Human immunodeficiency virus reverse transcriptase substrate-induced conformational changes and the mechanism of inhibition by nonnucleoside inhibitors.

A combination of transient kinetic and equilibrium titration methods has been used to show that both primer/template and nucleotide binding to human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) reverse transcriptase are two-step processes. In both cases, after initial formation of relatively weakly bound states, isomerization reactions lead to tightly bound states. In the case of deoxynucleotide binding to the reverse transcriptase-primer/template complex, the second step in the interaction is rate-limiting in the overall reaction during processive polymerization. Discrimination against incorrect nucleotides occurs both in the initial weak binding and in the second step but is purely kinetic in the second step (as opposed to thermodynamic in the first step). Nonnucleoside inhibitors have a relatively small effect on nucleotide-binding steps (overall affinity is reduced by a factor of ca. 10), while the affinity of the primer/template duplex is increased by at least a factor of 10. The major effect of nonnucleoside inhibitors is on the chemical step (nucleotide transfer).

Cyclophilin catalyzes protein folding in yeast mitochondria.

Cyclophilins are a family of ubiquitous proteins that are the intracellular target of the immunosuppressant drug cyclosporin A. Although cyclophilins catalyze peptidylprolyl cis-trans isomerization in vitro, it has remained open whether they also perform this function in vivo. Here we show that Cpr3p, a cyclophilin in the matrix of yeast mitochondria, accelerates the refolding of a fusion protein that was synthesized in a reticulocyte lysate and imported into the matrix of isolated yeast mitochondria. The fusion protein consisted of the matrix-targeting sequence of subunit 9 of F1F0-ATPase fused to mouse dihydrofolate reductase. Refolding of the dihydrofolate reductase moiety in the matrix was monitored by acquisition of resistance to proteinase K. The rate of refolding was reduced by a factor of 2-6 by 2.5 microM cyclosporin A. This reduced rate of folding was also observed with mitochondria lacking Cpr3p. In these mitochondria, protein folding was insensitive to cyclosporin A. The rate of protein import was not affected by cyclosporin A or by deletion of Cpr3p.

Evolutionary importance for the membrane enhancement of the production of vitamin D3 in the skin of poikilothermic animals.

The photoproduction of vitamin D in the skin was essential for the evolutionary development of terrestrial vertebrates. During exposure to sunlight, previtamin D3 formed in the skin is isomerized to vitamin D3 (calciol) by a temperature-dependent process. Since early land vertebrates were poikilothermic, the relatively slow conversion of previtamin D3 to vitamin D3 at ambient temperature put them at serious risk for developing vitamin D deficiency, thus leading to a poorly mineralized skeleton that could have ultimately halted further evolutionary development of vertebrates on land. We evaluated the rate of isomerization of previtamin D3 to vitamin D3 in the skin of iguanas and found the isomerization rate was enhanced by 1100% and 1700% at 25 degrees C and 5 degrees C, respectively. It is likely that the membrane entrapment of previtamin D3 in its s-cis,s-cis conformation is responsible for the markedly enhanced conversion of previtamin D3 to vitamin D3. The membrane-enhanced production of vitamin D3 ensures the critical supply of vitamin D3 to poikilothermic animals such as iguanas.

A cyclophilin from the polycentric anaerobic rumen fungus Orpinomyces sp. strain PC-2 is highly homologous to vertebrate cyclophilin B.

A cyclophilin (CyP) purified to homogeneity from the polycentric anaerobic rumen fungus Orpinomyces sp. strain PC-2 had a molecular mass of 20.5 kDa and a pI of 8.1. The protein catalyzed the isomerization of the prolyl peptide bond of N-succinyl-Ala-Ala-(cis,trans)-Pro-Phe p-nitroanilide with a kcat/Km value of 9.3 x 10(6) M-1.s-1 at 10 degrees C and pH 7.8. Cyclosporin A strongly inhibited this peptidylprolyl cis-trans isomerase activity with an IC50 of 19.6 nM. The sequence of the first 30 N-terminal amino acids of this CyP had high homology with the N-terminal sequences of other eukaryotic CyPs. By use of a DNA hybridization probe amplified by PCR with degenerate oligonucleotide primers designed based on the amino acid sequences of the N terminus of this CyP and highly conserved internal regions of other CyPs, a full-length cDNA clone was isolated. It possessed an open reading frame encoding a polypeptide of 203 amino acids with a calculated molecular weight of 21,969, containing a putative hydrophobic signal peptide sequence of 22 amino acids preceding the N terminus of the mature enzyme and a C-terminal sequence, Lys-Ala-Glu-Leu, characteristic of an endoplasmic reticulum retention signal. The Orpinomyces PC-2 CyP is a typical type B CyP. The amino acid sequence of the Orpinomyces CyP exhibits striking degrees of identity with the corresponding human (70%), bovine (69%), mouse (68%), chicken (66%), maize (61%), and yeast (54%) proteins. Phylogenetic analysis based on the CyP sequences indicated that the evolutionary origin of the Orpinomyces CyP was closely related with CyPs of animals.

