Transverse dipole spin modes in quantum dots

We have carried out a systematic analysis of the transverse dipole spin response of a large-size quantum dot within time-dependent current density functional theory. Results for magnetic fields corresponding to integer filling factors are reported, as well as a comparison with the longitudinal dipole spin response. As in the two-dimensional electron gas, the spin response at high-spin magnetization is dominated by a low-energy transverse mode.

Multiple edges of a quantum Hall system in a strong electric

In this paper we show that if the electrons in a quantum Hall sample are subjected to a constant electric field in the plane of the material, comparable in magnitude to the background magnetic field on the system of electrons, a multiplicity of edge states localized at different regions of space is produced in the sample. The actions governing the dynamics of these edge states are obtained starting from the well-known Schrödinger field theory for a system of nonrelativistic electrons, where on top of the constant background electric and magnetic fields, the electrons are further subject to slowly varying weak electromagnetic fields. In the regions between the edges, dubbed as the "bulk," the fermions can be integrated out entirely and the dynamics expressed in terms of a local effective action involving the slowly varying electromagnetic potentials. It is further shown how the bulk action is gauge noninvariant in a particular way, and how the edge states conspire to restore the U(1) electromagnetic gauge invariance of the system. In the edge action we obtain a heretofore unnoticed gauge-invariant term that depends on the particular edge. We argue that this term may be detected experimentally as different edges respond differently to a monochromatic probe due to this term

Pulsed-field studies of the magnetization reversal in molecular nanomagnets

We report experimental studies of crystals of Mn12 molecular magnetic clusters in pulsed magnetic fields with sweep rates up to 410^3 T/s . The steps in the magnetization curve are observed at fields that are shifted with respect to the resonant field values. The shift systematically increases as the rate of the field sweep goes up. These data are consistent with the theory of the collective dipolar relaxation in molecular magnets.

