Current-density-functional approach to large quantum dots in intense magnetic fields

Within current-density-functional theory, we have studied a quantum dot made of 210 electrons confined in a disk geometry. The ground state of this large dot exhibits some features as a function of the magnetic field (Beta) that can be attributed in a clear way to the formation of compressible and incompressible states of the system. The orbital and spin angular momenta, the total energy, ionization and electron chemical potentials of the ground state, as well as the frequencies of far-infrared edge modes are calculated as a function of Beta, and compared with available experimental and theoretical results.

Influence of the driving mechanism on the response of systems with athermal dynamics: The example of the random-field Ising model

We investigate the influence of the driving mechanism on the hysteretic response of systems with athermal dynamics. In the framework of local mean-field theory at finite temperature (but neglecting thermally activated processes), we compare the rate-independent hysteresis loops obtained in the random field Ising model when controlling either the external magnetic field H or the extensive magnetization M. Two distinct behaviors are observed, depending on disorder strength. At large disorder, the H-driven and M-driven protocols yield identical hysteresis loops in the thermodynamic limit. At low disorder, when the H-driven magnetization curve is discontinuous (due to the presence of a macroscopic avalanche), the M-driven loop is reentrant while the induced field exhibits strong intermittent fluctuations and is only weakly self-averaging. The relevance of these results to the experimental observations in ferromagnetic materials, shape memory alloys, and other disordered systems is discussed.

Exchange-correlation effects on quantum wires with spin-orbit interactions under the influence of in-plane magnetic fields.

Within the noncollinear local spin-density approximation, we have studied the ground state structure of a parabolically confined quantum wire submitted to an in-plane magnetic field, including both Rashba and Dresselhaus spin-orbit interactions. We have explored a wide range of linear electronic densities in the weak (strong) coupling regimes that appear when the ratio of spin-orbit to confining energy is small (large). These results are used to obtain the conductance of the wire. In the strong coupling limit, the interplay between the applied magnetic field¿irrespective of the in-plane direction, the exchange-correlation energy, and the spin-orbit energy-produces anomalous plateaus in the conductance vs linear density plots that are otherwise absent, or washes out plateaus that appear when the exchange-correlation energy is not taken into account.

Coverage effects on the magnetism of Fe/MgO(001) ultrathin films

Different aspects of the structure-magnetism and morphology-magnetism correlation in the ultrathin limit are studied in epitaxial Fe films grown on MgO(001). In the initial stages of growth the presence of substrate steps, intrinsically higher than an Fe atomic layer, prevent the connection between Fe islands and hence the formation of large volume magnetic regions. This is proposed as an explanation to the superparamagnetic nature of ultrathin Fe films grown on MgO in addition to the usually considered islanded, or Vollmer-Weber, growth. Using this model, we explain the observed transition from superparamagnetism to ferromagnetism for Fe coverages above 3 monolayers (ML). However, even though ferromagnetism and magnetocrystalline anisotropy are observed for 4 ML, complete coverage of the MgO substrate by the Fe ultrathin films only occurs around 6 ML as determined by polar Kerr spectra and simulations that consider different coverage situations. In annealed 3.5 ML Fe films, shape or configurational anisotropy dominates the intrinsic magnetocrystalline anisotropy, due to an annealing induced continuous to islanded morphological transition. A small interface anisotropy in thicker films is observed, probably due to dislocations observed at the Fe¿MgO(001) interface.

Spatio-Temporal Changes in the Wetland Ecosystem of Cochin City using Remote Sensing and GIS

