Effects of the environment on the electric conductivity of double-stranded DNA molecules

We present a theoretical analysis of the effects of the environment on charge transport in double-stranded synthetic poly(G)-poly(C) DNA molecules attached to two ideal leads. Coupling of the DNA to the environment results in two effects: (i) localization of carrier functions due to static disorder and (ii) phonon-induced scattering of the carriers between the localized states, resulting in hopping conductivity. A nonlinear Pauli master equation for populations of localized states is used to describe the hopping transport and calculate the electric current as a function of the applied bias. We demonstrate that, although the electronic gap in the density of states shrinks as the disorder increases, the voltage gap in the I-V characteristics becomes wider. A simple physical explanation of this effect is provided.

Numerical modeling of electromagnetic coupling phenomena in the vicinities of overhead power transmission lines.

Electromagnetic coupling phenomena between overhead power transmission lines and other nearby structures are inevitable, especially in densely populated areas. The undesired effects resulting from this proximity are manifold and range from the establishment of hazardous potentials to the outbreak of alternate current corrosion phenomena. The study of this class of problems is necessary for ensuring security in the vicinities of the interaction zone and also to preserve the integrity of the equipment and of the devices there present. However, the complete modeling of this type of application requires the three- -dimensional representation of the region of interest and needs specific numerical methods for field computation. In this work, the modeling of problems arising from the flow of electrical currents in the ground (the so-called conductive coupling) will be addressed with the finite element method. Those resulting from the time variation of the electromagnetic fields (the so-called inductive coupling) will be considered as well, and they will be treated with the generalized PEEC (Partial Element Equivalent Circuit) method. More specifically, a special boundary condition on the electric potential is proposed for truncating the computational domain in the finite element analysis of conductive coupling problems, and a complete PEEC formulation for modeling inductive coupling problems is presented. Test configurations of increasing complexities are considered for validating the foregoing approaches. These works aim to provide a contribution to the modeling of this class of problems, which tend to become common with the expansion of power grids.

Avaliação da durabilidade de misturas asfálticas a quente e mornas contendo material asfáltico fresado.

A reciclagem de misturas asfálticas usando técnicas de misturas mornas atende às exigências da sustentabilidade, limitando o consumo de energia e de novos materiais. A reciclagem de revestimentos asfálticos fresados (RAP) é praticada há mais de 40 anos, por meio de usinagem a quente do RAP adicionado a agregados e ligante novos. Todavia, o uso de elevadas taxas de RAP (acima de 25% no total), é um grande desafio até o presente, pois limita a perda de durabilidade da mistura asfáltica final. O RAP contém ligante asfáltico envelhecido aderido aos agregados, porém uma parte desse ligante pode ser remobilizada durante a reciclagem pelo aumento da temperatura no processo de usinagem. Esta tese busca compreender o processo de remobilização do ligante envelhecido durante a reciclagem do RAP e as consequências da magnitude de temperatura empregada no processo de reaquecimento deste material envelhecido. Atualmente, tem-se buscado o uso da tecnologia de usinagem morna, permitindo a redução de temperatura total no processo de fabricação. Um dos problemas possíveis da combinação das técnicas reciclagem morna é a ocorrência do fenômeno de recobrimento duplo, que pode impactar na reologia do novo material: o ligante do RAP e o ligante novo não se misturariam totalmente, devido à redução das temperaturas de fabricação, formando camadas superpostas. Este fenômeno seria a causa de disfuncionamentos mecânicos da mistura asfáltica final. Questiona-se então a qualidade do recobrimento dos agregados do RAP, já recobertos, e a falta de um meio de caracterização para a observação da interface. Neste estudo, a qualidade do recobrimento do RAP foi avaliada em escala microscópica e macroscópica. No nível microscópico, foi proposto o uso de uma ferramenta de micro-espectroscopia infravermelha para avaliar a interface entre o RAP e o ligante novo, e seguir a distribuição espacial desses dois componentes na mistura asfáltica. Para tanto, foi realizado um desenvolvimento experimental detalhado que permitisse o uso de um acessório de imagem infravermelha em misturas asfálticas recicladas. Graças à indentificação prévia de marcadores internos, foi possível acompanhar a mobilização parcial do ligante envelhecido do RAP. Em paralelo, no nível macroscópico, foi desenvolvido um protocolo de ensaio com o objetivo de avaliar a durabilidade das misturas asfálticas recicladas com taxas elevadas de RAP (50%), com o objetivo princial de compreender se há benefícios nas propriedades mecânicas de misturas mornas recicladas. O ensaio de fadiga é um dos ensaios que permitem melhor avaliar e comparar diferentes misturas asfálticas para comporem uma camada de pavimento. Porém, este ensaio não pode ser diretamente transposto à previsibilidade de campo por ter restrições, tais como o ligante das amostras ensaiadas não teve tempo de envelhecer; e as misturas asfálticas, dependendo da quantidade de RAP e da temperatura de usinagem, podem envelhecer em velocidades diferentes em campo. No presente trabalho, foi proposta a adição de uma etapa de envelhecimento previamente aos ensaios mecânicos. Foi suposto que o comportamento real do material estaria situado entre o do material não envelhecido e do envelhecido. Os principais resultados mostram que uma mistura reciclada morna apresenta resultados satisfatórios de comportamento mecânico que atestam seu uso como camada de revestimento asfáltico, exceto que ela tem a tendência de ser mais sensível à fadiga que uma mistura com a mesma composição de agregados e de teor de ligante, fabricada a quente ou morna, mas sem a adição de RAP.

