Lead free heterogeneous multilayers with giant magneto electric coupling for microelectronics/microelectromechanical systems applications

Lead free magneto electrics with a strong sub resonant (broad frequency range) magneto electric coupling coefficient (MECC) is the goal of the day which can revolutionise the microelectronics and microelectromechanical systems (MEMS) industry. We report giant resonant MECC in lead free nanograined Barium Titanate–CoFe (Alloy)-Barium Titanate [BTO-CoFe-BTO] sandwiched thin films. The resonant MECC values obtained here are the highest values recorded in thin films/ multilayers. Sub-resonant MECC values are quite comparable to the highest MECC reported in 2-2 layered structures. MECC got enhanced by two orders at a low frequency resonance. The results show the potential of these thin films for transducer, magnetic field assisted energy harvesters, switching devices, and storage applications. Some possible device integration techniques are also discussed

Enhanced shape anisotropy and magneto-optical birefringence by high energy ball milling in NixFe1 xFe2O4 ferrofluids

Ferrofluids belonging to the series NixFe1 xFe2O4 were synthesised by two different procedures—one by standard co-precipitation techniques, the other by co-precipitation for synthesis of particles and dispersion aided by high-energy ball milling with a view to understand the effect of strain and size anisotropy on the magneto-optical properties of ferrofluids. The birefringence measurements were carried out using a standard ellipsometer. The birefringence signal obtained for chemically synthesised samples was satisfactorily fitted to the standard second Langevin function. The ball-milled ferrofluids showed a deviation and their birefringence was enhanced by an order. This large enhancement in the birefringence value cannot be attributed to the increase in grain size of the samples, considering that the grain sizes of sample synthesised by both modes are comparable; instead, it can be attributed to the lattice strain-induced shape anisotropy(oblation) arising from the high-energy ball-milling process. Thus magnetic-optical (MO) signals can be tuned by ball-milling process, which can find potential applications

Multifinger Feature Level Fusion Based Fingerprint Identification

Fingerprint based authentication systems are one of the cost-effective biometric authentication techniques employed for personal identification. As the data base population increases, fast identification/recognition algorithms are required with high accuracy. Accuracy can be increased using multimodal evidences collected by multiple biometric traits. In this work, consecutive fingerprint images are taken, global singularities are located using directional field strength and their local orientation vector is formulated with respect to the base line of the finger. Feature level fusion is carried out and a 32 element feature template is obtained. A matching score is formulated for the identification and 100% accuracy was obtained for a database of 300 persons. The polygonal feature vector helps to reduce the size of the feature database from the present 70-100 minutiae features to just 32 features and also a lower matching threshold can be fixed compared to single finger based identification