Urban developments have exerted immense pressure on wetlands. Urban areas are normally centers of commercial activity and continue to attract migrants in large numbers in search of employment from different areas. As a result, habitations keep coming up in the natural areas / flood plains. This is happening in various Indian cities and towns and large habitations are coming up in low-lying areas, often encroaching even over drainage channels. In some cases, houses are constructed even on top of nallahs and drains. In the case of Kochi the situation is even worse as the base of the urban development itself stands on a completely reclaimed island. Also the topography and geology demanded more reclamation of land when the city developed as an agglomerative cluster. Cochin is a coastal settlement interspersed with a large backwater system and fringed on the eastern side by laterite-capped low hills from which a number of streams drain into the backwater system. The ridge line of the eastern low hills provides a welldefined watershed delimiting Cochin basin which help to confine the environmental parameters within a physical limit. This leads to an obvious conclusion that if physiography alone is considered, the western flatland is ideal for urban development. However it will result in serious environmental deterioration, as it comprises mainly of wetland and for availability of land there has to be large scale filling up of these wetlands which includes shallow mangrove-fringed water sheets, paddy fields, Pokkali fields, estuary etc.Chapter 1 School 4 of Environmental Studies The urban boundaries of Cochin are expanding fast with a consequent over-stretching of the existing fabric of basic amenities and services. Urbanisation leads to the transformation of agricultural land into built-up areas with the concomitant problems regarding water supply, drainage, garbage and sewage disposal etc. Many of the environmental problems of Cochin are hydrologic in origin; like water-logging / floods, sedimentation and pollution in the water bodies as well as shoreline erosion

“A comparative study of medium and large pore zeolites in alkylation reactions”

Zeolites have established themselves as industrial catalysts for over two decades for a variety of hydrocarbon processing reactions where acidity and shape selectivity are important factors. As solid catalysts, zeolites may be advantageous and superior compared to their homogenous counterparts due to their characteristic properties. It is only in recent years that the utility of zeolites for organic synthesis is recognized for producing specific organic intermediates and fine chemicals in high selectivity. In this thesis an attempt has been made to compare the catalytic activity of some medium and large pore zeolites in a few alkylation and acylation reactions. The work reported in the present study is basically centered around the following zeolites namely, ZSM-5, mordenite, zeolite Y and beta. The major reactions carried out were benzoylation of o-xylene, propionylation of toluene and anisole and benzylation of oxylene. . The programme involves the synthesis, modifications and characterization of the zeolite catalysts by various methods. The influence of various parameters such as non-framework cations, Si/Al ratio of zeolites, temperature of the reaction, catalyst concentration, molar ratio of the reactants and recycling of the catalysts were also examined upon the conversion of reactants and the formation of the desired products in the alkylation/ acylation reactions. The general conclusions drawn by us from the results obtained are summarized in the last chapter of the thesis. Zeolite beta ofi'ers interesting opportunities as a potential catalyst in alkylation reactions and the area of catalysis by medium and large pore zeolites is very fascinating and there is plenty of scope for further research in this field. Moreover, zeolite based catalysts are effective in meeting current industrial processing and more stringent environment pollution limits.

Novel potentiometric sensors for the selective determination of domperidone

The fabrication and electrochemical response characteristics of two novel potentiometric sensors for the selective determination of domperidone (DOM) are described. The two fabricated sensors incorporate DOM–PTA (phosphotungstic acid) ion pair as the electroactive material. The sensors include a PVC membrane sensor and a carbon paste sensor. The sensors showed a linear, stable, and near Nernstian slope of 56.5 and 57.8 mV/decade for PVC membrane and carbon paste sensors, respectively over a relatively wide range of DOM concentration (1.0 9 10-1–1.0 9 10-5 and 1.0 9 10-1–3.55 9 10-6 M). The response time of DOM–PTA membrane sensor was less than 25 s and that in the case of carbon paste sensor was less than 20 s.Auseful pH range of 4–6 was obtained for both types of sensors. A detection limit of 7.36 9 10-5 M was obtained for PVC membrane sensor and 1.0 9 10-6 M was obtained for carbon paste sensor. The proposed sensors showed very good selectivity toDOMin the presence of a large number of other interfering ions. The analytical application of the developed sensors in the determination of the drug in pharmaceutical formulations such as tablets was investigated. The results obtained are in good agreement with the values obtained by the standard method. The sensors were also applied for the determination ofDOMin real samples such as urine by the standard addition method.

