Physics Commons^™

การดัดแปรคุณภาพของสตาร์ชมันสำปะหลังโดยการคัดแยกขนาดแกรนูลและการทำให้แกรนูลสตาร์ชเสียหาย, ภูมิพิทักษ์ รักเรือง

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของการคัดแยกขนาดแกรนูลและการทำให้แกรนูลของ สตาร์ชมันสำปะหลังเสียหายด้วยวิธีทางกายภาพต่อสมบัติทางกายภาพและสมบัติเชิงหน้าที่ของสตาร์ช โดยไม่ใช้สารเคมี เพื่อพัฒนาแนวทางในการปรับปรุงคุณภาพของสตาร์ชให้เหมาะสมกับการใช้งานในอุตสาหกรรมอาหาร ซึ่งให้ความสำคัญต่อความปลอดภัยและความยั่งยืนของวัตถุดิบ การทดลองเริ่มต้นด้วยการคัดแยกขนาดแกรนูลโดยใช้วิธีตกตะกอนด้วยแรงโน้มถ่วง การเหวี่ยงแยก และการร่อนแห้ง ซึ่งส่งผลให้ได้แกรนูลขนาดเล็กลงและมีการกระจายตัวที่แคบลง โดยลักษณะของแกรนูลยังคงมีรูปทรงกลมหรือรี ผิวเรียบ และมีความสม่ำเสมอ ตัวอย่างขนาด 25 – 44 ไมโครเมตร มีพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูง ช่วยส่งเสริมการดูดซึมน้ำและการพองตัวได้ดี ส่งผลให้ค่าความหนืดสูงสุด (PV) และค่าความหนืดลดลง (BD) เพิ่มขึ้น ขณะที่อุณหภูมิการเกิดเพสต์ (PT) ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ สำหรับการดัดแปรแกรนูลโดยการบดด้วยเครื่องบดแบบล้อและแบบลูกบอล พบว่าแกรนูลมีการแตกหักและมีขนาดลดลง ส่งผลให้ค่า PV, BD, FV และ PT ลดลง ขณะที่ค่าการพองตัวและการละลายน้ำเพิ่มขึ้น ผลการวิเคราะห์ด้วย X-ray Diffraction (XRD) และการวิเคราะห์สมบัติทางความร้อนด้วยเทคนิค Differential Scanning Calorimetry (DSC) พบว่าความเป็นผลึกและเอนทัลปีของการเกิดเจลาติไนซ์ลดลงตามระดับ ความเสียหายของแกรนูล โดยตัวอย่างที่ผ่านการบดด้วยเครื่องบดแบบลูกบอลที่ความเร็วและเวลาสูงสุด (BM590) มีปริมาณสตาร์ชเสียหายสูงสุดถึงร้อยละ 18.17 และอุณหภูมิการเกิดเจลาติไนซ์ต่ำสุดที่ 56.55 องศาเซลเซียส อีกทั้งยังพบปริมาณแอมิโลสเพิ่มขึ้นสูงสุดถึงร้อยละ 26.52 จากการวิเคราะห์โครงสร้างโมเลกุลโดยเทคนิค Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) พบว่าอัตราส่วนค่าการดูดกลืนแสง 1022/995 และ 1045/1022 cm-1 เปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยและไม่แตกต่างอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ สะท้อนว่าโครงสร้างระดับโมเลกุลระยะสั้นของสตาร์ชยังคงมีเสถียรภาพ โดยสรุป การดัดแปรด้วยวิธีทางกายภาพสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของสตาร์ชมันสำปะหลังให้เหมาะสมกับผลิตภัณฑ์ที่มีความซับซ้อนเพิ่มมากขึ้น สามารถแปรรูปที่อุณหภูมิต่ำได้ง่าย และละลายน้ำดี เช่น ซอส ผลิตภัณฑ์เบเกอรี่ และฟิล์มชีวภาพ อีกทั้งยังเป็นทางเลือกที่ปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม พร้อมต่อยอดสู่การใช้งานในระดับอุตสาหกรรมต่อไป

