Théorème de Pleijel pour l'oscillateur harmonique quantique

L'objectif de ce mémoire est de démontrer certaines propriétés géométriques des fonctions propres de l'oscillateur harmonique quantique. Nous étudierons les domaines nodaux, c'est-à-dire les composantes connexes du complément de l'ensemble nodal. Supposons que les valeurs propres ont été ordonnées en ordre croissant. Selon un théorème fondamental dû à Courant, une fonction propre associée à la $n$-ième valeur propre ne peut avoir plus de $n$ domaines nodaux. Ce résultat a été prouvé initialement pour le laplacien de Dirichlet sur un domaine borné mais il est aussi vrai pour l'oscillateur harmonique quantique isotrope. Le théorème a été amélioré par Pleijel en 1956 pour le laplacien de Dirichlet. En effet, on peut donner un résultat asymptotique plus fort pour le nombre de domaines nodaux lorsque les valeurs propres tendent vers l'infini. Dans ce mémoire, nous prouvons un résultat du même type pour l'oscillateur harmonique quantique isotrope. Pour ce faire, nous utiliserons une combinaison d'outils classiques de la géométrie spectrale (dont certains ont été utilisés dans la preuve originale de Pleijel) et de plusieurs nouvelles idées, notamment l'application de certaines techniques tirées de la géométrie algébrique et l'étude des domaines nodaux non-bornés.

Fault Tolerant Error Coding and Detection using Reversible Gates

In recent years, reversible logic has emerged as one of the most important approaches for power optimization with its application in low power CMOS, quantum computing and nanotechnology. Low power circuits implemented using reversible logic that provides single error correction – double error detection (SEC-DED) is proposed in this paper. The design is done using a new 4 x 4 reversible gate called ‘HCG’ for implementing hamming error coding and detection circuits. A parity preserving HCG (PPHCG) that preserves the input parity at the output bits is used for achieving fault tolerance for the hamming error coding and detection circuits.

Extracellular β-glucosidase Production by a Marine Aspergillus sydowii BTMFS 55 under Solid State Fermentation Using Statistical Experimental Design

A potential fungal strain producing extracellular β-glucosidase enzyme was isolated from sea water and identified as ^ëéÉêJ Öáääìë=ëóÇçïáá BTMFS 55 by a molecular approach based on 28S rDNA sequence homology which showed 93% identity with already reported sequences of ^ëéÉêÖáääìë=ëóÇçïáá in the GenBank. A sequential optimization strategy was used to enhance the production of β-glucosidase under solid state fermentation (SSF) with wheat bran (WB) as the growth medium. The two-level Plackett-Burman (PB) design was implemented to screen medium components that influence β-glucosidase production and among the 11 variables, moisture content, inoculums, and peptone were identified as the most significant factors for β-glucosidase production. The enzyme was purified by (NH4)2SO4 precipitation followed by ion exchange chromatography on DEAE sepharose. The enzyme was a monomeric protein with a molecular weight of ~95 kDa as determined by SDS-PAGE. It was optimally active at pH 5.0 and 50°C. It showed high affinity towards éNPG and enzyme has a hã and sã~ñ of 0.67 mM and 83.3 U/mL, respectively. The enzyme was tolerant to glucose inhibition with a há of 17 mM. Low concentration of alcohols (10%), especially ethanol, could activate the enzyme. A considerable level of ethanol could produce from wheat bran and rice straw after 48 and 24 h, respectively, with the help of p~ÅÅÜ~êçãóÅÉë=ÅÉêÉîáëá~É in presence of cellulase and the purified β-glucosidase of ^ëéÉêÖáääìë=ëóÇçïáá BTMFS 55.

Polarisation von Licht im Physikunterricht : ein Elementarisierungsansatz zur Einführung in quantenphysikalische Begriffe und Prinzipien

