First-principles simulation of elastic constants and electronic properties of GaN

The electronic and structural properties and elastic constants of the wurtzite phase of GaN, was investigated by computer simulation at Density Functional Theory level, with B3LYP and B3PW hybrid functional. The electronic properties were investigated through the analysis of the band structures and density of states, and the mechanical properties were studied through the calculus of the elastic constants: C11, C33, C44, C12, and C13. The results show that the maximum of the valence band and the minimum of the conduction band are both located at the Γ point, indicating that GaN is a direct band gap semiconductor. The following constants were obtained for B3LYP and B3PW (in brackets): C11 = 366.9 [372.4], C33 = 390.9 [393.4], C44 = 99.1 [96.9], C12 = 143.6 [155.2], and C13 = 107.6 [121.4].

Temperature-dependent Raman study of thermal parameters in CdS quantum dots

We report on the strong temperature-dependent thermal expansion, alpha(D), in CdS quantum dots (QDs) embedded in a glass template. We have performed a systematic study by using the temperature-dependent first-order Raman spectra, in CdS bulk and in dot samples, in order to assess the size dependence of alpha(D), and where the role of the compressive strain provoked by the glass host matrix on the dot response is discussed. We report the Gruneisen mode parameters and the anharmonic coupling constants for small CdS dots with mean radius R similar to 2.0 nm. We found that gamma parameters change, with respect to the bulk CdS, in a range between 20 and 50%, while the anharmonicity contribution from two-phonon decay channel becomes the most important process to the temperature-shift properties.

Cation Distribution and Local Order in Mixed Sodium Metaphosphate Glasses

Two structural properties in mixed alkali metal phosphate glasses that seem to be crucial to the development of the mixed ion effect in dc conductivity were systematically analyzed in Na mixed metaphosphates: the local order around the mobile species, and their distribution and mixing in the glass network. The set of glasses considered here, Na1-xMxPO3 with M = Li, Ag, K, Rb, and Cs and 0 <= x <= 1, encompass a broad degree of size mismatch between the mixed cation species. A comprehensive solid-state nuclear magnetic resonance study was carried out using P-31 MAS, Na-23 triple quantum MAS, Rb-87 QCPMG, P-31-Na-23 REDOR, Na-23-Li-7 and Li-7-Li-6 SEDOR, and Na-23 spin echo decay. It was observed that the arrangement of P atoms around Na in the mixed glasses was indistinguishable from that observed in the NaPO3 glass. However, systematic distortions in the local structure of the 0 environments around Na were observed, related to the presence of the second cation. The average Na-O distances show an expansion/compression When Na+ ions are replaced by cations with respectively smaller/bigger radii. The behavior of the nuclear electric quadrupole coupling. constants indicates that this expansion reduces the local symmetry, while the compression produces the opposite effect These effects become marginally small when the site mismatch between the cations is small, as in Na-Ag mixed glasses. The present study confirms the intimate mixing of cation species at the atomic scale, but clear deviations from random mixing were detected in systems with larger alkali metal ions (Cs-Na, K-Na, Rb-Na). In contrast, no deviations from the statistical ion mixture were found in the systems Ag-Na and Li-Na, where mixed cations are either of radii comparable to (Ag+) or smaller than (Li+) Na+. The set of results supports two fundamental structural features of the models proposed to explain the mixed ion effect: the. structural specificity of the sites occupied by each cation species and their mixing at the atomic scale.

ESTIMATING REACTION CONSTANTS BY AB INITIO MOLECULAR MODELING: A STUDY ON THE OXIDATION OF PHENOL TO CATECHOL AND HYDROQUINONE IN ADVANCED OXIDATION PROCESSES

Molecular modeling is growing as a research tool in Chemical Engineering studies, as can be seen by a simple research on the latest publications in the field. Molecular investigations retrieve information on properties often accessible only by expensive and time-consuming experimental techniques, such as those involved in the study of radical-based chain reactions. In this work, different quantum chemical techniques were used to study phenol oxidation by hydroxyl radicals in Advanced Oxidation Processes used for wastewater treatment. The results obtained by applying a DFT-based model showed good agreement with experimental values available, as well as qualitative insights into the mechanism of the overall reaction chain. Solvation models were also tried, but were found to be limited for this reaction system within the considered theoretical level without further parameterization.