การประยุกต์ใช้พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณและปัญญาประดิษฐ์สำหรับการออกแบบถังผสมของเหลวอุตสาหกรรม, ปฏิพล คล่องยุทธ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การผสมของเหลวในถังกวนอุตสาหกรรมเป็นกระบวนการสำคัญของหลายอุตสาหกรรมโดยเฉพาะอุตสาหกรรมเคมี อาหาร และกระบวนการทางชีวภาพ ที่มีความต้องการความเป็นเนื้อเดียวกันของสารผสมอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งมีความท้าทายในเรื่องของเวลาการผสมที่นาน ถึงแม้จะเพิ่มความปั่นป่วน (turbulent) ก็อาจทำให้เกิดบริเวณโซนตาย (dead zone) หรือบริเวณที่สารไม่เกิดการเป็นเนื้อเดียวกัน เนื่องจากกระแสวน สาเหตุมาจากการขาดการออกแบบที่ไม่เหมาะสม งานวิจัยนี้ศึกษาการประเมินวิธีการออกแบบถังผสมโดยอาศัย การจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (Computational Fluid Dynamics: CFD) ควบคู่กับการประยุกต์ใช้ปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence: AI) ด้วยการผสมแบบไม่ต่อเนื่อง (batch) ของของเหลวกับของเหลวโดยได้ใช้แบบจำลอง Large Eddy Simulation (LES) ในการจำลองพฤติกรรมการไหลภายในถังผสมที่ติดตั้ง ใบกวนใช้ใบกวน VISCOPROP ที่ใช้ในเชิงพาณิชย์ และตรวจสอบผลกระทบของพารามิเตอร์ได้แก่ ความเร็วรอบของใบกวน จำนวนแผ่นกั้น จำนวนใบและชั้นของใบกวน ระยะห่างระหว่างใบกวนกับก้นถัง เส้นผ่านศูนย์กลางถังและใบกวน ระดับของเหลว และคุณสมบัติของของเหลว ต่อเวลาในการผสมให้ได้ความเป็นเนื้อเดียวกันที่ระดับ 95% การวิเคราะห์ความแปรปรวน (ANOVA) พบว่า ความเร็วรอบของใบกวนเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญ (p = 0.0026) ปัจจัยรองลงมาคือจำนวนชั้นของใบกวน (p = 0.0223) ในขณะที่ปัจจัยอื่นมีที่ไม่แตกต่างอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (p > 0.05) ในขั้นต่อมา ผลการจำลอง CFD ถูกนำไปใช้เป็นข้อมูลฝึกสำหรับแบบจำลองโครงข่ายประสาทเทียม (Artificial Neural Network: ANN) เพื่อทำนายเวลาในการผสม โดยเปรียบเทียบประสิทธิภาพของอัลกอริทึม Levenberg-Marquardt และ Scaled Conjugate Gradient ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่า ANN สามารถทำนายค่าการผสมได้อย่างแม่นยำ และมีศักยภาพในการใช้เป็นเครื่องมือช่วยออกแบบถังผสมได้อย่างมีประสิทธิภาพ งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการใช้ CFD ร่วมกับ AI เพื่อออกแบบและพัฒนาถังผสมในระดับอุตสาหกรรมอย่างแม่นยำและประหยัดทรัพยากรการทดลองในระยะยาว

