Controlling magnetoelectric coupling by nanoscale phase transformation in strain engineered bismuth ferrite

The magnetoelectric coupling in multiferroic materials is promising for a wide range of applications, yet manipulating magnetic ordering by electric field proves elusive to obtain and difficult to control. In this paper, we explore the prospect of controlling magnetic ordering in misfit strained bismuth ferrite (BiFeO3, BFO) films, combining theoretical analysis, numerical simulations, and experimental characterizations. Electric field induced transformation from a tetragonal phase to a distorted rhombohedral one in strain engineered BFO films has been identified by thermodynamic analysis, and realized by scanning probe microscopy (SPM) experiment. By breaking the rotational symmetry of a tip-induced electric field as suggested by phase field simulation, the morphology of distorted rhombohedral variants has been delicately controlled and regulated. Such capabilities enable nanoscale control of magnetoelectric coupling in strain engineered BFO films that is difficult to achieve otherwise, as demonstrated by phase field simulations.

External beam radiotherapy in exudative age-related macular degeneration: a pooled analysis of phase I data

In recent years external beam radiotherapy (EBRT) has been proposed as a treatment for the wet form of age-related macular degeneration (AMD) where choroidal neovascularization (CNV) is the hallmark. While the majority of pilot (Phase I) studies have reported encouraging results, a few have found no benefit, i.e. EBRT was not found to result in either improvement or stabilization of visual acuity of the treated eye. The natural history of visual loss in untreated CNV of AMD is highly variable. Loss of vision is influenced mainly by the presenting acuity, and size and composition of the lesion, and to a lesser extent by a variety of other factors. Thus the variable outcome reported by the small Phase I studies of EBRT published to date may simply reflect the variation in baseline factors. We therefore obtained information on 409 patients treated with EBRT from eight independent centres, which included details of visual acuity at baseline and at subsequent follow-up visits. Analysis of the data showed that 22.5% and 14.9% of EBRT-treated eyes developed moderate and severe loss of vision, respectively, during an average follow-up of 13 months. Initial visual acuity, which explained 20.5% of the variation in visual loss, was the most important baseline factor studied. Statistically significant differences in loss of vision were observed between centres, after considering the effects of case mix factors. Comparisons with historical data suggested that while moderate visual loss was similar to that of the natural history of the disease, the likelihood of suffering severe visual loss was halved. However, the benefit in terms of maintained/improved vision in the treated eye was modest.

Analysis of Temporal Compression Characteristics using Active Phase conjugation in systems with multiple antenna elements

In this paper we give first account of a simple analysis tool for modeling temporal compression for automatic mitigation of multipath induced intersymbol interference through the use of active phase conjugation (APC) technique. The temporal compression characteristics of an APC system is analyzed using a simple discrete channel model, and numerical results are provided to justify the theoretical findings.

Efficacy and safety of radium-223 dichloride in patients with castration-resistant prostate cancer and symptomatic bone metastases, with or without previous docetaxel use: A prespecified subgroup analysis from the randomised, double-blind, phase 3 ALSYMPCA trial

Background: Primary results from the phase 3 ALSYMPCA trial showed that radium-223 dichloride (radium-223), a targeted α-emitter, improved overall survival compared with placebo and was well tolerated in patients with castration-resistant prostate cancer and symptomatic bone metastases. We did a prespecified subgroup analysis from ALSYMPCA to assess the effect of previous docetaxel use on the efficacy and safety of radium-223. 

Methods: In the phase 3, randomised, double-blind ALSYMPCA trial, patients with symptomatic castration-resistant prostate cancer, at least two symptomatic bone metastases, no known visceral metastases, and who were receiving best standard of care were randomly assigned (2:1) via an interactive voice response system to receive six injections of radium-223 (50 kBq/kg intravenously) or matching placebo, with one injection given every 4 weeks. Patients had either received previous docetaxel treatment or were unsuitable for or declined docetaxel; previous docetaxel use (yes or no) was a trial stratification factor. We investigated the effect of previous docetaxel use on radium-223 treatment for the primary endpoint of overall survival, the main secondary efficacy endpoints, and safety. Efficacy analyses were done for the intention-to-treat population; safety analyses were done for the safety population. The trial has been completed and is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT00699751. 