Digitales stochastisches Magnetfeld-Sensorarray

Digitales stochastisches Magnetfeld-Sensorarray Stefan Rohrer Im Rahmen eines mehrjährigen Forschungsprojektes, gefördert von der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG), wurden am Institut für Mikroelektronik (IPM) der Universität Kassel digitale Magnetfeldsensoren mit einer Breite bis zu 1 µm entwickelt. Die vorliegende Dissertation stellt ein aus diesem Forschungsprojekt entstandenes Magnetfeld-Sensorarray vor, das speziell dazu entworfen wurde, um digitale Magnetfelder schnell und auf minimaler Fläche mit einer guten räumlichen und zeitlichen Auflösung zu detektieren. Der noch in einem 1,0µm-CMOS-Prozess gefertigte Test-Chip arbeitet bis zu einer Taktfrequenz von 27 MHz bei einem Sensorabstand von 6,75 µm. Damit ist er das derzeit kleinste und schnellste digitale Magnetfeld-Sensorarray in einem Standard-CMOS-Prozess. Konvertiert auf eine 0,09µm-Technologie können Frequenzen bis 1 GHz erreicht werden bei einem Sensorabstand von unter 1 µm. In der Dissertation werden die wichtigsten Ergebnisse des Projekts detailliert beschrieben. Basis des Sensors ist eine rückgekoppelte Inverter-Anordnung. Als magnetfeldsensitives Element dient ein auf dem Hall-Effekt basierender Doppel-Drain-MAGFET, der das Verhalten der Kippschaltung beeinflusst. Aus den digitalen Ausgangsdaten kann die Stärke und die Polarität des Magnetfelds bestimmt werden. Die Gesamtanordnung bildet einen stochastischen Magnetfeld-Sensor. In der Arbeit wird ein Modell für das Kippverhalten der rückgekoppelten Inverter präsentiert. Die Rauscheinflüsse des Sensors werden analysiert und in einem stochastischen Differentialgleichungssystem modelliert. Die Lösung der stochastischen Differentialgleichung zeigt die Entwicklung der Wahrscheinlichkeitsverteilung des Ausgangssignals über die Zeit und welche Einflussfaktoren die Fehlerwahrscheinlichkeit des Sensors beeinflussen. Sie gibt Hinweise darauf, welche Parameter für das Design und Layout eines stochastischen Sensors zu einem optimalen Ergebnis führen. Die auf den theoretischen Berechnungen basierenden Schaltungen und Layout-Komponenten eines digitalen stochastischen Sensors werden in der Arbeit vorgestellt. Aufgrund der technologisch bedingten Prozesstoleranzen ist für jeden Detektor eine eigene kompensierende Kalibrierung erforderlich. Unterschiedliche Realisierungen dafür werden präsentiert und bewertet. Zur genaueren Modellierung wird ein SPICE-Modell aufgestellt und damit für das Kippverhalten des Sensors eine stochastische Differentialgleichung mit SPICE-bestimmten Koeffizienten hergeleitet. Gegenüber den Standard-Magnetfeldsensoren bietet die stochastische digitale Auswertung den Vorteil einer flexiblen Messung. Man kann wählen zwischen schnellen Messungen bei reduzierter Genauigkeit und einer hohen lokalen Auflösung oder einer hohen Genauigkeit bei der Auswertung langsam veränderlicher Magnetfelder im Bereich von unter 1 mT. Die Arbeit präsentiert die Messergebnisse des Testchips. Die gemessene Empfindlichkeit und die Fehlerwahrscheinlichkeit sowie die optimalen Arbeitspunkte und die Kennliniencharakteristik werden dargestellt. Die relative Empfindlichkeit der MAGFETs beträgt 0,0075/T. Die damit erzielbaren Fehlerwahrscheinlichkeiten werden in der Arbeit aufgelistet. Verglichen mit dem theoretischen Modell zeigt das gemessene Kippverhalten der stochastischen Sensoren eine gute Übereinstimmung. Verschiedene Messungen von analogen und digitalen Magnetfeldern bestätigen die Anwendbarkeit des Sensors für schnelle Magnetfeldmessungen bis 27 MHz auch bei kleinen Magnetfeldern unter 1 mT. Die Messungen der Sensorcharakteristik in Abhängigkeit von der Temperatur zeigen, dass die Empfindlichkeit bei sehr tiefen Temperaturen deutlich steigt aufgrund der Abnahme des Rauschens. Eine Zusammenfassung und ein ausführliches Literaturverzeichnis geben einen Überblick über den Stand der Technik.

Relativistic LCAO with Minimax Principle and New Balanced Basis Sets

Relativistic density functional theory is widely applied in molecular calculations with heavy atoms, where relativistic and correlation effects are on the same footing. Variational stability of the Dirac Hamiltonian is a very important field of research from the beginning of relativistic molecular calculations on, among efforts for accuracy, efficiency, and density functional formulation, etc. Approximations of one- or two-component methods and searching for suitable basis sets are two major means for good projection power against the negative continuum. The minimax two-component spinor linear combination of atomic orbitals (LCAO) is applied in the present work for both light and super-heavy one-electron systems, providing good approximations in the whole energy spectrum, being close to the benchmark minimax finite element method (FEM) values and without spurious and contaminated states, in contrast to the presence of these artifacts in the traditional four-component spinor LCAO. The variational stability assures that minimax LCAO is bounded from below. New balanced basis sets, kinetic and potential defect balanced (TVDB), following the minimax idea, are applied with the Dirac Hamiltonian. Its performance in the same super-heavy one-electron quasi-molecules shows also very good projection capability against variational collapse, as the minimax LCAO is taken as the best projection to compare with. The TVDB method has twice as many basis coefficients as four-component spinor LCAO, which becomes now linear and overcomes the disadvantage of great time-consumption in the minimax method. The calculation with both the TVDB method and the traditional LCAO method for the dimers with elements in group 11 of the periodic table investigates their difference. New bigger basis sets are constructed than in previous research, achieving high accuracy within the functionals involved. Their difference in total energy is much smaller than the basis incompleteness error, showing that the traditional four-spinor LCAO keeps enough projection power from the numerical atomic orbitals and is suitable in research on relativistic quantum chemistry. In scattering investigations for the same comparison purpose, the failure of the traditional LCAO method of providing a stable spectrum with increasing size of basis sets is contrasted to the TVDB method, which contains no spurious states already without pre-orthogonalization of basis sets. Keeping the same conditions including the accuracy of matrix elements shows that the variational instability prevails over the linear dependence of the basis sets. The success of the TVDB method manifests its capability not only in relativistic quantum chemistry but also for scattering and under the influence of strong external electronic and magnetic fields. The good accuracy in total energy with large basis sets and the good projection property encourage wider research on different molecules, with better functionals, and on small effects.