การพัฒนาระบบติดตามตรวจสอบคุณภาพงานพิมพ์ด้วยปัญญาประดิษฐ์, กลยุทธ หาญโสต

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาระบบตรวจสอบคุณภาพงานพิมพ์โดยอาศัยเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์ (AI) เพื่อลดการพึ่งพาทักษะและประสบการณ์ของช่างพิมพ์ประสบการณ์สูง ซึ่งมีข้อจำกัดในเรื่องความสม่ำเสมอและความคลาดเคลื่อนจากมนุษย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อไม่สามารถใช้แถบควบคุมคุณภาพ (color bar) บนแผ่นพิมพ์ได้เนื่องจากข้อจำกัดของพื้นที่พิมพ์ ระบบที่พัฒนาขึ้นประกอบด้วยอุปกรณ์ถ่ายภาพ ระบบไฟ แผ่นชาร์ตสีมาตรฐาน และอัลกอริธึมวิเคราะห์ภาพ โดย AI จะทำการเปรียบเทียบภาพจากแผ่นพิมพ์กับแผ่นต้นฉบับ (proof) ด้วยเทคนิค การวิเคราะห์ส่วนประกอบหลัก (Principal Component Analysis) ซึ่งสามารถลดมิติของข้อมูล และแยกแยะลักษณะเด่นของภาพเพื่อระบุความผิดปกติหรือข้อบกพร่องในการพิมพ์ จากการทดลอง ระบบสามารถตรวจจับความผิดปกติต่าง ๆ เช่น หมึกเลอะ จุดหมึก ความคลาดเคลื่อนของสี ลวดลายที่ผิดเพี้ยนไปจากต้นฉบับ รอยทับกระดาษ หรือแม้แต่ตัวหนังสือที่พิมพ์บางหรือพร่ามัวได้อย่างรวดเร็ว โดยผลลัพธ์สามารถแสดงออกเป็นรูปภาพและตัวเลข ทำให้ผู้ใช้งานสามารถประเมินคุณภาพแผ่นพิมพ์ได้อย่างเป็นระบบ ระบบนี้มีศักยภาพในการเพิ่มความแม่นยำในการควบคุมคุณภาพ ลดต้นทุนจากการพิมพ์เสีย และยกระดับความน่าเชื่อถือในอุตสาหกรรมการพิมพ์ ทั้งยังสามารถขยายผลไปสู่ระบบอัตโนมัติในอนาคตได้อีกด้วย

Investigation Of Charge Density Waves And Layer Stacking In Niobium Ditelluride, Gavin J. Smith

Honors Theses and Capstones

NbTe₂ is a layered transition metal dichalcogenide which exhibits charge density waves (CDWs) and superconductivity in the bulk. Previous scanning tunneling microscopy and spectroscopy experiments suggested that Fermi-surface nesting and reciprocal lattice reconstruction are important in the formation of CDWs in NbTe₂. These experiments focused on spectroscopy of pristine regions. We will present low temperature scanning tunneling spectroscopy experiments examining the 3x1 CDW in NbTe₂ at 10K. We found a crystalline step and multiple neighboring 60º and 120º CDW domain boundaries. We examined the electronic structure across these domain boundaries and in neighboring domains using scanning …

Global Analysis Of The Neutron Magnetic Form Factor, Joseph P. Jayne

Honors Theses and Capstones

Protons and neutrons, the nucleons, are made up of smaller particles called quarks. Nucleons have three valence quarks, which are the dominant contributors to its properties, as well as sea quarks (quark-antiquark pairs) and gluons. The distribution of the charge and magnetization of these particles is described by the electric and magnetic form factors. These form factors can be measured with scattering experiments since they directly affect the particle’s cross section. Neutron form factors are challenging to measure because a pure neutron target will decay very fast and is not viable for experiments. Instead, targets like 2H and 3H are …

Momentech - Modern Explorations Of The Impulse-Momentum Theorem, Todd Gelbord

Publications and Research

Herein we outline the design and construction of an instructional laboratory demonstration of the conservation of linear momentum, by way of the Impulse-Momentum Theorem, utilizing small, commercially available accelerometers attached to microcontrollers. The set-up is equipped with small, OLED screens which are able to display real-time acceleration graphs. Furthermore, a template for an experiment involving this set-up is provided. We also explore various data analysis options for different levels of student sophistication.

