Magnetization steps in a diluted Heisenberg antiferromagnetic chain: Theory and experiments on TMMC:Cd

A theory for the equilibrium low-temperature magnetization M of a diluted Heisenberg antiferromagnetic chain is presented. The magnetization curve, M versus B, is calculated using the exact contributions of finite chains with 1 to 5 spins, and the "rise and ramp approximation" for longer chains. Some non-equilibrium effects that occur in a rapidly changing B, are also considered. Specific non-equilibrium models based on earlier treatments of the phonon bottleneck, and of spin flips associated with cross relaxation and with level crossings, are discussed. Magnetization data on powders of TMMC diluted with cadmium [i.e., (CH_3)_4NMn_xCd_(1-x)Cl_3, with 0.16<=x<=0.50 were measured at 0.55 K in 18 T superconducting magnets. The field B_1 at the first MST from pairs is used to determine the NN exchange constant, J, which changes from -5.9 K to -6.5 K as x increases from 0.16 to 0.50. The magnetization curves obtained in the superconducting magnets are compared with simulations based on the equilibrium theory. Data for the differential susceptibility, dM/dB, were taken in pulsed magnetic fields (7.4 ms duration) up to 50 T, with the powder samples in a 1.5 K liquid-helium bath. Non-equilibrium effects, which became more severe as x decreased, were observed. The non-equilibrium effects are tentatively interpreted using the "Inadequate Heat Flow Scenario," or to cross-relaxation, and crossings of energy levels, including those of excited states.Comment: 16 pages, 14 figure

Quantum computing with antiferromagnetic spin clusters

We show that a wide range of spin clusters with antiferromagnetic intracluster exchange interaction allows one to define a qubit. For these spin cluster qubits, initialization, quantum gate operation, and readout are possible using the same techniques as for single spins. Quantum gate operation for the spin cluster qubit does not require control over the intracluster exchange interaction. Electric and magnetic fields necessary to effect quantum gates need only be controlled on the length scale of the spin cluster rather than the scale for a single spin. Here, we calculate the energy gap separating the logical qubit states from the next excited state and the matrix elements which determine quantum gate operation times. We discuss spin cluster qubits formed by one- and two-dimensional arrays of s=1/2 spins as well as clusters formed by spins s>1/2. We illustrate the advantages of spin cluster qubits for various suggested implementations of spin qubits and analyze the scaling of decoherence time with spin cluster size.Comment: 15 pages, 7 figures; minor change

Magnetothermal properties of molecule-based materials

We critically review recent results obtained by studying the low-temperature specific heat of some of the most popular molecular magnets. Perspectives of this field are discussed as well.Comment: 12 pages text + 14 pages figures, Submitted as "feature article" to Journal of Materials Chemistr

Adverse outcome pathways:opportunities, limitations and open questions

Adverse outcome pathways (AOPs) are a recent toxicological construct that connects, in a formalized, transparent and quality-controlled way, mechanistic information to apical endpoints for regulatory purposes. AOP links a molecular initiating event (MIE) to the adverse outcome (AO) via key events (KE), in a way specified by key event relationships (KER). Although this approach to formalize mechanistic toxicological information only started in 2010, over 200 AOPs have already been established. At this stage, new requirements arise, such as the need for harmonization and re-assessment, for continuous updating, as well as for alerting about pitfalls, misuses and limits of applicability. In this review, the history of the AOP concept and its most prominent strengths are discussed, including the advantages of a formalized approach, the systematic collection of weight of evidence, the linkage of mechanisms to apical end points, the examination of the plausibility of epidemiological data, the identification of critical knowledge gaps and the design of mechanistic test methods. To prepare the ground for a broadened and appropriate use of AOPs, some widespread misconceptions are explained. Moreover, potential weaknesses and shortcomings of the current AOP rule set are addressed (1) to facilitate the discussion on its further evolution and (2) to better define appropriate vs. less suitable application areas. Exemplary toxicological studies are presented to discuss the linearity assumptions of AOP, the management of event modifiers and compensatory mechanisms, and whether a separation of toxicodynamics from toxicokinetics including metabolism is possible in the framework of pathway plasticity. Suggestions on how to compromise between different needs of AOP stakeholders have been added. A clear definition of open questions and limitations is provided to encourage further progress in the field