Pleasant sweeping grooming touch in rhesus monkey: effects on autonomic nervous system and its codification in posterior insular and secondary somatosensory cortex

Il tatto assume un'importanza fondamentale nella vita quotidiana, in quanto ci permette di discriminare le caratteristiche fisiche di un oggetto specifico, di identificarlo e di eventualmente integrare le suddette informazioni tattili con informazioni provenienti da altri canali sensoriali. Questa è la componente sensoriale-discriminativa del tatto. Tuttavia quotidianamente il tatto assume un ruolo fondamentale durante le diverse interazioni sociali, positive, come quando abbracciamo o accarezziamo una persona con cui abbiamo un rapporto affettivo e negative, per esempio quando allontaniamo una persona estranea dal nostro spazio peri-personale. Questa componente è la cosiddetta dimensione affettiva-motivazionale, la quale determina la codifica della valenza emotiva che l'interazione assume. Questa componente ci permette di creare, mantenere o distruggere i legami sociali in relazione al significato che il tocco assume durante l'interazione. Se per esempio riceviamo una carezza da un familiare, questa verrà percepita come piacevole e assumerà un significato affiliativo. Questo tipo di tocco è comunente definito come Tocco Sociale (Social Touch). Gli aspetti discriminativi del tatto sono stati ben caratterizzati, in quanto storicamente, il ruolo del tatto è stato considerato quello di discriminare le caratteristiche di ciò che viene toccato, mentre gli aspetti affettivi sono stati solo recentemente indagati considerando la loro importanza nelle interazioni sociali. Il tocco statico responsabile dell'aspetto discriminante attiva a livello della pelle le grandi fibre mieliniche (Aβ), modulando a livello del sistema nervoso centrale le cortecce sensoriali, sia primarie che secondarie. Questo permette la codifica a livello del sistema nervoso centrale delle caratteristiche fisiche oggettive degli oggetti toccati. Studi riguardanti le caratteristiche del tocco affiliativo sociale hanno messo in evidenza che suddetta stimolazione tattile 1) è un particolare tocco dinamico che avviene sul lato peloso delle pelle con una velocità di 1-10 cm/sec; 2) attiva le fibre amieliniche (fibre CT o C-LTMRs); 3) induce positivi effetti autonomici, ad esempio la diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca; e 4) determina la modulazione di regioni cerebrali coinvolte nella codifica del significato affiliativo dello stimolo sensoriale periferico, in particolare la corteccia insulare. Il senso del tatto, con le sue due dimensioni discriminativa e affiliativa, è quotidianamente usato non solo negli esseri umani, ma anche tra i primati non umani. Infatti, tutti i primati non umani utilizzano la componente discriminativa del tatto per identificare gli oggetti e il cibo e l'aspetto emotivo durante le interazioni sociali, sia negative come durante un combattimento, che positive, come durante i comportamenti affiliativi tra cui il grooming. I meccanismi di codifica della componente discriminativa dei primati non umani sono simili a quelli umani. Tuttavia, si conosce ben poco dei meccanismi alla base della codifica del tocco piacevole affiliativo. Pur essendo ben noto che i meccanorecettori amilienici C-LTMRs sono presenti anche sul lato peloso della pelle dei primati non umani, attualmente non ci sono studi riguardanti la correlazione tra il tocco piacevole e la loro modulazione, come invece è stato ampiamente dimostrato nell'uomo. Recentemente è stato ipotizzato (Dunbar, 2010) il ruolo delle fibre C-LTMRs durante il grooming, in particolare durante il cosiddetto swepping. Il grooming è costituito da due azioni motorie, lo sweeping e il picking che vengono eseguite in modo ritmico. Durante lo sweeping la scimmia agente