Visualização do funil de enovelamento de proteínas

Pós-graduação em Biofísica Molecular - IBILCE

LONG TIME CORRELATIONS OF NONLINEAR LUTTINGER LIQUIDS

An overview is given of the limitations of Luttinger liquid theory in describing the real time equilibrium dynamics of critical one-dimensional systems with nonlinear dispersion relation. After exposing the singularities of perturbation theory in band curvature effects that break the Lorentz invariance of the Tomonaga-Luttinger model, the origin of high frequency oscillations in the long time behaviour of correlation functions is discussed. The notion that correlations decay exponentially at finite temperature is challenged by the effects of diffusion in the density-density correlation due to umklapp scattering in lattice models.

Entanglement of excited states in critical spin chains

Renyi and von Neumann entropies quantifying the amount of entanglement in ground states of critical spin chains are known to satisfy a universal law which is given by the conformal field theory (CFT) describing their scaling regime. This law can be generalized to excitations described by primary fields in CFT, as was done by Alcaraz et al in 2011 (see reference [1], of which this work is a completion). An alternative derivation is presented, together with numerical verifications of our results in different models belonging to the c = 1, 1/2 universality classes. Oscillations of the Renyi entropy in excited states are also discussed.

Irreversibility by competition on a Glauber-Ising model by means of the entropy production.

An out of equilibrium Ising model subjected to an irreversible dynamics is analyzed by means of a stochastic dynamics, on a effort that aims to understand the observed critical behavior as consequence of the intrinsic microscopic characteristics. The study focus on the kinetic phase transitions that take place by assuming a lattice model with inversion symmetry and under the influence of two competing Glauber dynamics, intended to describe the stationary states using the entropy production, which characterize the system behavior and clarifies its reversibility conditions. Thus, it is considered a square lattice formed by two sublattices interconnected, each one of which is in contact with a heat bath at different temperature from the other. Analytical and numerical treatments are faced, using mean-field approximations and Monte Carlo simulations. For the one dimensional model exact results for the entropy production were obtained, though in this case the phase transition that takes place in the two dimensional counterpart is not observed, fact which is in accordance with the behavior shared by lattice models presenting inversion symmetry. Results found for the stationary state show a critical behavior of the same class as the equilibrium Ising model with a phase transition of the second order, which is evidenced by a divergence with an exponent µ ¼ 0:003 of the entropy production derivative.

Stretching single-domain proteins: Phase diagram and kinetics of force-induced unfolding

Single-molecule force spectroscopy reveals unfolding of domains in titin on stretching. We provide a theoretical framework for these experiments by computing the phase diagrams for force-induced unfolding of single-domain proteins using lattice models. The results show that two-state folders (at zero force) unravel cooperatively, whereas stretching of non-two-state folders occurs through intermediates. The stretching rates of individual molecules show great variations reflecting the heterogeneity of force-induced unfolding pathways. The approach to the stretched state occurs in a stepwise “quantized” manner. Unfolding dynamics and forces required to stretch proteins depend sensitively on topology. The unfolding rates increase exponentially with force f till an optimum value, which is determined by the barrier to unfolding when f = 0. A mapping of these results to proteins shows qualitative agreement with force-induced unfolding of Ig-like domains in titin. We show that single-molecule force spectroscopy can be used to map the folding free energy landscape of proteins in the absence of denaturants.

Changes in brain cell shape create residual extracellular space volume and explain tortuosity behavior during osmotic challenge

Diffusion of molecules in brain extracellular space is constrained by two macroscopic parameters, tortuosity factor λ and volume fraction α. Recent studies in brain slices show that when osmolarity is reduced, λ increases while α decreases. In contrast, with increased osmolarity, α increases, but λ attains a plateau. Using homogenization theory and a variety of lattice models, we found that the plateau behavior of λ can be explained if the shape of brain cells changes nonuniformly during the shrinking or swelling induced by osmotic challenge. The nonuniform cellular shrinkage creates residual extracellular space that temporarily traps diffusing molecules, thus impeding the macroscopic diffusion. The paper also discusses the definition of tortuosity and its independence of the measurement frame of reference.

Toward an outline of the topography of a realistic protein-folding funnel.

Experimental information on the structure and dynamics of molten globules gives estimates for the energy landscape's characteristics for folding highly helical proteins, when supplemented by a theory of the helix-coil transition in collapsed heteropolymers. A law of corresponding states relating simulations on small lattice models to real proteins possessing many more degrees of freedom results. This correspondence reveals parallels between "minimalist" lattice results and recent experimental results for the degree of native character of the folding transition state and molten globule and also pinpoints the needs of further experiments.

