Upwelling O+ ion source characteristics

Recent observations from the Dynamics Explorer 1 (DE-1) spacecraft have shown that the dayside auroral zone is an important source of very low-energy superthermal O^+ ions for the polar magnetosphere. When observed at 2000- to 5000-km altitude, the core of the O^+ distribution exhibits transverse heating to energies on the order of 10 eV, significant upward heat flux, and subsonic upward flow at significant flux levels exceeding 10^8 cm^{-2}s^{-1}. The term "upwelling ions" has been adopted to label these flows, which stand out in sharp contrast to the light ion polar wind flows observed in the same altitude range in the polar cap and subauroral magnetosphere. We have chosen a typical upwelling ion event for detailed study, correlating retarding ion mass spectrometer observations of the low-energy plasma with energetic ion observations and local electromagnetic field observations. The upwelling ion signature is colocated with the magnetospheric cleft as marked by precipitating energetic magnetosheath ions. The apparent ionospheric heating is clearly linked with the magnetic field signatures of strong field-aligned currents in the vicinity of the dayside polar cap boundary. Electric field and ion plasma measurements indicate that a very strong and localized convection channel or jet exists coincident with the other signatures of this event. These observations indicate that transverse ion heating to temperatures on the order of 10^5 K in the 2000- to 5000-km ionosphere is an important factor in producing heavy ion outflows into the polar magnetosphere. This result contrasts with recent suggestions that electron heating to temperatures of order 10^4 K is the most important parameter with regard to O^+ outflow.

Preparation of cold Mg + ion clouds for sympathetic cooling of highly charged ions at SPECTRAP

Die Elektronen in wasserstoff- und lithium-ähnlichen schweren Ionen sind den extrem starken elektrischen und magnetischen Feldern in der Umgebung des Kerns ausgesetzt. Die Laserspektroskopie der Hyperfeinaufspaltung im Grundzustand des Ions erlaubt daher einen sensitiven Test der Quantenelektrodynamik in starken Feldern insbesondere im magnetischen Sektor. Frühere Messungen an wasserstoffähnlichen Systemen die an einer Elektronenstrahl-Ionenfalle (EBIT) und am Experimentierspeicherring (ESR) der GSI Darmstadt durchgeführt wurden, waren in ihrer Genauigkeit durch zu geringe Statistik, einer starken Dopplerverbreiterung und der großen Unsicherheit in der Ionenenergie limitiert. Das ganze Potential des QED-Tests kann nur dann ausgeschöpft werden, wenn es gelingt sowohl wasserstoff- als auch lithium-ähnliche schwere Ionen mit einer um 2-3 Größenordnung gesteigerten Genauigkeit zu spektroskopieren. Um dies zu erreichen, wird gegenwärtig das neue Penningfallensystem SPECTRAP an der GSI aufgebaut und in Betrieb genommen. Es ist speziell für die Laserspektroskopie an gespeicherten hochgeladenen Ionen optimiert und wird in Zukunft von HITRAP mit nierderenergetischen hochgeladenen Ionen versorgt werden.rnrnSPECTRAP ist eine zylindrische Penningfalle mit axialem Zugang für die Injektion von Ionen und die Einkopplung eines Laserstrahls sowie einem radialen optischen Zugang für die Detektion der Fluoreszenz. Um letzteres zu realisieren ist der supraleitende Magnet als Helmholtz-Spulenpaar ausgelegt. Um die gewünschte Genauigkeit bei der Laserspektroskopie zu erreichen, muss ein effizienter und schneller Kühlprozess für die injizierten hochegeladenen Ionen realisiert werden. Dies kann mittels sympathetischer Kühlung in einer lasergekühlten Wolke leichter Ionen realisiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Lasersystem und eine Ionenquelle für die Produktion einer solchen 24Mg+ Ionenwolke aufgebaut und erfolgreich an SPECTRAP in Betrieb genommen. Dazu wurde ein Festkörperlasersystem für die Erzeugung von Licht bei 279.6 nm entworfen und aufgebaut. Es besteht aus einem Faserlaser bei 1118 nm der in zwei aufeinanderfolgenden Frequenzverdopplungsstufen frequenzvervierfacht wird. Die Verdopplerstufen sind als aktiv stabilisierte Resonantoren mit nichtlinearen Kristallen ausgelegt. Das Lasersystem liefert unter optimalen Bedingeungen bis zu 15 mW bei der ultravioletten Wellenlänge und erwies sich während der Teststrahlzeiten an SPECTRAP als ausgesprochen zuverlässig. Desweiteren wurde eine Ionequelle für die gepulste Injektion von Mg+ Ionen in die SPECTRAP Falle entwickelt. Diese basiert auf der Elektronenstoßionisation eines thermischen Mg-Atomstrahls und liefert in der gepulsten Extraktion Ionenbündel mit einer kleinen Impuls- und Energieverteilung. Unter Nutzung des Lasersystems konnten damit an SPECTRAP erstmals Ionenwolken mit bis zu 2600 lasergekühlten Mg Ionen erzeugt werden. Der Nachweis erfolgte sowohl mittels Fluoreszenz als auch mit der FFT-ICR Technik. Aus der Analyse des Fluoreszenz-Linienprofils lässt sich sowohl die Sensitivität auf einzelne gespeicherte Ionen als auch eine erreichte Endtemperatur in der Größenordnung von ≈ 100 mK nach wenigen Sekunden Kühlzeit belegen.