In der vorliegenden Arbeit wird ein Unterrichtskonzept für die gymnasiale Oberstufe beschrieben, das anhand der Polarisationseigenschaft des Lichts von der Beobachtung ausgehend einen Zugang zur Quantenphysik ermöglicht. Die Unterrichtsinhalte bauen so aufeinander auf, dass ein "harter Bruch" zwischen der klassischen und der quantenphysikalischen Beschreibung von Licht vermieden wird. Das methodische Vorgehen des Unterrichtskonzeptes führt vom Phänomen ausgehend zu quantitativen Experimenten hin zu einer Einführung in quantenphysikalische Begriffe und Prinzipien. Dabei bildet der elektrische Feldvektor die Verknüpfung zwischen der klassischen und der quantenphysi-kalischen Beschreibung der Polarisationsexperimente, in dem er zunächst die Polarisationsexperimente beschreibt und im weiteren Verlauf des Unterrichtsganges als Wahrscheinlichkeitsamplitude gedeutet wird. Die Polarisation von Licht wird zu Beginn des Unterrichtsganges im Rahmen eines fächerübergreifenden Kontextes eingeführt, wobei die Navigation der Insekten nach dem polarisierten Himmelslicht als Einstieg dient. Die Erzeugung und die Eigen-schaften von polarisiertem Licht werden anhand von einfachen qualitativen Schüler- und Demonstrationsexperimenten mit Polarisationsfolien erarbeitet. Das Polarisationsphänomen der Haidinger-Büschel, das bei der Beobachtung von polarisiertem Licht wahrgenommen werden kann, ermöglicht eine Anbindung an das eigene Erleben der Schülerinnen und Schüler. Zur Erklärung dieser Experimente auf der Modellebene wird der elektrische Feldvektor und dessen Komponentenzerlegung benutzt. Im weiteren Verlauf des Unterrichtsganges wird die Komponentenzerlegung des elektrischen Feldvektors für eine quantitative Beschreibung der Polarisationsexperimente wieder aufgegriffen. In Experimenten mit Polarisationsfiltern wird durch Intensitätsmessungen das Malussche Gesetz und der quadratische Zusammenhang zwischen Intensität und elektrischem Feldvektor erarbeitet. Als Abschluss der klassischen Polarisationsexperimente wird das Verhalten von polarisiertem Licht bei Überlagerung in einem Michelson-Interferometer untersucht. Das in Abhängigkeit der Polarisationsrichtungen entstehende Interferenzmuster wird wiederum mit Hilfe der Komponentenzerlegung des elektrischen Feldvektors beschrieben und führt zum Superpositionsprinzip der elektrischen Feldvektoren. Beim Übergang zur Quantenphysik werden die bereits durchgeführten Polarisationsexperimente als Gedankenexperimente in der Photonenvorstellung gedeutet. Zur Beschreibung der Polarisation von Photonen wird der Begriff des Zustandes eingeführt, der durch die Wechselwirkung der Photonen mit dem Polarisationsfilter erzeugt wird. Das Malussche Gesetz wird in der Teilchenvorstellung wieder aufgegriffen und führt mit Hilfe der statistischen Deutung zum Begriff der Wahrscheinlichkeit. Bei der Beschreibung von Interferenzexperimenten mit einzelnen Photonen wird die Notwendigkeit eines Analogons zum elektrischen Feldvektor deutlich. Diese Betrachtungen führen zum Begriff der Wahrscheinlichkeitsamplitude und zum Superpositionsprinzip der Wahrscheinlichkeitsamplituden. Zum Abschluss des Unterrichtsganges wird anhand des Lokalisationsproblems einzelner Photonen das Fundamentalprinzip der Quantenphysik erarbeitet.

Untersuchung zum Phosphorylierungsstatus der katalytischen Untereinheit der PKA mittels proteomischer Techniken