Solution of the dual reflection equation for A(n-1)((1)) solid-on-solid model

We obtain a diagonal solution of the dual reflection equation for the elliptic A(n-1)((1)) solid-on-solid model. The isomorphism between the solutions of the reflection equation and its dual is studied. (C) 2004 American Institute of Physics.

Central elements of the elliptic Zn monodromy matrix algebra at roots of unity

The central elements of the algebra of monodromy matrices associated with the Z(n) R-matrix are studied. When the crossing parameter w takes a special rational value w = n/N, where N and n are positive coprime integers, the center is substantially larger than that in the generic case for which the quantum determinant provides the center. In the trigonometric limit, the situation corresponds to the quantum group at roots of unity. This is a higher rank generalization of the recent results by Belavin and Jimbo. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Statistics of noise-driven coupled nonlinear oscillators:applications to systems with Kerr nonlinearity

We present exact analytical results for the statistics of nonlinear coupled oscillators under the influence of additive white noise. We suggest a perturbative approach for analysing the statistics of such systems under the action of a deterministic perturbation, based on the exact expressions for probability density functions for noise-driven oscillators. Using our perturbation technique we show that our results can be applied to studying the optical signal propagation in noisy fibres at (nearly) zero dispersion as well as to weakly nonlinear lattice models with additive noise. The approach proposed can account for a wide spectrum of physically meaningful perturbations and is applicable to the case of large noise strength. © 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Représentations et fusion des algèbres de Temperley-Lieb originale et diluée

Les algèbres de Temperley-Lieb originales, aussi dites régulières, apparaissent dans de nombreux modèles statistiques sur réseau en deux dimensions: les modèles d'Ising, de Potts, des dimères, celui de Fortuin-Kasteleyn, etc. L'espace d'Hilbert de l'hamiltonien quantique correspondant à chacun de ces modèles est un module pour cette algèbre et la théorie de ses représentations peut être utilisée afin de faciliter la décomposition de l'espace en blocs; la diagonalisation de l'hamiltonien s'en trouve alors grandement simplifiée. L'algèbre de Temperley-Lieb diluée joue un rôle similaire pour des modèles statistiques dilués, par exemple un modèle sur réseau où certains sites peuvent être vides; ses représentations peuvent alors être utilisées pour simplifier l'analyse du modèle comme pour le cas original. Or ceci requiert une connaissance des modules de cette algèbre et de leur structure; un premier article donne une liste complète des modules projectifs indécomposables de l'algèbre diluée et un second les utilise afin de construire une liste complète de tous les modules indécomposables des algèbres originale et diluée. La structure des modules est décrite en termes de facteurs de composition et par leurs groupes d'homomorphismes. Le produit de fusion sur l'algèbre de Temperley-Lieb originale permet de «multiplier» ensemble deux modules sur cette algèbre pour en obtenir un autre. Il a été montré que ce produit pouvait servir dans la diagonalisation d'hamiltoniens et, selon certaines conjectures, il pourrait également être utilisé pour étudier le comportement de modèles sur réseaux dans la limite continue. Un troisième article construit une généralisation du produit de fusion pour les algèbres diluées, puis présente une méthode pour le calculer. Le produit de fusion est alors calculé pour les classes de modules indécomposables les plus communes pour les deux familles, originale et diluée, ce qui vient ajouter à la liste incomplète des produits de fusion déjà calculés par d'autres chercheurs pour la famille originale. Finalement, il s'avère que les algèbres de Temperley-Lieb peuvent être associées à une catégorie monoïdale tressée, dont la structure est compatible avec le produit de fusion décrit ci-dessus. Le quatrième article calcule explicitement ce tressage, d'abord sur la catégorie des algèbres, puis sur la catégorie des modules sur ces algèbres. Il montre également comment ce tressage permet d'obtenir des solutions aux équations de Yang-Baxter, qui peuvent alors être utilisées afin de construire des modèles intégrables sur réseaux.

