Boundary conditions and Berry phase in magnetic nanostructures

The effect of micromagnetic boundary conditions on the Berry curvature and topological Hall effect in granular nanostructures is investi- gated by model calculations. Both free surfaces and grain boundaries between interacting particles or grains affect the spin structure. The Dzyaloshinskii-Moriya interactions yield corrections to the Erdmann-Weierstrass boundary conditions, but the Berry curvature remains an exclusive functional of the local spin structure, which greatly simplifies the treatment of nanostructures. An explicit example is a model nanostructure with cylindrical symmetry whose spin structure is described by Bessel function and which yields a mean-field-type Hall-effect contribution that can be related to magnetic-force-microscopy images

Correlation between hole insertion criteria in a boundary element and level set based topology optimisation method

The research work presented in this paper is based on the correlation between two hole insertion criteria in a boundary element method (BEM) and level set method (LSM) based structural topology optimisation scheme for 2D elastic problems. The hole insertion criteria used in this work are based on the von Mises stress and the topological derivative approaches. During the optimisation process holes are automatically inserted in the design domain using each of the two criteria. The LSM is used to provide an implicit description of the structural geometry, and is also capable of automatically handling topological changes, i.e. holes merging with each other or with the boundary. The evolving structural geometry (i.e. the zero level set contours) is represented by NURBS, providing a smooth geometry throughout the optimisation process and completely eliminate jagged edges. In addition the optimal NURBS geometry can be used directly in other design processes.Four different benchmark examples are considered in this study and each is tested against the two hole insertion criteria. The results obtained validate the proposed optimisation method and we demonstrate a clear correlation between the two hole insertion criteria

Numerical Modeling Baseline for high efficiency (Cu2FeSnS4) CFTS based Thin Film Kesterite Solar Cell

[EN] Cu2FeSnS4 (CFTS) is auspicious nontoxic and earth abundant semiconductor compound having kesterite symmetrical structure. It is an attractive and suitable material for the fabrication of low cost, high efficiency and sustainable thin film photovoltaic cell. ¿¿¿¿¿¿¿¿ based kesterite photovoltaic cell device modeling was performed in this work. The influence of device parameters such as the thickness, acceptor and donor carrier concentration densities of absorber and electron transport layer (ETL), effect of back contact metal work function and the temperature effect on the performance of ¿¿¿¿¿¿¿¿ based kesterite photovoltaic cell is analyzed by using one dimensional solar cell capacitance simulator (SCAPS) software. In this work, promising optimized results had been achieved with the conversion efficiency of 19.97%, fill factor (¿¿¿¿) 85.94 %, short-circuit current (¿¿¿¿¿¿ ) 23.37 ¿¿¿¿/¿¿¿ 2 and open circuit voltage (¿¿¿¿¿¿ ) 0.995V. The above results will give imperative baselines and feasible directions for the fabrication of higher efficiency ¿¿¿¿¿¿¿¿ based photovoltaic cellThis work was supported by Ministerio de Economia y Competitividad (ENE2016-77798-C4-2-R) and Generalitat valenciana (Prometeus 2014/044).Khattak, YH.; Baig, F.; Ullah, S.; Marí, B.; Ullah, H. (2018). Numerical Modeling Baseline for high efficiency (Cu2FeSnS4) CFTS based Thin Film Kesterite Solar Cell. Optik - International Journal for Light and Electron Optics. 164:547-555. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2018.03.055S54755516

Fault tree analysis and prevention strategies for gas explosion in underground coal mines of Pakistan