ZUSAMMENFASSUNG: Das Phosphorylierungsmuster eines Proteins ist kein statischer Zustand, sondern vielmehr ein dynamischer Status, den es in der modernen funktionellen (Phospho-) Proteomik und Analytik abzubilden gilt. Klassischerweise erfolgt der Nachweis der Proteinphosphorylierung auf Peptid-Ebene mittels MS/MS Sequenzierung. Diese Standardmethode der shotgun Phosphoproteomanalytik vernachlässigt jedoch wegen den in LC MS/MS Analysen oftmals schwer detektierbaren Phosphopeptiden gerade den variablen und oftmals nur geringen Phosphorylierungsgrad vieler Phosphorylierungsstellen (P-Stellen). Mittels phosphospezifischer Anreicherungsstrategien und MS/MS Sequenzierung konnten an der Modellkinase PKA-Cα nach rekombinanter Expression in E. coli insgesamt acht P-Stellen identifiziert werden. Der Phosphorylierungsgrad wurde in Kooperation mit Dr. J. Seidler über quantitative Signalintensitätsmessungen bestimmt und zeigte eine nahezu vollständige Phosphorylierung von pS10, pS139, pT197 und pS338, während der Phosphorylierungsgrad für pS34, pS53, pS65 und pS259 zwischen <5 und 45 % variierte. Neben der Quantifizierung der P-Stellen wurde auch das Auftreten und die Verteilung definierter Phosphoformen der PKA-Cα untersucht und deren Abhängigkeit von der primären Aminosäureabfolge, dem Auftreten von zusätzlichen Modifikationen sowie den gewählten Expressions- und Reinigungsbedingungen aufgezeigt. Endogene, aus Säugergewebe isolierte PKA-Cα wies nur eine einzige Phosphoform mit den P-Stellen pT197 und pS338 auf. Auch in vitro autophosphorylierte rekombinante PKA-Cα, die zuvor dephosphoryliert worden war, wies eine zweifach modifizierte Phosphoform auf. Im Vergleich zum endogenen Protein ließ sich dieses Protein an S10 und S338 exzessiv phosphorylieren, wohingegen an T197 keine Autophosphorylierung nachzuweisen war. Das Ausbleiben weiterer Phosphorylierungen stellt in Frage, ob die Hyperphosphorylierung in E. coli ausschließlich auf Autophosphorylierungsprozessen beruht, was anhand einer nicht phosphorylierten, katalytisch inaktiven Variante von PKA-Cα (PKA-Cα K72H) vermutet wurde. Im Hinblick auf die funktionellen P-Stellen pT197 und pS338 erfordert diese Entdeckung sowie der unabhängige Nachweis, dass zellfrei exprimierte PKA-Cα nur an S338 phosphoryliert ist, eine Modifizierung des sequenziellen Vorhersagemodells, wonach die Phosphorylierung an T197 eine zwingende Voraussetzung für die nachfolgende Phosphorylierung an S338 ist. Ferner konnte über phosphomimetische Mutagenese die Funktionalität der Phosphorylierung an S53 innerhalb der glycinreichen Schleife der PKA-Cα und somit ein potenzieller Weg zur Regulation der enzymatischen Aktivität gezeigt werden. Ein weiterer möglicher upstream Regulator von PKA-Cα ist die Proteinphosphatase 5, die in der Lage war, die bislang als phosphatasestabil beschriebene P Stelle pT197 in vitro zu dephosphorylieren. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass der Phosphorylierungszustand eines Proteins von zahlreichen internen und externen Faktoren abhängt – eine Tatsache, die gerade für rekombinante Proteine, insbesondere enzymatisch aktive Kinasen, oft vernachlässigt wurde. Daher müssen auch in der shotgun Phosphoproteomanalytik P-Stellen nicht mehr nur identifiziert und quantifiziert werden, sondern die resultierenden Proteinphosphoformen differenziert auch in ihrem physiologischen Kontext beschrieben werden.

Squeezed thermal phonons precurse nonthermal melting of silicon as a function of fluence

A femtosecond-laser pulse can induce ultrafast nonthermal melting of various materials along pathways that are inaccessible under thermodynamic conditions, but it is not known whether there is any structural modification at fluences just below the melting threshold. Here, we show for silicon that in this regime the room-temperature phonons become thermally squeezed, which is a process that has not been reported before in this material. We find that the origin of this effect is the sudden femtosecond-laser-induced softening of interatomic bonds, which can also be described in terms of a modification of the potential energy surface. We further find in ab initio molecular-dynamics simulations on laser-excited potential energy surfaces that the atoms move in the same directions during the first stages of nonthermal melting and thermal phonon squeezing. Our results demonstrate how femtosecond-laser-induced coherent fluctuations precurse complete atomic disordering as a function of fluence. The common underlying bond-softening mechanism indicates that this relation between thermal squeezing and nonthermal melting is not material specific.