High temperature corrosion in waste incineration plants : electrochemical corrosion monitoring and modeling

Korrosion ist in Müllverbrennungsanlagen ein schwerwiegendes Problem. Sie stellt nach wie vor den Hauptgrund für den limitierten energetischen Wirkungsgrad wie auch einen erheblichen Kostenfaktor dar. Eine Reduktion der Korrosion vermindert die Aufwendungen für Instandhaltung und Wartung und steigert zusätzlich durch höhere Verfügbarkeit die Energieeffizienz einer Anlage. Die Korrosion wird vor allem durch den hohen Chloranteil in den Abgasen und Aerosolen verursacht, der mit der Müllzusammensetzung regional und saisonal deutlichen Schwankungen unterliegt. Hinzu kommt, dass sich die Müllzusammensetzung seit Inkrafttreten des Deponiegesetzes im Juni 2005 wesentlich geändert hat. Deshalb ist es wünschenswert, die Auswirkungen von prozess- und anlagentechnischen Änderungen in einer MVA zur Minimierung der Korrosion online verfolgen zu können. Dazu sind zeitlich aufgelöste Messungen des Korrosionsangriffs und der Rauchgas - und Aerosolzusammensetzung bei gleichzeitiger Erfassung der Prozessparameter der MVA notwendig. Diese Möglichkeit bietet eine an der Universität Augsburg im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Sonde für online Korrosionsmessungen auf der Basis elektrochemischer Verfahren. Mit dieser Sonde ist es einerseits möglich, die online Überwachung der aktuellen Korrosionsvorgänge zur direkten Korrelierung mit den Anlagenparametern mittels potentiostatischer Messungen durchzuführen, andererseits können auch Proben aus den in der Anlage eingesetzten Stählen auf der Sonde montiert und nach dem Ausbau der Sonde im Labor mittels Rasterelektronenmikroskop (REM) und energiedispersiver Röntgenanalyse (EDX) strukturell und chemisch untersucht werden. Da die Temperatur ein wesentlicher Parameter bei Korrosionsvorgängen ist, wird auch die Oberflächentemperatur der Sonde erfasst. Auf diese Weise kann mit der Sonde der jeweils aktuelle Korrosionsangriff an den Wärmetauschern der Anlage erfasst, aber auch langfristig die Belagsbildung unter Anlagenbedingungen untersucht werden. Dabei wird zunächst eine qualitative Erfassung der Änderung der Korrosionsrate, die mit den anderen von der MVA erfassten Parametern korreliert wird, als ausreichend angesehen. Nach Ausbau der Sonde kann dann die Korrosionsrate durch eine Kalibrierung quantifiziert werden. Die Basistemperatur der Sonde soll im Bereich einer Temperatur gehalten werden, die der Oberflächentemperatur von Überhitzerrohren entspricht. In den bisher untersuchten Fällen lag diese Temperatur bei 430°C. Des Weiteren sind die chemische Zusammensetzung der aus dem Rauchgas abgeschiedenen Beläge und die Reaktionskinetik innerhalb der Beläge von großer Bedeutung für ein grundlegendes Verständnis des Korrosionsgeschehens. Ein anderes Ziel der Sondenentwicklung war es, Stahlproben aus dem in der Anlage verwendeten Überhitzermaterial ins Abgas einzubringen und unter normalen oder kontrolliert veränderten Betriebsbedingungen korrodieren zu lassen. Aufgrund der Flexibilität im Ein- und Ausbau der Sonde war es möglich, in verschiedenen zeitlichen Abständen eine Vielzahl von Proben zu entnehmen, um statistisch belastbare Ergebnisse zu erhalten. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurde ein Modell über die Prozesse an der Korrosionsfront zwischen Stahl und Belag entwickelt. Dazu wurden sowohl die elektrochemischen Messungen als auch die Ergebnisse aus der Analyse der Beläge auf den Sondenringen herangezogen. Zur Überprüfung des Modells wurden ergänzend thermodynamische Rechnungen mit dem Programmpaket FactSage durchgeführt. Die Übertragbarkeit der Sondenmessungen auf Überhitzerrohre aus der Anlage wurde durch eine Untersuchung von Rohrproben und Belägen überprüft, die während Revisionen entnommen wurden. Durch gleichzeitigen Einsatz von zwei parallel in die Anlage eingebauten Sonden wurde eindeutig ein reproduzierbarer Zusammenhang des Korrosionssignals mit Veränderungen im Rauchgas festgestellt. Da die Korrosionsvorgänge auf den Überhitzern durch ein komplexes Zusammenspiel verschiedener Parameter bestimmt sind, wurde die Sonde so konstruiert, dass es möglich ist, lokal einzelne Parameter zu variieren, um deren Auswirkungen auf die Korrosion getrennt voneinander untersuchen zu können. So wurden z. B. die Auswirkungen von Temperaturänderungen und Variationen von Rauchgasgeschwindigkeit und -zusammensetzung auf die Korrosion untersucht. Um schließlich die Übertragbarkeit der elektrochemischen Messungen und des entwickelten Korrosionsmodells auf andere Müllverbrennungsanlagen zu untersuchen, wurden Messungen und Belagsanalysen an weiteren MVA durchgeführt. Dabei hat sich gezeigt, dass die Messungen konsistent sind und die Kalibrationsfaktoren zwischen den verschiedenen Anlagen nur um einige Prozent variieren.Superheater tubes in WTE plants are exposed to massive corrosive attack by strongly corrosive fractions in the combustion gas. The main causes are chlorine compounds in different phases. In the past a lot of work has been done to investigate in detail the dominating process of corrosion on superheater tubes, but still it is not completely understood, since corrosion depends on a variety of parameters in an unknown way. To study the influence of the different parameters a probe for electrochemical corrosion monitoring and for taking samples for offline analysis was developed. Linear Polarization Resistance is measured with a three electrode set-up. Electrode materials can be all kinds of alloys, but preferentially the reference electrode is Inconel 625, while the two others are made from the standard superheater steel 15Mo3. The measured polarization conductance, which is proportional to the corrosion rate, was correlated with combustion parameters. From this and an offline analysis (using SEM/EDX) of the samples a model of the corrosion process on the boiler tubes was developed. The measured electrochemical signals were correlated with combustion parameters. Offline analysis showed a stable layered structure of corrosion product developing within 10 days. No evidence of molten phases was found during our experiments. Deposition of chloride aerosol yielded an increase of the corrosion signal, while cutting off the chloride supply stops corrosion indicating the special role of particular chlorides. From these results a model of chemical reactions could be developed which complies with thermodynamic calculations

