Helicity and alpha-effect by current-driven instabilities of helical magnetic fields

Helical magnetic background fields with adjustable pitch angle are imposed on a conducting fluid in a differentially rotating cylindrical container. The small-scale kinetic and current helicities are calculated for various field geometries, and shown to have the opposite sign as the helicity of the large-scale field. These helicities and also the corresponding $\alpha$-effect scale with the current helicity of the background field. The $\alpha$-tensor is highly anisotropic as the components $\alpha_{\phi\phi}$ and $\alpha_{zz}$ have opposite signs. The amplitudes of the azimuthal $\alpha$-effect computed with the cylindrical 3D MHD code are so small that the operation of an $\alpha\Omega$ dynamo on the basis of the current-driven, kink-type instabilities of toroidal fields is highly questionable. In any case the low value of the $\alpha$-effect would lead to very long growth times of a dynamo in the radiation zone of the Sun and early-type stars of the order of mega-years.Comment: 6 pages, 7 figures, submitted to MNRA

Ionenleitung an Grenzflächen von LiNi0.5Mn1.5O4-Dünnschichtkathoden und Lithiumionenleitern

Im ersten Teil der Arbeit wurde die Ionenleitung in der LICGC, einer kommerziell erhältlichen Lithium-Ionenleiterkeramik, untersucht. Mit Hilfe der Hochfeld- Impedanzspektroskopie wurden nichtlineare Effekte untersucht, die an Grenzflächen auftraten. Nach Entwicklung eines empirischen Modells zur Darstellung der Korngrenzenleitfähigkeit in Abhängigkeit des angelegten Feldes konnte die Dicke der Korngrenzen abgeschätzt werden. Anhand der Berechnung der Spannung, die pro Korngrenze abfällt, wurde ausgeschlossen, dass die niedrige Korngrenzenleitfähigkeit von Raumladungszonen herrührt. Diese würden, sobald die Feldstärke die Aktivierungsenergie überschreitet, kurzgeschlossen. Da die nötige Feldstärke bereits stark überschritten wurde, kommen lediglich mehrfache Barrieren in Frage. Diese wurden mit Hilfe von hochauflösenden STEM–Aufnahmen untersucht. Mit den erhaltenen Daten konnte ein Modell für den Gesamtladungstransport durch die Keramik erstellt werden. Die Ursache für die relativ hohen Korngrenzenwiderstände lag in verschiedenen Korn-Korn Übergängen, die von der Orientierung der Kristallgitter beider Körner zueinander abhängen, begründet. Bei ähnlicher Gitterorientierung traten Versetzungen an der Grenzfläche auf, wodurch eine Kristallorientierung kontinuierlich von einem in das andere Korn über einen größeren Bereich übergeht. Dies war vermutlich der Grund für die leicht erhöhte Aktivierungsenergie der Korngrenzenleitfähigkeit. Stark abweichende Gitterorientierung führte hingegen zu schmalen amorphen Bändern zwischen den Körnern, welche zusammen mit Al(PO)4–Ausscheidungen die Gesamtleitfähigkeit weiter absenkten. Im zweiten Teil der Arbeit wurde ein Verfahren zur Dünnschichtherstellung von Hochvoltkathoden für Lithium-Ionenbatterien auf vergoldeten Stahlsubstraten entwickelt und deren elektrochemische Eigenschaften untersucht. Es konnten, neben Kapazitätsmessungen, verschiedene Prozesse durch den Einsatz elektrochemischer Impedanzspektroskopie identifiziert werden, die den Schluss nahe legten, dass zusätzliche Fremdphasen vorhanden sein mussten, die den Gesamtwiderstand der Kathoden eventuell erhöhten. Durch ToF-SIMS-Messungen und STEM-EDX-Aufnahmen von Querschnitten der Elektroden konnte gezeigt werden, dass sich an der Grenzfläche zwischen Goldbeschichtung und Kathodenmaterial zwei verschiedene Zwischenschichten gebildet haben. Schichten der gefundenen Dicken ließen sich aber nicht den resistiven Prozessen aus den Impedanzdaten zuordnen. Einer dieser Prozesse konnten aber durch ToF-SIMS-Profile der Oberfläche erklärt werden, die eine Ablagerungsschicht zeigte, deren Dicke auch mit den Impedanzdaten korrelierte. Der zweite Prozess konnte durch Vergleichsmessungen Lithium-SEI identifiziert werden. Die gefundenen Zwischenschichten an der Grenze zur Goldbeschichtung mussten demnach eine hohe Leitfähigkeit besitzen, da sie nicht in den Impedanzspektren auftauchten. Im dritten Teil der Arbeit wurden LNMO-Dünnschichtkathoden auf Goldsubstrate aufgebracht und anschließend mit LiNbO3 (LNO), Li4Ti5O12 (LTO) oder ZrO2 (ZRO) beschichtet. Die beschichteten Kathoden wurden elektrochemisch charakterisiert, wobei die mit LTO und LNO beschichteten Kathoden erhöhte Langzeitstabilität zeigten und gleichzeitig nur minimal erhöhte Widerstände aufwiesen. Die Beschichtung mit ZRO hingegen führte zu stark erhöhten Zellwiderständen und verminderten Entladekapazitäten. Die Untersuchung der Morphologie und chemischen Zusammensetzung mittels SEM-EDX und ToF-SIMS ergab, dass sowohl in der ZRO-Beschichtung als auch in der LTO-Beschichtung eine Verunreinigung durch Ionen aus der LNMO-Phase vorlag. Dadurch entstand jeweils eine neue Festelektrolytphase mit undefinierter Stöchiometrie. Da die Kathode mit LTO-Beschichtung trotzdem gute elektrochemische Eigenschaften zeigte, wurde die Zusammensetzung der Phase und der Oberfläche, die zum Flüssigelektrolyten Kontakt hatte, durch HAXPES untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass lediglich eine sehr dünne SEI an der Grenzfläche zum flüssigen Elektrolyten entstanden war. Diese wies einen nicht messbaren Widerstand auf. Die neue Phase selbst konnte als gemischter Spinell identifiziert werden, bei dem der Besetzungsgrad der Oktaederlücken im Spinell nahezu 50% erreichte. Diese Lücken wurden durch Mn– und Ni–Ionen aufgefüllt. Vermutlich durch die zusätzlich einführten Übergangsmetallionen, welche eine Erhöhung der elektronischen Leitfähigkeit mit sich brachte, wurde der Widerstand der neuen Spinellphase erheblich verringert. Obwohl minimal erhöhte Zellwiderstände festgestellt wurden, zeigte weder die Kathode mit LTO noch mit LNO–Beschichtung einen Impedanzbeitrag, der durch die Festelektrolytschicht verursacht wurde. Die Vermutung lag nahe, dass die Beiträge durch Ladungstransfer und Ionenleitung durch die Beschichtung in Widerstand und Kapazität zu ähnlich sind, um im Impedanzspektrum getrennt aufzutreten. Daher wurden weitere Kathoden mit LNO–Beschichtung hergestellt und dabei die Schichtdicke wesentlich erhöht, eine Trennung der Prozesse im Impedanzspektrum zu erhalten. Es zeigte sich ein linearer Zusammenhang zwischen den Zellwiderständen und der Schichtdicke, aus dem der Schichtwiderstand und der verbleibende Ladungstransferwiderstand an den Grenzflächen extrahiert werden konnte. Es konnte mit LNO eine Festelektrolytbeschichtungen gefunden werden, die den Ladungstransferwiderstand entscheidend verringern kann. Diese ist in der Lage, auch in Festkörperbatterien als eine wirksame Trennschicht für chemisch inkompatible Bestandteile zu dienen

