Size and temporal distributions in nanoscale magnetic materials via advanced extraction methods

Magnetic nanoparticles possess a multitude of fields of application, for example in biotechnology and utilization as (magnetically) easily separable catalysts. Among the diverse fabrication methods that allow the production of nanoparticles with magnetic properties respectively a chemical composition tailored for a specific task one can find the bottom-up sol-gel dip-coating technique, with which the CoNi nanoparticles embedded in silica were created. Those nanoparticles exhibit a wavelength dependent coercivity if irradiated with laser light. The mentioned behaviour was modeled via an extended, single domain ferromagnetic Stoner-Wohlfarth model implemented in Mathematica. Therein the amount of permitted angles between the nanoparticles easy axis and the external applied field can be limited to arbitrary starting and ending angles. Furthermore, a particle size distribution dependent model for superparamagnetic magnetisation measurements is discussed and its implementation in Mathematica documented. To complement the models programed in Mathematica the extended Jiles-Atherton model that rules out unphysical behaviour and allows the simulation of hystereses was implemented, such that the models available comprise superparamagnetic, single and multi domain ferromagnetic behaviour. Another simple to set up, top-down and „green“ production method is laser ablation sythesis in solution (LASiS). Nitinol (NiTi) nanoparticles created with this technique are of great interest as nitinol shows some exceptional properties, exempli gratia a shape memory, a high resistance to material fatigue and biocompatibility. Thus an extensive (magnetic) characterisation of these nanoparticles is carried out that should ease further production of task specific nanoparticles. Hence the influence of the LASiS liquid on the magnetic properties of the nanoparticles was also analysed. The impact of the laser power on the magnetic behaviour was scrutinized on iron nanoparticles, such that in conclusion some of the „knobs“ that allow tailoring of the properties of the nanoparticles are better understood and therefore grant a more precise parameter choice at the time of fabrication.Magnetische Nanopartikel besitzen einen Durchmesser, welcher unter 100 nm liegt und die Fabrikation entsprechend anspruchsvoll gestaltet. Trotz der damit einhergehenden Herausforderungen gelang es in den letzten Jahren die Herstellungsmethoden soweit zu verbessern, dass sich die magnetischen Eigenschaften wie auch die chemische Zusammensetzung anwendungsspezifisch maßschneidern lassen. Für einen effektiven Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten sind magnetische Nanopartikel ideal geeignet, beispielsweise in der Hyperthermiekrebsbehandlung, die bei Mäusen eine Überlebensrate von bis zu 90% erzielt, oder als magnetisch leicht trennbare Katalysatoren, die aufgrund des hohen Oberflächen-Volumen-Verhältnisses sehr effizient sind. Des Weiteren wird erwartet, dass die Datenspeicherdichte mittels magnetischer Nanopartikel auf einige Terabit pro Quadratzentimeter erhöht werden kann. Ein weiterer Bereich in dem magnetische Nanopartikel von eminenter Bedeutung sind, ist die Grundlagenforschung, in welcher sie zum Verständnis magnetischer Mechanismen beitragen. Ferner können Phänomene, wie beispielsweise Superparamagnetismus, die erst unterhalb einer bestimmten Maximalgröße auftreten, ihrerseits wieder technologischen Nutzen besitzen. Aus diesen Gründen wurden und werden weltweit zahlreiche Herstellungsmethoden für Nanopartikel untersucht und die Produktionsparameter, die eine feinere Justage der Eigenschaften der resultierenden Nanopartikel ermöglichen, analysiert. Eine ökonomische wie auch ökologische Herstellungsmethode ist durch die Laserablationssynthese in Lösung (LASiS) gegeben. Mit dieser Verfahrensweise erzeugte Nitinolnanopartikel sind von hohem Interesse, da Nitinol (NiTi) über etliche außergewöhnliche Eigenschaften, wie zum Beispiel ein Formgedächtnis, einen hohen Widerstand gegen Materialermüdung und eine gewisse Biokompatibilität verfügt. Darum wird in der vorliegenden Arbeit eine ausführliche magnetische Charakterisierung (die feldabhängige Magnetisierungs-, zero field cooling field cooling- und ac-Messungen umfasst) dieser Nanopartikel vorgenommen, die es erleichtern soll entsprechende Nanopartikel mit aufgabenspezifischen Eigenschaften zu produzieren. Des Weiteren wurde analysiert, wie sich der Einfluss der eingesetzten Mutterlösung und die eingestellte Laserleistung während des Herstellungsprozesses auf die magnetischen Eigenschaften von Nitinolnanopartikeln auswirken. Der Einfluss der Laserleistung wurde zusätzlich an Eisennanopartikeln untersucht. Dadurch wurden einige der Einstellmöglichkeiten mit deren Hilfe sich die Eigenschaften der Nanopartikel regulieren lassen, besser verstanden und somit eine gezieltere Parameterwahl bei der Herstellung ermöglicht wird, wodurch das Optimierungspotential besser ausgeschöpft werden kann. Unter den mannigfaltigen weiteren Herstellungsmethoden, welche heutzutage die Produktion von Nanopartikeln mit anwendungsspezifischen magnetischen Eigenschaften beziehungsweise chemischer Zusammensetzung erlauben, findet sich auch der Sol-Gel-Tauchbeschichtungsprozess, mit welchem sich in Siliciumdioxid eingebettete CoNi-Nanopartikel herstellen lassen. Diese weisen bei Bestrahlung mit Laserlicht eine wellenlängenabhängige Koerzitivität auf. Um dieses besondere Phänomen zu beschreiben und zu simulieren, wurde ein erweitertes, einzeldomänenferromagnetisches Stoner-Wohlfarth-Modell in Mathematica implementiert. Dabei wird die Möglichkeit genutzt, nicht alle möglichen Winkel zwischen der leichten Richtung und dem extern angelegten Feld zuzulassen. Darüber hinaus wird ein teilchengrößenverteilungsabhängiges Modell für superparamagnetische, feldabhängige Magnetisierungsmessungen diskutiert und seine Implementation in Mathematica dokumentiert. In den gebräuchlichen Magnetismusmodellen sind anspruchsvolle Parameter die den Magnetismus beeinflussen, wie beispielsweise die Form der Nanopartikel, noch nicht implementiert. Da es einen Mangel an frei und online verfügbaren Implementationen von Magnetismusmodellen gibt, vermögen die während dieser Arbeit entwickelten Modelle als Ausgangspunkt für weitere Entwicklungen zu dienen