Large enhanced dielectric permittivity in polyaniline passivated core-shell nano magnetic iron oxide by plasma polymerization

Commercial samples of Magnetite with size ranging from 25–30nm were coated with polyaniline by using radio frequency plasma polymerization to achieve a core shell structure of magnetic nanoparticle (core)–Polyaniline (shell). High resolution transmission electron microscopy images confirm the core shell architecture of polyaniline coated iron oxide. The dielectric properties of the material were studied before and after plasma treatment. The polymer coated magnetite particles exhibited a large dielectric permittivity with respect to uncoated samples. The dielectric behavior was modeled using a Maxwell–Wagner capacitor model. A plausible mechanism for the enhancement of dielectric permittivity is proposed

Spray pyrolysed In2S3 thin films: A potential electron selective layer for large area inverted bulk-heterojunction polymer solar cells

In this paper, we report the results of investigations on the potential of spray pyrolysis technique in depositing electron selective layer over larger area for the fabrication of inverted bulk-heterojunction polymer solar cells. The electron selective layer (In2S3) was deposited using spray pyrolysis technique and the linear heterojunction device thus fabricated exhibited good uniformity in photovoltaic properties throughout the area of the device. An MEH-PPV:PCBM inverted bulk-heterojunction device with In2S3 electron selective layer (active area of 3.25 3.25 cm2) was also fabricated and tested under indoor and outdoor conditions. Fromthe indoor measurements employing a tungsten halogen lamp (50mW/cm2 illumination), an opencircuit voltage of 0.41V and a short-circuit current of 5.6mA were obtained. On the other hand, the outdoor measurements under direct sunlight (74mW/cm2) yielded an open-circuit voltage of 0.46V and a short-circuit current of 9.37mA

Marine yeast Candida MCCF 101 as feed supplement in aquaculture: nutritional quality, optimization of large scale production and evaluation of its protective effect on Koi carp from Aeromonas infection

Marine yeast have been regarded as safe and showing a beneficial impact on biotechnological process. It provides better nutritional and dietary values indicating their potential application as feed supplements in aquaculture. Brown et al. (1996) evaluated all the marine yeasts characterised with high protein content, carbohydrate, good amino acid composition and high levels of saturated fats. However, there is paucity of information on marine yeasts as feed supplements and no feed formulation has been found either in literature or in market supplemented with them. This statement supported by Zhenming et al. (2006) reported still a lack of feed composed of single cell protein (SCP) from marine yeasts with high content of protein and other nutrients. Recent research has shown that marine yeasts also have highly potential uses in food, feed, medical and biofuel industries as well as marine biotechnology (Chi et al., 2009; 2010). Sajeevan et al. (2006; 2009a) and Sarlin and Philip (2011) demonstrates that the marine yeasts Candida sake served as a high quality, inexpensive nutrient source and it had proven immunostimulatory properties for cultured shrimps. This strain has been made part of the culture collection of National Centre for Aquatic Animal Health, Cochin University of Science and Technology as Candida MCCF 101. Over the years marine yeasts have been gaining increased attention in animal feed industry due to their nutritional value and immune boosting property.Therefore, the present study was undertaken, and focused on the nutritional quality, optimization of large scale production and evaluation of its protective effect on Koi carp from Aeromonas infection

Molecular Epidemiology of Escherichia coli isolates from Environmental, Food and Clinical Sources

