Potential energy surface and MULTIMODE vibrational analysis of C2H3+

A full dimensional, ab initio-based semiglobal potential energy surface for C2H3+ is reported. The ab initio electronic energies for this molecule are calculated using the spin-restricted, coupled cluster method restricted to single and double excitations with triples corrections [RCCSD(T)]. The RCCSD(T) method is used with the correlation-consistent polarized valence triple-zeta basis augmented with diffuse functions (aug-cc-pVTZ). The ab initio potential energy surface is represented by a many-body (cluster) expansion, each term of which uses functions that are fully invariant under permutations of like nuclei. The fitted potential energy surface is validated by comparing normal mode frequencies at the global minimum and secondary minimum with previous and new direct ab initio frequencies. The potential surface is used in vibrational analysis using the "single-reference" and "reaction-path" versions of the code MULTIMODE. (c) 2006 American Institute of Physics.

Ocean acoustic models for low frequency propagation in 2D and 3D environments

In this paper we are mainly concerned with the development of efficient computer models capable of accurately predicting the propagation of low-to-middle frequency sound in the sea, in axially symmetric (2D) and in fully 3D environments. The major physical features of the problem, i.e. a variable bottom topography, elastic properties of the subbottom structure, volume attenuation and other range inhomogeneities are efficiently treated. The computer models presented are based on normal mode solutions of the Helmholtz equation on the one hand, and on various types of numerical schemes for parabolic approximations of the Helmholtz equation on the other. A new coupled mode code is introduced to model sound propagation in range-dependent ocean environments with variable bottom topography, where the effects of an elastic bottom, of volume attenuation, surface and bottom roughness are taken into account. New computer models based on finite difference and finite element techniques for the numerical solution of parabolic approximations are also presented. They include an efficient modeling of the bottom influence via impedance boundary conditions, they cover wide angle propagation, elastic bottom effects, variable bottom topography and reverberation effects. All the models are validated on several benchmark problems and versus experimental data. Results thus obtained were compared with analogous results from standard codes in the literature.

A low-order model investigation of the analysis of gravity waves in the ensemble Kalman filter.

The behavior of the ensemble Kalman filter (EnKF) is examined in the context of a model that exhibits a nonlinear chaotic (slow) vortical mode coupled to a linear (fast) gravity wave of a given amplitude and frequency. It is shown that accurate recovery of both modes is enhanced when covariances between fast and slow normal-mode variables (which reflect the slaving relations inherent in balanced dynamics) are modeled correctly. More ensemble members are needed to recover the fast, linear gravity wave than the slow, vortical motion. Although the EnKF tends to diverge in the analysis of the gravity wave, the filter divergence is stable and does not lead to a great loss of accuracy. Consequently, provided the ensemble is large enough and observations are made that reflect both time scales, the EnKF is able to recover both time scales more accurately than optimal interpolation (OI), which uses a static error covariance matrix. For OI it is also found to be problematic to observe the state at a frequency that is a subharmonic of the gravity wave frequency, a problem that is in part overcome by the EnKF.However, error in themodeled gravity wave parameters can be detrimental to the performance of the EnKF and remove its implied advantages, suggesting that a modified algorithm or a method for accounting for model error is needed.

Baroclinic instability on hot extrasolar planets

We investigate baroclinic instability in flow conditions relevant to hot extrasolar planets. The instability is important for transporting and mixing heat, as well as for influencing large-scale variability on the planets. Both linear normal mode analysis and non-linear initial value cal- culations are carried out – focusing on the freely-evolving, adiabatic situation. Using a high- resolution general circulation model (GCM) which solves the traditional primitive equations, we show that large-scale jets similar to those observed in current GCM simulations of hot ex- trasolar giant planets are likely to be baroclinically unstable on a timescale of few to few tens of planetary rotations, generating cyclones and anticyclones that drive weather systems. The growth rate and scale of the most unstable mode obtained in the linear analysis are in qual- itative, good agreement with the full non-linear calculations. In general, unstable jets evolve differently depending on their signs (eastward or westward), due to the change in sign of the jet curvature. For jets located at or near the equator, instability is strong at the flanks – but not at the core. Crucially, the instability is either poorly or not at all captured in simulations with low resolution and/or high artificial viscosity. Hence, the instability has not been observed or emphasized in past circulation studies of hot extrasolar planets.