muove il pelo della scimmia ricevente con un movimento a mano aperta, per poter vedere il preciso punto della pelle dove eseguire il picking, ovvero dove prendere la pelle a livello della radice del pelo con le unghie dell'indice e del pollice e tirare per rimuovere parassiti o uova di parassiti e ciò che è rimasto incastrato nel pelo. Oltre il noto ruolo igenico, il grooming sembra avere anche una importante funzione sociale affiliativa. Come la carezza nella società umana, cosi il grooming tra i primati non umani è considerato un comportamento. Secondo l'ipotesi di Dunbar l'attivazione delle C-LTMRs avverrebbe durante lo sweeping e questo porta a supporre che lo sweeping, come la carezza umana, costituisca una componente affiliativa del grooming, determinando quindi a contribuire alla sua codifica come comportamento sociale. Fino ad ora non vi è però alcuna prova diretta a sostegno di questa ipotesi. In particolare, 1) la velocità cui viene eseguito lo sweeping è compatibile con la velocità di attivazione delle fibre CT nell'uomo e quindi con la velocità tipica della carezza piacevole di carattere sociale affiliativo (1-10 cm/sec)?; 2) lo sweeping induce la stessa modulazione del sistema nervoso autonomo in direzione della modulazione del sistema vagale, come il tocco piacevole nell'uomo, attraverso l'attivazione delle fibre CT?; 3) lo sweeping modula la corteccia insulare, cosi come il tocco piacevole viene codificato come affiliativo nell'uomo mediante le proiezioni delle fibre CT a livello dell'insula posteriore? Lo scopo del presente lavoro è quella di testare l'ipotesi di Dunbar sopra citata, cercando quindi di rispondere alle suddette domande. Le risposte potrebbero consentire di ipotizzare la somiglianza tra lo sweeping, caratteristico del comportamento affiliativo di grooming tra i primati non umani e la carezza. In particolare, abbiamo eseguito 4 studi pilota. Nello Studio 1 abbiamo valutato la velocità con cui viene eseguito lo sweeping tra scimmie Rhesus, mediante una analisi cinematica di video registrati tra un gruppo di scimmie Rhesus. Negli Studi 2 e 3 abbiamo valutato gli effetti sul sistema nervoso autonomo dello sweeping eseguito dallo sperimentatore su una scimmia Rhesus di sesso maschile in una tipica situazione sperimentale. La stimolazione tattile è stata eseguita a diverse velocità, in accordo con i risultati dello Studio 1 e degli studi umani che hanno dimostrato la velocità ottimale e non ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs. In particolare, nello Studio 2 abbiamo misurato la frequenza cardiaca e la variabilità di questa, come indice della modulatione vagale, mentre nello Studio 3 abbiamo valutato gli effetti dello sweeping sul sistema nervoso autonomo in termini di variazioni di temperatura del corpo, nello specifico a livello del muso della scimmia. Infine, nello Studio 4 abbiamo studiato il ruolo della corteccia somatosensoriale secondaria e insulare nella codifica dello sweeping. A questo scopo abbiamo eseguito registrazioni di singoli neuroni mentre la medesima scimmia soggetto sperimentale dello Studio 2 e 3, riceveva lo sweeping a due velocità, una ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs secondo gli studi umani e i risultati dei tre studi sopra citati, ed una non ottimale. I dati preliminari ottenuti, dimostrano che 1) (Studio 1) lo sweeping tra scimmie Rhesus viene eseguito con una velocità media di 9.31 cm/sec, all'interno dell'intervallo di attivazione delle fibre CT nell'uomo; 2) (Studio 2) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina una diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca se eseguito alla velocità di 5 e 10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 1 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina l'aumento della frequenza cardiaca e la