Magnetische Kopplungen in magneto-optischen Speicherschichten

Im Rahmen dieser Arbeit wurden magneto-optische Speicherschichten und ihre Kopplungen untereinander untersucht. Hierzu wurden zum Einen die für die magneto-optische Speichertechnologie "klassischen" Schichten aus RE/TM-Legierungen verwendet, zum Anderen aber auch erfolgreich Granate integriert, die bisher nicht in diesem Anwendungsgebiet verwendet wurden. Einleitend werden die magneto-optischen Verfahren, die resultierenden Anforderungen an die dünnen Schichten und die entsprechenden physikalischen Grundlagen diskutiert. Außerdem wird auf das Hochfrequenz-Sputtern von RE/TM-Legierungen eingegangen und die verwendeten magneto-optischen Messverfahren werden erläutert [Kap. 2 & 3]. Die Untersuchungen an RE/TM-Schichten bestätigen die aus der Literatur bekannten Eigenschaften. Sie lassen sich effektiv, und für magneto-optische Anwendungen geeignet, über RF-Sputtern herstellen. Die unmittelbaren Schicht-Parameter, wie Schichtdicke und Terbium-Konzentration, lassen sich über einfache Zusammenhänge einstellen. Da die Terbium-Konzentration eine Änderung der Kompensationstemperatur bewirkt, lässt sich diese mit Messungen am Kerr-Magnetometer überprüfen. Die für die Anwendung interessante senkrechte magnetische Anisotropie konnte ebenfalls mit den Herstellungsbedingungen verknüpft werden. Bei der Herstellung der Schichten auf einer glatten Glas-Oberfläche (Floatglas) zeigt die RE/TM-Schicht bereits in den ersten Lagen ein Wachstumsverhalten, das eine senkrechte Anisotropie bewirkt. Auf einer Quarzglas- oder Keramik-Oberfläche wachsen die ersten Lagen in einer durch das Substrat induzierten Struktur auf, danach ändert sich das Wachstumsverhalten stetig, bis eine senkrechte Anisotropie erreicht wird. Dieses Verhalten kann auch durch verschiedene Pufferschichten (Aluminium und Siliziumnitrid) nur unwesentlich beeinflusst werden [Kap. 5 & Kap. 6]. Bei der direkten Aufbringung von Doppelschichten, bestehend aus einer Auslese-Schicht (GdFeCo) auf einer Speicherschicht (TbFeCo), wurde die Austausch-Kopplung demonstriert. Die Ausleseschicht zeigt unterhalb der Kompensationstemperatur keine Kopplung an die Speicherschicht, während oberhalb der Kompensationstemperatur eine direkte Kopplung der Untergitter stattfindet. Daraus ergibt sich das für den MSR-Effekt erwünschte Maskierungsverhalten. Die vorher aus den Einzelschichten gewonnen Ergebnisse zu Kompensationstemperatur und Wachstumsverhalten konnten in den Doppelschichten wiedergefunden werden. Als Idealfall erweist sich hier die einfachste Struktur. Man bringt die Speicherschicht auf Floatglas auf und bedeckt diese direkt mit der Ausleseschicht [Kap. 7]. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, den Faraday-Effekt einer Granatschicht als verstärkendes Element zu nutzen. Im anwendungstauglichen, integrierten Schichtsystem konnten die kostengünstig, mit dem Sol-Gel-Verfahren produzierten, Granate die strukturellen Anforderungen nicht erfüllen, da sich während der Herstellung Risse und Löcher gebildet haben. Bei der experimentellen Realisierung mit einer einkristallinen Granatschicht und einer RE/TM-Schicht konnte die prinzipielle Eignung des Schichtsystems demonstriert werden [Kap. 8].

Information Exchange and Fusion in Dynamic and Heterogeneous Distributed Environments

Context awareness, dynamic reconfiguration at runtime and heterogeneity are key characteristics of future distributed systems, particularly in ubiquitous and mobile computing scenarios. The main contributions of this dissertation are theoretical as well as architectural concepts facilitating information exchange and fusion in heterogeneous and dynamic distributed environments. Our main focus is on bridging the heterogeneity issues and, at the same time, considering uncertain, imprecise and unreliable sensor information in information fusion and reasoning approaches. A domain ontology is used to establish a common vocabulary for the exchanged information. We thereby explicitly support different representations for the same kind of information and provide Inter-Representation Operations that convert between them. Special account is taken of the conversion of associated meta-data that express uncertainty and impreciseness. The Unscented Transformation, for example, is applied to propagate Gaussian normal distributions across highly non-linear Inter-Representation Operations. Uncertain sensor information is fused using the Dempster-Shafer Theory of Evidence as it allows explicit modelling of partial and complete ignorance. We also show how to incorporate the Dempster-Shafer Theory of Evidence into probabilistic reasoning schemes such as Hidden Markov Models in order to be able to consider the uncertainty of sensor information when deriving high-level information from low-level data. For all these concepts we provide architectural support as a guideline for developers of innovative information exchange and fusion infrastructures that are particularly targeted at heterogeneous dynamic environments. Two case studies serve as proof of concept. The first case study focuses on heterogeneous autonomous robots that have to spontaneously form a cooperative team in order to achieve a common goal. The second case study is concerned with an approach for user activity recognition which serves as baseline for a context-aware adaptive application. Both case studies demonstrate the viability and strengths of the proposed solution and emphasize that the Dempster-Shafer Theory of Evidence should be preferred to pure probability theory in applications involving non-linear Inter-Representation Operations.