From decoherence-free channels to decoherence-free and quasi-free subspaces within bosonic dissipative networks

We present a technique to build, within a dissipative bosonic network, decoherence-free channels (DFCs): a group of normal-mode oscillators with null effective damping rates. We verify that the states protected within the DFC define the well-known decoherence-free subspaces (DFSs) when mapped back into the natural network oscillators. Therefore, our technique to build protected normal-mode channels turns out to be an alternative way to build DFSs, which offers advantages over the conventional method. It enables the computation of all the network-protected states at once, as well as leading naturally to the concept of the decoherence quasi-free subspace (DQFS), inside which a superposition state is quasi-completely protected against decoherence. The concept of the DQFS, weaker than that of the DFS, may provide a more manageable mechanism to control decoherence. Finally, as an application of the DQFSs, we show how to build them for quasi-perfect state transfer in networks of coupled quantum dissipative oscillators.

The development of a Defense System against Coxsackievirus B5 Infection in Suckling Mice

There are many viruses that are able to infect the alimentary tract of man. Little is known, however, about the mechanism of infection itself or the pathophysiology of the gut during infection. 'The research reported here is concerned with the differences in susceptibility among suckling mice of various ages inoculated by the intraperitoneal and intragastric routes. Since the normal mode of entry of many viruses to the gut is via the oral route, Coxsackievirus B5, a human enterovirus which does attack this way, was utilized. It is a non-tumor producing RNA virus that has been shown to act similarly in the mouse and human. The virus was pooled in HeLa cell cultures and titered by a plaquing assay in the same cell cultures. CD-l mice, 10, 14, 18, and 22 days old , were infected either orally or intraperitoneally with 5.0 x 10^10 (10 day old animals) and 1.0 x10^9 plaque forming units per animal. Dissections were done at 1 and 3 days post infection with samples of the blood, heart, liver, and gut being taken from each animal. Each sample was titered individually and the data presented as an average of six samples. As a result of previous work, it is known that the gut of a newborn mouse isn't able to decrease the concentration of the infecting dose and therefore provides no defense against an enteric infection with Coxsackievirus B5. In contrat, mature mice are able to reduce the amount of viral dissemination across the gut as well as inhibit replication after absorption has occurred. The results of this study indicate that there is a double barrier system developing in suckling mice that is involved with and directly related to the gastrointestinal tract The first part of this defense is the inhibition of penetration of virus across the gut when the primary site of' infection is the intestinal mucosa. This mechanism develops sometime around 20 to 22 days after birth. At about 16-18 days of age, suckling mice that were challenged intragastrically are able to stop active replication and initiate clearance of virus from the systemic circulation. There are many factors that might contribute to the marked decrease in susceptibility with age of suckling mice. Some of these or possibly a combination of these factors might explain the defense mechanisms described above, but to date, the chemistry or mechanical functioning of the gastrointestinal barrier to enteric viral infection is unknown.

Student use of an assessed online discussion space

The dataset contains quantitative information concerning university students' usage of online discussion areas and the impact of the students' participation on their final results.

The data includes the following categories of information:
• student age (whole years at the end of semester);
• student gender (male or female);
• student normal mode of study (on-campus or off-campus);
• student course of study (BTech, BE or other);
• student prior general academic performance (measured at Deakin University by the weighted average mark [WAM]);
• the total number of discussion messages read (or at least opened) by the student;
• the total number of new/initial discussion postings made by the student;
• the total number of follow-up/reply discussion postings made by the student; and
• the final unit mark obtained by the student.

Nonmodal energetics of resistive drift waves

The modal and nonmodal linear properties of the Hasegawa-Wakatani system are examined. This linear model for plasma drift waves is nonnormal in the sense of not having a complete set of orthogonal eigenvectors. A consequence of nonnormality is that finite-time nonmodal growth rates can be larger than modal growth rates. In this system, the nonmodal time-dependent behavior depends strongly on the adiabatic parameter and the time scale of interest. For small values of the adiabatic parameter and short time scales, the nonmodal growth rates, wave number, and phase shifts (between the density and potential fluctuations) are time dependent and differ from those obtained by normal mode analysis. On a given time scale, when the adiabatic parameter is less than a critical value, the drift waves are dominated by nonmodal effects while for values of the adiabatic parameter greater than the critical value, the behavior is that given by normal mode analysis. The critical adiabatic parameter decreases with time and modal behavior eventually dominates. The nonmodal linear properties of the Hasegawa-Wakatani system may help to explain features of the full system previously attributed to nonlinearity.