Estimates of electronic coupling for excess electron transfer in DNA

Electronic coupling Vda is one of the key parameters that determine the rate of charge transfer through DNA. While there have been several computational studies of Vda for hole transfer, estimates of electronic couplings for excess electron transfer (ET) in DNA remain unavailable. In the paper, an efficient strategy is established for calculating the ET matrix elements between base pairs in a π stack. Two approaches are considered. First, we employ the diabatic-state (DS) method in which donor and acceptor are represented with radical anions of the canonical base pairs adenine-thymine (AT) and guanine-cytosine (GC). In this approach, similar values of Vda are obtained with the standard 6-31 G* and extended 6-31++ G* basis sets. Second, the electronic couplings are derived from lowest unoccupied molecular orbitals (LUMOs) of neutral systems by using the generalized Mulliken-Hush or fragment charge methods. Because the radical-anion states of AT and GC are well reproduced by LUMOs of the neutral base pairs calculated without diffuse functions, the estimated values of Vda are in good agreement with the couplings obtained for radical-anion states using the DS method. However, when the calculation of a neutral stack is carried out with diffuse functions, LUMOs of the system exhibit the dipole-bound character and cannot be used for estimating electronic couplings. Our calculations suggest that the ET matrix elements Vda for models containing intrastrand thymine and cytosine bases are essentially larger than the couplings in complexes with interstrand pyrimidine bases. The matrix elements for excess electron transfer are found to be considerably smaller than the corresponding values for hole transfer and to be very responsive to structural changes in a DNA stack

Integració 3D de detectors de píxels híbrids

La miniaturització de la industria microelectrònica és un fet del tot inqüestionables i la tecnologia CMOS no n'és una excepció. En conseqüència la comunitat científica s'ha plantejat dos grans reptes: En primer lloc portar la tecnologia CMOS el més lluny possible ('Beyond CMOS') tot desenvolupant sistemes d'altes prestacions com microprocessadors, micro - nanosistemes o bé sistemes de píxels. I en segon lloc encetar una nova generació electrònica basada en tecnologies totalment diferents dins l'àmbit de les Nanotecnologies. Tots aquests avanços exigeixen una recerca i innovació constant en la resta d'àrees complementaries com són les d'encapsulat. L'encapsulat ha de satisfer bàsicament tres funcions: Interfície elèctrica del sistema amb l'exterior, Proporcionar un suport mecànic al sistema i Proporcionar un camí de dissipació de calor. Per tant, si tenim en compte que la majoria d'aquests dispositius d'altes prestacions demanden un alt nombre d'entrades i sortides, els mòduls multixip (MCMs) i la tecnologia flip chip es presenten com una solució molt interessant per aquests tipus de dispositiu. L'objectiu d'aquesta tesi és la de desenvolupar una tecnologia de mòduls multixip basada en interconnexions flip chip per a la integració de detectors de píxels híbrids, que inclou: 1) El desenvolupament d'una tecnologia de bumping basada en bumps de soldadura Sn/Ag eutèctics dipositats per electrodeposició amb un pitch de 50µm, i 2) El desenvolupament d'una tecnologia de vies d'or en silici que permet interconnectar i apilar xips verticalment (3D packaging) amb un pitch de 100µm. Finalment aquesta alta capacitat d'interconnexió dels encapsulats flip chip ha permès que sistemes de píxels tradicionalment monolítics puguin evolucionar cap a sistemes híbrids més compactes i complexes, i que en aquesta tesi s'ha vist reflectit transferint la tecnologia desenvolupada al camp de la física d'altes energies, en concret implantant el sistema de bump bonding d'un mamògraf digital. Addicionalment s'ha implantat també un dispositiu detector híbrid modular per a la reconstrucció d'imatges 3D en temps real, que ha donat lloc a una patent.

A high-wavenumber boundary-element method for an acoustic scattering problem

In this paper we show stability and convergence for a novel Galerkin boundary element method approach to the impedance boundary value problem for the Helmholtz equation in a half-plane with piecewise constant boundary data. This problem models, for example, outdoor sound propagation over inhomogeneous flat terrain. To achieve a good approximation with a relatively low number of degrees of freedom we employ a graded mesh with smaller elements adjacent to discontinuities in impedance, and a special set of basis functions for the Galerkin method so that, on each element, the approximation space consists of polynomials (of degree $\nu$) multiplied by traces of plane waves on the boundary. In the case where the impedance is constant outside an interval $[a,b]$, which only requires the discretization of $[a,b]$, we show theoretically and experimentally that the $L_2$ error in computing the acoustic field on $[a,b]$ is ${\cal O}(\log^{\nu+3/2}|k(b-a)| M^{-(\nu+1)})$, where $M$ is the number of degrees of freedom and $k$ is the wavenumber. This indicates that the proposed method is especially commendable for large intervals or a high wavenumber. In a final section we sketch how the same methodology extends to more general scattering problems.