Simulation of the secondary electrons energy deposition produced by proton beams in PMMA: influence of the target electronic excitation description

We have studied the radial dependence of the energy deposition of the secondary electron generated by swift proton beams incident with energies T = 50 keV–5 MeV on poly(methylmethacrylate) (PMMA). Two different approaches have been used to model the electronic excitation spectrum of PMMA through its energy loss function (ELF), namely the extended-Drude ELF and the Mermin ELF. The singly differential cross section and the total cross section for ionization, as well as the average energy of the generated secondary electrons, show sizeable differences at T ⩽ 0.1 MeV when evaluated with these two ELF models. In order to know the radial distribution around the proton track of the energy deposited by the cascade of secondary electrons, a simulation has been performed that follows the motion of the electrons through the target taking into account both the inelastic interactions (via electronic ionizations and excitations as well as electron-phonon and electron trapping by polaron creation) and the elastic interactions. The radial distribution of the energy deposited by the secondary electrons around the proton track shows notable differences between the simulations performed with the extended-Drude ELF or the Mermin ELF, being the former more spread out (and, therefore, less peaked) than the latter. The highest intensity and sharpness of the deposited energy distributions takes place for proton beams incident with T ~ 0.1–1 MeV. We have also studied the influence in the radial distribution of deposited energy of using a full energy distribution of secondary electrons generated by proton impact or using a single value (namely, the average value of the distribution); our results show that differences between both simulations become important for proton energies larger than ~0.1 MeV. The results presented in this work have potential applications in materials science, as well as hadron therapy (due to the use of PMMA as a tissue phantom) in order to properly consider the generation of electrons by proton beams and their subsequent transport and energy deposition through the target in nanometric scales.

Biopacemaker acceleration without increased synchronization by chronic exposure to phorbol myristate acetate

L'activité électrique du coeur est initiée par la génération spontanée de potentiels d'action venant des cellules pacemaker du noeud sinusal (SN). Toute dysfonction au niveau de cette région entraîne une instabilité électrique du coeur. La majorité des patients souffrant d'un noeud sinusal déficient nécessitent l'implantation chirurgicale d'un pacemaker électronique; cependant, les limitations de cette approche incitent à la recherche d'une alternative thérapeutique. La base moléculaire des courants ioniques jouant un rôle crucial dans l'activité du noeud sinusal sont de plus en plus connues. Une composante importante de l'activité des cellules pacemakers semble être le canal HCN, responsable du courant pacemaker If. Le facteur T-box 3 (Tbx3), un facteur de transcription conservé durant le processus de l'évolution, est nécessaire au développement du système de conduction cardiaque. De précédentes études ont démontré que dans différentes lignées cellulaires le Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) active l'expression du gène codant Tbx3 via des réactions en cascade partant de la protéine kinase C (PKC). L'objectif principal de cette étude est de tester si le PMA peut augmenter la fréquence et la synchronisation de l'activité spontanée du pacemaker biologique en culture. Plus précisément, nous avons étudié les effets de l'exposition chronique au PMA sur l'expression du facteur de transcription Tbx3, sur HCN4 et l'activité spontanée chez des monocouches de culture de myocytes ventriculaires de rats néonataux (MVRN). Nos résultats démontrent que le PMA augmente significativement le facteur transcription de Tbx3 et l'expression ARNm de HCN4, favorisant ainsi l'augmentation du rythme et de la stabilité de l'activité autonome. De plus, une diminution significative de la vitesse de conduction a été relevée et est attribuée à la diminution du couplage intercellulaire. La diminution de la vitesse de conduction pourrait expliquer l'effet négatif du PMA sur la synchronisation de l'activité autonome du pacemaker biologique. Ces résultats ont été confirmés par un modèle mathématique multicellulaire suggérant que des fréquences et résistances intercellulaires plus élevée pourraient induire une activité plus stable et moins synchrone. Cette étude amène de nouvelles connaissances très importantes destinées à la production d'un pacemaker biologique efficient et robuste.