The D(D-3)-anyon chain: integrable boundary conditions and excitation spectra

Chains of interacting non-Abelian anyons with local interactions invariant under the action of the Drinfeld double of the dihedral group D-3 are constructed. Formulated as a spin chain the Hamiltonians are generated from commuting transfer matrices of an integrable vertex model for periodic and braided as well as open boundaries. A different anyonic model with the same local Hamiltonian is obtained within the fusion path formulation. This model is shown to be related to an integrable fusion interaction round the face model. Bulk and surface properties of the anyon chain are computed from the Bethe equations for the spin chain. The low-energy effective theories and operator content of the models (in both the spin chain and fusion path formulation) are identified from analytical and numerical studies of the finite-size spectra. For all boundary conditions considered the continuum theory is found to be a product of two conformal field theories. Depending on the coupling constants the factors can be a Z(4) parafermion or a M-(5,M-6) minimal model.

Truncation identities for the small polaron fusion hierarchy

We study a one-dimensional lattice model of interacting spinless fermions. This model is integrable for both periodic and open boundary conditions; the latter case includes the presence of Grassmann valued non-diagonal boundary fields breaking the bulk U(1) symmetry of the model. Starting from the embedding of this model into a graded Yang-Baxter algebra, an infinite hierarchy of commuting transfer matrices is constructed by means of a fusion procedure. For certain values of the coupling constant related to anisotropies of the underlying vertex model taken at roots of unity, this hierarchy is shown to truncate giving a finite set of functional equations for the spectrum of the transfer matrices. For generic coupling constants, the spectral problem is formulated in terms of a functional (or TQ-)equation which can be solved by Bethe ansatz methods for periodic and diagonal open boundary conditions. Possible approaches for the solution of the model with generic non-diagonal boundary fields are discussed.

Représentations et fusion des algèbres de Temperley-Lieb originale et diluée

Les algèbres de Temperley-Lieb originales, aussi dites régulières, apparaissent dans de nombreux modèles statistiques sur réseau en deux dimensions: les modèles d'Ising, de Potts, des dimères, celui de Fortuin-Kasteleyn, etc. L'espace d'Hilbert de l'hamiltonien quantique correspondant à chacun de ces modèles est un module pour cette algèbre et la théorie de ses représentations peut être utilisée afin de faciliter la décomposition de l'espace en blocs; la diagonalisation de l'hamiltonien s'en trouve alors grandement simplifiée. L'algèbre de Temperley-Lieb diluée joue un rôle similaire pour des modèles statistiques dilués, par exemple un modèle sur réseau où certains sites peuvent être vides; ses représentations peuvent alors être utilisées pour simplifier l'analyse du modèle comme pour le cas original. Or ceci requiert une connaissance des modules de cette algèbre et de leur structure; un premier article donne une liste complète des modules projectifs indécomposables de l'algèbre diluée et un second les utilise afin de construire une liste complète de tous les modules indécomposables des algèbres originale et diluée. La structure des modules est décrite en termes de facteurs de composition et par leurs groupes d'homomorphismes. Le produit de fusion sur l'algèbre de Temperley-Lieb originale permet de «multiplier» ensemble deux modules sur cette algèbre pour en obtenir un autre. Il a été montré que ce produit pouvait servir dans la diagonalisation d'hamiltoniens et, selon certaines conjectures, il pourrait également être utilisé pour étudier le comportement de modèles sur réseaux dans la limite continue. Un troisième article construit une généralisation du produit de fusion pour les algèbres diluées, puis présente une méthode pour le calculer. Le produit de fusion est alors calculé pour les classes de modules indécomposables les plus communes pour les deux familles, originale et diluée, ce qui vient ajouter à la liste incomplète des produits de fusion déjà calculés par d'autres chercheurs pour la famille originale. Finalement, il s'avère que les algèbres de Temperley-Lieb peuvent être associées à une catégorie monoïdale tressée, dont la structure est compatible avec le produit de fusion décrit ci-dessus. Le quatrième article calcule explicitement ce tressage, d'abord sur la catégorie des algèbres, puis sur la catégorie des modules sur ces algèbres. Il montre également comment ce tressage permet d'obtenir des solutions aux équations de Yang-Baxter, qui peuvent alors être utilisées afin de construire des modèles intégrables sur réseaux.

Topological insulating phases from two-dimensional nodal loop semimetals

Starting from a minimal model for a two-dimensional nodal loop semimetal, we study the effect of chiral mass gap terms. The resulting Dirac loop anomalous Hall insulator’s Chern number is the phase-winding number of the mass gap terms on the loop.We provide simple lattice models, analyze the topological phases, and generalize a previous index characterizing topological transitions. The responses of the Dirac loop anomalous Hall and quantum spin Hall insulators to a magnetic field’s vector potential are also studied both in weak- and strong-field regimes, as well as the edge states in a ribbon geometry.