Decay of energy and suppression of Fermi acceleration in a dissipative driven stadium-like billiard

The behavior of the average energy for an ensemble of non-interacting particles is studied using scaling arguments in a dissipative time-dependent stadium-like billiard. The dynamics of the system is described by a four dimensional nonlinear mapping. The dissipation is introduced via inelastic collisions between the particles and the moving boundary. For different combinations of initial velocities and damping coefficients, the long time dynamics of the particles leads them to reach different states of final energy and to visit different attractors, which change as the dissipation is varied. The decay of the average energy of the particles, which is observed for a large range of restitution coefficients and different initial velocities, is described using scaling arguments. Since this system exhibits unlimited energy growth in the absence of dissipation, our results for the dissipative case give support to the principle that Fermi acceleration seems not to be a robust phenomenon. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.3699465]

Computation of (3)J(HH) coupling constants with a combination of density functional theory and semiempirical calculations. Application to complex molecules

This work evaluates the efficiency of economic levels of theory for the prediction of (3)J(HH) spin-spin coupling constants, to be used when robust electronic structure methods are prohibitive. To that purpose, DFT methods like mPW1PW91. B3LYP and PBEPBE were used to obtain coupling constants for a test set whose coupling constants are well known. Satisfactory results were obtained in most of cases, with the mPW1PW91/6-31G(d,p)//B3LYP/6-31G(d,p) leading the set. In a second step. B3LYP was replaced by the semiempirical methods PM6 and RM1 in the geometry optimizations. Coupling constants calculated with these latter structures were at least as good as the ones obtained by pure DFT methods. This is a promising result, because some of the main objectives of computational chemistry - low computational cost and time, allied to high performance and precision - were attained together. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

First measurement of beta decay half-lives in neutron-rich Tl and Bi isotopes

Neutron-rich isotopes around lead, beyond N = 126, have been studied exploiting the fragmentation of an uranium primary beam at the FRS-RISING setup at GSI. For the first time beta-decay half-lives of Bi-219 and Tl-211,Tl-212,Tl-213 isotopes have been derived. The half-lives have been extracted using a numerical simulation developed for experiments in high-background conditions. Comparison with state of the art models used in r-process calculations is given, showing a systematic underestimation of the experimental values, at variance from close-lying nuclei. (c) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Myocardial Remodeling after Large Infarcts in Rat Converts Post Rest-Potentiation in Force Decay

Background: Post-rest contraction (PRC) of cardiac muscle provides indirect information about the intracellular calcium handling. Objective: Our aim was to study the behavior of PRC, and its underlying mechanisms, in rats with myocardial infarction. Methods: Six weeks after coronary occlusion, the contractility of papillary muscles (PM) obtained from sham-operated (C, n = 17), moderate infarcted (MMI, n = 10) and large infarcted (LMI, n = 14) rats was evaluated, following rest intervals of 10 to 60 seconds before and after incubation with lithium chloride (Li+) substituting sodium chloride or ryanodine (Ry). Protein expression of SR Ca(2+)-ATPase (SERCA2), Na+/Ca2+ exchanger (NCX), phospholamban (PLB) and phospho-Ser(16)-PLB were analyzed by Western blotting. Results: MMI exhibited reduced PRC potentiation when compared to C. Opposing the normal potentiation for C, post-rest decays of force were observed in LMI muscles. In addition, Ry blocked PRC decay or potentiation observed in LMI and C; Li+ inhibited NCX and converted PRC decay to potentiation in LMI. Although MMI and LMI presented decreased SERCA2 (72 +/- 7% and 47 +/- 9% of Control, respectively) and phospho-Ser(16)-PLB (75 +/- 5% and 46 +/- 11%, respectively) protein expression, overexpression of NCX (175 +/- 20%) was only observed in LMI muscles. Conclusion: Our results showed, for the first time ever, that myocardial remodeling after MI in rats may change the regular potentiation to post-rest decay by affecting myocyte Ca(2+) handling proteins. (Arq Bras Cardiol 2012;98(3):243-251)

Estimating reaction constants by ab initio molecular modeling: a study on the oxidation of phenol to catechol and hydroquinone in advanced oxidation processes

Molecular modeling is growing as a research tool in Chemical Engineering studies, as can be seen by a simple research on the latest publications in the field. Molecular investigations retrieve information on properties often accessible only by expensive and time-consuming experimental techniques, such as those involved in the study of radical-based chain reactions. In this work, different quantum chemical techniques were used to study phenol oxidation by hydroxyl radicals in Advanced Oxidation Processes used for wastewater treatment. The results obtained by applying a DFT-based model showed good agreement with experimental values available, as well as qualitative insights into the mechanism of the overall reaction chain. Solvation models were also tried, but were found to be limited for this reaction system within the considered theoretical level without further parameterization.