Plasticité du cortex visuel: «homéodynamie» des connexions neuronales et modèle d’effets d’antidépresseurs

Les informations sensorielles sont traitées dans le cortex par des réseaux de neurones co-activés qui forment des assemblées neuronales fonctionnelles. Le traitement visuel dans le cortex est régit par différents aspects des caractéristiques neuronales tels que l’aspect anatomique, électrophysiologique et moléculaire. Au sein du cortex visuel primaire, les neurones sont sélectifs à divers attributs des stimuli tels que l’orientation, la direction, le mouvement et la fréquence spatiale. Chacun de ces attributs conduit à une activité de décharge maximale pour une population neuronale spécifique. Les neurones du cortex visuel ont cependant la capacité de changer leur sélectivité en réponse à une exposition prolongée d’un stimulus approprié appelée apprentissage visuel ou adaptation visuelle à un stimulus non préférentiel. De ce fait, l’objectif principal de cette thèse est d’investiguer les mécanismes neuronaux qui régissent le traitement visuel durant une plasticité induite par adaptation chez des animaux adultes. Ces mécanismes sont traités sous différents aspects : la connectivité neuronale, la sélectivité neuronale, les propriétés électrophysiologiques des neurones et les effets des drogues (sérotonine et fluoxétine). Le modèle testé se base sur les colonnes d’orientation du cortex visuel primaire. La présente thèse est subdivisée en quatre principaux chapitres. Le premier chapitre (A) traite de la réorganisation du cortex visuel primaire suite à une plasticité induite par adaptation visuelle. Le second chapitre (B) examine la connectivité neuronale fonctionnelle en se basant sur des corrélations croisées entre paires neuronales ainsi que sur des corrélations d’activités de populations neuronales. Le troisième chapitre (C) met en liaison les aspects cités précédemment (les effets de l’adaptation visuelle et la connectivité fonctionnelle) aux propriétés électrophysiologiques des neurones (deux classes de neurones sont traitées : les neurones à décharge régulière et les neurones à décharge rapide ou burst). Enfin, le dernier chapitre (D) a pour objectif l’étude de l’effet du couplage de l’adaptation visuelle à l’administration de certaines drogues, notamment la sérotonine et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Méthodes En utilisant des enregistrements extracellulaires d’activités neuronales dans le cortex visuel primaire (V1) combinés à un processus d’imagerie cérébrale optique intrinsèque, nous enregistrons l’activité de décharge de populations neuronales et nous examinons l’activité de neurones individuels extraite des signaux multi-unitaires. L’analyse de l’activité cérébrale se base sur différents algorithmes : la distinction des propriétés électrophysiologiques des neurones se fait par calcul de l’intervalle de temps entre la vallée et le pic maximal du potentiel d’action (largeur du potentiel d’action), la sélectivité des neurones est basée sur leur taux de décharge à différents stimuli, et la connectivité fonctionnelle utilise des calculs de corrélations croisées. L’utilisation des drogues se fait par administration locale sur la surface du cortex (après une craniotomie et une durotomie). Résultats et conclusions Dans le premier chapitre, nous démontrons la capacité des neurones à modifier leur sélectivité après une période d’adaptation visuelle à un stimulus particulier, ces changements aboutissent à une réorganisation des cartes corticales suivant un patron spécifique. Nous attribuons ce résultat à la flexibilité de groupes fonctionnels de neurones qui étaient longtemps considérés comme des unités anatomiques rigides. En effet, nous observons une restructuration extensive des domaines d’orientation dans le but de remodeler les colonnes d’orientation où chaque stimulus est représenté de façon égale. Ceci est d’autant plus confirmé dans le second chapitre où dans ce cas, les cartes de connectivité fonctionnelle sont investiguées. En accord avec les résultats énumérés précédemment, les cartes de connectivité montrent également une restructuration massive mais de façon intéressante, les neurones utilisent une stratégie de sommation afin de stabiliser leurs poids de connectivité totaux. Ces dynamiques de connectivité sont examinées dans le troisième chapitre en relation avec les propriétés électrophysiologiques des neurones. En effet, deux modes de décharge neuronale permettent la distinction entre deux classes neuronales. Leurs dynamiques de corrélations distinctes suggèrent que ces deux classes jouent des rôles clés différents dans l’encodage et l’intégration des stimuli visuels au sein d’une population neuronale. Enfin, dans le dernier chapitre, l’adaptation visuelle est combinée avec l’administration de certaines substances, notamment la sérotonine (neurotransmetteur) et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Ces deux substances produisent un effet similaire en facilitant l’acquisition des stimuli imposés par adaptation. Lorsqu’un stimulus non optimal est présenté en présence de l’une des deux substances, nous observons une augmentation du taux de décharge des neurones en présentant ce stimulus. Nous présentons un modèle neuronal basé sur cette recherche afin d’expliquer les fluctuations du taux de décharge neuronale en présence ou en absence des drogues. Cette thèse présente de nouvelles perspectives quant à la compréhension de l’adaptation des neurones du cortex visuel primaire adulte dans le but de changer leur sélectivité dans un environnement d’apprentissage. Nous montrons qu’il y a un parfait équilibre entre leurs habiletés plastiques et leur dynamique d’homéostasie.