Purpose. Gas explosion in the underground coal mines of Pakistan is the main source of coal miners’ mortalities. The purpose of this article is to analyze the main causes of gas explosion in the underground coal mines of Pakistan. Methods. The study employs the Fault Tree Analysis (FTA) to understand the key root causes that lead to system failure. Particularly, this research has articulated the fault tree model in case of gas explosion in underground coal mines to analyze the root causes of this dangerous accident. Findings. This analysis has revealed that most of the root causes (4/7) with 5/10 accidents, 49/53 fatalities and 28/35 injuries resulted from primary failure of the gas explosion that poses a major threat to lives of mine workers. Similarly, the accumulation of gases and ignition are leading causes of gas explosion. Originality. FTA has been employed for the first time to understand the underlying root causes with the corresponding number of accident, fatalities and injuries of gas explosion in underground coal mines of Pakistan. This original application of FTA to the problem under discussion presents some important underlying factors which should be considered to reduce the risk of gas explosion and its related fatal and non-fatal accidents. Practical implications. The study proposes preventive strategies to lessen the fatal and non-fatal accidents resulting from gas explosions. Explicitly, Pakistan has to conduct major structural and safety management reforms.Мета. Аналіз впливу основних факторів, що викликають вибухи шахтного газу метану, на основі складання моделі дерева відмов в умовах вугільних шахт Пакистану. Методика. Для досягнення мети дослідження застосовано емпіричний аналіз вибухів газу у вугільних шахтах Пакистану на основі даних з 2010 по 2018 роки для визначення точного числа аварій зі смертельними випадками і травмами. Аналіз вибухів газу вивчався як якісно, так і кількісно для кращого розуміння першопричин, що створюють небезпечні аварійні ситуації на підставі аналізу дерева відмов (АДВ). Результати. Встановлено, що 11 нещасних випадків привели до 53 смертельних випадків і 35 травм у період з 2010 по 2018 роки у Пакистані. Значна частина причин (4 з 7), що призвели до 5 з 10 нещасних випадків, 49 з 53 смертей та 28 з 35 травм, була пов’язана з вибухом газу, а основні фактори, що викликають вибух – це накопичення газу і його загоряння. Акцентовано увагу на належну якість проектування шахт, регулярний огляд шахт, дотримання пропонованих правил і норм безпеки. Наукова новизна. Метод АДВ було вперше застосовано для розуміння глибинних причин, що викликають вибух газу у вугільних шахтах Пакистану, а його специфікація дозволила виявити ряд важливих ключових факторів, які слід враховувати для зменшення ризику вибуху газу й запобігання викликаних ним аварій. Практична значимість. Розроблено стратегічні заходи, що дозволяють запобігти або зменшити число аварій зі смертельними наслідками (або без них), викликаних вибухом газу. Для цієї мети пропонується, аби в Пакистані були проведені серйозні структурні реформи і перетворення в галузі охорони праці.Цель. Анализ влияния основных факторов, вызывающих взрывы шахтного газа метана на основе составления модели дерева отказов в условиях угольных шахт Пакистана. Методика. Для достижения цели исследования применен эмпирический анализ взрывов газа в угольных шахтах Пакистана на основе данных с 2010 по 2018 годы для определения точного числа аварий со смертельными случаями и травмами. Анализ взрывов газа изучался как качественно, так и количественно для лучшего понимания первопричин, которые создают опасные аварийные ситуации на основании анализа дерева отказов (АДО). Результаты. Установлено, что 11 несчастных случаев привели к 53 смертельным случаям и 35 травмам в период с 2010 по 2018 годы в Пакистане. Значительная часть причин (4 из 7), приведших к 5 из 10 несчастных случаев, 49 из 53 смертей и 28 из 35 травм, была связана со взрывом газа, а основные факторы, вызывающие взрыв – это накопление газа и его возгорание. Акцентировано внимание на надлежащее качество проектирования шахт, регулярный осмотр шахт, соблюдение предлагаемых правил и норм безопасности шахт. Научная новизна. Метод АДО был впервые применен впервые для понимания глубинных причин, вызывающих взрыв газа в угольных шахтах Пакистана, а его спецификация позволила выявить ряд важных ключевых факторов, которые следует учитывать для сокращения риска взрыва газа и предотвращения вызванных им аварий. Практическая значимость. Разработаны стратегические меры, позволяющие предотвратить или уменьшить число аварий со смертельными последствиями (или без них), вызванных взрывом газа. Для этой цели предлагается, чтобы в Пакистане были проведены серьезные структурные реформы и преобразования в области охраны труда.This research was funded by the National Natural Science Foundation of China (51574226) and 2017 Special Project of Subject Frontiers Scientific Research in China University of Mining and Technology (2017XKQY047). Additionally, authors are very thankful to the School of Mines, China University of Mining and Technology, Xuzhou, 221116 China, whose support allowed to accomplish this research within the specified time