QCD sum rules for the 'Z POT + IND C' (3900) state.

We use the QCD sum rules to study the recently observed charmonium-like structure Z+ c (3900) as a tetraquark state. We evaluate the three-point function and extract the coupling constants of the Z+ c J/ψ π+, Z+ c ηc ρ+ and Z+ c D+ ¯D∗0 vertices and the corresponding decay widths in these channels. The results obtained are in good agreement with the experimental data and supports to the tetraquark picture of this state.

On some Banach space constants arising in nonlinear fixed point and eigenvalue theory

[EN] As is well known, in any infinite-dimensional Banach space one may find fixed point free self-maps of the unit ball, retractions of the unit ball onto its boundary, contractions of the unit sphere, and nonzero maps without positive eigenvalues and normalized eigenvectors. In this paper, we give upper and lower estimates, or even explicit formulas, for the minimal Lipschitz constant and measure of noncompactness of such maps.

Zweischleifenkorrekturen zum leptonischen Zerfall des Z-Bosons

Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde, basierend auf der Parallel-/Orthogonalraum-Methode, eine neue Methode zur Berechnung von allgemeinen massiven Zweischleifen-Dreipunkt-Tensorintegralen mit planarer und gedrehter reduzierter planarer Topologie entwickelt. Die Ausarbeitung und Implementation einer Tensorreduktion fuer Integrale, welche eine allgemeine Tensorstruktur im Minkowski-Raum besitzen koennen, wurde durchgefuehrt. Die Entwicklung und Implementation eines Algorithmus zur semi-analytischen Berechnung der schwierigsten Integrale, die nach der Tensorreduktion verbleiben, konnte vollendet werden. (Fuer die anderen Basisintegrale koennen wohlbekannte Methoden verwendet werden.) Die Implementation ist bezueglich der UV-endlichen Anteile der Masterintegrale, die auch nach Tensorreduktion noch die zuvor erwaehnten Topologien besitzen, abgeschlossen. Die numerischen Integrationen haben sich als stabil erwiesen. Fuer die verbleibenden Teile des Projektes koennen wohlbekannte Methoden verwendet werden. In weiten Teilen muessen lediglich noch Links zu existierenden Programmen geschrieben werden. Fuer diejenigen wenigen verbleibenden speziellen Topologien, welche noch zu implementieren sind, sind (wohlbekannte) Methoden zu implementieren. Die Computerprogramme, die im Rahmen dieses Projektes entstanden, werden auch fuer allgemeinere Prozesse in das xloops-Projekt einfliessen. Deswegen wurde sie soweit moeglich fuer allgemeine Prozesse entwickelt und implementiert. Der oben erwaehnte Algorithmus wurde insbesondere fuer die Evaluation der fermionischen NNLO-Korrekturen zum leptonischen schwachen Mischungswinkel sowie zu aehnlichen Prozessen entwickelt. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde ein Grossteil der fuer die fermionischen NNLO-Korrekturen zu den effektiven Kopplungskonstanten des Z-Zerfalls (und damit fuer den schachen Mischungswinkel) notwendigen Arbeit durchgefuehrt.

Verwendung von Präzisionsmessungen zur Eingrenzung von Effekten jenseits des Standardmodells mittels eines effektiven feldtheoretischen Zugangs