diminuzione della variabilità di questa, quindi il decremento dell'attivazione del sistema nervoso parasimpatico; 3) (Studio 3) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina l'aumento della temperatura corporea a livello del muso della scimmia se eseguito alla velocità di 5-10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 5 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina la diminuzione della temperatura del muso; 4) (Studio 4) la corteccia somatosensoriale secondaria e la corteccia insulare posteriore presentano neuroni selettivamente modulati durante lo sweeping eseguito ad una velocità di 5-13 cm/sec ma non neuroni selettivi per la codifica della velocità dello sweeping minore di 5 cm/sec. Questi risultati supportano l'ipotesi di Dunbar relativa al coinvolgimento delle fibre CT durante lo sweeping. Infatti i dati mettono in luce che lo sweeping viene eseguito con una velocità (9.31 cm/sec), simile a quella di attivazione delle fibre CT nell'uomo (1-10 cm/sec), determina gli stessi effetti fisiologici positivi in termini di frequenza cardiaca (diminuzione) e variabilità della frequenza cardiaca (incremento) e la modulazione delle medesime aree a livello del sistema nervoso centrale (in particolare la corteccia insulare). Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta che suddetta stimolazione tattile determina l'aumento della temperatura del muso della scimmia. Il presente studio rappresenta la prima prova indiretta dell'ipotesi relativa alla modulazione del sistema delle fibre C-LTMRs durante lo sweeping e quindi della codifica della stimolazione tattile piacevole affiliativa a livello del sistema nervoso centrale ed autonomo, nei primati non umani. I dati preliminari qui presentati evidenziano la somiglianza tra il sistema delle fibre CT dell'uomo e del sistema C-LTMRs nei primati non umano, riguardanti il Social Touch. Nonostante ciò abbiamo riscontrato alcune discrepanze tra i risultati da noi ottenuti e quelli invece ottenuti dagli studi umani. La velocità media dello sweeping è di 9.31 cm / sec, rasente il limite superiore dell’intervallo di velocità che attiva le fibre CT nell'uomo. Inoltre, gli effetti autonomici positivi, in termini di battito cardiaco, variabilità della frequenza cardiaca e temperatura a livello del muso, sono stati evidenziati durante lo sweeping eseguito con una velocità di 5 e 10 cm/sec, quindi al limite superiore dell’intervallo ottimale che attiva le fibre CT nell’uomo. Al contrario, lo sweeping eseguito con una velocità inferiore a 5 cm/sec e superiore a 10 cm/sec determina effetti fisiologici negativo. Infine, la corteccia insula sembra essere selettivamente modulata dallo stimolazione eseguita alla velocità di 5-13 cm/sec, ma non 1-5 cm/sec. Quindi, gli studi sul sistema delle fibre CT nell’uomo hanno dimostrato che la velocità ottimale è 1-10 cm/sec, mentre dai nostri risultati la velocità ottimale sembra essere 5-13 cm / sec. Quindi, nonostante l'omologia tra il sistema delle fibre CT nell'umano deputato alla codifica del tocco piacevole affiliativo ed il sistema delle fibre C-LTMRs nei primati non umani, ulteriori studi saranno necessari per definire con maggiore precisione la velocità ottimale di attivazione delle fibre C-LTMR e per dimostrare direttamente la loro attivazione durante lo sweeping, mediante la misurazione diretta della loro modulazione. Studi in questa direzione potranno confermare l'omologia tra lo sweeping in qualità di tocco affiliativo piacevole tra i primati non umani e la carezza tra gli uomini. Infine, il presente studio potrebbe essere un importante punto di partenza per esplorare il meccanismo evolutivo dietro la trasformazione dello sweeping tra primati non umani, azione utilitaria eseguita durante il grooming, a carezza, gesto puramente affiliativo tra gli uomini.