Dissipative Taylor-Couette flows under the influence of helical magnetic fields

The linear stability of MHD Taylor-Couette flows in axially unbounded cylinders is considered, for magnetic Prandtl number unity. Magnetic fields varying from purely axial to purely azimuthal are imposed, with a general helical field parameterized by \beta=B_\phi/B_z. We map out the transition from the standard MRI for \beta=0 to the nonaxisymmetric Azimuthal MagnetoRotational Instability (AMRI) for \beta\to \infty. For finite \beta, positive and negative wave numbers m, corresponding to right and left spirals, are no longer identical. The transition from \beta=0 to \beta\to\infty includes all the possible forms of MRI with axisymmetric and nonaxisymmetric modes. For the nonaxisymmetric modes, the most unstable mode spirals in the opposite direction to the background field. The standard (\beta=0) MRI is axisymmetric for weak fields (including the instability with the lowest Reynolds number) but is nonaxisymmetric for stronger fields. If the azimuthal field is due in part to an axial current flowing through the fluid itself (and not just along the central axis), then it is also unstable to the nonaxisymmetric Tayler instability, which is most effective without rotation. For large \beta this instability has wavenumber m=1, whereas for \beta\simeq 1 m=2 is most unstable. The most unstable mode spirals in the same direction as the background field.Comment: 9 pages, 11 figure

Three genetically distinct ferlaviruses have varying effects on infected corn snakes (Pantherophis guttatus)