In the present study diversity of E. coli in the water samples of Cochin estuary were studied for a period of 3 years ranging from January 2010- December 2012. The stations were selected based on the closeness to satellite townships and waste input. Two of the stations (Chitoor and Thevara) were fixed upstream, two in the central part of the estuary namely Bolgatty and Off Marine Science Jetty, and one at the Barmouth. Diversity was assessed in terms of serotypes, phylogenetic groups and genotypes. Two groups of seafood samples such as fish and shellfish collected from the Cochin estuary were used for isolation of E. coli. One hundred clinical E. coli isolates were collected from one public health centre, one hospital and five medical labs in and around Cochin City, Kerala. From our results it was clear that pathogen cycling is occurring through food, water and clinical sources. Pathogen cycling through food is very common and fish and shellfish that harbour these strains might pose potential health risk to consumer. Estuarine environment is a melting pot for various kinds of wastes, both organic and inorganic. Mixing up of waste water from various sources such as domestic, industries, hospitals and sewage released into these water bodies resulting in the co-existence of E. coli from various sources thus offering a conducive environment for horizontal gene transfer. Opportunistic pathogens might acquire genes for drug resistance and virulence turning them to potential pathogens. Prevalence of ExPEC in the Cochin estuary, pose threat to people who use this water for fishing and recreation. Food chain also plays an important role in the transit of virulence genes from the environments to the human. Antibiotic resistant E. coli are widespread in estuarine water, seafood and clinical samples, for reasons well known such as indiscriminate use of antibiotics in animal production systems, aquaculture and human medicine. Since the waste water from these sources entering the estuary provides selection pressure to drug resistant mutants in the environment. It is high time that the authorities concerned should put systems in place for monitoring and enforcement to curb such activities. Microbial contamination can limit people’s enjoyment of coastal waters for contact recreation or shellfish-gathering. E. coli can make people sick if they are present in high levels in water used for contact recreation or shellfish gathering. When feeding, shellfish can filter large volumes of seawater, so any microorganisms present in the water become accumulated and concentrated in the shellfish flesh. If E. coli contaminated shellfish are consumed the impact to human health includes gastroenteritis, urinary tract infections (UTIs), and bacteraemia. In conclusion, the high prevalence of various pathogenic serotypes and phylogenetic groups, multidrug-resistance, and virulence factor genes detected among E. coli isolates from stations close to Cochin city is a matter of concern, since there is a large reservoir of antibiotic resistance genes and virulence traits within the community, and that the resistance genes and plasmid-encoded genes for virulence were easily transferable to other strains. Given the severity of the clinical manifestations of the disease in humans and the inability and/or the potential risks of antibiotic administration for treatment, it appears that the most direct and effective measure towards prevention of STEC and ExPEC infections in humans and ensuring public health may be considered as a priority.

Spontane Strukturbildung in Mehrschichtsystemen unter Verwendung Molekularer Gläser