Driven Magnetic Vortex Dynamics, Chase Hickman

Honors College Theses

Magnetic materials possess properties that allow for efficient data storage and transmission. Two important magnetic phenomena are domains and spin waves, both of which are active areas of research. Domains are regions of locally aligned magnetic moments within a material and spin waves are propagating disturbances in the alignment of those moments. A specific type of domain occurs when moments align to form a topological structure known as a magnetic vortex. Vortices are composed of a swirling in-plane magnetization centered around a localized region of out-of-plane magnetization known as a vortex core. A vortex has an in-plane chirality and out-of-plane …

Light Curve And Hardness Tests For Millilensing In Grb 950830, Grb 090717a, And Grb 200716c, Oindabi Mukherjee, Robert J. Nemiroff

Michigan Tech Publications

Two different temporal sections of a single gamma-ray burst (GRB) must be statistically similar to show an internal gravitational lensing signature. Here, two straightforward gravitational lensing tests are defined and applied: a light curve similarity test and a hardness similarity test. Gravitational millilensing has been claimed to be detected within several individual GRBs that contain two emission episodes separated by a time-delay. However, our analyses indicate that none of those claims satisfy both tests. The hardness similarity test performed on GRB 950830 and GRB 090717A found that the ratio between the second and the first emission episodes in each energy …

Constraining Models For The Origin Of Ultra-High-Energy Cosmic Rays With A Novel Combined Analysis Of Arrival Directions, Spectrum, And Composition Data Measured At The Pierre Auger Observatory, A. Abdul Halim, P. Abreu, M. Aglietta, I. Allekotte, K. Almeida Cheminant, A. Almela, B. Fick, D. Nitz, A. Puyleart, Et Al.

Michigan Tech Publications

The combined fit of the measured energy spectrum and shower maximum depth distributions of ultra-high-energy cosmic rays is known to constrain the parameters of astrophysical models with homogeneous source distributions. Studies of the distribution of the cosmic-ray arrival directions show a better agreement with models in which a fraction of the flux is non-isotropic and associated with the nearby radio galaxy Centaurus A or with catalogs such as that of starburst galaxies. Here, we present a novel combination of both analyses by a simultaneous fit of arrival directions, energy spectrum, and composition data measured at the Pierre Auger Observatory. The …

Updating Nuclear Recoil Models In The Noble Element Simulation Technique For The Lux-Zeplin Experiment, Ryan J. Mcmonigle

Electronic Theses & Dissertations (2024 - present)

There is a substantial amount of evidence that a majority of the mass in the universe is comprised of a non-luminous substance, given the name dark matter. Many candidates have been theorized as the solution to the dark matter mystery, with the Weakly Interacting Massive Particle (WIMP) being a favorable candidate. WIMPs may be detectable via interactions with nucleons, a method known as direct detection. The LUX-ZEPLIN (LZ) experiment is a xenon-based dual-phase Time Projection Chamber (TPC), that specializes in searching for WIMP-nucleon interactions. TPCs are used to reconstruct event information using scintillation and ionization, which are products of interactions …

Leveraging Redundancy As A Link Between Spreading Dynamics On And Of Networks, Felipe Xavier Costa

Electronic Theses & Dissertations (2024 - present)

A constant quest in network science has been in the development of methods to identify the most relevant components in a dynamical system solely via the interaction structure amongst its subsystems. This information allows the development of control and intervention strategies in biochemical signaling and epidemic spreading. We highlight the relevant components in heterogeneous dynamical system by their patterns of redundancy, which can connect how dynamics affect network topology and which pathways are necessary to spreading phenomena on networks. In order to measure the redundancies in a large class of empirical systems, we develop the backbone of directed networks methodology, …

The Use Of Fluorescence Lifetime Imaging (Flim) For In Situ Microbial Detection In Complex Mineral Substrates, Yekaterina G. Chmykh, Jay Nadeau

Physics Faculty Publications and Presentations

The utility of fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) for identifying bacteria in complex mineral matrices was investigated. Baseline signals from unlabelled Bacillus subtilis and Euglena gracilis, and Bacillus subtilis labelled with SYTO 9 were obtained using two-photon excitation at 730, 750 and 800 nm, identifying characteristic lifetimes of photosynthetic pigments, unpigmented cellular autofluorescence, and SYTO 9. Labelled and unlabelled B. subtilis were seeded onto marble and gypsum samples containing endolithic photosynthetic cyanobacteria and the ability to distinguish cells from mineral autofluorescence and nonspecific dye staining was examined in parallel with ordinary multichannel confocal imaging. It was found that FLIM …