Magneto-optische Oberflächenplasmonresonanzeffekte in austauschverschobenen Dünnschichtsystemen

Die Wechselwirkungen zwischen Biomolekülen spielen eine zentrale Rolle in der biochemischen und pharmazeutischen Forschung. In der biomolekularen Interaktionsanalyse sind dabei Biosensoren auf Basis des Oberflächenplasmonresonanzeffekts (SPR-Effekt) weitverbreitet. Seit Einführung der ersten kommerziellen SPR-Biosensoren Anfang der 1990er Jahre wurden verschiedenste Messanordnungen sowie Materialsysteme mit dem Ziel einer möglichst hohen Empfindlichkeit getestet. Eine Möglichkeit zur Steigerung der Empfindlichkeit klassischer SPR-Systeme bieten sogenannte magneto-optische SPR-Biosensoren (MOSPR-Biosensoren). Grundlage der Empfindlichkeitssteigerung ist die gleichzeitige Messung des SPR-Effekts und des transversalen magneto-optischen KERR-Effekts (tMOKE). Bisherige Untersuchungen haben sich meist auf den Einfluss der Magnetisierung freier ferromagnetischer Schichten beschränkt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden erstmals austauschverschobene Dünnschichtsysteme (EB-Systeme), eine Kombination aus Ferromagnet und Antiferromagnet, hinsichtlich ihrer Eignung für SPR- und MOSPR-basierte biosensorische Anwendungen untersucht. Aufgrund der remanenten Magnetisierung der ferromagnetischen Schicht und ihrer magnetischen Strukturierbarkeit sind EB-Systeme eine hochinteressante Plattform zur Realisierung neuer Biosensorkonzepte. Zur Reduzierung der stark dämpfendenden Wirkung magnetischer Materialien wurde das hier betrachtete IrMn/Co EB-System zwischen zwei Goldschichten eingebettet. Eine Gegenüberstellung optimierter Au/ IrMn/Co/Au-Systeme mit einem reinen Au-System, wie es typischerweise in kommerziellen SPR-basierten Biosensoren eingesetzt wird, demonstriert, dass mit den entwickelten EB-Systemen vergleichbare Empfindlichkeiten in SPR-Sensor-Anwendungen erreicht werden können. Die magneto-optische Aktivität der untersuchten Dünnschichtsysteme liegt im Bereich der Literaturwerte für Au/Co/Au-Systeme, mit denen erhöhte Empfindlichkeiten gegenüber Standard-SPR-Biosensoren realisiert wurden. Auf Grundlage magnetisch strukturierter Au/IrMn/Co/Au-Systeme wurden neue Biosensorkonzepte entwickelt und getestet. Erste Experimente belegen, dass mit diesen Schichtsystemen eine gleichzeitige Detektion der magnetisierungsabhängigen Reflektivitäten in ortsauflösenden MOSPR-Messungen möglich ist. Eine solche Messanordnung profitiert von der erhöhten Empfindlichkeit MOSPR-basierter Biosensoren, hohen Messgeschwindigkeiten und einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis. Weiterhin wurde der domänenwandassistierte Transport (DOWMAT) superparamagnetischer Partikel über der Oberfläche eines exemplarischen EB-Systems, zur Sensorintegration von Misch-, Reinigungs- und Aufkonzentrationsfunktionen erfolgreich getestet. Die Ergebnisse demonstrieren, dass ein Transport von Partikelreihen mit hohen Geschwindigkeiten bei moderaten externen Magnetfeldern über den entwickelten Schichtsystemen möglich ist. Die Agglomeration der Partikel wird dabei intrinsisch vermieden. Diese Beobachtungen verdeutlichen die Vorzüge des DOWMAT-Mechanismus für biosensorische Anwendungen. Die präsentierten Untersuchungen bilden die Grundlage auf dem Weg zur Umsetzung neuer vielversprechender Biosensorkonzepte, die eine Schlüsselfunktion in der medizinischen point-of-care-Diagnostik bei der Detektion kleinster Konzentrationen krankheitsrelevanter Biomarker einnehmen können.