Towards low-dimensional hole systems in Be-doped GaAs nanowires

GaAs was central to the development of quantum devices but is rarely used for nanowire-based quantum devices with InAs, InSb and SiGe instead taking the leading role. p-type GaAs nanowires offer a path to studying strongly-confined 0D and 1D hole systems with strong spin-orbit effects, motivating our development of nanowire transistors featuring Be-doped p-type GaAs nanowires, AuBe alloy contacts and patterned local gate electrodes towards making nanowire-based quantum hole devices. We report on nanowire transistors with traditional substrate back-gates and EBL-defined metal/oxide top-gates produced using GaAs nanowires with three different Be-doping densities and various AuBe contact processing recipes. We show that contact annealing only brings small improvements for the moderately-doped devices under conditions of lower anneal temperature and short anneal time. We only obtain good transistor performance for moderate doping, with conduction freezing out at low temperature for lowly-doped nanowires and inability to reach a clear off-state under gating for the highly-doped nanowires. Our best devices give on-state conductivity 95 nS, off-state conductivity 2 pS, on-off ratio ~$10^{4}$, and sub-threshold slope 50 mV/dec at T = 4 K. Lastly, we made a device featuring a moderately-doped nanowire with annealed contacts and multiple top-gates. Top-gate sweeps show a plateau in the sub-threshold region that is reproducible in separate cool-downs and indicative of possible conductance quantization highlighting the potential for future quantum device studies in this material system

Synthesis of in-gap band CuGaS2:Cr absorbers and numerical assessment of their performance in solar cells

[EN] CuGaS2 thin films were obtained by sulfurization of CuGaSe2. CuGaSe2 thin films were first electrodeposited from aqueous solutions containing CuCl2, GaCl3, and H2SeO3 and subsequently annealed at 400 °C for 10 min in forming gas atmosphere and in the presence of molecular sulfur. This sulfurization process resulted in the complete conversion of CuGaSe2 into CuGaS2. The formation of CuGaS2 was proven by X-Ray diffraction and optical spectroscopy. Diffraction peaks of CuGaS2 shifted to higher angles than those observed for CuGaSe2 films, and the optical band gap shifted to blue rising from 1.66 eV for CuGaSe2 to 2.2 eV for CuGaS2. When Cr ions were added to the initial electrolyte, the final CuGaS2 films exhibited a broad in-gap absorption band centred at 1.63 eV that can be ascribed to Cr atoms in Ga sites. The performance of solar cells based on CuGaS2:Cr absorbers containing an in-gap absorption band was then estimated by numerical simulation using Solar Cell Capacitance Simulator Software. Both quantum efficiency and short circuit current of simulated Mo/CuGaS2:Cr/CdS/ZnO solar cells rose up proportionally to the amount of Cr present in CuGaS2:Cr absorbers. As a result, the photo conversion efficiency of the simulated devices changed from 14.7% for CuGaS2 to 34% for CuGaS2:Cr absorbers. Nevertheless, when neutral defects related to Cr-doping were introduced in the absorber layer, the positive effect of the enhancement of photon harvesting due to IGB was compensated by a decline in the carrier collection and the overall efficiency of the device fell considerably.This work was supported by Ministerio de Economia y Competitividad (ENE2016-77798-C4-2-R) and Generalitat Valenciana (Prometeus 2014/044).Ullah, S.; Ullah, H.; Bouhjar, F.; Mollar García, MA.; Marí, B. (2018). Synthesis of in-gap band CuGaS2:Cr absorbers and numerical assessment of their performance in solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 180:322-327. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2017.06.062S32232718

Fault tree analysis and prevention strategies for gas explosion in underground coal mines of Pakistan