A Simple, Inexpensive Alkaline Method For Bacterial Dna Extraction From Environmental Samples For Pcr Surveillance And Microbiome Analyses, Abdulkarim Shwani, Bin Zuo, Adnan Alrubaye, Jiangchao Zhao, Douglas D. Rhoads

Poultry Science Faculty Publications and Presentations

DNA extraction for downstream molecular diagnostic applications can be an expensive, time-consuming process. We devised a method to quickly extract total bacterial DNA from environmental samples based on the sodium hydroxide lysis of cells with or without capture by magnetic beads for subsequent PCR or quantitative PCR. The final DNA extraction method using NaOH is extremely low-cost and can be completed in as little as 10 min at room temperature with dilution, or the DNA can be further purified using silica-coated paramagnetic beads. NaOH extraction was effective for Gram-negative and Gram-positive bacteria in samples from air, soil, sewage, food, laboratory …

Compton Scattering Of Mammographic Soft X-Ray Beams By Alkali And Transition Metal Salt Filters Produce X-Ray Interference Zones That May Have Treatment Potential For Localized Cancer Lesions, Subhendra N. Sarkar, Eric Lobel, Sabina Rakhmatova, Derbie Desir, Somdat Kissoon, Daler Djuraev, Katie Tam

Publications and Research

In breast x-ray imaging scattered radiation adds 50% of harmful radiation dose from anisotropic Compton scattering mechanism. We have been working with double layered inorganic salt materials that can induce Compton scattering to the incident mammographic x ray beams (in 20-30 kVp range) with adequate isotropy (angular control). Typically metal nitrates and alkali halide salt layers are shown here to cause low energy radiation interference zones with high and low photon intensities and local flux heterogeneity in terms of flux covariance. Spatial variation of low energy photon flux creates concentrated and sparse radiation zones that may be used to induce …

Artificial Intelligence For The Electron Ion Collider (Ai4eic), C. Allaire, R. Ammendola, E.-C. Aschenauer, M. Balandat, M. Battaglieri, J. Bernauer, M. Bondì, N. Branson, T. Britton, A. Butter, I. Chahrour, P. Chatagnon, E. Cisbani, E. W. Cline, S. Dash, C. Dean, W. Deconinck, A. Deshpande, M. Diefenthaler, R. Ent, C. Fanelli, M. Finger, M. Finger Jr., E. Fol, S. Furletov, Y. Gao, J. Giroux, N. C. Gunawardhana Waduge, O. Hassan, P. L. Hegde, R. J. Hernandez-Pinto, A. Hiller Blin, T. Horn, J. Huang, A. Jalotra, D. Jayakodige, B. Joo, M. Junaid, N. Kalantarians, P. Karande, B. Kriesten, R. Kunnawalkam Elayavalli, Y. Li, M. Lin, F. Liu, S. Liuti, G. Matousek, M. Mceneaney, D. Mcspadden, T. Menzo, T. Miceli, V. Mikuni, R. Montgomery, B. Nachman, R. R. Nair, J. Niestroy, S. A. Ochoa Oregon, J. Oleniacz, J. D. Osborn, C. Paudel, C. Pecar, C. Peng, G. N. Perdue, W. Phelps, M. L. Purschke, H. Rajendran, K. Rajput, Y. Ren, D. F. Renteria-Estrada, D. Richford, B. J. Roy, D. Roy, A. Saini, N. Sato, T. Satogata, G. Sborlini, M. Schram, D. Shih, J. Singh, R. Singh, A. Siodmok, J. Stevens, P. Stone, L. Suarez, K. Suresh, A. -N. Tawfik, F. Torales Acosta, N. Tran, R. Trotta, F. J. Twagirayezu, R. Tyson, S. Volkova, A. Vossen, E. Walter, D. Whiteson, M. Williams, S. Wu, N. Zachariou, P. Zurita