Findings: Randomisation took place between June 12, 2008, and Feb 1, 2011. 526 (57%) of 921 randomly assigned patients had received previous docetaxel treatment (352 in the radium-223 group and 174 in the placebo group) and 395 (43%) had not (262 in the radium-223 group and 133 in the placebo group). Radium-223 prolonged median overall survival compared with placebo, irrespective of previous docetaxel use (previous docetaxel use, hazard ratio [HR] 0·70, 95% CI 0·56-0·88; p=0·002; no previous docetaxel use, HR 0·69, 0·52-0·92; p=0·01). The benefit of radium-223 compared with placebo was seen in both docetaxel subgroups for most main secondary efficacy endpoints; risk for time to time to first symptomatic skeletal event was reduced with radium-223 versus placebo in patients with previous docetaxel use, but the difference was not significant in those with no previous docetaxel use. 322 (62%) of 518 patients previously treated with docetaxel had grade 3-4 adverse events, compared with 205 (54%) of 383 patients without docetaxel. Patients who had previously been treated with docetaxel had a higher incidence of grade 3-4 thrombocytopenia with radium-223 than with placebo (31 [9%] of 347 patients vs five [3%] of 171 patients), whereas the incidence was similar between treatment groups among patients with no previous docetaxel use (seven [3%] of 253 patients vs one [1%] of 130 patients). The incidences of grade 3-4 anaemia and neutropenia were similar between the radium-223 and placebo groups within both docetaxel subgroups. 

Interpretation: Radium-223 is effective and well tolerated in patients with castration-resistant prostate cancer and symptomatic bone metastases, irrespective of previous docetaxel use. 

Funding: Algeta ASA and Bayer HealthCare Pharmaceuticals.

First Detection of Gas-phase Methanol in a Protoplanetary Disk

The first detection of gas-phase methanol in a protoplanetary disk (TW Hya) is presented. In addition to being one of the largest molecules detected in disks to date, methanol is also the first disk organic molecule with an unambiguous ice chemistry origin. The stacked methanol emission, as observed with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, is spectrally resolved and detected across six velocity channels (>3σ), reaching a peak signal-to-noise of 5.5σ, with the kinematic pattern expected for TW Hya. Using an appropriate disk model, a fractional abundance of 3 x 10^-12 – 4 x 10^-11 (with respect to H₂) reproduces the stacked line profile and channel maps, with the favored abundance dependent upon the assumed vertical location (midplane versus molecular layer). The peak emission is offset from the source position, suggesting that the methanol emission has a ring-like morphology: the analysis here suggests it peaks at ≈30 au, reaching a column density ≈3–6 x 10¹² cm⁻². In the case of TW Hya, the larger (up to millimeter-sized) grains, residing in the inner 50 au, may thus host the bulk of the disk ice reservoir. The successful detection of cold gas-phase methanol in a protoplanetary disk implies that the products of ice chemistry can be explored in disks, opening a window into studying complex organic chemistry during planetary system formation.

Computerized key to the genus Bursaphelenchus Fuchs, analysis of species clusters based on morphology, using information of insect vectors and associated plants, with a revision of the genus.

The genus Bursaphelenchus includes B. xylophilus (Steiner et Buhrer, 1934) Nickle, 1981, which is of world economic and quarantine importance. Distinction among several species of the pinewood nematodes species complex (PWNSC) is often difficult. Besides standard morphology, morphometrics and molecular biology, new tools are welcome to better understand this group. The computerized (or e-) key of this genus, presented in this communication, includes 74 species (complete list of valid species of the world fauna) and 35 characters, that were used by the taxonomic experts of this group, in the original descriptions. Morphology of sex organs (male spicules and female vulval region) was digitized and classified to distinguish alternative types. Several qualitative characters with overlapping character states (expressions) were transformed into the morphometric indices with the discontinuous ranges (characters of ratios of the spicule dimensions). Characters and their states (expressions) were illustrated in detail and supplied by brief user-friendly comments. E-key was created in the BIKEY identification system (Dianov & Lobanov, 1996-2004). The system has built-algorithm ranging characters depending on their diagnostic values at each step of identification. Matrix of species and the character states (structural part of the e-key database) may be easily transformed using statistical packages into the dendrograms of general phenetic similarities (UPGMA, standard distance: mean character difference). It may be useful in the detailed analysis of taxonomy and evolution of the genus and in its splitting to the species groups based on morphology. The verification of the dendrogram using the information on the species links with insect vectors and their associated plants, provided an opportunity to recognize the five clusters (xylophilus, hunti, eremus sensu stricto, tusciae and piniperdae sensu stricto), which seem to be the natural species groups. The hypothesis about the origin and the first stages of the genus evolution is proposed. A general review of the genus Bursaphelenchus is presented.