Behavioral expression of emotions and non-invasive assessment of physiological correlates in dogs (Canis familiaris)

The aim of this thesis was to validate the use of infrared thermography (IRT) to non-invasively measure emotional reactions to different situations in pet dogs (Canis familiaris). A preliminary test, aimed to evaluate the correlation between eye-temperature and rectal temperature in dog, was performed. Then, in three different situations, negative (veterinary visit), positive (palatable food rewards), and mildly stressing followed by mildly positive (separation from and reunion with the owner), variations in heat emitted from lacrimal caruncle (referred to as eye temperature) were measured with an infrared thermographic camera. In addition, heart rate and heart rate variability parameters were collected using a non-invasive heart rate monitor designed for human use and validated on dogs. All experiments were video recorded to allow behavioral coding. During the negative situation dogs’ level of activity and stress related behaviors varied across compared to the baseline and dogs showed an increase in eye temperature despite having a significant decrease in the level of activity. The positive situation was characterized by a peak in eye temperature and mean HR and dogs engaged in behaviors indicating a positive arousal, focusing on food treats and tail wagging but there were not variations in HRV during stimulation but only an increment in SDNN immediately after the stimulus. In the separation from and reunion with the owner dogs’ eye temperature and mean HR did not vary neither in the stressful nor in the positive situations, RMSSD increased after the positive episode, SDNN dropped during the two stimulations and it increased after the stimulations. During the separation from the owner dogs were mainly directed to the door or to the experimenter while during the reunion with the owner dogs were focused mainly on the owner and on the environment, exhibiting safe base effect. A different approach was used to assess the welfare of shelter dogs. Dogs were implanted with a telemeter and after implantation dogs were housed in sequence in four different situations lasting 1 week: alone, alone with toys and a stretch cot for sleeping, with an unknown, spayed, female, and alone with a daily 2-hours interaction with an experimenter. Two different approaches were tried: partially random extracted fragments from every week, behaviors from 8 a.m. to 4 p.m. were continuous during baseline and the female situation. Results showed different reactions by dogs to the different situations and interestingly not all enrichments were enjoyed by the dogs improving their welfare. Overall results suggest that IRT may represent a useful tool to investigate emotional reactions in dogs. Nevertheless, further research is needed to establish the specificity and sensivity of IRT in this context and to assess how different dogs’ characteristics, breed, previous experience and the valence and arousal elicited by the stimulus could influence the magnitude and type of the response. The role of HRV in understanding emotional valence and the one of telemeters in understanding long-term effects on sheltered dogs’ welfare is also discussed.

Alterações dos estados de ânimo presentes de jovens atletas de futebol em função do decurso temporal durante um período competitivo

São escassos os estudos que analisam o contínuo temporal dos estados de ânimo ao longo de um período competitivo esportivo. Embora os estados de ânimo pareçam estáveis ao longo do tempo, diferentes estímulos e contextos presentes modificam a intensidade e a valência desses estados. Além disso, há fenômenos psicológicos como decaimento, em que traços de informação perdem sua ativação devido, principalmente, à passagem do tempo e a expectativa, que é a espera pela ocorrência de um evento em um determinado tempo. O objetivo desse estudo foi examinar as alterações dos estados de ânimo em jovens atletas de futebol, separados por posição e função, que ocorreram num período competitivo, em função do decurso temporal. Assim, processos como decaimento dos estados de ânimo e a influência da expectativa pela ocorrência jogo foram analisados, bem como a influência do contexto nas variações dos estados de ânimo dos atletas. Participaram deste estudo 18 jovens atletas (média de 15,4 anos ± 0,266) de um clube de futebol que estava disputando um campeonato estadual. Para o acesso aos estados de ânimo, foi utilizada a versão reduzida da Lista de Estados de Ânimo Presentes (LEAP), juntamente com um formulário de instruções de preenchimento, aplicada minutos antes de alguns treinamentos e jogos. Foram calculados os valores de presença de cada Fator da LEAP em cada evento para cada participante. Os dados foram coletados em três tipos de Eventos: antes do último treino antecedente ao jogo (Treino-Pré), antes do jogo (Pré-jogo) e antes do primeiro treino subsequente ao jogo (Treino-Pós). Os 18 jogadores foram divididos em dois grupos: Ações Defensivas (AD) e Ações Ofensivas (AO). Foram encontrados padrões de alteração dos estados de ânimo, representados pelos Fatores II (Fadiga), VII (Interesse) e XII (Serenidade) da LEAP, em função do decurso temporal, permitindo a análise dos processos de decaimento desses estados de ânimo e a influência da expectativa nessas alterações. Também foi encontrado que alguns estados de ânimo diferiram seus padrões de alteração de acordo com um intervalo temporal (Fatores IV Limerência/Empatia e; VII Interesse), bem como tiveram valores de presença diferentes na comparação entre esses intervalos. Além disso, os Fatores III (Esperança), V (Fisiológico) e XI (Receptividade) apresentaram padrões de alteração em função do decurso temporal em diferentes intervalos temporais. Variáveis contextuais, como o resultado das partidas e a competição esportiva em si, também foram influentes nessas alterações. Fadiga, esperança, empatia, estados ligados à propriocepção, interesse, receptividade e serenidade foram os estados de ânimo presentes durante todo o estudo. Ressalta-se a importância de incluir a temporalidade como variável influente nos modelos de variação de processos neurobiológicos, sobretudo nas investigações acerca de aspectos subjetivos como os estados de ânimo.