Es gibt kaum eine präzisere Beschreibung der Natur als die durch das Standardmodell der Elementarteilchen (SM). Es ist in der Lage bis auf wenige Ausnahmen, die Physik der Materie- und Austauschfelder zu beschreiben. Dennoch ist man interessiert an einer umfassenderen Theorie, die beispielsweise auch die Gravitation mit einbezieht, Neutrinooszillationen beschreibt, und die darüber hinaus auch weitere offene Fragen klärt. Um dieser Theorie ein Stück näher zu kommen, befasst sich die vorliegende Arbeit mit einem effektiven Potenzreihenansatz zur Beschreibung der Physik des Standardmodells und neuer Phänomene. Mit Hilfe eines Massenparameters und einem Satz neuer Kopplungskonstanten wird die Neue Physik parametrisiert. In niedrigster Ordnung erhält man das bekannte SM, Terme höherer Ordnung in der Kopplungskonstanten beschreiben die Effekte jenseits des SMs. Aus gewissen Symmetrie-Anforderungen heraus ergibt sich eine definierte Anzahl von effektiven Operatoren mit Massendimension sechs, die den hier vorgestellten Rechnungen zugrunde liegen. Wir berechnen zunächst für eine bestimmte Auswahl von Prozessen zugehörige Zerfallsbreiten bzw. Wirkungsquerschnitte in einem Modell, welches das SM um einen einzigen neuen effektiven Operator erweitertet. Unter der Annahme, dass der zusätzliche Beitrag zur Observablen innerhalb des experimentellen Messfehlers ist, geben wir anhand von vorliegenden experimentellen Ergebnissen aus leptonischen und semileptonischen Präzisionsmessungen Ausschlussgrenzen der neuen Kopplungen in Abhängigkeit von dem Massenparameter an. Die hier angeführten Resultate versetzen Physiker zum Einen in die Lage zu beurteilen, bei welchen gemessenen Observablen eine Erhöhung der Präzision sinnvoll ist, um bessere Ausschlussgrenzen angeben zu können. Zum anderen erhält man einen Anhaltspunkt, welche Prozesse im Hinblick auf Entdeckungen Neuer Physik interessant sind.

Renormalization of fermion mixing

Precision measurements of phenomena related to fermion mixing require the inclusion of higher order corrections in the calculation of corresponding theoretical predictions. For this, a complete renormalization scheme for models that allow for fermion mixing is highly required. The correct treatment of unstable particles makes this task difficult and yet, no satisfactory and general solution can be found in the literature. In the present work, we study the renormalization of the fermion Lagrange density with Dirac and Majorana particles in models that involve mixing. The first part of the thesis provides a general renormalization prescription for the Lagrangian, while the second one is an application to specific models. In a general framework, using the on-shell renormalization scheme, we identify the physical mass and the decay width of a fermion from its full propagator. The so-called wave function renormalization constants are determined such that the subtracted propagator is diagonal on-shell. As a consequence of absorptive parts in the self-energy, the constants that are supposed to renormalize the incoming fermion and the outgoing antifermion are different from the ones that should renormalize the outgoing fermion and the incoming antifermion and not related by hermiticity, as desired. Instead of defining field renormalization constants identical to the wave function renormalization ones, we differentiate the two by a set of finite constants. Using the additional freedom offered by this finite difference, we investigate the possibility of defining field renormalization constants related by hermiticity. We show that for Dirac fermions, unless the model has very special features, the hermiticity condition leads to ill-defined matrix elements due to self-energy corrections of external legs. In the case of Majorana fermions, the constraints for the model are less restrictive. Here one might have a better chance to define field renormalization constants related by hermiticity. After analysing the complete renormalized Lagrangian in a general theory including vector and scalar bosons with arbitrary renormalizable interactions, we consider two specific models: quark mixing in the electroweak Standard Model and mixing of Majorana neutrinos in the seesaw mechanism. A counter term for fermion mixing matrices can not be fixed by only taking into account self-energy corrections or fermion field renormalization constants. The presence of unstable particles in the theory can lead to a non-unitary renormalized mixing matrix or to a gauge parameter dependence in its counter term. Therefore, we propose to determine the mixing matrix counter term by fixing the complete correction terms for a physical process to experimental measurements. As an example, we calculate the decay rate of a top quark and of a heavy neutrino. We provide in each of the chosen models sample calculations that can be easily extended to other theories.

Charakterisierung von inhibitorischen, glyzinergen Synapsen bei Amakrinzellen der Säugernetzhaut