Neuartige kryogene Penning-Falle für den Nachweis von Spin-Übergängen eines Protons und Bestimmung seines g-Faktors

In dieser Arbeit wird der Entwurf, der Aufbau, die Inbetriebnahme und die Charakterisierung einer neuartigen Penning-Falle im Rahmen des Experiments zur Bestimmung des g-Faktors des Protons präsentiert. Diese Falle zeichnet sich dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien eines äußeren homogenen Magnetfeldes durch eine ferromagnetische Ringelektrode im Zentrum der Falle verzerrt werden. Der inhomogene Anteil des resultierenden Magnetfeldes, die sogenannte magnetische Flasche, lässt sich durch den Koeffizient B2 = 297(10) mT/mm2 des Terms zweiter Ordnung der Ortsabhängigkeit des Feldes quantifizieren. Eine solche ungewöhnlich starke Feldinhomogenität ist Grundvoraussetzung für den Nachweis der Spinausrichtung des Protons mittels des kontinuierlichen Stern-Gerlach-Effektes. Dieser Effekt basiert auf der im inhomogenen Magnetfeld entstehenden Kopplung des Spin-Freiheitsgrades des gefangenen Protons an eine seiner Eigenfrequenzen. Ein Spin-Übergang lässt sich so über einen Frequenzsprung detektieren. Dabei ist die nachzuweisende Änderung der Frequenz proportional zu B2 und zum im Fall des Protons extrem kleinen Verhältnis zwischen seinem magnetischen Moment nund seiner Masse. Die durch die benötigte hohe Inhomogenität des Magnetfeldes bedingten technischen Herausforderungen erfordern eine fundierte Kenntnis und Kontrolle der Eigenschaften der Penning-Falle sowie der experimentellen Bedingungen. Die in der vorliegenden Arbeit entwickelte Penning-Falle ermöglichte den erstmaligen zerstörungsfreien Nachweis von Spin-Quantensprüngen eines einzelnen gefangenen Protons, was einen Durchbruch für das Experiment zur direkten Bestimmung des g-Faktors mit der angestrebten relativen Genauigkeit von 10−9 darstellte. Mithilfe eines statistischen Verfahrens ließen sich die Larmor- und die Zyklotronfrequenz des Protons im inhomogenen Magnetfeld der Falle ermitteln. Daraus wurde der g-Faktor mit einer relativen Genauigkeit von 8,9 × 10−6 bestimmt. Die hier vorgestellten Messverfahren und der experimentelle Aufbau können auf ein äquivalentes Experiment zur Bestimmung des g-Faktors des Antiprotons zum Erreichen der gleichen Messgenauigkeit übertragen werden, womit der erste Schritt auf dem Weg zu einem neuen zwingenden Test der CPT-Symmetrie im baryonischen Sektor gemacht wäre.

Magnetic properties and incompatible element geochemistry of some igneous rocks at DSDP Leg 64 Holes

I received five unoriented samples of igneous rocks from four Sites of Leg 64 of the Deep Sea Drilling Project (DSDP). I have measured several magnetic properties, alkalis (K, Rb, and Cs), alkaline-earth (Ba and Sr) element concentrations, and 87Sr/86Sr ratios of these samples. This study reports the results.

