Hysteresis and avalanches in the T=0 random field ising model with 2-spin flip dynamics

We study the nonequilibrium behavior of the three-dimensional Gaussian random-field Ising model at T=0 in the presence of a uniform external field using a two-spin-flip dynamics. The deterministic, history-dependent evolution of the system is compared with the one obtained with the standard one-spin-flip dynamics used in previous studies of the model. The change in the dynamics yields a significant suppression of coercivity, but the distribution of avalanches (in number and size) stays remarkably similar, except for the largest ones that are responsible for the jump in the saturation magnetization curve at low disorder in the thermodynamic limit. By performing a finite-size scaling study, we find strong evidence that the change in the dynamics does not modify the universality class of the disorder-induced phase transition.

Polyconductivity in polypyrrole: The correlated electron gas

p-toluensulfonate doped polypyrrole (PPy), undergoes an electric-field induced reversible transition from an insulating state to a highly conductive one. The spatially average field can be as small as 200 V/cm, when the temperature of the sample is below 20 K. The applied electric field leads to a sharp jump in the value of the current to a value which is nearly five orders of magnitude higher than before. When the applied electric field is reduced to below a critical value, the system switches back to a low conductive state. The effect is reversible, symmetric in voltage, and reproducible for different samples. The switching is, we believe, an electronic glass melting transition and it is due to the disordered, highly charged granular nature of PPy.

Observation of two-magnon bound states in the spin-1 anisotropic Heisenberg antiferromagnetic chain system NiCl2-4SC(NH2)(2)

Results of systematic tunable-frequency ESR studies of the spin dynamics in NiCl2-4SC(NH2)(2) (known as DTN), a gapped S = 1 chain system with easy-plane anisotropy dominating over the exchange coupling (large-D chain), are presented. We have obtained direct evidence for two-magnon bound states, predicted for S = 1 large-D spin chains in the fully spin-polarized (FSP) phase. The frequency-field dependence of the corresponding excitations was calculated using the set of parameters obtained earlier [S.A. Zvyagin, et al., Phys. Rev. Lett. 98 (2007) 047205]. Very good agreement between the calculations and the experiment was obtained. It is argued that the observation of transitions from the ground to two-magnon bound states might indicate a more complex picture of magnetic interactions in DTN, involving a finite in-plane anisotropy. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Cellular automaton model for molecular traffic jams

We consider the time evolution of an exactly solvable cellular automaton with random initial conditions both in the large-scale hydrodynamic limit and on the microscopic level. This model is a version of the totally asymmetric simple exclusion process with sublattice parallel update and thus may serve as a model for studying traffic jams in systems of self-driven particles. We study the emergence of shocks from the microscopic dynamics of the model. In particular, we introduce shock measures whose time evolution we can compute explicitly, both in the thermodynamic limit and for open boundaries where a boundary-induced phase transition driven by the motion of a shock occurs. The motion of the shock, which results from the collective dynamics of the exclusion particles, is a random walk with an internal degree of freedom that determines the jump direction. This type of hopping dynamics is reminiscent of some transport phenomena in biological systems.

A new approach to the experimental determination of the critical temperature of metamagnets

A new approach to the experimental determination of the critical temperature of metamagnetic samples with non-zero demagnetizing factors is presented. The method is applied to metamagnetic Ni(NO3)2·2H2O, allowing the conclusion that this salt exhibits a tricritical point. Pressure dependence of the critical temperature, and the existence of a pressure-induced metamagnetic transition are also reported. © 1986.

A possible tricritical line in Ni(NO3)2 · 2H2O

We obtain the behaviour of the critical (possibly tricritical) point for metamagnetic Ni(NO3)2·2H2O as a function of several applied hydrostatic pressures up to 11 kbar. The obtained line of possible tricritical points greatly suggests a pressure induced metamagnetic transition in a 0.8 kbar range. © 1987.

New insights into the structural characteristics of irradiated crotamine

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Exercise Training Restores Cardiac Protein Quality Control in Heart Failure

Exercise training is a well-known coadjuvant in heart failure treatment; however, the molecular mechanisms underlying its beneficial effects remain elusive. Despite the primary cause, heart failure is often preceded by two distinct phenomena: mitochondria dysfunction and cytosolic protein quality control disruption. The objective of the study was to determine the contribution of exercise training in regulating cardiac mitochondria metabolism and cytosolic protein quality control in a post-myocardial infarction-induced heart failure (MI-HF) animal model. Our data demonstrated that isolated cardiac mitochondria from MI-HF rats displayed decreased oxygen consumption, reduced maximum calcium uptake and elevated H2O2 release. These changes were accompanied by exacerbated cardiac oxidative stress and proteasomal insufficiency. Declined proteasomal activity contributes to cardiac protein quality control disruption in our MI-HF model. Using cultured neonatal cardiomyocytes, we showed that either antimycin A or H2O2 resulted in inactivation of proteasomal peptidase activity, accumulation of oxidized proteins and cell death, recapitulating our in vivo model. Of interest, eight weeks of exercise training improved cardiac function, peak oxygen uptake and exercise tolerance in MI-HF rats. Moreover, exercise training restored mitochondrial oxygen consumption, increased Ca2+-induced permeability transition and reduced H2O2 release in MI-HF rats. These changes were followed by reduced oxidative stress and better cardiac protein quality control. Taken together, our findings uncover the potential contribution of mitochondrial dysfunction and cytosolic protein quality control disruption to heart failure and highlight the positive effects of exercise training in re-establishing cardiac mitochondrial physiology and protein quality control, reinforcing the importance of this intervention as a nonpharmacological tool for heart failure therapy.