The evolution of sensory placodes

The vertebrate cranial sensory placodes are ectodermal embryonic patches that give rise to sensory receptor cells of the peripheral paired sense organs and to neurons in the cranial sensory ganglia. Their differentiation and the genetic pathways that underlay their development are now well understood. Their evolutionary history, however, has remained obscure. Recent molecular work, performed on close relatives of the vertebrates, demonstrated that some sensory placodes (namely the adenohypophysis, the olfactory, and accoustico-lateralis placodes) first evolved at the base of the chordate lineage, while others might be specific to vertebrates. Combined with morphological and cellular fate data, these results also suggest that the sensory placodes of the ancestor of all chordates differentiated into a wide range of structures, most likely to fit the lifestyle and environment of each species.

Uruburuella suis gen. nov., sp nov., isolated from clinical specimens of pigs

Five strains of an unusual Gram-negative, catalase-positive, oxidase-positive, coccobacillus-shaped bacterium isolated from the lungs and heart of pigs with pneumonia and pericarditis were characterized by phenotypic and molecular genetic methods. On the basis of cellular morphology and biochemical criteria, the isolates were tentatively assigned to the family Neisseriaceae, although they did not appear to correspond to any recognized genus or species. Comparative 16S rRNA gene sequencing showed that the five unidentified strains were phylogenetically highly related to each other and represent a hitherto unknown subline within the family Neisseriaceae. On the basis of both phenotypic and phylogenetic evidence, it is proposed that the unknown isolates from pigs be classified as a novel genus and species within the family Neisseriaceae, for which the name Uruburuella suis gen. nov., sp. nov. is proposed. The type strain of U. suis is 1258/02(T) (=CCUG 47806(T) =CECT 5685(T)).

Streptococcus equi subsp ruminatorum subsp nov., isolated from mastitis in small ruminants

Six isolates of an unknown Gram-positive, catalase-negative, chain-forming, coccus-shaped organism isolated from ovine and caprine mastitis were characterized by phenotypic and molecular taxonomic methods. On the basis of cellular morphology and the results of biochemical tests, the organism was tentatively identified as a streptococcal species. Comparative 16S rRNA gene sequencing studies confirmed that the organism is a member of the genus Streptococcus, with Streptococcus equi as its closest phylogenetic relative (98(.)8% similarity). DNA-DNA pairing studies showed that the unidentified organism displayed more than 70% relatedness to the type strains of S. equi subsp. equi and subsp. zooepidemicus. Despite the relatively high DNA-DNA reassociation values, biotyping and ribotyping allowed clear differentiation of the unknown bacterium from the two recognized subspecies of S. equi. On the basis of phenotypic and molecular genetic evidence, it is proposed that the unknown Streptococcus isolates from ovine and caprine mastitis be classified as a novel subspecies, Streptococcus equi subsp. ruminatorum subsp. nov. The type strain is CECT 5772(T) (=CCUG 47520(T) = Mt 167(T)).

Three-centre hydrogen bonds in triphenylphosphine oxide-hydroquinone (1/1)

The title cocrystal, C18H15OP center dot C6H6O2, belongs to a series of molecular systems based on triphenylphosphine P-oxide. The O atom of the oxide group acts as an acceptor for hydrogen bonds from OH groups of two hydroquinone molecules which lie on inversion centres [O center dot center dot center dot O = 2.7451 (17) and 2.681 (2) A S]. The crystal structure is stabilized by weak C-H center dot center dot center dot O hydrogen bonds, forming a C-2(1)(8) chain which runs parallel to the [100] direction.

Planning rigid body motions using elastic curves

This paper tackles the problem of computing smooth, optimal trajectories on the Euclidean group of motions SE(3). The problem is formulated as an optimal control problem where the cost function to be minimized is equal to the integral of the classical curvature squared. This problem is analogous to the elastic problem from differential geometry and thus the resulting rigid body motions will trace elastic curves. An application of the Maximum Principle to this optimal control problem shifts the emphasis to the language of symplectic geometry and to the associated Hamiltonian formalism. This results in a system of first order differential equations that yield coordinate free necessary conditions for optimality for these curves. From these necessary conditions we identify an integrable case and these particular set of curves are solved analytically. These analytic solutions provide interpolating curves between an initial given position and orientation and a desired position and orientation that would be useful in motion planning for systems such as robotic manipulators and autonomous-oriented vehicles.