Structure of a biological oxygen sensor: A new mechanism for heme-driven signal transduction

The FixL proteins are biological oxygen sensors that restrict the expression of specific genes to hypoxic conditions. FixL’s oxygen-detecting domain is a heme binding region that controls the activity of an attached histidine kinase. The FixL switch is regulated by binding of oxygen and other strong-field ligands. In the absence of bound ligand, the heme domain permits kinase activity. In the presence of bound ligand, this domain turns off kinase activity. Comparison of the structures of two forms of the Bradyrhizobium japonicum FixL heme domain, one in the “on” state without bound ligand and one in the “off” state with bound cyanide, reveals a mechanism of regulation by a heme that is distinct from the classical hemoglobin models. The close structural resemblance of the FixL heme domain to the photoactive yellow protein confirms the existence of a PAS structural motif but reveals the presence of an alternative regulatory gateway.

A third cluster of red supergiants in the vicinity of the massive cluster RSGC3

Context. Recent studies have shown that the area around the massive, obscured cluster RSGC3 may harbour several clusters of red supergiants. Aims. We analyse a clump of photometrically selected red supergiant candidates 20′ south of RSGC3 in order to confirm the existence of another of these clusters. Methods. Using medium-resolution infrared spectroscopy around 2.27 μm, we derived spectral types and velocities along the line of sight for the selected candidates, confirming their nature and possible association. Results. We find a compact clump of eight red supergiants and four other candidates at some distance, all of them spectroscopically confirmed red supergiants. The majority of these objects must form an open cluster, which we name Alicante 10. Because of the high reddening and strong field contamination, the cluster sequence is not clearly seen in 2MASS or GPS-UKIDSS. From the observed sources, we derive E(J − KS) = 2.6 and d ≈ 6 kpc. Conclusions. Although the cluster is smaller than RSGC3, it has an initial mass in excess of 10 000 M⊙, and it seems to be part of the RSGC3 complex. With the new members this association already has 35 spectroscopically confirmed red supergiants, confirming its place as one of the most active sites of recent stellar formation in the Galaxy.

Extreme-Ultraviolet-Initated High-Order Harmonic Generation: Driving Inner-Valence Electrons Using Below-Threshold-Energy Extreme-Ultraviolet Light

We propose a novel scheme for resolving the contribution of inner- and outer-valence electrons in XUV-initiated high-harmonic generation in neon. By probing the atom with a low energy (below the 2s ionisation threshold) ultrashort XUV pulse, the 2p electron is steered away from the core, while the 2s electron is enabled to describe recollision trajectories. By selectively suppressing the 2p recollision trajectories we can resolve the contribution of the 2s electron to the high-harmonic spectrum. We apply the classical trajectory model to account for the contribution of the 2s electron, which allows for an intuitive understanding of the process.

Kohärente transiente und effiziente Endzustandskontrolle in Atomen und Molekülen

Es ist ein lang gehegter Traum in der Chemie, den Ablauf einer chemischen Reaktion zu kontrollieren und das Aufbrechen und Bilden chemischer Bindungen zu steuern. Diesem Ziel verschreibt sich auch das Forschungsgebiet der Femtochemie. Hier werden Femtosekunden Laserpulse eingesetzt um auf dem Quantenlevel molekulare Dynamiken auf ihren intrinsischen Zeitskalen zu kontrollieren und das System selektiv und effizient von einem Anfangs- in einen Zielzustand zu überführen. Der Wunsch, mit geformten Femtosekunden Laserpulsen Kontrolle über transiente Dynamiken und finale Populationen auszuüben, zu beobachten und zu verstehen, bildet auch die Motivation für diese Arbeit. Hierzu wurden mit Hilfe der Photoelektronenspektroskopie Untersuchungen zur Wechselwirkung atomarer und molekularer Prototypsysteme mit intensiven, geformten Femtosekunden Laserpulsen durchgeführt. Die Verwendung von Modelsystemen ermöglicht es, grundlegende Mechanismen der kohärenten Kontrolle in intensiven Laserfeldern zu analysieren, ohne dass sie durch komplexe Wechselwirkungen verschleiert werden. Zunächst wurde die Wechselwirkung von Kaliumatomen mit gechirpten Femtosekunden Laserpulsen untersucht. In den Experimenten wurden sowohl transiente Dynamiken als auch die Endbesetzungen der elektronischen Zustände abgebildet. In den folgenden Experimenten wurde das Quantenkontrollszenario SPODS auf die gekoppelte Elektronen-Kern-Dynamik in Molekülen übertragen. Die Kontrolle basiert auf der Erzeugung und Manipulation von Ladungsoszillationen durch Pulssequenzen. Der letzte Teil widmet sich der Entwicklung adiabatischer Kontrollmechanismen in Molekülen. Bei den Experimenten wurden gechirpte Airypulse eingesetzt um robuste Starkfeldanregung in molekularen Systemen zu induzieren. In Zukunft wird die Erforschung immer komplexerer Moleküle im Rahmen der transienten Kontrolle im Fokus stehen. Dabei werden nicht nur die effiziente Besetzung gebundener Zustände von Interesse sein, sondern auch die gezielte Dissoziation in spezifische Fragmente, photoinduzierte Isomerisierungsreaktionen oder die Kontrolle über transiente Dynamiken, die Einfluss auf andere molekulare Eigenschaften haben. Vor dem Hintergrund dieses übergeordneten Wunsches, photochemische Reaktionen immer komplexerer Moleküle, bis hin zu großen, biologisch relevanten Molekülen, zu kontrollieren, ist es umso wichtiger, die zugrundeliegenden Anregungsmechanismen in einfachen Systemen nachzuvollziehen. In den hier präsentierten Experimenten wurde gezeigt, wie die simultane Beobachtung der bekleideten und der stationären Zustände in atomaren Systemen zu einem umfassenden Bild der lichtinduzierte Dynamiken führen kann. Die gewonnenen Erkenntnisse können auf die Steuerung gekoppelter Dynamiken übertragen werden, durch die Kontrolle auch in molekularen Systemen möglich wird.