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.

Bestimmung der magnetischen Streufeldstärke von künstlichen magnetischen Domänen austauschverschobener Dünnschichtsysteme und deren Einfluss auf die Selbstassemblierung organischer Moleküle

Die lokale Anlagerung molekularer Substanzen auf Oberflächen ist technologisch von großem Interesse. Die Beeinflussung selbstassemblierender Materialien bietet dabei große Vorteile, da sie kostengünstig und großflächig angewendet werden kann. Untersuchungen einer solchen Beeinflussung mithilfe von magnetischen Feldern wurden bisher jedoch noch nicht durchgeführt. Ursache hierfür ist das, insbesondere bei der Verwendung von diamagnetischen Substanzen, geringe induzierte magnetische Moment und die daraus resultierenden geringen magnetischen Kräfte. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob es möglich ist, die lokale Anlagerung von selbstassemblierenden, diamagnetischen Substanzen durch die Verwendung von magnetischen Streufeldern zu beeinflussen und somit ein Schichtwachstum bevorzugt in gewünschten Bereichen eines Substrats zu erreichen. Es wurde ein austauschverschobenes Dünnschichtsystem über das Verfahren der ionenbeschuss-induzierten magnetischen Strukturierung mit einem künstlichen Domänenmuster in streifenförmiger Anordnung im Mikrometermaßstab erzeugt. Über experimentelle Untersuchungen wurden die aus diesem Schichtsystem austretenden magnetischen Streufelder erstmals quantifiziert. Die experimentell unvermeidbaren Mittelungen und technischen Limitierungen wurden mithilfe eines theoretischen Modells herausgerechnet, sodass letztlich die resultierende Magnetfeldlandschaft in allen drei Dimensionen über der Probenoberfläche erhalten wurde. Durch die Bestimmung der magnetischen Suszeptibilitäten der hier verwendeten thioethersubstituierten Subphthalocyanin-Derivate konnte somit die Berechnung der induzierten magnetischen Kräfte erfolgen, deren Vergleich mit Literaturwerten eine erfolgreiche Beeinflussung der Anlagerung dieser Substanzen erhoffen ließ. Aufgrund der Kombination diverser, anspruchsvoller Nachweisverfahren konnte der experimentelle Beweis für die erfolgreiche Positionierung der molekularen Substanzen durch die magnetischen Streufelder des Dünnschichtsystems erbracht werden. Zunächst wurde nachgewiesen, dass sich die Subphthalocyanin-Derivate auf der Probenoberfläche befinden und in einer mit der Periode der magnetischen Domänenstruktur korrelierenden Geometrie anlagern. Über Untersuchungen an Synchrotronstrahlungsquellen konnte die magnetische Streifenstruktur mit der Struktur der angelagerten Moleküle überlagert werden, sodass bekannt wurde, dass sich die Moleküle bevorzugt in den magnetisch begünstigten Bereichen anlagern. Um mögliche Einflüsse einer eventuell durch den magnetischen Strukturierungsprozess lokal modifizierten Substratoberfläche als Ursache für die lokale Molekülanlagerung ausschließen zu können, wurden zusätzliche Referenzmessungen durchgeführt. Alle Untersuchungen zeigen, dass die Molekülpositionierung auf der Wechselwirkung der diamagnetischen Substanzen mit den Streufeldern des Substrats zurückzuführen ist. Der im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Mechanismus der magnetischen Beeinflussung der lokalen Molekülanlagerung besagt dabei, dass insbesondere die Oberflächendiffusion der selbstassemblierenden Substanz durch die in-plane-Magnetfeldkomponente beeinflusst wird und vermutlich die Nukleationsphase der Selbstassemblierung entscheidend für die lokale Materialabscheidung ist. Es konnte in dieser Arbeit somit gezeigt werden, dass eine Beeinflussung der Selbstassemblierung von diamagnetischen Subphthalocyanin-Derivaten und somit eine lokal bevorzugte Anlagerung dieser Substanzen durch magnetische Streufelder von magnetisch strukturierten austauschverschobenen Dünnschichtsystemen erreicht werden kann. Es resultiert somit eine neue Möglichkeit die technologisch wichtigen Selbstassemblierungsprozesse nun auch über magnetische Streufelder beeinflussen und kontrollieren zu können. Durch die hohe Flexibilität bei den Strukturierungsmöglichkeiten der magnetischen Domänengeometrien der hier verwendeten austauschverschobenen Dünnschichtsysteme resultieren aus den hier gezeigten Ergebnissen vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Beschichtungstechnik.