Dynamical measurements with quartz resonators

Dynamische Messungen mit Quarzresonatoren Die Resonanzfrequenz von Quarzoszillatoren liegt im MHz-Bereich. Die Resonanzen haben hohe Gueten und sind somit empfindlich auf kleine Aenderungen an der Resonatoroberflaeche. 1. Es wurde ein Aufbau entwickelt, um Reibung bei hohen Oberflaechengeschwindigkeiten zu messen (v = 1 m/s). Bei Annaeherung einer Kugel steigen Resonanzfrequenz sowie -breite des Schwingquarzes an. Für groeßere Normalkraefte entsteht ein elastischer Kontakt, der die Frequenzerhoehung erklaert. Kurz vor Eintreten dieses Kontaktes durchlaeuft die Daempfung ein Maximum, das charakteristisch ist für das Auftreten von Reibung. Bei Erhoehung der Schichtdicke (0,4-2,5 nm) einer Schmiermittelbeschichtung (Perfluoropolyether) verringern sich sowohl die Hoehe als auch die Breite dieses Maximums. Es verschwindet mit vollstaendiger Belegung mit einer Monolage (ca. 2 nm). Dies wird durch einen intermittierenden Kontakt der beiden Oberflaechen erklaert. 2. Die Schwingquarzoberfläche wurde mit Polymerbuersten verschiedener Schichtdicken (12-230 nm) beschichtet. Der Loesungsmittelgehalt in diesen Filmen variiert mit dem Dampfdruck der umgebenden Toluolatmosphaere. Bei Trocknung durchlaufen die Filme einen loesungsmittelinduzierten Glasuebergang. Die Sorptionskurven (Loesungsmittelgehalt gegen Dampfdruck) zeigen eine Knick beim Glasuebergang, ihre Ableitungen dagegen eine Stufe. Fuer duenner werdende Schichten verschiebt sich diese Stufe zu niedrigerem Dampfdruck sowie geringerem Loesungsmittelgehalt. Außerdem wird sie breiter und ihre Hoehe nimmt ab.

Comparison of model potentials for molecular dynamics simulation of crystalline silica

Simulationen von SiO2 mit dem von van Beest, Kramer und vanSanten (BKS) entwickelten Paarpotenzial erzeugen vielezufriedenstellende Ergebnisse, aber auch charakteristischeSchwachstellen. In dieser Arbeit wird das BKS-Potenzial mitzwei kürzlich vorgeschlagenen Potenzialen verglichen, dieeffektiv Mehrteilchen-Wechselwirkungen beinhalten. Der ersteAnsatz erlaubt dazu fluktuierende Ladungen, der zweiteinduzierbare Polarisierungen auf den Sauerstoffatomen. Die untersuchten Schwachstellen des BKS Potenzialsbeinhalten das Verhältnis der zwei Gitterkonstanten a und cim Quarzübergang, das von BKS falsch beschrieben wird.Cristobalit und Tridymit erscheinen instabil mit BKS.Weiterhin zeigt die BKS-Zustandsdichte charakteristischeAbweichungen von der wahren Zustandsdichte. DerÜbergangsdruck für den Stishovit I-II Übergang wird deutlichüberschätzt. Das Fluktuierende-Ladungs-Modell verbesserteinige der genannten Punkte, reproduziert aber viele andereEigenschaften schlechter als BKS. DasFluktierende-Dipol-Modell dagegen behebt alle genanntenArtefakte. Zusätzlich wird der druckinduzierte Phasenübergang imalpha-Quarz untersucht. Alle Potentiale finden die selbeStruktur für Quarz II. Bei anschliessender Dekompressionerzeugt BKS eine weitere Phase, während die beiden anderenPotentiale wieder zum alpha-Quarz zurückkehren. Weiterhinwerden zwei Methoden entwickelt, um die piezoelektrischenKonstanten bei konstantem Druck zu bestimmen. Die Ergebnissegeben Hinweise auf eine möglicherweisenicht-elektrostatische Natur der Polarisierungen imFluktuierende-Dipole-Modell. Mit dieser Interpretation scheint das Fluktuierende-DipolPotential alle verfügbaren experimentellen Daten am bestenvon allen drei untersuchten Ansätzen zu reproduzieren.