Bottom up strategies for the morphology control of BaTiO3 particulates

As propriedades funcionais dos materiais ferroeléctricos tais como a polarização reversível, piroelectricidade, piezoelectricidade, elevada actividade óptica não linear e comportamento dieléctrico não linear são fundamentais para a sua aplicação em sensores, microactuadores, detectores de infravermelhos, filtros de fase de microondas e memórias não-voláteis. Nos últimos anos, motivado pelas necessidades industriais de redução do tamanho dos dispositivos microelectrónicos, aumentando a eficiência volumétrica, tem sido feito um grande esforço ao nível da investigação para desenvolver estruturas ferroeléctricas à escala micro- e nano- métrica. É sabido que a redução de tamanho em materiais ferroeléctricos afecta significamente as suas propriedades. Neste sentido e considerando que foi previsto teoreticamente por cálculos ab initio que estruturas do tipo nanocilindros e nanodiscos apresentariam um novo tipo de ordem ferroeléctrica e, na expectativa de alcançar conhecimento para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos microelectróncos, existe um grande interesse em desenvolver métodos de fabrico de nanoestruturas ferroeléctricas unidimensionais (1D) tais como nanocilindros e nanotubos. As estratégias de fabrico de nanoestruturas 1D até agora descritas na literatura indicam claramente as dificuldades inerentes à sua preparação. Existem duas grandes vias de síntese destas nanoestruturas: i) o método “topdown” que consiste na redução de tamanho de um dado material até à obtenção duma estrutura 1D; e ii) o método “bottom-up” em que átomos, iões e moléculas são agrupados para formar um material 1D. O método “top down” envolve em geral técnicas de desgaste, como o uso do feixe de electrões, que apesar de permitirem elevada precisão no posicionamento e no controlo do tamanho, falham em termos de resolução, exigem muito tempo e causam facilmente defeitos que deterioram as propriedades físicas destes materiais. Na metodologia “bottom up” a utilização de moléculas ou estruturas “molde” tem sido a mais explorada. As estructuras 1D podem também ser preparadas sem recorrer a “moldes”. Neste caso a agregação orientada é promovida pelo recurso a aditivos que controlam o crescimento dos cristais em direcções preferenciais. Neste contexto, neste trabalho utilizaram-se duas estratégias “bottom up” de baixo custo para a preparação de nanopartículas de titanato de bário (BaTiO3) com morfologia controlada: 1) síntese química (em solução e em fase vapor) com utilização de nanotubos de titanato TiNTs) como “moldes” e precursores de titânio 2) síntese química em solução com presença de aditivos. Os nanotubos de titanato de sódio foram preparados por síntese hidrotermal. Como existiam muitas dúvidas acerca da natureza estrutural e do mecanismo de formação dos NTs, a parte inicial do trabalho foi dedicada à realização de um estudo sistemático dos parâmetros intervenientes na síntese e à caracterização da sua estrutura e microestrutura. Foi demonstrado que os NTs têm a fórmula geral A2Ti2O5 (A = H+ or Na+), e não TiO2 (anátase) com defendido por vários autores na literatura, e podem ser preparados por método hidrotermal em meio fortemente alcalino usando como fonte de titânio TiO2 comercial na forma de anátase ou rútilo. A menor reactividade do rútilo exige temperaturas de síntese superiores ou tempos de reacção mais longos. A forma tubular resulta do tratamento hidrotermal e não de processos de lavagem e neutralização subsequentes. Se os NTs forem tratados após a síntese hidrotérmica em água a 200 ºC, transformam-se em nanocilindros. Uma das partes principais desta tese consistiu na investigação do papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3. O potencial funcionamento dos NTs como “moldes” para além de