europäischen und einem US-amerikanischen nationalen Labor ( Institut Laue-Langevin und Brookhaven National Laboratory ) begann Vogt seine akademische Laufbahn am Fachbereich Philosophie der University of South Carolina . Er lehrt Geschichte und Philosophie der Chemie am South Carolina Honors College. Später wurde er Professor am Fachbereich Chemie und Biochemie der University of South Carolina, wo er seit 2010 den Lehrstuhl der Educational Foundation Distinguished Professor innehat. ^{[ 1 ]}

Von 2005 bis 2023 war Vogt Direktor des NanoCenter an der University of South Carolina ^{[ 9 ]} und von 2011 bis 2013 Associate Vice President for Research sowie von 2008 bis 2012 Mitglied des Vorstands der USC Research Foundation. Er war 2019 Co-Vorsitzender des Suchausschusses für den Provost ^{[ 10 ]} und Chief Academic Officer und später von 2020 bis 2022 Pearce Faculty Fellow am South Carolina Honors College. ^{[ 11 ]}

Vor seinem Eintritt in die University of South Carolina arbeitete Vogt bis 1992 als Wissenschaftler am Institut Laue-Langevin in Frankreich. Anschließend wechselte er als Physiker zum Brookhaven National Laboratory (BNL), wo er 1995 zum Physiker befördert wurde ^{[ 12 ]} . Ab 2000 leitete er die Pulverdiffraktionsgruppe in der Physikabteilung des BNL. Von 2003 bis 2005 bekleidete er verschiedene Positionen am BNL, darunter die Leitung der Gruppe für Materialentwicklung und -charakterisierung, die Leitung des Forschungsclusters Materialentwicklung im Center for Functional Nanomaterials (CFN) und die technische Koordination für wissenschaftliche Geräte im CFN-Bauprojekt. Darüber hinaus leitete er als Chief Technology Officer die drei Startups Nanosource, LUMINOF und Sens4. Er ist Kommanditist von TEXXMO Mobile Solutions, einem Unternehmen für tragbare Computer und Hersteller von IoT-Buttons. ^{[ 1 ]}

Vogt hat Grundlagenforschung mit Neutronen-, Röntgen- und Elektronenbeugungstechniken betrieben , um Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in Materialien zu untersuchen und gleichzeitig philosophische und ethische Implikationen von Wissenschaft und Technologie zu erforschen, insbesondere im Hinblick auf die Entstehung des Periodensystems der chemischen Elemente. ^{[ 13 ]} Er hält elf US-Patente, darunter die Entwicklung des multidimensionalen integrierten Detektions- und Analysesystems (MIDAS) ^{[ 14 ] [ 15 ]} und neutronenszintillierende Materialien. ^{[ 16 ]}

Vogt untersuchte komplexe Materialstrukturen mithilfe aberrationskorrigierter Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM). ^{[ 17 ]} Er trug zur Entwicklung neuer Bildsimulations- und Modellierungsmethoden bei, darunter Superauflösungstechniken, spezielle Entrauschungsverfahren, mathematische und statistische Lerntheorien sowie Anwendungen des Compressed Sensing, die im Buch „ Modelling Nanoscale Imaging in Electron Microscopy“ beschrieben sind . In einer Rezension für Physics Today kommentierte Les J. Allen: „In sechs Kapiteln widmen sich die Herausgeber der anspruchsvollen Herausforderung, die Lücke zwischen angewandter Mathematik auf hohem Niveau und experimenteller Elektronenmikroskopie zu schließen. Sie haben diese Herausforderung hervorragend gemeistert … Diese Arbeit ist auch auf die neue Generation von Röntgen-Freie-Elektronen-Lasern anwendbar, die ähnliche Anwendungsmöglichkeiten bieten, und verdeutlicht eindrucksvoll die Bedeutung der angewandten Mathematik in den physikalischen Wissenschaften.“ ^{[ 18 ]}