Plasticité du cortex visuel: «homéodynamie» des connexions neuronales et modèle d’effets d’antidépresseurs

Les informations sensorielles sont traitées dans le cortex par des réseaux de neurones co-activés qui forment des assemblées neuronales fonctionnelles. Le traitement visuel dans le cortex est régit par différents aspects des caractéristiques neuronales tels que l’aspect anatomique, électrophysiologique et moléculaire. Au sein du cortex visuel primaire, les neurones sont sélectifs à divers attributs des stimuli tels que l’orientation, la direction, le mouvement et la fréquence spatiale. Chacun de ces attributs conduit à une activité de décharge maximale pour une population neuronale spécifique. Les neurones du cortex visuel ont cependant la capacité de changer leur sélectivité en réponse à une exposition prolongée d’un stimulus approprié appelée apprentissage visuel ou adaptation visuelle à un stimulus non préférentiel. De ce fait, l’objectif principal de cette thèse est d’investiguer les mécanismes neuronaux qui régissent le traitement visuel durant une plasticité induite par adaptation chez des animaux adultes. Ces mécanismes sont traités sous différents aspects : la connectivité neuronale, la sélectivité neuronale, les propriétés électrophysiologiques des neurones et les effets des drogues (sérotonine et fluoxétine). Le modèle testé se base sur les colonnes d’orientation du cortex visuel primaire. La présente thèse est subdivisée en quatre principaux chapitres. Le premier chapitre (A) traite de la réorganisation du cortex visuel primaire suite à une plasticité induite par adaptation visuelle. Le second chapitre (B) examine la connectivité neuronale fonctionnelle en se basant sur des corrélations croisées entre paires neuronales ainsi que sur des corrélations d’activités de populations neuronales. Le troisième chapitre (C) met en liaison les aspects cités précédemment (les effets de l’adaptation visuelle et la connectivité fonctionnelle) aux propriétés électrophysiologiques des neurones (deux classes de neurones sont traitées : les neurones à décharge régulière et les neurones à décharge rapide ou burst). Enfin, le dernier chapitre (D) a pour objectif l’étude de l’effet du couplage de l’adaptation visuelle à l’administration de certaines drogues, notamment la sérotonine et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Méthodes En utilisant des enregistrements extracellulaires d’activités neuronales dans le cortex visuel primaire (V1) combinés à un processus d’imagerie cérébrale optique intrinsèque, nous enregistrons l’activité de décharge de populations neuronales et nous examinons l’activité de neurones individuels extraite des signaux multi-unitaires. L’analyse de l’activité cérébrale se base sur différents algorithmes : la distinction des propriétés électrophysiologiques des neurones se fait par calcul de l’intervalle de temps entre la vallée et le pic maximal du potentiel d’action (largeur du potentiel d’action), la sélectivité des neurones est basée sur leur taux de décharge à différents stimuli, et la connectivité fonctionnelle utilise des calculs de corrélations croisées. L’utilisation des drogues se fait par administration locale sur la surface du cortex (après une craniotomie et une durotomie). Résultats et conclusions Dans le premier chapitre, nous démontrons la capacité des neurones à modifier leur sélectivité après une période d’adaptation visuelle à un stimulus particulier, ces changements aboutissent à une réorganisation des cartes corticales suivant un patron spécifique. Nous attribuons ce résultat à la flexibilité de groupes fonctionnels de neurones qui étaient longtemps considérés comme des unités anatomiques rigides. En effet, nous observons une restructuration extensive des domaines d’orientation dans le but de remodeler les colonnes d’orientation où chaque stimulus est représenté de façon égale. Ceci est d’autant plus confirmé dans le second chapitre où dans ce cas, les cartes de connectivité fonctionnelle sont investiguées. En accord avec les résultats énumérés précédemment, les cartes de connectivité montrent également une restructuration massive mais de façon intéressante, les neurones utilisent une stratégie de sommation afin de stabiliser leurs poids de connectivité totaux. Ces dynamiques de connectivité sont examinées dans le troisième chapitre en relation avec les propriétés électrophysiologiques des neurones. En effet, deux modes de décharge neuronale permettent la distinction entre deux classes neuronales. Leurs dynamiques de corrélations distinctes suggèrent que ces deux classes jouent des rôles clés différents dans l’encodage et l’intégration des stimuli visuels au sein d’une population neuronale. Enfin, dans le dernier chapitre, l’adaptation visuelle est combinée avec l’administration de certaines substances, notamment la sérotonine (neurotransmetteur) et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Ces deux substances produisent un effet similaire en facilitant l’acquisition des stimuli imposés par adaptation. Lorsqu’un stimulus non optimal est présenté en présence de l’une des deux substances, nous observons une augmentation du taux de décharge des neurones en présentant ce stimulus. Nous présentons un modèle neuronal basé sur cette recherche afin d’expliquer les fluctuations du taux de décharge neuronale en présence ou en absence des drogues. Cette thèse présente de nouvelles perspectives quant à la compréhension de l’adaptation des neurones du cortex visuel primaire adulte dans le but de changer leur sélectivité dans un environnement d’apprentissage. Nous montrons qu’il y a un parfait équilibre entre leurs habiletés plastiques et leur dynamique d’homéostasie.