Purpose. Gas explosion in the underground coal mines of Pakistan is the main source of coal miners’ mortalities. The purpose of this article is to analyze the main causes of gas explosion in the underground coal mines of Pakistan. Methods. The study employs the Fault Tree Analysis (FTA) to understand the key root causes that lead to system failure. Particularly, this research has articulated the fault tree model in case of gas explosion in underground coal mines to analyze the root causes of this dangerous accident. Findings. This analysis has revealed that most of the root causes (4/7) with 5/10 accidents, 49/53 fatalities and 28/35 injuries resulted from primary failure of the gas explosion that poses a major threat to lives of mine workers. Similarly, the accumulation of gases and ignition are leading causes of gas explosion. Originality. FTA has been employed for the first time to understand the underlying root causes with the corresponding number of accident, fatalities and injuries of gas explosion in underground coal mines of Pakistan. This original application of FTA to the problem under discussion presents some important underlying factors which should be considered to reduce the risk of gas explosion and its related fatal and non-fatal accidents. Practical implications. The study proposes preventive strategies to lessen the fatal and non-fatal accidents resulting from gas explosions. Explicitly, Pakistan has to conduct major structural and safety management reforms.Мета. Аналіз впливу основних факторів, що викликають вибухи шахтного газу метану, на основі складання моделі дерева відмов в умовах вугільних шахт Пакистану. Методика. Для досягнення мети дослідження застосовано емпіричний аналіз вибухів газу у вугільних шахтах Пакистану на основі даних з 2010 по 2018 роки для визначення точного числа аварій зі смертельними випадками і травмами. Аналіз вибухів газу вивчався як якісно, так і кількісно для кращого розуміння першопричин, що створюють небезпечні аварійні ситуації на підставі аналізу дерева відмов (АДВ). Результати. Встановлено, що 11 нещасних випадків привели до 53 смертельних випадків і 35 травм у період з 2010 по 2018 роки у Пакистані. Значна частина причин (4 з 7), що призвели до 5 з 10 нещасних випадків, 49 з 53 смертей та 28 з 35 травм, була пов’язана з вибухом газу, а основні фактори, що викликають вибух – це накопичення газу і його загоряння. Акцентовано увагу на належну якість проектування шахт, регулярний огляд шахт, дотримання пропонованих правил і норм безпеки. Наукова новизна. Метод АДВ було вперше застосовано для розуміння глибинних причин, що викликають вибух газу у вугільних шахтах Пакистану, а його специфікація дозволила виявити ряд важливих ключових факторів, які слід враховувати для зменшення ризику вибуху газу й запобігання викликаних ним аварій. Практична значимість. Розроблено стратегічні заходи, що дозволяють запобігти або зменшити число аварій зі смертельними наслідками (або без них), викликаних вибухом газу. Для цієї мети пропонується, аби в Пакистані були проведені серйозні структурні реформи і перетворення в галузі охорони праці.Цель. Анализ влияния основных факторов, вызывающих взрывы шахтного газа метана на основе составления модели дерева отказов в условиях угольных шахт Пакистана. Методика. Для достижения цели исследования применен эмпирический анализ взрывов газа в угольных шахтах Пакистана на основе данных с 2010 по 2018 годы для определения точного числа аварий со смертельными случаями и травмами. Анализ взрывов газа изучался как качественно, так и количественно для лучшего понимания первопричин, которые создают опасные аварийные ситуации на основании анализа дерева отказов (АДО). Результаты. Установлено, что 11 несчастных случаев привели к 53 смертельным случаям и 35 травмам в период с 2010 по 2018 годы в Пакистане. Значительная часть причин (4 из 7), приведших к 5 из 10 несчастных случаев, 49 из 53 смертей и 28 из 35 травм, была связана со взрывом газа, а основные факторы, вызывающие взрыв – это накопление газа и его возгорание. Акцентировано внимание на надлежащее качество проектирования шахт, регулярный осмотр шахт, соблюдение предлагаемых правил и норм безопасности шахт. Научная новизна. Метод АДО был впервые применен впервые для понимания глубинных причин, вызывающих взрыв газа в угольных шахтах Пакистана, а его спецификация позволила выявить ряд важных ключевых факторов, которые следует учитывать для сокращения риска взрыва газа и предотвращения вызванных им аварий. Практическая значимость. Разработаны стратегические меры, позволяющие предотвратить или уменьшить число аварий со смертельными последствиями (или без них), вызванных взрывом газа. Для этой цели предлагается, чтобы в Пакистане были проведены серьезные структурные реформы и преобразования в области охраны труда.This research was funded by the National Natural Science Foundation of China (51574226) and 2017 Special Project of Subject Frontiers Scientific Research in China University of Mining and Technology (2017XKQY047). Additionally, authors are very thankful to the School of Mines, China University of Mining and Technology, Xuzhou, 221116 China, whose support allowed to accomplish this research within the specified time

Commercially available probiotic enhanced growth, digestion and immune response of Rohu (Labeo rohita) reared in earthen pond

The use of Probiotics in aquaculture got an importance in the previous years. Hence, present study was carried out to evaluate the effects of the commercially available dietary probiotic (a consortium of Bacillus subtilis and Saccharomyces cerevisiae) on the growth, proximate body composition, digestive enzymes, hematological parameters and immune response of rohu (Labeo rohita) in a polyculture system. Fingerlings with average body weight and length of 11.00 ± 2.34 g and 9.50 ± 5.50 cm, respectively, were stocked in 6 earthen ponds, at the rate of 200 fingerlings/pond making a total of 1200 fingerlings. The experiment was extended for 3 months in two groups i.e. probiotics treated and control groups. After three months feeding trial glucose, aspartate aminotransferase (AST), moisture content, ash contents and feed conversion rate (FCR) were significantly decreased in the probiotics supplemented group. At the same time point, Hb, MCH, HCT, total protein, plasma protein, lipid contents, final body mass and final body weight, percent weight gain, cellulase activity, protease activity and amylase activity and white blood corpuscles were significantly increased in the probiotics supplemented group. In conclusion, the use of probiotic enhanced growth, digestive enzyme activities and immune response of L. rohita in a polyculture system