Vogt und Mitarbeiter nutzten STEM-Bildgebung mit sphärischer Aberration, um die M1-Phase, einen MoVNbTe-Oxid-Teiloxidationskatalysator, abzubilden und dessen Potenzial für die Analyse komplexer Materialstrukturen hervorzuheben. ^{[ 19 ]} Er verwendete außerdem die ringförmige Dunkelfeld-STEM zur Analyse nanoskaliger Domänen komplexer Oxidphasen in der Entwicklung ungeordneter Festkörper. ^{[ 20 ]} Darüber hinaus setzten er und Douglas Blom Parallelrechner ein, um die Zusammensetzungsunordnung in einer Mo,V-Oxidbronze zu analysieren. Dabei zeigten sie Diskrepanzen zwischen experimentell und simuliertem V-Gehalt entlang von Metall-Sauerstoff-Atomsäulen auf, die durch HAADF-STEM-Bildgebung bestätigt wurden. ^{[ 21 ]}

Vogt nutzte hochauflösende Neutronenbeugungstechniken, um Strukturveränderungen in Molekülen zu untersuchen. Zusammen mit Andrew N. Fitch und Jeremy K. Cockcroft klärte er die Tieftemperatur-Kristallstruktur von Rheniumheptafluorid (ReF₇) auf und bestätigte dessen Molekülkonfiguration als verzerrte pentagonale Bipyramide mit Cs(m)-Symmetrie. ^{[ 22 ]} In einer weiteren gemeinsamen Studie, die in Science veröffentlicht wurde _, beobachtete er eine negative thermische Ausdehnung in ZrW₂O₈ und analysierte dessen kubische Struktur mittels Beugung _. ^{[ 23 ]}

Mithilfe hochauflösender Neutronenpulverdiffraktion lokalisierten Czjzek und Vogt die Wasserstoffpositionen in Zeolith Y. ^{[ 24 ]} Anschließend untersuchte er zusammen mit Yongjae Lee Strukturveränderungen in Zeolithen unter hohem Druck und zeigte eine ausgeprägte Umlagerung von Nicht-Gerüstmetallionen sowie eine druckinduzierte Hydratation/Superhydratation. ^{[ 25 ]}

Vogts Arbeiten zur Festkörperchemie konzentrieren sich auf die temperatur- und druckabhängigen Strukturmerkmale von Materialien. 2021 veröffentlichte er zusammen mit Patrick M. Woodward, Pavel Karen und John S.O. Evans das Lehrbuch „ Solid State Materials Chemistry“ , das Struktur, Defekte, Bindungen und Eigenschaften von Festkörpermaterialien behandelt. Er berichtete über einen Spinordnungsübergang im sauerstoffarmen YBaCo₂O₅ , _{der mit Struktur- und Spinzustandsänderungen einhergeht. Dies war die erste Beobachtung dieses Phänomens ,} das durch eine Fernordnung von Orbitalen und Ladungen hervorgerufen wird. ^{[ 26 ]} Er wirkte an der Charakterisierung eines neuen Festelektrolyten, Bi₂La₈ _[ (GeO₄ ₎ ₆ _] O₃ _{, mit} und identifizierte mithilfe von Dunkelfeld-Elektronenmikroskopie Oxidionen-Zwischengitterplätze als Schlüsselfaktor für dessen Ionenleitfähigkeit. ^{[ 27 ] [ 28 ]} Darüber hinaus untersuchte er die kubische Struktur von CaCu ₃ Ti ₄ O ₁₂ , einem Material mit hoher optischer Leitfähigkeit, und schloss Ferroelektrizität zugunsten einer relaxorartigen Dynamik aus, die für den gigantischen dielektrischen Effekt verantwortlich ist. ^{[ 29 ] [ 30 ]}