Evidence for energy relaxation via a radiative cascade in surface-passivated PbS quantum dots

Multiple emission peaks have been observed from surface passivated PbS nanocrystals displaying strong quantum confinement. The emission spectra are shown to be strongly dependent on the excited-state parity. We also find that intraband energy relaxation from initial states excited far above the band-edge is nearly three orders of magnitude slower than that found in other nanocrystal quantum dots, providing evidence of inefficient energy relaxation via phonon emission. The initial-state parity dependence of the photoluminescent emission properties suggests that energy relaxation from the higher excited states occurs via a radiative cascade, analogous to energy relaxation in atomic systems. Such radiative cascade emission is possible from ideal zero-dimensional semiconductors, where electronic transitions can be decoupled from phonon modes.

Localized heating or cooling in mesoscopic devices by electron transport

We describe a method to produce local heating or cooling (depending on how the system is tuned) in a mesoscopic device by transport of electrons. The mechanism can operate on molecules or quantum dots, or any system where the local modes are coupled to vibrations. We believe this will be of future interest in micro electro mechanical systems (MEMS). The amount of heating/cooling obtained depends on the details of the device. We also perform a numerical calculation to display the effect. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Ion trap simulations of quantum fields in an expanding universe

We propose an experiment in which the phonon excitation of ion(s) in a trap, with a trap frequency exponentially modulated at rate kappa, exhibits a thermal spectrum with an Unruh temperature given by k(B)T=h kappa. We discuss the similarities of this experiment to the response of detectors in a de Sitter universe and the usual Unruh effect for uniformly accelerated detectors. We demonstrate a new Unruh effect for detectors that respond to antinormally ordered moments using the ion's first blue sideband transition.

Population inversion of a driven two-level system in a structureless bath

We derive a master equation for a driven double quantum dot damped by an unstructured phonon bath, and calculate the spectral density. We find that bath-mediated photon absorption is important at relatively strong driving, and may even dominate the dynamics, inducing population inversion of the double-dot system. This phenomenon is consistent with recent experimental observations.