Den Schwerpunkt dieser Dissertation bildet zum einen die Entwicklung eines theoretischen Modells zur Beschreibung des Strukturbildungsprozesses in organisch/anorganischen Doppelschichtsystemen und zum anderen die Untersuchung der Übertragbarkeit dieser theoretisch gewonnenen Ergebnisse auf reale Systeme. Hierzu dienen systematische experimentelle Untersuchungen dieses Phänomens an einem Testsystem. Der Bereich der selbstorganisierenden Systeme ist von hohem wissenschaftlichen Interesse, erlaubt er doch die Realisierung von Strukturen, die nicht den Begrenzungen heutiger Techniken unterliegen, wie etwa der Beugung bei lithographischen Verfahren. Darüber hinaus liefert ein vertieftes Verständnis des Strukturbildungsprozesses auch eine Möglichkeit, im Falle entsprechender technischer Anwendungen Instabilitäten innerhalb der Schichtsysteme zu verhindern und somit einer Degradation der Bauteile entgegenzuwirken. Im theoretischen Teil der Arbeit konnte ein Modell im Rahmen der klassischen Elastizitätstheorie entwickelt werden, mit dessen Hilfe sich die Entstehung der Strukturen in Doppelschichtsystemen verstehen läßt. Der hier gefundene funktionale Zusammenhang zwischen der Periode der Strukturen und dem Verhältnis der Schichtdicken von organischer und anorganischer Schicht, wird durch die experimentellen Ergebnisse sehr gut bestätigt. Die Ergebnisse zeigen, daß es technologisch möglich ist, über die Vorgabe der Schichtdicke in einem Materialsystem die Periodizität der entstehenden Strukturen vorzugeben. Darüber hinaus liefert das vorgestellte Modell eine Stabilitätsbedingung für die Schichtsysteme, die es ermöglicht, zu jedem Zeitpunkt die dominierende Mode zu identifizieren. Ein Schwerpunkt der experimentellen Untersuchungen dieser Arbeit liegt auf der Strukturbildung innerhalb der Schichtsysteme. Das Testsystem wurde durch Aufbringen einer organischen Schicht - eines sog. Molekularen Glases - auf ein Glassubstrat realisiert, als Deckschicht diente eine Siliziumnitrid-Schicht. Es wurden Proben mit variierenden Schichtdicken kontrolliert erwärmt. Sobald die Temperatur des Schichtsystems in der Größenordnung der Glasübergangstemperatur des jeweiligen organischen Materials lag, fand spontan eine Strukturbildung auf Grund einer Spannungsrelaxation statt. Es ließen sich durch die Wahl einer entsprechenden Heizquelle unterschiedliche Strukturen realisieren. Bei Verwendung eines gepulsten Lasers, also einer kreisförmigen Wärmequelle, ordneten sich die Strukturen konzentrisch an, wohingegen sich ihre Ausrichtung bei Verwendung einer flächenhaften Heizplatte statistisch verteilte. Auffällig bei allen Strukturen war eine starke Modulation der Oberfläche. Ferner konnte in der Arbeit gezeigt werden, daß sich durch eine gezielte Veränderung der Spannungsverteilung innerhalb der Schichtsysteme die Ausrichtung der Strukturen (gezielt) manipulieren ließen. Unabhängig davon erlaubte die Variation der Schichtdicken die Realisierung von Strukturen mit einer Periodizität im Bereich von einigen µm bis hinunter zu etwa 200 nm. Die Kontrolle über die Ausrichtung und die Periodizität ist Grundvoraussetzung für eine zukünftige technologische Nutzung des Effektes zur kontrollierten Herstellung von Mikro- bzw. Nanostrukturen. Darüber hinaus konnte ein zunächst von der Strukturbildung unabhängiges Konzept eines aktiven Sensors für die optische Raster-Nahfeld-Mikroskopie vorgestellt werden, das das oben beschriebene System, bestehend aus einem fluoreszierenden Molekularen Glas und einer Siliziumnitrid-Deckschicht, verwendet. Erste theoretische und experimentelle Ergebnisse zeigen das technologische Potential dieses Sensortyps.