Influência da Fronteira em um Método Implícito para a Equação de Stokes

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Inferring a weighted elastic network from partial unfolding with coarse-grained simulations

A number of studies have demonstrated that simple elastic network models can reproduce experimental B-factors, providing insights into the structure-function properties of proteins. Here, we report a study on how to improve an elastic network model and explore its performance by predicting the experimental B-factors. Elastic network models are built on the experimental C coordinates, and they only take the pairs of C atoms within a given cutoff distance r(c) into account. These models describe the interactions by elastic springs with the same force constant. We have developed a method based on numerical simulations with a simple coarse-grained force field, to attribute weights to these spring constants. This method considers the time that two C atoms remain connected in the network during partial unfolding, establishing a means of measuring the strength of each link. We examined two different coarse-grained force fields and explored the computation of these weights by unfolding the native structures. Proteins 2014; 82:119-129. (c) 2013 Wiley Periodicals, Inc.

Entwicklung der zeitaufgelösten Photoemissions-Elektronenmikroskopie für die Untersuchung der Magnetisierungsdynamik von mikrostrukturierten magnetischen Schichten

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die zeitaufgelöste Photoemissions Elektronenmikroskopie (TR-PEEM) für die in-situ Untersuchung ultraschneller dynamischer Prozesse in dünnen mikrostrukturierten magnetischen Schichten während eines rasch verändernden externen Magnetfelds entwickelt. Das Experiment basiert auf der Nutzung des XMCD-Kontrasts (X-ray magnetic circular dichroism) mit Hilfe des zirkularpolarisierten Lichts von Synchrotronstrahlungsquellen (Elektronenspeicherringen BESSY II (Berlin) und ESRF (Grenoble)) für die dynamische Darstellung der magnetischen Domänen während ultraschneller Magnetisierungsvorgänge. Die hier entwickelte Methode wurde als erfolgreiche Kombination aus einer hohen Orts- und Zeitauflösung (weniger als 55 nm bzw. 15 ps) realisiert. Mit der hier beschriebenen Methode konnte nachgewiesen werden, dass die Magnetisierungsdynamik in großen Permalloy-Mikrostrukturen (40 µm x 80 µm und 20 µm x 80 µm, 40 nm dick) durch inkohärente Drehung der Magnetisierung und mit der Bildung von zeitlich abhängigen Übergangsdomänen einher geht, die den Ummagnetisierungsvorgang blockieren. Es wurden neue markante Differenzen zwischen der magnetischen Response einer vorgegebenen Dünnfilm-Mikrostruktur auf ein gepulstes externes Magnetfeld im Vergleich zu dem quasi-statischen Fall gefunden. Dies betrifft die Erscheinung von transienten raumzeitlichen Domänenmustern und besonderen Detailstrukturen in diesen Mustern, welche im quasi-statischen Fall nicht auftreten. Es wurden Beispiele solcher Domänenmuster in Permalloy-Mikrostrukturen verschiedener Formen und Größen untersucht und diskutiert. Insbesondere wurde die schnelle Verbreiterung von Domänenwänden infolge des präzessionalen Magnetisierungsvorgangs, die Ausbildung von transienten Domänenwänden und transienten Vortizes sowie die Erscheinung einer gestreiften Domänenphase aufgrund der inkohärenten Drehung der Magnetisierung diskutiert. Ferner wurde die Methode für die Untersuchung von stehenden Spinwellen auf ultradünnen (16 µm x 32 µm groß und 10 nm dick) Permalloy-Mikrostrukturen herangezogen. In einer zum periodischen Anregungsfeld senkrecht orientierten rechteckigen Mikrostruktur wurde ein induziertes magnetisches Moment gefunden. Dieses Phänomen wurde als „selbstfangende“ Spinwellenmode interpretiert. Es wurde gezeigt, dass sich eine erzwungene Normalmode durch Verschiebung einer 180°-Néelwand stabilisiert. Wird das System knapp unterhalb seiner Resonanzfrequenz angeregt, passt sich die Magnetisierungsverteilung derart an, dass ein möglichst großer Teil der durch das Anregungsfeld eingebrachten Energie im System verbleibt. Über einem bestimmten Grenzwert verursacht die Spinwellenmode nahe der Resonanzfrequenz eine effektive Kraft senkrecht zur 180°-Néel-Wand. Diese entsteht im Zentrum der Mikrostruktur und wird durch die streufeldinduzierte Kraft kompensiert. Als zusätzliche Möglichkeit wurden die Streufelder von magnetischen Mikrostrukturen während der dynamischen Prozesse quantitativ bestimmt und das genaue zeitliche Profil des Streufelds untersucht. Es wurde gezeigt, dass das zeitaufgelöste Photoemissions Elektronenmikroskop als ultraschnelles oberflächensensitives Magnetometer eingesetzt werden kann.