Imagem por ressonância magnética da vasculatura da pele humana : viabilidade no contexto clínico

Imagiologia por Ressonância Magnética (IRM) é uma modalidade de imagem médica que está a recuperar o interesse como uma técnica não invasiva no estudo da pele. Tipicamente campos magnéticos de elevada densidade e quipamentos específicos são usados. Este facto limita o usos da técnica a laboratórios e centros de investigação especializados. Neste trabalho estudou-se a viabilidade do uso da IRM no estudo da pele e da sua vasculatura usando equipamento convencional disponível em contexto clínico. Sequências IRM para imagem estrutural e veascular foram optimizadas e testadas para obtenção de imagens da pele do punho de 6 voluntários saudáveis. As sequências observáveis dos vasos, razão sinal-ruído, e razão contraste-ruído. Foi observado que duas sequências volumétricas baseadas em eco de gradiente e com ponderações T1 e T2 forneciam informação complementar em respeito à vasculatura da pele com resoluções espaciais da ordem dos micrómetros, podendo ainda esta informação ser fundida com imagens estruturais das cadamas da pele. Foi igualmente observado que estas sequências fornecem informação útil usando equipamento convencional e perspectiva-se a sua utilização no estudo das vasculatura de tumores cutâneos e na doença vascular periférica.

Coupling between mesogenic units and polymer backbone in side-chain liquid crystal polymers and elastomers

The levels of alignment of the mesogenic units and of the polymer backbone trajectory for polyacrylate based nematic side-chain liquid crystal polymers and elastomers were evaluated by using wide angle X-ray and small angle neutron scattering procedures. The X-ray scattering measurements show that substantial levels of preferred orientation of the mesogenic units may be introduced through magnetic fields for uncrosslinked polymers and through mechanical extension for liquid crystal elastomers. Small angle neutron scattering measurements show that for highly aligned samples an anisotropic polymer backbone trajectory is observed in which the envelope is slightly extended by ∼ 10% in the direction parallel to the axis of alignment of the mesogenic units. The sense of this coupling differs from that recorded for other uncrosslinked side-chain liquid crystal polymers. Possible mechanisms to account for this anisotropy and its relationship to the properties of liquid crystal elastomers are discussed. The observed deformation behaviour of the liquid crystal elastomer is non-affine and this appears to confirm the dominating influence of the liquid crystal order of the side chains on the mechanical properties of these novel networks.