Estudo dos espectros vibracionais de poliacetilenos substituídos

Neste trabalho foram sintetizados a poli-2-etinilpiridina (P2EP), poli-4etinilpiridina (P4EP), o iodeto de poli(2-N-t-butilpiridiniumilacetileno) (P2EPtBu) e a poli-β-etinilnaftaleno (Pβ:EN), os quais são poliacetilenos substituídos. Estes polímeros, juntamente com o cloreto de poli(2-piridínio-2-piridilacetileno) (P2EPH), foram caracterizados por espectroscopia vibracional no infravermelho e Raman. Estes polímeros apresentaram variação na posição das bandas Raman com a energia da radiação excitante - chamada dispersão Raman ou fotosseletividade - da ordem de 10 cm-1, bem inferior ao apresentado pelo poliacetileno (cerca de 60 cm-1). Este deslocamento foi interpretado utilizando-se dois dos modelos existentes para descrever este fenômeno: o Modelo de Modo de Amplitude (AMM) e o Modelo de Coordenada de Conjugação Efetiva (ECCM), os quais fornecem informações sobre a estrutura polimérica e sobre seus níveis eletrônicos. Utilizando-se o AMM foi possível obter informações sobre os níveis eletrônicos excitados de mesma simetria que o estado eletrônico fundamental. Por outro lado, o ECCM, com a ajuda de cálculos DFT, mostrou diferenças na extensão da conjugação e no grau de dimerização entre o P2EP na forma cis e trans e indicou que este polímero apresentava, predominantemente, a estrutura cis, fato este confirmado pelos espectros no infravermelho. A dopagem com I2 provocou efeitos diferentes na estrutura dos polímeros. Os espectros no infravermelho dos polímeros dopados indicaram que o P2EP e o P2EPH apresentaram aumento na quantidade de segmentos cis enquanto o P2EPtBu apresentou diminuição na quantidade desses segmentos. Os espectros Raman dos polímeros dopados confirmaram os dados dos espectros no infravermelho. Esta diferença foi interpretada como sendo devida à diferença no volume do substituinte, pois grupos volumosos favorecem o isômero trans-cisóide onde a distância entre os substituintes é maior. A dopagem também levou a um aumento na condutividade dos polímeros, porém os valores de condutividade obtidos foram bem inferiores que os apresentados pelo poliacetileno dopado (10-5 a 10-7 contra 102 S cm-1, tipicamente).

Reações fotoinduzidas em alguns complexos de rênio e desenvolvimento de dispositivos moleculares