Smart electricity networks based on large integration of renewable sources and distributed generation

Das Grünbuch 2006 der Europäischen Kommission "Eine Europäische Strategie für nachhaltige, wettbewerbsfähige und sichere Energie" unterstreicht, dass Europa in ein neues Energie-Zeitalter eingetreten ist. Die vorrangigen Ziele europäischer Energiepolitik müssen Nachhaltigkeit, Wettbewerbsfähigkeit und Versorgungssicherheit sein, wobei sie eine zusammenhängende und logische Menge von Taktiken und Maßnahmen benötigt, um diese Ziele zu erreichen. Die Strommärkte und Verbundnetze Europas bilden das Kernstück unseres Energiesystems und müssen sich weiterentwickeln, um den neuen Anforderungen zu entsprechen. Die europäischen Stromnetze haben die lebenswichtigen Verbindungen zwischen Stromproduzenten und Verbrauchern mit großem Erfolg seit vielen Jahrzehnten gesichert. Die grundlegende Struktur dieser Netze ist entwickelt worden, um die Bedürfnisse großer, überwiegend auf Kohle aufgebauten Herstellungstechnologien zu befriedigen, die sich entfernt von den Verbraucherzentren befinden. Die Energieprobleme, denen Europa jetzt gegenübersteht, ändern die Stromerzeugungslandschaft in zwei Gesichtspunkten: die Notwendigkeit für saubere Kraftwerkstechnologien verbunden mit erheblich verbesserten Wirkungsgraden auf der Verbraucherseite wird es Kunden ermöglichen, mit den Netzen viel interaktiver zu arbeiten; andererseits müssen die zukünftigen europaweiten Stromnetze allen Verbrauchern eine höchst zuverlässige, preiswerte Energiezufuhr bereitstellen, wobei sowohl die Nutzung von großen zentralisierten Kraftwerken als auch kleineren lokalen Energiequellen überall in Europa ausgeschöpft werden müssen. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Informationen, die in dieser Arbeit dargestellt werden, auf aktuellen Fragen mit großem Einfluss auf die gegenwärtigen technischen und wirtschaftspolitischen Diskussionen basieren. Der Autor hat während der letzten Jahre viele der hier vorgestellten Schlussfolgerungen und Empfehlungen mit Vertretern der Kraftwerksindustrie, Betreibern von Stromnetzen und Versorgungsbetrieben, Forschungsgremien und den Regulierungsstellen diskutiert. Die folgenden Absätze fassen die Hauptergebnisse zusammen: Diese Arbeit definiert das neue Konzept, das auf mehr verbraucherorientierten Netzen basiert, und untersucht die Notwendigkeiten sowie die Vorteile und die Hindernisse für den Übergang auf ein mögliches neues Modell für Europa: die intelligenten Stromnetze basierend auf starker Integration erneuerbarer Quellen und lokalen Kleinkraftwerken. Das neue Modell wird als eine grundlegende Änderung dargestellt, die sich deutlich auf Netzentwurf und -steuerung auswirken wird. Sie fordert ein europäisches Stromnetz mit den folgenden Merkmalen: – Flexibel: es erfüllt die Bedürfnisse der Kunden, indem es auf Änderungen und neue Forderungen eingehen kann – Zugänglich: es gestattet den Verbindungszugang aller Netzbenutzer besonders für erneuerbare Energiequellen und lokale Stromerzeugung mit hohem Wirkungsgrad sowie ohne oder mit niedrigen Kohlendioxidemissionen – Zuverlässig: es verbessert und garantiert die Sicherheit und Qualität der Versorgung mit den Forderungen des digitalen Zeitalters mit Reaktionsmöglichkeiten gegen Gefahren und Unsicherheiten – Wirtschaftlich: es garantiert höchste Wirtschaftlichkeit durch Innovation, effizientes Energiemanagement und liefert „gleiche Ausgangsbedingungen“ für Wettbewerb und Regulierung. Es beinhaltet die neuesten Technologien, um Erfolg zu gewährleisten, während es die Flexibilität behält, sich an weitere Entwicklungen anzupassen und fordert daher ein zuversichtliches Programm für Forschung, Entwicklung und Demonstration, das einen Kurs im Hinblick auf ein Stromversorgungsnetz entwirft, welches die Bedürfnisse der Zukunft Europas befriedigt: – Netztechnologien, die die Stromübertragung verbessern und Energieverluste verringern, werden die Effizienz der Versorgung erhöhen, während neue Leistungselektronik die Versorgungsqualität verbessern wird. Es wird ein Werkzeugkasten erprobter technischer Lösungen geschaffen werden, der schnell und wirtschaftlich eingesetzt werden kann, so dass bestehende Netze Stromeinleitungen von allen Energieressourcen aufnehmen können. – Fortschritte bei Simulationsprogrammen wird die Einführung innovativer Technologien in die praktische Anwendung zum Vorteil sowohl der Kunden als auch der Versorger stark unterstützen. Sie werden das erfolgreiche Anpassen neuer und alter Ausführungen der Netzkomponenten gewährleisten, um die Funktion von Automatisierungs- und Regelungsanordnungen zu garantieren. – Harmonisierung der ordnungspolitischen und kommerziellen Rahmen in Europa, um grenzüberschreitenden Handel von sowohl Energie als auch Netzdienstleistungen zu erleichtern; damit muss eine Vielzahl von Einsatzsituationen gewährleistet werden. Gemeinsame technische Normen und Protokolle müssen eingeführt werden, um offenen Zugang zu gewährleisten und den Einsatz der Ausrüstung eines jeden Herstellers zu ermöglichen. – Entwicklungen in Nachrichtentechnik, Mess- und Handelssystemen werden auf allen Ebenen neue Möglichkeiten eröffnen, auf Grund von Signalen des Marktes frühzeitig technische und kommerzielle Wirkungsgrade zu verbessern. Es wird Unternehmen ermöglichen, innovative Dienstvereinbarungen zu benutzen, um ihre Effizienz zu verbessern und ihre Angebote an Kunden zu vergrößern. Schließlich muss betont werden, dass für einen erfolgreichen Übergang zu einem zukünftigen nachhaltigen Energiesystem alle relevanten Beteiligten involviert werden müssen.