Experimental and theoretical investigation of the structural, chemical, electronic, and high frequency dielectric properties of barium cadmium tantalate-based ceramics

Single-phase Ba(Cd1/3Ta2/3)O-3 powder was produced using conventional solid state reaction methods. Ba(Cd1/3Ta2/3)O-3 ceramics with 2 wt % ZnO as sintering additive sintered at 1550 degreesC exhibited a dielectric constant of similar to32 and loss tangent of 5x10(-5) at 2 GHz. X-ray diffraction and thermogravimetric measurements were used to characterize the structural and thermodynamic properties of the material. Ab initio electronic structure calculations were used to give insight into the unusual properties of Ba(Cd1/3Ta2/3)O-3, as well as a similar and more widely used material Ba(Zn1/3Ta2/3)O-3. While both compounds have a hexagonal Bravais lattice, the P321 space group of Ba(Cd1/3Ta2/3)O-3 is reduced from P (3) under bar m1 of Ba(Zn1/3Ta2/3)O-3 as a result of a distortion of oxygen away from the symmetric position between the Ta and Cd ions. Both of the compounds have a conduction band minimum and valence band maximum composed of mostly weakly itinerant Ta 5d and Zn 3d/Cd 4d levels, respectively. The covalent nature of the directional d-electron bonding in these high-Z oxides plays an important role in producing a more rigid lattice with higher melting points and enhanced phonon energies, and is suggested to play an important role in producing materials with a high dielectric constant and low microwave loss. (C) 2005 American Institute of Physics.

Spin-detection in a quantum electromechanical shuttle system

We study the electrical transport of a harmonically bound, single-molecule C-60 shuttle operating in the Coulomb blockade regime, i.e. single electron shuttling. In particular, we examine the dependance of the tunnel current on an ultra-small stationary force exerted on the shuttle. As an example, we consider the force exerted on an endohedral N@C-60 by the magnetic field gradient generated by a nearby nanomagnet. We derive a Hamiltonian for the full shuttle system which includes the metallic contacts, the spatially dependent tunnel couplings to the shuttle, the electronic and motional degrees of freedom of the shuttle itself and a coupling of the shuttle's motion to a phonon bath. We analyse the resulting quantum master equation and find that, due to the exponential dependence of the tunnel probability on the shuttle-contact separation, the current is highly sensitive to very small forces. In particular, we predict that the spin state of the endohedral electrons of N@C-60 in a large magnetic gradient field can be distinguished from the resulting current signals within a few tens of nanoseconds. This effect could prove useful for the detection of the endohedral spin-state of individual paramagnetic molecules such as N@C-60 and P@C-60, or the detection of very small static forces acting on a C-60 shuttle.

Magnetic properties and Spin dynamics in magnetic Molecular Rings

Molecular nanomagnets are spin clusters whose topology and magnetic interactions can be modulated at the level of the chemical synthesis. They are formed by a small number of transition metal ions coupled by the Heisenberg's exchange interactions. Each cluster is magnetically isolated from its neighbors by organic ligands, making each unit not interacting with the others. Therefore, we can investigate the magnetic properties of an isolated molecular nanomagnet by bulk measurements. The present thesis has been mostly devoted to the experimental investigation of the magnetic properties and spin dynamics of different classes of antiferromagnetic (AF) molecular rings. This study has been exploiting various techniques of investigations, such as Nuclear Magnetic Resonance (NMR), muon spin relaxation (muSR) and SQUiD magnetometry. We investigate the magnetic properties and the phonon-induced relaxation dynamics of the first regular Cr9 antiferromagnetic (AF) ring, which represents a prototype frustrated AF ring. The magnetically-open AF rings like Cr8Cd are model systems for the study of the microscopic magnetic behaviour of finite AF Heisenberg chains. In this type of system the different magnetic behaviour depends length and on the parity of the chain (odd or even). In order to study the local spin densities on the Cr sites, the Cr-NMR spectra was collected at low temperature. The experimental result confirm the theoretical predictions for the spin configuration. Finally, the study of Dy6, the first rare-earth based ring that has been ever synthesized, has been performed by AC-SQuID and muSR measurements. We found that the dynamics is characterized by more than one characteristic correlation time, whose values depend strongly on the applied field.

Kelvin-wave cascade in the vortex filament model

The small-scale energy-transfer mechanism in zero-temperature superfluid turbulence of helium-4 is still a widely debated topic. Currently, the main hypothesis is that weakly nonlinear interacting Kelvin waves (KWs) transfer energy to sufficiently small scales such that energy is dissipated as heat via phonon excitations. Theoretically, there are at least two proposed theories for Kelvin-wave interactions. We perform the most comprehensive numerical simulation of weakly nonlinear interacting KWs to date and show, using a specially designed numerical algorithm incorporating the full Biot-Savart equation, that our results are consistent with the nonlocal six-wave KW interactions as proposed by L'vov and Nazarenko.