Einfluß von Topologie und Verscherung auf Dynamik und mechanische Parameter bei Homopolymeren

Die FT-Rheologie wird zur Unterscheidung verschiedener Kamm-Topologien in Polystyrollösungen und –schmelzen angewendet. Die Polystyrole werden in Abhängigkeit der Deborahzahl De unter LAOS-Bedingungen vermessen. Die Meßergebnisse zeigen, daß der Schritt von wohldefinierten Systemen (lineare Ketten, Sterne) zu solchen mit statistischer Verteilung wie in Kämmen zu großen Veränderungen sowohl im linearen als auch im nichtlinearen Bereich der rheologischen Messungen führt. Sowohl die Masterkurven als auch die Intenstiäten I3/1 und Phasen Phi3 der Nichtlinearitäten der einzelnen Proben weisen jeweils deutliche Unterschiede untereinander auf. Diese sind durch die bisherigen Ergebnisse noch nicht vollständig mit topologischen Merkmalen in Verbindung zu bringen. Die Messungen wurden mit dem von McLeish eingeführten Pom-pom Modell und daraus weiterentwickelten double convected-Pom-pom Modell (DCPP) simuliert und lieferten gute Übereinstimmung sowie auch Vorhersagen über den experimentell nicht mehr zugänglichen Bereich. Zur Untersuchung des Einflusses von mechanischer Scherung auf die lokale, molekulare Dynamik wird das LAOS-Experiment in situ mit dielektrischer Spektroskopie kombiniert. Dazu wurde eine Apparatur entwickelt, die das hochsensitive ARES-Rheometer mit dem hochauflösenden dielektrischen ALPHA-Analyzer verbindet. Mit dieser Apparatur wurde das Typ-A Polymer 1,4-cis-Polyisopren, mit einem Dipolmoment entlang des Rückgrats, bei oszillatorischer Scherung unter gleichzeitiger Aufnahme eines dielektrischen Spektrums vermessen. Es konnte gezeigt werden, daß die oszillatorische Verscherung weder die charakteristische Relaxationszeit noch die Form des Normal Mode Peaks beeinflußt, wohl aber die dielektrische Stärke Delta epsilon. Diese entspricht der Fläche unter dem e“-Peak und kann mit einer Debye- und einer Cole/Davidson-Funktion angepasst werden. Die Abnahme der dielektrischen Stärke mit zunehmender Scheramplitude kann mit der Orientierungsverteilung der End-zu-End-Vektoren in der Probe erklärt werden.

Computational strategies to include protein flexibility in Ligand Docking and Virtual Screening

The dynamic character of proteins strongly influences biomolecular recognition mechanisms. With the development of the main models of ligand recognition (lock-and-key, induced fit, conformational selection theories), the role of protein plasticity has become increasingly relevant. In particular, major structural changes concerning large deviations of protein backbones, and slight movements such as side chain rotations are now carefully considered in drug discovery and development. It is of great interest to identify multiple protein conformations as preliminary step in a screening campaign. Protein flexibility has been widely investigated, in terms of both local and global motions, in two diverse biological systems. On one side, Replica Exchange Molecular Dynamics has been exploited as enhanced sampling method to collect multiple conformations of Lactate Dehydrogenase A (LDHA), an emerging anticancer target. The aim of this project was the development of an Ensemble-based Virtual Screening protocol, in order to find novel potent inhibitors. On the other side, a preliminary study concerning the local flexibility of Opioid Receptors has been carried out through ALiBERO approach, an iterative method based on Elastic Network-Normal Mode Analysis and Monte Carlo sampling. Comparison of the Virtual Screening performances by using single or multiple conformations confirmed that the inclusion of protein flexibility in screening protocols has a positive effect on the probability to early recognize novel or known active compounds.