Computer Science Faculty Publications

The Electron-Ion Collider (EIC), a state-of-the-art facility for studying the strong force, is expected to begin commissioning its first experiments in 2028. This is an opportune time for artificial intelligence (AI) to be included from the start at this facility and in all phases that lead up to the experiments. The second annual workshop organized by the AI4EIC working group, which recently took place, centered on exploring all current and prospective application areas of AI for the EIC. This workshop is not only beneficial for the EIC, but also provides valuable insights for the newly established ePIC collaboration at EIC. …

Ultradeep Atca Imaging Of 47 Tucanae Reveals A Central Compact Radio Source, Alessandro Paduano, Arash Bahramian, James C. A. Miller-Jones, Adela Kawka, Tim J. Galvin, Liliana E. Rivera Sandoval, Sebastian Kamann, Jay Strader, Laura Chomiuk, Craig O. Heinke

Physics & Astronomy Faculty Publications

We present the results of an ultradeep radio continuum survey, containing ∼480 hr of observations, of the Galactic globular cluster 47 Tucanae with the Australia Telescope Compact Array. This comprehensive coverage of the cluster allows us to reach rms noise levels of 1.19 μJy beam−1 at 5.5 GHz, 940 nJy beam−1 at 9 GHz, and 790 nJy beam−1 in a stacked 7.25 GHz image. This is the deepest radio image of a globular cluster and the deepest image ever made with the Australia Telescope Compact Array. We identify ATCA J002405.702-720452.361, a faint (6.3 ± 1.2 μJy at 5.5 …

Quest For An Optimal Spin-Polarized Electron Source For The Electron-Ion Collider, J. Biswas, E. Wang, O. Rahman, J. Sharitka, K. Kisslinger, Adam Masters, S. Marsillac, T. Lee

Electrical & Computer Engineering Faculty Publications

Superlattice GaAs photocathodes play a crucial role as the primary source of polarized electrons in various accelerator facilities, including the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF) at Jefferson National Laboratory and the Electron-Ion Collider (EIC) at Brookhaven National Laboratory. To increase the quantum efficiency (QE) of GaAs/GaAsP superlattice photocathodes, a Distributed Bragg Reflector (DBR) is grown underneath using metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD). There are several challenges associated with DBR photocathodes: the resonance peak may not align with the emission threshold of around 780 nm, non-uniform doping density in the top 5 nm may significantly impact QE and spin polarization, …

Thermal Diffusivity And Acoustic Properties Of Nb Thin Films Studied By Time-Domain Thermoreflectance, Md. Obidul Islam, Hani Elsayed-Ali

Electrical & Computer Engineering Faculty Publications

The thermal diffusion and acoustic properties of Nb impacts the thermal management of devices incorporating Nb thin films such as superconducting radiofrequency (SRF) cavities and superconducting high-speed electronic devices. The diffusion and acoustic properties of 200-800 nm thick Nb films deposited on Cu substrates were investigated using time-domain thermoreflectance (TDTR). The films were examined by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and atomic force microscopy. The grain size and thermal diffusivity increase with film thickness. The thermal diffusivity increased from 0.100± 0.002 cm²s^-1 to 0.237± 0.002 cm²s^-1 with the increase in film thickness from 200 …

Parametrization Of Fluid Models For Electrical Breakdown Of Nitrogen At Atmospheric Pressure, Shirshak K. Dhali

Electrical & Computer Engineering Faculty Publications

In the transient phase of an atmospheric pressure discharge, the avalanche turns into a streamer discharge with time. Hydrodynamic fluid models are frequently used to describe the formation and propagation of streamers, where charge particle transport is dominated by the creation of space charge. The required electron transport data and rate coefficients for the fluid model are parameterized using the local mean energy approximation (LMEA) and the local field approximation (LFA). In atmospheric pressure applications, the excited species produced in the electrical discharge determine the subsequent conversion chemistry. We performed the fluid model simulation of streamers in nitrogen gas at …