Kinetic modeling and experiments on gas uptake and chemical transformation of organic aerosol in the atmosphere

Aerosolpartikel beeinflussen das Klima durch Streuung und Absorption von Strahlung sowie als Nukleations-Kerne für Wolkentröpfchen und Eiskristalle. Darüber hinaus haben Aerosole einen starken Einfluss auf die Luftverschmutzung und die öffentliche Gesundheit. Gas-Partikel-Wechselwirkunge sind wichtige Prozesse, weil sie die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aerosolen wie Toxizität, Reaktivität, Hygroskopizität und optische Eigenschaften beeinflussen. Durch einen Mangel an experimentellen Daten und universellen Modellformalismen sind jedoch die Mechanismen und die Kinetik der Gasaufnahme und der chemischen Transformation organischer Aerosolpartikel unzureichend erfasst. Sowohl die chemische Transformation als auch die negativen gesundheitlichen Auswirkungen von toxischen und allergenen Aerosolpartikeln, wie Ruß, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und Proteine, sind bislang nicht gut verstanden.rn Kinetische Fluss-Modelle für Aerosoloberflächen- und Partikelbulk-Chemie wurden auf Basis des Pöschl-Rudich-Ammann-Formalismus für Gas-Partikel-Wechselwirkungen entwickelt. Zunächst wurde das kinetische Doppelschicht-Oberflächenmodell K2-SURF entwickelt, welches den Abbau von PAK auf Aerosolpartikeln in Gegenwart von Ozon, Stickstoffdioxid, Wasserdampf, Hydroxyl- und Nitrat-Radikalen beschreibt. Kompetitive Adsorption und chemische Transformation der Oberfläche führen zu einer stark nicht-linearen Abhängigkeit der Ozon-Aufnahme bezüglich Gaszusammensetzung. Unter atmosphärischen Bedingungen reicht die chemische Lebensdauer von PAK von wenigen Minuten auf Ruß, über mehrere Stunden auf organischen und anorganischen Feststoffen bis hin zu Tagen auf flüssigen Partikeln. rn Anschließend wurde das kinetische Mehrschichtenmodell KM-SUB entwickelt um die chemische Transformation organischer Aerosolpartikel zu beschreiben. KM-SUB ist in der Lage, Transportprozesse und chemische Reaktionen an der Oberfläche und im Bulk von Aerosol-partikeln explizit aufzulösen. Es erforder im Gegensatz zu früheren Modellen keine vereinfachenden Annahmen über stationäre Zustände und radiale Durchmischung. In Kombination mit Literaturdaten und neuen experimentellen Ergebnissen wurde KM-SUB eingesetzt, um die Effekte von Grenzflächen- und Bulk-Transportprozessen auf die Ozonolyse und Nitrierung von Protein-Makromolekülen, Ölsäure, und verwandten organischen Ver¬bin-dungen aufzuklären. Die in dieser Studie entwickelten kinetischen Modelle sollen als Basis für die Entwicklung eines detaillierten Mechanismus für Aerosolchemie dienen sowie für das Herleiten von vereinfachten, jedoch realistischen Parametrisierungen für großskalige globale Atmosphären- und Klima-Modelle. rn Die in dieser Studie durchgeführten Experimente und Modellrechnungen liefern Beweise für die Bildung langlebiger reaktiver Sauerstoff-Intermediate (ROI) in der heterogenen Reaktion von Ozon mit Aerosolpartikeln. Die chemische Lebensdauer dieser Zwischenformen beträgt mehr als 100 s, deutlich länger als die Oberflächen-Verweilzeit von molekularem O3 (~10-9 s). Die ROIs erklären scheinbare Diskrepanzen zwischen früheren quantenmechanischen Berechnungen und kinetischen Experimenten. Sie spielen eine Schlüsselrolle in der chemischen Transformation sowie in den negativen Gesundheitseffekten von toxischen und allergenen Feinstaubkomponenten, wie Ruß, PAK und Proteine. ROIs sind vermutlich auch an der Zersetzung von Ozon auf mineralischem Staub und an der Bildung sowie am Wachstum von sekundären organischen Aerosolen beteiligt. Darüber hinaus bilden ROIs eine Verbindung zwischen atmosphärischen und biosphärischen Mehrphasenprozessen (chemische und biologische Alterung).rn Organische Verbindungen können als amorpher Feststoff oder in einem halbfesten Zustand vorliegen, der die Geschwindigkeit von heterogenen Reaktionenen und Mehrphasenprozessen in Aerosolen beeinflusst. Strömungsrohr-Experimente zeigen, dass die Ozonaufnahme und die oxidative Alterung von amorphen Proteinen durch Bulk-Diffusion kinetisch limitiert sind. Die reaktive Gasaufnahme zeigt eine deutliche Zunahme mit zunehmender Luftfeuchte, was durch eine Verringerung der Viskosität zu erklären ist, bedingt durch einen Phasenübergang der amorphen organischen Matrix von einem glasartigen zu einem halbfesten Zustand (feuchtigkeitsinduzierter Phasenübergang). Die chemische Lebensdauer reaktiver Verbindungen in organischen Partikeln kann von Sekunden bis zu Tagen ansteigen, da die Diffusionsrate in der halbfesten Phase bei niedriger Temperatur oder geringer Luftfeuchte um Größenordnungen absinken kann. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen wie halbfeste Phasen die Auswirkung organischeer Aerosole auf Luftqualität, Gesundheit und Klima beeinflussen können. rn