Surface registration from range image fusion

The registration of full 3-D models is an important task in computer vision. Range finders only reconstruct a partial view of the object. Many authors have proposed several techniques to register 3D surfaces from multiple views in which there are basically two aspects to consider. First, poor registration in which some sort of correspondences are established. Second, accurate registration in order to obtain a better solution. A survey of the most common techniques is presented and includes experimental results of some of them

A review of sensor fusion techniques for underwater vehicle navigation

This work provides a general description of the multi sensor data fusion concept, along with a new classification of currently used sensor fusion techniques for unmanned underwater vehicles (UUV). Unlike previous proposals that focus the classification on the sensors involved in the fusion, we propose a synthetic approach that is focused on the techniques involved in the fusion and their applications in UUV navigation. We believe that our approach is better oriented towards the development of sensor fusion systems, since a sensor fusion architecture should be first of all focused on its goals and then on the fused sensors

Fusion 1 : science 11-14.

Proporciona una serie de recursos sobre el funcionamiento integrado del trabajo científico a los alumnos de la etapa 3 de secundaria (key stage 3). Está escrito para cumplir con los requisitos del programa de estudios de 2008, ayuda a desarrollar los conocimientos y habilidades científicos e incluye además actividades e investigaciones prácticas en cada una de las lecciones. Se acompaña del recurso para el profesor.

Fusion 1. Teacher book : science 11-14.

Ayuda a los profesores a planificar las clases de ciencias, contiene referencias al plan de estudios, objetivos y resultados del aprendizaje, habilidades funcionales, notas y sugerencias de deberes para completar las lecciones. Cumple con los requisitos del programa de estudios de 2008 y va destinado a los alumnos de la etapa 3 de secundaria (key stage 3). Se acompaña del libro del alumno.

Fusion 2 : science 11-14.

Proporciona una serie de recursos sobre el funcionamiento integrado del trabajo científico a los alumnos de la etapa 3 de secundaria (key stage 3). Está escrito para cumplir con los requisitos del programa de estudios de 2008, ayuda a desarrollar los conocimientos y habilidades científicos e incluye además actividades e investigaciones prácticas en cada una de las lecciones. Se acompaña del recurso para el profesor.

Fusion 2. Teacher book : science 11-14.

Ayuda a los profesores a planificar las clases de ciencias, contiene referencias al plan de estudios, objetivos y resultados del aprendizaje, habilidades funcionales, notas y sugerencias de deberes para completar las lecciones. Cumple con los requisitos del programa de estudios de 2008 y va destinado a los alumnos de la etapa 3 de secundaria (key stage 3). Se acompaña del libro del alumno.

Fusion 3 : science 11-14.

Proporciona una serie de recursos sobre el funcionamiento integrado del trabajo científico a los alumnos de la etapa 3 de secundaria (key stage 3). Está escrito para cumplir con los requisitos del programa de estudios de 2008, ayuda a desarrollar los conocimientos y habilidades científicos e incluye además actividades e investigaciones prácticas en cada una de las lecciones. Se acompaña del recurso para el profesor.

Fusion 3. Teacher book : science 11-14.

Ayuda a los profesores a planificar las clases de ciencias, contiene referencias al plan de estudios, objetivos y resultados del aprendizaje, habilidades funcionales, notas y sugerencias de deberes para completar las lecciones. Cumple con los requisitos del programa de estudios de 2008 y va destinado a los alumnos de la etapa 3 de secundaria (key stage 3). Se acompaña del libro del alumno.