Transfer Learning For Field Emission Mitigation In Cebaf Srf Cavities, K. Ahammed, J. Li, A. Carpenter, C. Tennant, R. Suleiman

Electrical & Computer Engineering Faculty Publications

The Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF) operates hundreds of superconducting radio frequency (SRF) cavities in its two linear accelerators (linacs). Field emission (FE) is an ongoing operational challenge in higher gradient SRF cavities. FE generates high levels of neutron and gamma radiation leading to damaged accelerator hardware and a radiation hazard environment. During machine development periods, we performed invasive gradient scans to record data capturing the relationship between cavity gradients and radiation levels measured throughout the linacs. However, the field emission environment at CEBAF varies considerably over time as the configuration of the radio-frequency (RF) gradients changes or due …

Direct Measurement Of Microwave Loss In Nb Films For Superconducting Qubits, B. Abdisatarov, D. Bafia, A. Murthy, G. Eremeev, H. E. Elsayed-Ali, J. Lee, A. Netepenko, C. P. A. Carlos, S. Leith, G. J. Rosaz, A. Romanenko, A. Grassellino

Electrical & Computer Engineering Faculty Publications

Niobium films are a key component in modern two-dimensional superconducting qubits, yet their contribution to the total qubit decay rate is not fully understood. The presence of different layers of materials and interfaces makes it difficult to identify the dominant loss channels in present two-dimensional qubit designs. In this paper, we present the study that directly correlates measurements of RF losses in such films to material parameters by investigating a high-power impulse magnetron sputtered (HiPIMS) film atop a three-dimensional niobium superconducting radio frequency (SRF) resonator. By using a 3D SRF structure, we are able to isolate the niobium film loss …

Exploring Crystal Polymorphism In Additive-Assisted Chemical Vapor-Deposited Transition Metal Chalcogenides And Oxides, Lawrence Kirimi Mubwika

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Crystal polymorphism is a phenomenon in which compounds with the same chemical formula can be crystallized into different crystal structures. This phenomenon can be observed in elemental materials, such as diamond and graphite, as well as in compounds, such as the trigonal (1H) or octahedral (1T) prismatic MoS₂. Crystals can also exhibit polytypism by stacking different polymorphs in a certain order, with the stacking sequence determining the variation between polytypes. Although all polymorphs and polytypes have the same chemical composition, each polymorph and polytype possesses unique electronic and physical properties.

This study explores the additive-assisted chemical vapor deposition …

Structural And Magnetic Properties Of Molecular Beam Epitaxy (Mnsb2te4)X(Sb2te3)1−X Topological Materials With Exceedingly High Curie Temperature, Candice R. Forrester, Christophe Testelin, Kaushini Wickramasinghe, Ido Levy, Dominique Demaille, David Hrabovsky, Xiaxin Ding, Lisa Krusin-Elbaum, Gustavo Lopez, Maria C. Tamargo

Publications and Research

Tuning the properties of magnetic topological materials is of interest to realize exotic physical phenomena, new quantum phases and quasiparticles, and topological spintronic devices. However, current topological materials exhibit Curie temperature (T_C) values far below those needed for practical applications. In recent years, significant progress has been made to control and optimize T_C, particularly through defect-engineering of these structures. Most recently, we reported T_C values up to 80 K for (MnSb₂Te₄)_x(Sb₂Te₃)_1−x when 0.7 ≤ x ≤ 0.85 by controlling the composition x and the …

Effective Size Of A Parity-Time-Symmetric Dimer, Li Ge

Publications and Research

Parity-time (PT)-symmetric dimers were introduced to highlight the unusual properties of non-Hermitian systems that are invariant after a combined parity and time reversal operation. They are also the building blocks of a variety of symmetry and topologically protected structures, especially on integrated photonic platforms. As the name suggests, it consists of two coupled oscillators, which can be optical, mechanical, electronic, and so on in nature. In this article, we show that its effective size, defined by the number of lattice sites inversely proportional to the lattice momentum, is surprisingly three instead of two from the perspective of energy quantization. More …

Informational Principles And Structures In Quantum Theory, Yang Yu

Electronic Theses & Dissertations (2024 - present)

This thesis examines the concept of information within the realm of quantum physics, investigating the nuanced relationship between information and physical laws as applied to quantum systems. With no consensus on a single definition of information in the physical sciences, our exploration is partitioned into two significant studies, each addressing distinct aspects of information in quantum contexts.