Current Developments at the Intersection of Fantasy Fiction and British Children's Literature

The present study inquires into the current developments at the intersection of fantasy fiction and British children’s literature between 1990 and 2007. A survey of the historical development of children’s literature up to the 1980’s is followed by the research report. Not only is the situation of British as well as other English-speaking and non-English western European contemporary research in children’s literature and children’s literature criticism presented, but also the influential representatives and their various current approaches. On the basis of four main characteristics (magic, evil, violence and humour) traditional elements of British fantasy novels for children are analysed. A trend towards high-tech magic can be discerned, as well as the development of evil towards complexity and ambiguity. Graphic violence crosses borders and becomes a global affair, whilst humour serves as comic relief. Modern structures do not only encompass secondary worlds, but also the modern hero of British fantasy literature for children, their quest and their environment. Among other things formal innovations concern the question of a canon of children’s literature as well as the examination of phenomena such as allalderslitteratur, single versus dual address and crossover literature

Adapting a practical EPR dosimetry protocol to measure output factors in small fields with alanine.

PURPOSE Modern radiotherapy techniques often deliver small radiation fields. In this work, a practical Electron Paramagnetic Resonance (EPR) dosimetry protocol is adapted and applied to measure output factors (OF) in small fields of a 6 MV radiotherapy system. Correction factors and uncertainties are presented and OFs are compared to the values obtained by following TRS-483 using an ionization chamber (IC). METHODS Irradiations were performed at 10 cm depth inside a water phantom positioned at 90 cm source to surface distance with a 6 MV flattening filter free photon beam of a Halcyon radiotherapy system. OFs for different nominal field sizes (1 × 1, 2 × 2, 3 × 3, 4 × 4, normalized to 10 × 10 cm2 ) were determined with a PinPoint 3D (PTW 31022) IC following TRS-483 as well as with alanine pellets with a diameter of 4 mm and a height of 2.4 mm. EPR readout was performed with a benchtop X-band spectrometer. Correction factors due to volume averaging and due to positional uncertainties were derived from 2D film measurements. RESULTS OFs obtained from both dosimeter types agreed within 0.7% after applying corrections for the volume averaging effect. For the used alanine pellets, volume averaging correction factors of 1.030(2) for the 1 × 1 cm2 field and <1.002 for the larger field sizes were determined. The correction factor for positional uncertainties of 1 mm was in the order of 1.018 for the 1 × 1 cm2 field. Combined relative standard uncertainties uc for the OFs resulting from alanine measurements were estimated to be below 1.5% for all field sizes. For IC measurements, uc was estimated to be below 1.0%. CONCLUSIONS A practical EPR dosimetry protocol is adaptable for precisely measuring OFs in small fields down to 1 × 1 cm2 . It is recommended to consider the effect of positional uncertainties for field sizes <2 × 2 cm2

Accelerated Bayesian inference of plasma profiles with self-consistent MHD equilibria at W7-X via neural networks

High-$\langle \beta \rangle$ operations require a fast and robust inference of plasma parameters with a self-consistent MHD equilibrium. Precalculated MHD equilibria are usually employed at W7-X due to the high computational cost. To address this, we couple a physics-regularized NN model that approximates the ideal-MHD equilibrium with the Bayesian modeling framework Minerva. We show the fast and robust inference of plasma profiles (electron temperature and density) with a self-consistent MHD equilibrium approximated by the NN model. We investigate the robustness of the inference across diverse synthetic W7-X plasma scenarios. The inferred plasma parameters and their uncertainties are compatible with the parameters inferred using the VMEC, and the inference time is reduced by more than two orders of magnitude. This work suggests that MHD self-consistent inferences of plasma parameters can be performed between shots.Comment: 18 pages, 6 figure

Quantification of systematic errors in the electron density and temperature measured with Thomson scattering at W7-X

The electron density and temperature profiles measured with Thomson scattering at the stellarator Wendelstein 7-X show features which seem to be unphysical, but so far could not be associated with any source of error considered in the data processing. A detailed Bayesian analysis reveals that errors in the spectral calibration cannot explain the features observed in the profiles. Rather, it seems that small fluctuations in the laser position are sufficient to affect the profile substantially. The impact of these fluctuations depends on the laser position itself, which, in turn, provides a method to find the optimum laser alignment in the future