Lord Kelvin’s atmospheric electricity measurements

Lord Kelvin (William Thomson) made important contributions to the study of atmospheric elec- tricity during a brief but productive period from 1859–1861. By 1859 Kelvin had recognised the need for “incessant recording” of atmospheric electrical parameters, and responded by inventing both the water dropper equaliser for measuring the atmospheric potential gradient (PG), and photographic data logging. The water dropper equaliser was widely adopted internationally and is still in use today. Following theoretical consid- erations of electric field distortion by local topography, Kelvin developed a portable electrometer, using it to investigate the PG on the Scottish island of Arran. During these environmental measurements, Kelvin may have unwittingly detected atmospheric PG changes during solar activity in August / September 1859 associated with the “Carrington event”, which is interesting in the context of his later statements that solar magnetic influ- ence on the Earth was impossible. Kelvin’s atmospheric electricity work presents an early representative study in quantitative environmental physics, through the application of mathematical principles to an environmental problem, the design and construction of bespoke instrumentation for real world measurements and recognising the limitations of the original theoretical view revealed by experimental work

Dynamic simulation studies of structural formation and transition in electro-magneto-rheological fluids

The computer simulation method has been used to study the structural formation and transition of electro-magneto-rheological (EMR) fluids under compatible electric and magnetic fields. When the fields are applied simultaneously and perpendicularly to each other, the particles rapidly arrange into two-dimensional close-packed layer structures parallel to both fields. The layers then combine together to form thicker sheet-like structures, which finally relax into three-dimensional close-packed structures with the help of the thermal fluctuations. On the other hand, if the electric field is applied firstly to induce the body-centered tetragonal (BCT) columns in the system, and then the magnetic field is applied in the perpendicular direction. the BCT to face-centered cubic (FCC) structure transition is observed in very short time. Following that. the structure keeps on evolving due to the demagnetization effect and finally form the three-dimensional close-packed structures.

Simulation of field-induced structural formation and transition in electromagnetorheological suspensions

A computer simulation method has been used to study the three-dimensional structural formation and transition of eleetromagnetorheological (EMR) suspensions under compatible electric and magnetic fields. When the fields are applied simultaneously and perpendicularly to each other, the particles rapidly arrange into single layer structures parallel to both fields. In each layer, there is a two-dimensional hexagonal lattice. The single layers then combine together to form thicker sheetlike structures. With the help of the thermal fluctuations, the thicker structures relax into three-dimensional close-packed structures, which may be face-centered cubic (fcc), hexagonal close-packed (hup) lattices, or, more probably, the mixture of them, depending on the initial configurations and the thermal fluctuations. On the other hand, if the electric field is applied first to induce the body-centered tetragonal (bct) columns in the system, and then the magnetic field is applied in the perpendicular direction, the bet to fee structure transition is observed in a very short time. Following that, the structure keeps on evolving due to the demagnetization effect and finally forms close-packed structures with fee and hcp lattice character. The simulation results are in agreement with the theoretical and experimental results.

The Sun-Earth connection in time scales from years to decades and centuries

The Sun-Earth connection is studied using long-term measurements from the Sun and from the Earth. The auroral activity is shown to correlate to high accuracy with the smoothed sunspot numbers. Similarly, both geomagnetic activity and global surface temperature anomaly can be linked to cyclic changes in the solar activity. The interlinked variations in the solar magnetic activity and in the solar irradiance cause effects that can be observed both in the Earth's biosphere and in the electromagnetic environment. The long-term data sets suggest that the increase in geomagnetic activity and surface temperatures are related (at least partially) to longer-term solar variations, which probably include an increasing trend superposed with a cyclic behavior with a period of about 90 years.