Individual plasmonic nanogaps : controlled assembly and detailed investigation

Diese Arbeit befasst sich mit den optischen Resonanzen metallischer Nanopartikel im Abstand weniger Nanometer von einer metallischen Grenzfläche. Die elektromagnetische Wechselwirkung dieser „Kugel-vor-Fläche“ Geometrie ruft interessante optische Phänomene hervor. Sie erzeugt eine spezielle elektromagnetische Eigenmode, auch Spaltmode genannt, die im Wesentlichen auf den Nanospalt zwi-schen Kugel und Oberfläche lokalisiert ist. In der quasistatischen Näherung hängt die Resonanzposition nur vom Material, der Umgebung, dem Film-Kugel Abstand und dem Kugelradius selbst ab. Theoretische Berechnungen sagen für diese Region unter Resonanzbedingungen eine große Verstärkung des elektro-magnetischen Feldes voraus. rnUm die optischen Eigenschaften dieser Systeme zu untersuchen, wurde ein effizienter plasmonenver-mittelnder Dunkelfeldmodus für die konfokale Rastermikroskopie durch dünne Metallfilme entwickelt, der die Verstärkung durch Oberflächenplasmonen sowohl im Anregungs- als auch Emissionsprozess ausnutzt. Dadurch sind hochwertige Dunkelfeldaufnahmen durch die Metallfilme der Kugel-vor-Fläche Systeme garantiert, und die Spektroskopie einzelner Resonatoren wird erleichtert. Die optischen Untersuchungen werden durch eine Kombination von Rasterkraft- und Rasterelektronenmikroskopie vervollständigt, so dass die Form und Größe der untersuchten Resonatoren in allen drei Dimensionen bestimmt und mit den optischen Resonanzen korreliert werden können. Die Leistungsfähigkeit des neu entwickelten Modus wird für ein Referenzsystem aus Polystyrol-Kugeln auf einem Goldfilm demonstriert. Hierbei zeigen Partikel gleicher Größe auch die erwartete identische Resonanz.rnFür ein aus Gold bestehendes Kugel-vor-Fläche System, bei dem der Spalt durch eine selbstorganisierte Monolage von 2-Aminoethanthiol erzeugt wird, werden die Resonanzen von Goldpartikeln, die durch Reduktion mit Chlorgoldsäure erzeugt wurden, mit denen von idealen Goldkugeln verglichen. Diese ent-stehen aus den herkömmlichen Goldpartikeln durch zusätzliche Bestrahlung mit einem Pikosekunden Nd:Yag Laser. Bei den unbestrahlten Partikeln mit ihrer Unzahl an verschiedenen Formen zeigen nur ein Drittel der untersuchten Resonatoren ein Verhalten, das von der Theorie vorhergesagt wird, ohne das dies mit ihrer Form oder Größe korrelieren würde. Im Fall der bestrahlten Goldkugeln tritt eine spürbare Verbesserung ein, bei dem alle Resonatoren mit den theoretischen Rechnungen übereinstimmen. Eine Änderung der Oberflächenrauheit des Films zeigt hingegen keinen Einfluß auf die Resonanzen. Obwohl durch die Kombination von Goldkugeln und sehr glatten Metallfilmen eine sehr definierte Probengeometrie geschaffen wurde, sind die experimentell bestimmten Linienbreiten der Resonanzen immer noch wesentlich größer als die berechneten. Die Streuung der Daten, selbst für diese Proben, deutet auf weitere Faktoren hin, die die Spaltmoden beeinflußen, wie z.B. die genaue Form des Spalts. rnDie mit den Nanospalten verbundenen hohen Feldverstärkungen werden untersucht, indem ein mit Farbstoff beladenes Polyphenylen-Dendrimer in den Spalt eines aus Silber bestehenden Kugel-vor-Fläche Systems gebracht wird. Das Dendrimer in der Schale besteht lediglich aus Phenyl-Phenyl Bindungen und garantiert durch die damit einhergende Starrheit des Moleküls eine überragende Formstabiliät, ohne gleichzeitig optisch aktiv zu sein. Die 16 Dithiolan Endgruppen sorgen gleichzeitig für die notwendige Affinität zum Silber. Dadurch kann der im Inneren befindliche Farbstoff mit einer Präzision von wenigen Nanometern im Spalt zwischen den Metallstrukturen platziert werden. Der gewählte Perylen Farbstoff zeichnet sich wiederum durch hohe Photostabilität und Fluoreszenz-Quantenausbeute aus. Für alle untersuchten Partikel wird ein starkes Fluoreszenzsignal gefunden, das mindestens 1000-mal stärker ist, als das des mit Farbstoff überzogenen Metallfilms. Das Profil des Fluoreszenz-Anregungsspektrums variiert zwischen den Partikeln und zeigt im Vergleich zum freien Farbstoff eine zusätzliche Emission bei höheren Frequenzen, was in der Literatur als „hot luminescence“ bezeichnet wird. Bei der Untersuchung des Streuverhaltens der Resonatoren können wieder zwei unterschiedliche Arten von Resonatoren un-terschieden werden. Es gibt zunächst die Fälle, die bis auf die beschriebene Linienverbreiterung mit einer idealen Kugel-vor-Fläche Geometrie übereinstimmen und dann andere, die davon stark abweichen. Die Veränderungen der Fluoreszenz-Anregungsspektren für den gebundenen Farbstoffs weisen auf physikalische Mechanismen hin, die bei diesen kleinen Metall/Farbstoff Abständen eine Rolle spielen und die über eine einfache wellenlängenabhängige Verstärkung hinausgehen.