Topological insulating phases from two-dimensional nodal loop semimetals

Starting from a minimal model for a two-dimensional nodal loop semimetal, we study the effect of chiral mass gap terms. The resulting Dirac loop anomalous Hall insulator’s Chern number is the phase-winding number of the mass gap terms on the loop.We provide simple lattice models, analyze the topological phases, and generalize a previous index characterizing topological transitions. The responses of the Dirac loop anomalous Hall and quantum spin Hall insulators to a magnetic field’s vector potential are also studied both in weak- and strong-field regimes, as well as the edge states in a ribbon geometry.

Corrected mean-field models for spatially-dependent advection-diffusion-reaction phenomena

In the exclusion-process literature, mean-field models are often derived by assuming that the occupancy status of lattice sites is independent. Although this assumption is questionable, it is the foundation of many mean-field models. In this work we develop methods to relax the independence assumption for a range of discrete exclusion process-based mechanisms motivated by applications from cell biology. Previous investigations that focussed on relaxing the independence assumption have been limited to studying initially-uniform populations and ignored any spatial variations. By ignoring spatial variations these previous studies were greatly simplified due to translational invariance of the lattice. These previous corrected mean-field models could not be applied to many important problems in cell biology such as invasion waves of cells that are characterised by moving fronts. Here we propose generalised methods that relax the independence assumption for spatially inhomogeneous problems, leading to corrected mean-field descriptions of a range of exclusion process-based models that incorporate (i) unbiased motility, (ii) biased motility, and (iii) unbiased motility with agent birth and death processes. The corrected mean-field models derived here are applicable to spatially variable processes including invasion wave type problems. We show that there can be large deviations between simulation data and traditional mean-field models based on invoking the independence assumption. Furthermore, we show that the corrected mean-field models give an improved match to the simulation data in all cases considered.

Mean-field descriptions of collective migration with strong adhesion

Random walk models based on an exclusion process with contact effects are often used to represent collective migration where individual agents are affected by agent-to-agent adhesion. Traditional mean field representations of these processes take the form of a nonlinear diffusion equation which, for strong adhesion, does not predict the averaged discrete behavior. We propose an alternative suite of mean-field representations, showing that collective migration with strong adhesion can be accurately represented using a moment closure approach.

Double diffusive magneto-convection fluid flow in a strong cross magnetic field with uniform surface heat and mass flux

In this study, magnetohydrodynamic natural convection boundary layer flow of an electrically conducting and viscous incompressible fluid along a heated vertical flat plate with uniform heat and mass flux in the presence of strong cross magnetic field has been investigated. For smooth integrations the boundary layer equations are transformed in to a convenient dimensionless form by using stream function formulation as well as the free variable formulation. The nonsimilar parabolic partial differential equations are integrated numerically for Pr ≪1 that is appropriate for liquid metals against the local Hartmann parameter ξ . Further, asymptotic solutions are obtained near the leading edge using regular perturbation method for smaller values of ξ . Solutions for values of ξ ≫ 1 are also obtained by employing the matched asymptotic technique. The results obtained for small, large and all ξ regimes are examined in terms of shear stress, τw, rate of heat transfer, qw, and rate of mass transfer, mw, for important physical parameter. Attention has been given to the influence of Schmidt number, Sc, buoyancy ratio parameter, N and local Hartmann parameter, ξ on velocity, temperature and concentration distributions and noted that velocity and temperature of the fluid achieve their asymptotic profiles for Sc ≥ 10:0.