In the first study, we concentrate on the information that can be obtained from measurement results on identical quantum systems. The traditional approach of using Shannon entropy is limited due to its applicability primarily to discrete probability distributions. By incorporating a Bayesian update …

X-Ray Absorption And Related Studies In Superconducting Devices And Magnetic Thin Films, Ghadendra Bahadur Bhandari

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Superconducting and magnetic thin films are commonly used in sensors for analytical detectors, especially those that operate at very low temperatures, often below 1 Kelvin. These highly sensitive detectors, capable of functioning across a broad range of wavelengths, have garnered significant interest in scientific research. The focus of this thesis is to address a material challenge associated with an emerging technology known as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs). The research involves the study of Al/Si and Al-Mn/Si-based thin films, as well as an investigation into the magnetic properties of LaMnO₃ thin films. LaMnO₃, a perovskite thin film that plays a …

A Floquet Solver For Time Periodic Open Quantum Systems, Fenton Ross Clawson

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Computational physics has been a backbone of experimental and theoretical physics since the 1940’s, when the first nuclear bomb and ballistic simulations were per- formed at Los Alamos Laboratory. Nowadays, however, simulation of open quan- tum systems has been formalized into coding packages and user-friendly functions, such as QuTiP or Qiskit, which allow users to simulate these systems without hav- ing the in-depth knowledge required to build the computational backbone from the ground-up. With the shift in modern quantum physics towards the realization of quantum computation, a strong computational background is still necessary to lend validity to theoretical results and …

Processing, Stability, And High-Temperature Properties Of Doped Lacro3-Based Refractory Ceramics And Composites For Harsh Environments Sensing Applications, Javier A. Mena

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

In order to test and monitor the operational stability and conditions of various energy, transportation, and manufacturing systems and their components, accurate sensors capable of operating at temperatures over 1000 °C in various environments for long durations are required. In addition, many of these harsh environmental systems do not permit sensors to be directly inserted into the environment, so the sensors need to be embedded into the surrounding support or thermal protective materials. Some technological and industrial applications that require the use of harsh environment conditions sensing include nuclear and chemical reactors, jet engines, heavyduty gas turbines, rotating bearings in …

Experimental Verification And Time-Resolved Bispectral Analysis Of Nonlinear Coupling In The Toroidicity-Induced Alfv´En Eigenmode Spectrum, Gregory Allen Riggs

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

In magnetically-confined fusion devices, the toroidicity-induced Alfv´en eigenmode (TAE) is a well-studied, weakly stable solution of the linearized ideal magnetohydrodynamic (MHD) equations. Due to intrinsic coupling of poloidal harmonics of the shear Alfv´en wave (SAW) in toroidal geometry, the rotational transform of magnetic field lines modulates the effective index of refraction, ensuring gaps in the so-called “Alfv´en continuum.” Experimental verification of theoretical predictions for various parameters of interest (i.e., frequency, mode structure, instability threshold, etc.) is established in the literature.

We present the first systematic study of TAE-TAE phase coherence in an experimental device, using the DIII-D tokamak. Crucially, nonlinear …

Gas Evolution Of A Nickel-Zinc Cell, Niklas Landgraf

Graduate Theses/Dissertations

Batteries are a foundational technology in some of the industries most essential to humanity. Often, their advancement to achieve better performance impacts human lives positively. There are a wide variety of battery chemistries that have been utilized, and the differences in their properties have caused them to be used in many distinct niche applications. Nickel-Zinc (NiZn) batteries are desirable because of their recyclable materials, high cell voltage, and high cycle-life. However, it experiences undesirable shape-change of its electrode materials and gas production due to the electrolysis of the aqueous electrolyte. These can lead to a decrease in capacity over many …