In einer in Nature Chemistry veröffentlichten Arbeit demonstrierten Vogt und Mitarbeiter die irreversible Einlagerung und Speicherung von Xenon in Ag-Natrolit unter moderaten Bedingungen – eine mögliche Erklärung für den Xenonmangel in der Erd- und Marsatmosphäre. ^{[ 31 ]} Er beobachtete außerdem die Einlagerung von Wasser in Kaolinit bei 2,7 GPa und 200 °C und lieferte damit neue Erkenntnisse zur Wasserfreisetzung in Subduktionszonen und deren Auswirkungen auf Seismizität und vulkanische Aktivität. Darüber hinaus zeigte seine Forschung eine druckgetriebene Metathesereaktion, die zur Bildung einer wasserfreien Pollucitphase, CsAlSi₂O₆, führt, mit _{potenziellen Anwendungen} in der Sanierung radioaktiver Abfälle. ^{[ 32 ]}

Vogt und Kollegen nutzten fortschrittliche Lasertechniken, um die Strukturdynamik von Eisen im Subnanosekundenbereich zu beobachten und dabei komplexe Wellenmuster während der Kompression und des Abklingens der Stoßwelle aufzudecken. ^{[ 33 ]} Er untersuchte außerdem die strukturellen Phasenübergänge in zweidimensionalen Silizium-Nanoschichten unter hohem Druck und zeigte dabei ein größen- und formabhängiges Verhalten sowie die Bildung eindimensionaler Nanodrähte mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit. ^{[ 34 ]}

Vogt leistete einen Beitrag zur Entwicklung von weißen Leuchtstoffen für die Leuchtstofflampenbeleuchtung. Zusammen mit Sangmoon Park entwickelte er eine Familie von selbstaktivierenden und dotierten UV-Leuchtstoffen zur Erzeugung von weißem Leuchtstofflicht. ^{[ 35 ]} Sie entwickelten außerdem Upkonversionsleuchtstoffe, die in einer geordneten Oxyfluoridverbindung Licht mit kürzerer Wellenlänge emittieren. ^{[ 36 ]}

• 1996 – R&D 100 Award, R&D Magazine
• 2002 – Design- und Ingenieurspreis, Popular Mechanics
• 2018 – Carolina Trustee Professorship Award, USC ^{[ 3 ]}
• 2019 – Educational Foundation Award in Science, Mathematics and Engineering, USC ^{[ 3 ]}

• Modellierung der Nanobildgebung in der Elektronenmikroskopie (2012) ISBN 978-1461421900
• Festkörpermaterialchemie (2021) ISBN 978-0521873253
• Komplexe Oxide: Eine Einführung (2019) ISBN 978-9813278578

• Evans, JSO, Mary, TA, Vogt, T., Subramanian, MA, & Sleight, AW (1996). Negative thermische Ausdehnung in ZrW2O8 und HfW2O8. Chemistry of materials, 8(12), 2809–2823.
• Mary, TA, Evans, JSO, Vogt, T., & Sleight, AW (1996). Negative thermische Ausdehnung von 0,3 bis 1050 Kelvin in ZrW2O8. Science, 272(5258), 90–92.
• Ramirez, AP, Subramanian, MA, Gardel, M, Blumberg, G, Li, D, Vogt, T & Shapiro, SM (2000). Riesige dielektrische Konstante in einem Kupfer-Titanat. Solid State Communications, 115(5), 217–220.
• Homes, CC, Vogt, T., Shapiro, SM, Wakimoto, S., & Ramirez, AP (2001). Optische Antwort von Perowskit-verwandten Oxiden mit hoher Dielektrizitätskonstante. Science, 293(5530), 673–676.
• Petkov, V., Trikalitis, P. N., Bozin, E. S., Billinge, S. J., Vogt, T. & Kanatzidis, M. G. (2002). Struktur des V₂O₅⊙ n H₂O-Xerogels, gelöst mit der Atompaarverteilungsfunktionsmethode. Journal of the American Chemical Society, 124(34), 10157–10162.
• Murphy, GL, Zhang, Z., Maynard-Casely, HE, Stackhouse, J., Kowalski, PM, Vogt, T., ... & Kennedy, BJ (2023). Druckinduzierte Reduktion von SrUO4 – Ein topotaktischer Weg zu extremer Inkompressibilität. Acta Materialia, 243, 118508.