A behavioral model of the credit cycle

In a behavioral variant of a New Keynesian model, in which individuals use simple heuristic rules to forecast future inflation and output, if there are limits on the amount of debt that economic agents are allowed to bear, we observe occasionally severe downturns. Differences in beliefs combined with borrowing constraints tend to dampen expansions, but give rise to a chain reaction that exacerbates the recessions. The model is an example of endogenous credit cycles with expansions, severe recessions, and persistent inequality in the distribution of wealth. Monetary policy can both stabilize the economy and cause increased average output

Immune Imbalance in Nasal Polyps of Caucasian Chronic Rhinosinusitis Patients Is Associated with a Downregulation of E-Selectin

Chronic rhinosinusitis with nasal polyps (CRSwNP) in Caucasians is a chronic Th2 inflammatory disease of the nasal and paranasal mucosa and the recruitment of leukocytes to the site of inflammation is poorly understood. We studied mRNA and protein expression profiles of adhesion molecules in nasal polyp and associated inferior turbinate tissues using molecular, biochemical, and immunohistological methods. Analysis showed a strongly decreased E-selectin expression in nasal polyps with a significant difference between eosinophil and neutrophil counts in nasal polyps and balanced counts in inferior turbinates. E-selectin expression is known to be downregulated in a Th2 milieu and has an essential role in immunosurveillance by locally activating neutrophil arrest and migratory function. A downregulation of E-selectin may come along with an immune imbalance in Caucasian nasal polyps due to a significant inhibition of neutrophil recruitment. Therefore, we suggest that an upregulation of E-selectin and the associated influx of neutrophils may play a significant role in the resolution of inflammation as well as for the pathophysiology of nasal polyps of Caucasian chronic rhinosinusitis patients