Phase identity of the maize leaf is determined after leaf initiation

The vegetative development of the maize shoot can be divided into juvenile and adult phases based on the types of leaves produced at different times in shoot development. Models for the regulation of phase change make explicit predictions about when the identity of these types of leaves is determined. To test these models, we examined the timing of leaf type determination in maize. Clones induced in transition leaf primordia demonstrated that the juvenile and adult regions of these leaves do not become clonally distinct until after the primordium is 700 μm in length, implying that these cell fates were undetermined at this stage of leaf development. Adult shoot apices were cultured in vitro to induce rejuvenation. We found that leaf primordia as large as 3 mm in length can be at least partially rejuvenated by this treatment, and the location of rejuvenated tissue is correlated with the maturation pattern of the leaf. The amount and distribution of juvenile tissue in rejuvenated leaves suggests that rejuvenation occurs nearly simultaneously in all leaf primordia. In vitro culture rejuvenated existing leaf primordia and the P0 primordium, but did not change the identity of subsequent primordia or the total number of leaves produced by the shoot. This result suggests that leaf identity can be regulated independently of the identity of the shoot apical meristem, and it implies that vegetative phase change is not initiated by a change in the identity of the shoot apical meristem.

Bulk and surface switching in Mn-Fe-based Prussian blue analogues

Many Prussian Blue Analogues are known to show a thermally induced phase transition close to room temperature and a reversible, photo-induced phase transition at low temperatures. This work reports on magnetic measurements, X-ray photoemission and Raman spectroscopy on a particular class of these molecular heterobimetallic systems, specifically on Rb0.81Mn[Fe(CN)6]0.95_1.24H2O, Rb0.97Mn[Fe(CN)6]0.98_1.03H2O and Rb0.70Cu0.22Mn0.78[Fe(CN)6]0.86_2.05H2O, to investigate these transition phenomena both in the bulk of the material and at the sample surface. Results indicate a high degree of charge transfer in the bulk, while a substantially reduced conversion is found at the sample surface, even in case of a near perfect (Rb:Mn:Fe=1:1:1) stoichiometry. Thus, the intrinsic incompleteness of the charge transfer transition in these materials is found to be primarily due to surface reconstruction. Substitution of a large fraction of charge transfer active Mn ions by charge transfer inactive Cu ions leads to a proportional conversion reduction with respect to the maximum conversion that is still stoichiometrically possible and shows the charge transfer capability of metal centers to be quite robust upon inclusion of a neighboring impurity. Additionally, a 532 nm photo-induced metastable state, reminiscent of the high temperature Fe(III)Mn(II) ground state, is found at temperatures 50-100 K. The efficiency of photo-excitation to the metastable state is found to be maximized around 90 K. The photo-induced state is observed to relax to the low temperature Fe(II)Mn(III) ground state at a temperature of approximately 123 K.

Photochemical dynamics of laser-irradiated semiconductor nanostructures

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Effects of synthetic conditions on the structural, stability and ion conducting properties of Li0.30(La0.50Ln0.50)0.567TiO3 (Ln= La, Pr, Nd) solid electrolytes for rechargeable lithium batteries

The structure, thermal stability, morphology and ion conductivity of titanium perovskites with the general formula Li3xLn2/3−xTiO3 (Ln = rare earth element; 3x= 0.30) are studied in the context of their possible use as solid electrolyte materials for lithium ion batteries. Materials are prepared by a glycine-nitrate method using different sintering treatments, with a cation-disorder-induced structural transition from tetragonal to cubic symmetry, detected as quenching temperature increases. SEM images show that the average grain size increases with increasing sintering temperature and time. Slightly higher bulk conductivity values have been observed for quenched samples sintered at high temperature. Bulk conductivity decreases with the lanthanide ion size. A slight conductivity enhancement, always limited by grain boundaries, is observed for longer sintering times. TDX measurements of the electrolyte/cathode mixtures also show a good stability of the electrolytes in the temperature range of 30-1100ºC.