Natural convection flow in a strong cross magnetic field with radiation

The problem of MHD natural convection boundary layer flow of an electrically conducting and optically dense gray viscous fluid along a heated vertical plate is analyzed in the presence of strong cross magnetic field with radiative heat transfer. In the analysis radiative heat flux is considered by adopting optically thick radiation limit. Attempt is made to obtain the solutions valid for liquid metals by taking Pr≪1. Boundary layer equations are transformed in to a convenient dimensionless form by using stream function formulation (SFF) and primitive variable formulation (PVF). Non-similar equations obtained from SFF are then simulated by implicit finite difference (Keller-box) method whereas parabolic partial differential equations obtained from PVF are integrated numerically by hiring direct finite difference method over the entire range of local Hartmann parameter, $xi$ . Further, asymptotic solutions are also obtained for large and small values of local Hartmann parameter $xi$ . A favorable agreement is found between the results for small, large and all values of $xi$ . Numerical results are also demonstrated graphically by showing the effect of various physical parameters on shear stress, rate of heat transfer, velocity and temperature.

Baseline responses of Alphitobius diaperinus (Coleoptera : Tenebrionidae) to cyfluthrin and detection of strong resistance in field populations in eastern Australia

Resistance to cyfluthrin in broiler farm populations of lesser mealworm, Alphitobius diaperinus (Panzer) (Coleoptera: Tenebrionidae), in eastern Australia was suspected to have contributed to recent control failures. In 2000-2001, beetles from 11 broiler farms were tested for resistance by comparing them to an insecticide-susceptible reference population by using topical application. Resistance was detected in almost all beetle populations (up to 22 times the susceptible at the LC50), especially in southeastern Queensland where more cyfluthrin applications had been made. Two from outside southeastern Queensland were found to be susceptible. Dose-mortality data generated from the reference population over a range of cyflutbrin concentrations showed that 0.0007% cyfluthrin at a LC99.9 level could be used as a convenient dose to discriminate between susceptible and resistant populations. Using this discriminating concentration, from 2001 to 2005, the susceptibilities of 18 field populations were determined. Of these, 11 did not exhibit complete mortality at the discriminating concentration (mortality range 2.8-97.7%), and in general, cyfluthrin resistance was directly related to the numbers of cyfluthrin applications. As in the full study, populations outside of southeastern Queensland were found to have lower levels of resistance or were susceptible. One population from an intensively farmed broiler area in southeastern Queensland exhibited low mortality despite having no known exposure to cyfluthrin. Comparisons of LC50 values of three broiler populations and a susceptible population, collected in 2000 and 2001 and recollected in 2004 and 2005 indicated that values from the three broiler populations had increased over this time for all populations. The continued use of cyfluthrin for control of A. diaperinus in eastern Australia is currently under consideration.

Influence of Band Non-Parabolicity on Few Ballistic Properties of III-V Quantum Wire Field Effect Transistors Under Strong Inversion

A simplified yet analytical approach on few ballistic properties of III-V quantum wire transistor has been presented by considering the band non-parabolicity of the electrons in accordance with Kane's energy band model using the Bohr-Sommerfeld's technique. The confinement of the electrons in the vertical and lateral directions are modeled by an infinite triangular and square well potentials respectively, giving rise to a two dimensional electron confinement. It has been shown that the quantum gate capacitance, the drain currents and the channel conductance in such systems are oscillatory functions of the applied gate and drain voltages at the strong inversion regime. The formation of subbands due to the electrical and structural quantization leads to the discreetness in the characteristics of such 1D ballistic transistors. A comparison has also been sought out between the self-consistent solution of the Poisson's-Schrodinger's equations using numerical techniques and analytical results using Bohr-Sommerfeld's method. The results as derived in this paper for all the energy band models gets simplified to the well known results under certain limiting conditions which forms the mathematical compatibility of our generalized theoretical formalism.