precursores foi testado em reacção com hidróxido de bário em síntese em solução e por reacção com um precursor orgânico de bário em fase vapor. Tendo por base os estudos cinéticos realizados, bem como as alterações estruturais e morfológicas das amostras, é possível concluir que a formação do BaTiO3 a partir de NTs de titanato de sódio, ocorre por dois mecanismos dependendo da temperatura e tempo de reacção. Assim, a baixa temperatura e curto tempo de reacção verifica-se que se formam partículas dendríticas de BaTiO3 cuja superfície é bastante irregular (“wild”) e que apresentam estrutura pseudo-cúbica. Estas partículas formam-se por reacção topotáctica na fronteira dos nanotubos de titanato de sódio. A temperaturas mais altas e/ou reacções mais longas, a reacção é controlada por um mecanismo de dissolução e precipitação com formação de dendrites de BaTiO3 tetragonais com superfície mais regular (“seaweed”). A microscopia de força piezoeléctrica mostrou que as dendrites “seaweeds“ possuem actividade piezoeléctrica superior à das dendrites “wild”, o que confirma o papel desempenhado pela estrutura e pela concentração de defeitos na rede na coerência e ordem ferroeléctrica de nanoestruturas. Os nossos resultados confirmam que os NTs de titanato não actuam facilmente como “moldes” na síntese em solução de BaTiO3 já que a velocidade de dissolução dos NTs em condições alcalinas é superior à velocidade de formação do BaTiO3. Assumindo que a velocidade de reacção dos NTs com o precursor de bário é superior em fase vapor, efectuou-se a deposição de um precursor orgânico de bário por deposição química de vapor sobre um filme de NTs de titnato de sódio depositados por deposição electroforética. Estudou-se a estabilidade dos NTs nas diferentes condições do reactor. Quando os NTs são tratados a temperaturas superiores a 700 ºC, ocorre a transformação dos NTs em nanocilindros de anatase por um mecanismo de agregação orientada. Quando se faz a deposição do precursor de bário, seguida de calcinação a 700 ºC em atmosfera oxidante de O2, verifica-se que a superficie dos NTs fica coberta com nanocristais de BaTiO3 independentemente da concentração de bário. O papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em fase vapor é assim descrito pela primeira vez. Em relação à metodologias de crescimento de partículas na ausência de “moldes” mas com aditivos fez-se um estudo sistemático utilizando 5 aditivos de natureza differente. As diferenças entre aditivos foram sistematizadas tendo em conta as diferenças estruturais e morfológicas verificadas. Está provado que os aditivos podem funcionar como modificadores de crescimento cristalino por alteração do seu padrão de crescimento ou por alteração da cinética de crescimento das faces cristalográficas do cristal. Entre os aditivos testados verificou-se que o ácido poliacrilíco adsorve em faces específicas do BaTiO3 alterando a cinética de crescimento e induzindo a agregação orientada das partículas. O polivinilpirrolidona, o docecilsulfato de sódio e hidroxipropilmetilcelulose actuam mais como inibidores de crescimento do que como modificadores do tipo de crescimento. A D-frutose aumenta a energia de activação da etapa de nucleação não ocorrendo formação de BaTiO3 para as mesmas condições dos outros aditivos. Esta tese clarifica o papel dos NTs de titanato de sódio enquanto precursores e “moldes” no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em solução e em fase vapor. É feita também a abordagem do controlo morfológico do BaTiO3 através do uso de aditivos. As estratégias de preparação de BaTiO3 propostas são de baixo custo, reprodutíveis e fáceis de efectuar. Os resultados contribuem para uma melhor compreensão da relação tamanho – morfologia – propriedade em materiais ferroeléctricos nanométricos com vista à sua potencial aplicação.