Amakrinzellen sind hemmende Interneurone der Netzhaut. Sie exprimieren erregende, ionotrope Glutamat-Rezeptoren und hemmende Glyzin- bzw. GABA-Rezeptoren. In der vorliegenden Arbeit wurden die Glyzinrezeptoren von Amakrinzellen mit Hilfe der „Patch Clamp“ Technik in Wildtyp- und Glyzin-Rezeptor Knock-out-Mäusen (Glra1spd-ot, Glra2-/-, Glra3-/-) untersucht. In Schnitten und Ganzpräparaten von akut isolierten Netzhäuten wurden Glyzin-induzierte und spontane inhibitorische postsynaptische Ströme (sIPSCs) gemessen. Die Untersuchungen beschränkten sich auf eine Gruppe von Amakrinzellen, die sich durch ein relativ kleines Dendritenfeld auszeichnen, das alle Schichten der IPL durchzieht. Dabei wurden die Ströme von zwei Typen von Amakrinzellen, den AII-Zellen und den NF-Zellen, miteinander verglichen. Alle untersuchten Amakrinzellen reagierten mit einem Stromfluss über die Membran, wenn Glyzin appliziert wurde. Bei AII-Zellen war die Amplitude des Stromes bei der Glra3-/--Maus um etwa 50 % reduziert, während bei den anderen Mauslinien kein Unterschied zum Wildtyp festgestellt wurde. Bei NF-Zellen wurde nur ein geringer Unterschied der Stromamplituden zwischen Wildtyp und Mutanten gefunden. Er war am deutlichsten bei der Glra2-/--Maus. Picrotoxinin ist ein effektiver Antagonist von homomeren Glyzinrezeptoren, während heteromere Glyzinrezeptoren relativ unempfindlich sind. Die Wirkung von Picrotoxinin war bei allen untersuchten Zellen ähnlich und reduzierte die Glyzinantwort um etwa 25 - 30 %. Dieser Effekt war unabhängig von der Mauslinie. Amakrinzellen exprimieren also zum Großteil heteromere Rezeptoren Zur Untersuchung der synaptischen Glyzinrezeptoren der Amakrinzellen wurden die spontanen inhibitorischen postsynaptischen Ströme dieser Zellen gemessen und deren Amplituden und Kinetiken bestimmt. Dabei unterschieden sich die Zeitkonstanten der Deaktivierungs/Desensitivierungskinetik (τw) von AII- und NF-Zellen, wohingegen die Aktivierungszeit nicht voneinander abwich. Spontane IPSCs, die von AII-Amakrinzellen abgeleitet wurden, hatten eine mittlere Zeitkonstante von τ = 11 ms und streuten zwischen 5 und 30 ms. Die Zeitkonstanten der sIPSCs von NF-Amakrinzellen lagen zwischen 10 und 50 ms und wiesen eine mittlere Zeitkonstante von τw = 27 ms auf. Die unterschiedlichen Zeitkonstanten spiegeln die Zusammensetzung der α-Untereinheiten des Glyzinrezeptors wider. AII-Zellen in der Glra1-/-- und in der Glra2-/--Maus hatten vergleichbare Zeitkonstanten wie die AII-Zellen im Wildtyp. Bei der Glra3-/--Maus konnten bei 50 untersuchten AII-Amakrinzellen keine sIPSCs gemessen werden. Dies und die Ergebnisse der Glyzin-induzierten Ströme von AII-Zellen lassen darauf schließen, dass die glyzinergen Synapsen dieser Zellen bevorzugt die α3-Untereinheit enthalten. Bei NF-Amakrinzellen konnte kein Unterschied zwischen Wildtyp-, Glra1spd-ot- und Glra3-/--Mäusen festgestellt werden. Dagegen zeigten die sIPSCs der NF-Amakrinzellen der Glra2-/--Maus signifikant längere Zeitkonstanten. Der Mittelwert verlängerte sich von 27 ms auf 69 ms und es war eine breitere Streuung mit Zeitkonstanten zwischen 15 und 200 ms zu sehen. Die glyzinergen Synapsen der NF-Zellen enthalten vor allem die α2-Untereinheit des Glyzinrezeptors. Die Zeitkonstanten der sIPSCs sind unabhängig von der Verteilung ihrer jeweiligen Amplituden, und zwischen Wildtyp- und KO-Mäusen wurden keine Unterschiede in den Amplituden der sIPSCs beobachtet. Während der Untersuchungen wurden sporadisch noch weitere Amakrinzellen, vor allem „widefield“- (WF) Zellen abgeleitet. Die Verteilungen der Zeitkonstanten der sIPSCs dieser Zellen streuten zwischen 8 und über 100 ms. Dabei wurden Zeitkonstanten gemessen, die noch langsamer waren als die von NF-Amakrinzellen und bei einigen WF-Zellen wurden mittlere Zeitkonstanten von mehr als 50 ms beobachtet. Diese Ergebnisse zeigen, dass unterschiedliche Klassen von Amakrinzellen verschiedene α-Untereinheiten des Glyzinrezeptors in den Synapsen exprimieren. Dies hat Auswirkung auf die Kinetik der glyzinergen Hemmung bei diesen Zellen und lässt darauf schließen, dass sie bei der zeitlichen Modulation der Lichtsignale unterschiedliche Aufgaben haben.