Ionospheric and geomagnetic responses to changes in IMF B_Z: a superposed epoch study

Superposed epoch studies have been carried out in order to determine the ionospheric response at mid-latitudes to southward turnings of the interplanetary magnetic field (IMF). This is compared with the geomagnetic response, as seen in the indices K p, AE and Dst. The solar wind, IMF and geomagnetic data used were hourly averages from the years 1967–1989 and thus cover a full 22-year cycle in the solar magnetic field. These data were divided into subsets, determined by the magnitudes of the southward turnings and the concomitant increase in solar wind pressure. The superposed epoch studies were carried out using the time of the southward turning as time zero. The response of the mid-latitude ionosphere is studied by looking at the F-layer critical frequencies, f o F2, from hourly soundings by the Slough ionosonde and their deviation from the monthly median values, δf o F2. For the southward turnings with a change in B z of δB z > 11.5 nT accompanied by a solar wind dynamic pressure P exceeding 5 nPa, the F region critical frequency, f o F2, shows a marked decrease, reaching a minimum value about 20 h after the southward turning. This recovers to pre-event values over the subsequent 24 h, on average. The Dst index shows the classic storm-time decrease to about −60 nT. Four days later, the index has still to fully recover and is at about −25 nT. Both the K p and AE indices show rises before the southward turnings, when the IMF is strongly northward but the solar wind dynamic pressure is enhanced. The average AE index does register a clear isolated pulse (averaging 650 nT for 2 h, compared with a background peak level of near 450 nT at these times) showing enhanced energy deposition at high latitudes in substorms but, like K p, remains somewhat enhanced for several days, even after the average IMF has returned to zero after 1 day. This AE background decays away over several days as the Dst index recovers, indicating that there is some contamination of the currents observed at the AE stations by the continuing enhanced equatorial ring current. For data averaged over all seasons, the critical frequencies are depressed at Slough by 1.3 MHz, which is close to the lower decile of the overall distribution of δf o Fl values. Taking 30-day periods around summer and winter solstice, the largest depression is 1.6 and 1.2 MHz, respectively. This seasonal dependence is confirmed by a similar study for a Southern Hemisphere station, Argentine Island, giving peak depressions of 1.8 MHz and 0.5 MHz for summer and winter. For the subset of turnings where δB z > 11.5 nT and P ≤ 5 nPa, the response of the geomagnetic indices is similar but smaller, while the change in δf o F2 has all but disappeared. This confirms that the energy deposited at high latitudes, which leads to the geomagnetic and ionospheric disturbances following a southward turning of the IMF, increases with the energy density (dynamic pressure) of the solar wind flow. The magnitude of all responses are shown to depend on δB z . At Slough, the peak depression always occurs when Slough rotates into the noon sector. The largest ionospheric response is for southward turnings seen between 15–21 UT.

Near-earth cosmic ray decreases associated with remote coronal mass ejections

Galactic cosmic ray (GCR) flux is modulated by both particle drift patterns and solar wind structures on a range of timescales. Over solar cycles, GCR flux varies as a function of the total open solar magnetic flux and the latitudinal extent of the heliospheric current sheet. Over hours, drops of a few percent in near-Earth GCR flux (Forbush decreases, FDs) are well known to be associated with the near-Earth passage of solar wind structures resulting from corotating interaction regions (CIRs) and transient coronal mass ejections (CMEs). We report on four FDs seen at ground-based neutron monitors which cannot be immediately associated with significant structures in the local solar wind. Similarly, there are significant near-Earth structures which do not produce any corresponding GCR variation. Three of the FDs are during the STEREO era, enabling in situ and remote observations from three well-separated heliospheric locations. Extremely large CMEs passed the STEREO-A spacecraft, which was behind the West limb of the Sun, approximately 2–3 days before each near- Earth FD. Solar wind simulations suggest that the CMEs combined with pre-existing CIRs, enhancing the pre-existing barriers to GCR propagation. Thus these observations provide strong evidence for the modulation of GCR flux by remote solar wind structures.