Ferlaviruses are important pathogens in snakes and other reptiles. They cause respiratory and neurological disease in infected animals and can cause severe disease outbreaks. Isolates from this genus can be divided into four genogroups-A, B, and C, as well as a more distantly related sister group, "tortoise". Sequences from large portions (5.3 kb) of the genomes of a variety of ferlavirus isolates from genogroups A, B, and C, including the genes coding the surface glycoproteins F and HN as well as the L protein were determined and compared. In silico analyses of the glycoproteins of genogroup A, B, and C isolates were carried out. Three isolates representing these three genogroups were used in transmission studies with corn snakes (Pantherophis guttatus), and clinical signs, gross and histopathology, electronmicroscopic changes in the lungs, and isolation of bacteria from the lungs were evaluated. Analysis of the sequences supported the previous categorization of ferlaviruses into four genogroups, and criteria for definition of ferlavirus genogroups and species were established based on sequence identities (80% resp. 90%). Analysis of the ferlavirus glycoprotein models showed parallels to corresponding regions of other paramyxoviruses. The transmission studies showed clear differences in the pathogenicities of the three virus isolates used. The genogroup B isolate was the most and the group A virus the least pathogenic. Reasons for these differences were not clear based on the differences in the putative structures of their respective glycoproteins, although e.g. residue and consequential structure variation of an extended cleavage site or changes in electrostatic charges at enzyme binding sites could play a role. The presence of bacteria in the lungs of the infected animals also clearly corresponded to increased pathogenicity. This study contributes to knowledge about the structure and phylogeny of ferlaviruses and lucidly demonstrates differences in pathogenicity between strains of different genogroups

Outcome of spinal implant-associated infections treated with or without biofilm-active antibiotics: results from a 10-year cohort study

Purpose: Biofilm-active antibiotics are suggested to improve the outcome of implant-associated infections; however, their role in infections after spinal instrumentation is unclear. Therefore, we evaluated the outcome of patients with spinal implant-associated infections treated with and without biofilm-active antibiotics. Methods: The probability of infection-free survival was estimated for treatment of spinal implant-associated infections with and without biofilm-active antibiotics using the Kaplan–Meier method; Cox proportional-hazards regression model was used to identify factors associated with treatment failure. Results: Among 93 included patients, early-onset infection was diagnosed in 61 (66%) and late-onset in 32 infections (34%). Thirty patients (32%) were treated with biofilm-active antibiotic therapy and 63 (68%) without it. The infection-free survival after a median follow-up of 53.7 months (range, 8 days-9.4 years) was 67% (95% confidence interval [CI], 55–82%) after 1 year and 58% (95% CI 43–71%) after 2 years. The infection-free survival after 1 and 2 years was 94% (95% CI 85–99%) and 84% (95% CI 71–93%) for patients treated with biofilm-active antibiotics, respectively, and 57% (95% CI 39–80%) and 49% (95% CI 28–61%) for those treated without biofilm-active antibiotics, respectively (p = 0.009). Treatment with biofilm-active antibiotics (hazard ratio [HR], 0.23, 95% CI 0.07–0.77), infection with Staphylococcus auras (HR, 2.19, 95% CI 1.04–4.62) and polymicrobial infection (HR, 2.44, 95% CI 1.09–6.04) were significantly associated with treatment outcome. Severe pain was observed more often in patients without biofilm-active antibiotic therapy (49% vs. 18%, p = 0.027). Conclusion: Treatment with biofilm-active antibiotics was associated with better treatment outcome and less postoperative pain intensity

Stability and instability of hydromagnetic Taylor–Couette flows

Decades ago S. Lundquist, S. Chandrasekhar, P. H. Roberts and R. J. Tayler first posed questions about the stability of Taylor–Couette flows of conducting material under the influence of large-scale magnetic fields. These and many new questions can now be answered numerically where the nonlinear simulations even provide the instability-induced values of several transport coefficients. The cylindrical containers are axially unbounded and penetrated by magnetic background fields with axial and/or azimuthal components. The influence of the magnetic Prandtl number Pm on the onset of the instabilities is shown to be substantial. The potential flow subject to axial fields becomes unstable against axisymmetric perturbations for a certain supercritical value of the averaged Reynolds number Rm¯=√Re⋅Rm (with Re the Reynolds number of rotation, Rm its magnetic Reynolds number). Rotation profiles as flat as the quasi-Keplerian rotation law scale similarly but only for Pm≫1 while for Pm≪1 the instability instead sets in for supercritical Rm at an optimal value of the magnetic field. Among the considered instabilities of azimuthal fields, those of the Chandrasekhar-type, where the background field and the background flow have identical radial profiles, are particularly interesting. They are unstable against nonaxisymmetric perturbations if at least one of the diffusivities is non-zero. For Pm≪1 the onset of the instability scales with Re while it scales with Rm¯ for Pm≫1. Even superrotation can be destabilized by azimuthal and current-free magnetic fields; this recently discovered nonaxisymmetric instability is of a double-diffusive character, thus excluding Pm=1. It scales with Re for Pm→0 and with Rm for Pm→∞. The presented results allow the construction of several new experiments with liquid metals as the conducting fluid. Some of them are described here and their results will be discussed together with relevant diversifications of the magnetic instability theory including nonlinear numerical studies of the kinetic and magnetic energies, the azimuthal spectra and the influence of the Hall effect

Alaska Japan Economic Relations

The State of Alask