Intermolecular Clamping by Hydrogen Bonds: 2-Pyridone center dot NH3

A combined spectroscopic and ab initio theoretical study of the doubly hydrogen-bonded complex of 2-pyridone (2PY) with NH3 has been performed. The S-1 <- S-0 spectrum extends up to approximate to 1200 cm(-1) above the 0(0)(0) band, close to twice the range observed for 2PY. The S-1 state nonradiative decay for vibrations above approximate to 300 cm(-1) in the NH3 complex is dramatically slowed down relative to bare 2PY. Also, the Delta v=2,4,... overtone bands of the v(1)' and v(2)' out-of-plane vibrations that dominate the low-energy spectral region of 2PY are much weaker or missing for 2PY center dot NH3, which implies that the bridging (2PY)NH center dot center dot center dot NH3 and H2NH center dot center dot center dot O=C H-bonds clamp the 2PY at a planar geometry in the S-1 state. The mass-resolved UV vibronic spectra of jet-cooled 2PY center dot NH3 and its H/D mixed isotopomers are measured using two-color resonant two-photon ionization spectroscopy. The S-0 and S-1 equilibrium structures and normal-mode frequencies are calculated by density functional (B3LYP) and correlated ab initio methods (MP2 and approximate second-order coupled-cluster, CC2). The S-1 <- S-0 vibronic assignments are based on configuration interaction singles (CIS) and CC2 calculations. A doubly H-bonded bridged structure of C-S symmetry is predicted, in agreement with that of Held and Pratt [J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 9718]. While the B3LYP and MP2 calculated rotational constants are in very good agreement with experiment, the calculated H2NH center dot center dot center dot O=C H-bond distance is approximate to 0.7 angstrom shorter than that derived by Held and Pratt. On the other hand, this underlines their observation that ammonia can act as a strong H-bond donor when built into an H-bonded bridge. The CC2 calculations predict the H2NH center dot center dot center dot O distance to increase by 0.2 angstrom upon S-1 <- S-0 electronic excitation, while the (2PY)NH center dot center dot center dot NH3 H-bond remains nearly unchanged. Thus, the expansion of the doubly H-bonded bridge in the excited state is asymmetric and almost wholly due to the weakening of the interaction of ammonia with the keto acceptor group.