Neste trabalho foi realizado o estudo do comportamento fotoquímico e fotofísico de complexos mononucleares de rênio do tipo fac-[Re(CO)3(N N)(L)]+(N N = 1,10-fenantrolina, phen, dipirido[3,2-a:2,3-c]fenazina, dppz, L= trans-1,2bis(4-piridil)etileno, trans-bpe, trans-4-estirilpiridina. trans-stpy) e dos complexos binucleares [(CO)3(phen)Re(trans-bpe)Re(phen)(CO)3]2+, [(CO)3(phen)Re(trans-bpe)Fe(CN5]2- e [(phen)(CO)3Re(trans-bpe)Os(terpy)(bpy)]3+. O enfoque principal deste trabalho é a investigação das propriedades fotoquímicas dos complexos fac-[ Re(CO)3(phen)(trans-bpe)]+, fac-[Re(CO)3(phen)(trans-stpy)]+ fac-[Re(CO)3(dppz)(trans-bpe)+ e [(CO)3(phen)Re(trans-bpe)Re(phen)(CO)3]2+. Observou-se que os compostos em solução de acetonitrila, sob irradiação a 313, 334 ou 365 nm, apresentam variação espectral com definição de pontos isosbésticos, resultante do processo de fotoisomerização trans→cis do ligante coordenado trans-piridil etileno. Os rendimentos quânticos, Φ, da reação de fotoisomerização foram calculados com base no decaimento espectral das bandas de absorção das transições eletrônicas. Os valores médios determinados para a fotoisomeriação dos complexos em solução de CH3CN variam de 0,15 - 0,39 sob excitação a 313 nm e de 0,12 - 0,33 sob excitação a 365 nm. As reações de fotoisomerização foram monitoradas também por medidas de emissão e por RMN de 1H. Observou-se um aumento da intensidade de luminescência com o tempo de irradiação dos complexos, consistente com o estado emissivo 3MLCT dπ[(Re)→π*(α-diimina). Após irradiação, as reações de fotoisomerização dos complexos foram monitoradas por RMN de 1H. Os sinais de prótons do isômero trans tiveram um decréscimo gradual, enquanto que a intensidade dos sinais referentes aos prótons da espécie cis aumentaram. Os rendimentos quânticos para o processo de fotoisomerização dos complexos foram calculados através da integração das áreas dos sinais de prótons. Os valores obtidos foram maiores, pelo menos o dobro, que aqueles valores obtidos via espectroscopia UV-Vis. O comportamento fotoquímico dos complexos incorporados em polimetacrilato de metila, PMMA, foi também investigado. A fotólise cios complexos em filmes de PMMA conduz à variação espectral, de absorção e emissão, similar àquela observada em solução de acetonitrila, atribuícla ao processo de fotoisomerização trans → cis do ligante coordenado. Este estudo mostra que a fotoisomerização do ligante coordenado trans-piridil etileno pode ser promovida também em meio rígido. Essa característica. típica de um dispositivo molecular, pode ser convenientemente explorada no desenvolvimento de fotossensores. As medidas de TRIR mostram que o estado excitado de menor energia para o fac-[Re(CO)3(phen)(trans-bpe)+ é o 3ππ*. Para o fac-[Re(CO)3(phen)(cis-bpe)]+ a ordem dos estados excitados aparecem invertidas com o 3MLCT <3ππ*, evidenciado pela emissão do complexo cis à temperatura ambiente. Nas espécies binucleares, [(phen) Re(CO)3(trans-bpe)Os(terpy)(bpy)]3+ e [(CO)3(phen)Re(trans-bpe)Fe(CN)5]2-, a fotoisomerização trans → cis do ligante coordenado trans-bpe, característica da subunidade fac-[Re(CO)3(phen)(trans-bpe)]+, é inibida pela competição de transferência de energia intramolecular. Em meio rígido, em PMMA ou em EPA a 77 K, os máximos de emissão dos complexos fac-[Re(CO)3(phen)(cis-bpe)]+, fac-[Re(CO)3(phen)(cis-stpy)r e [(CO)3(phen)Re(cis-bpe)Re(phen)(CO)3]2+ sofrem um deslocamento hipsocrômico com o aumento da rigidez do meio. As mudanças nas propriedades emissivas, em termos de energia e tempo de vida do estado excitado, são discutidas baseadas no efeito rigidocrômico luminescente. O trabalho mostra uma forma interessante de fotos sensibilizar um substrato orgâmco usando o fato de que a coordenação estende a absorção do ligante a uma região de comprimento de onda maior e promove a fotoisomerização assistida por complexos metálicos em energias menores.

Filmes de óxido de zinco e nitreto de zinco depositados por magnetron sputtering com diferentes pressões de argônio, oxigênio e nitrogênio.

O óxido de zinco é um material semicondutor que apresenta alta transparência óptica no espectro visível, alta energia de ligação de éxcitons e piezoeletricidade. Por suas propriedades, ele é utilizado na área de sensores, eletrodos transparentes e dispositivos optoeletrônicos. No entanto, sua utilização ainda é limitada pela dificuldade de obtenção de condutividade tipo p, cujo principal dopante é o nitrogênio, devido à assimetria de dopagem ocasionada por defeitos intrínsecos do material, dopagem em valências diferentes das esperadas e formação de níveis de aceitadores profundos na banda proibida. A aplicação em dispositivos piezoelétricos também exige alta resistividade e ótimas propriedades cristalinas. Muitos processos de deposição estabelecidos hoje ainda utilizam altas temperaturas, o que impede sua deposição sobre superfícies ou substratos sensíveis a altas temperaturas. O objetivo deste trabalho é desenvolver técnicas de deposição de filmes de ZnO, principalmente em baixas temperaturas ( 100°C), pelo método de magnetron sputtering de rádio frequência, para avaliar a influência dos gases de processo nas características estruturais, estequiométricas, elétricas e ópticas dos filmes. Para isso, foram obtidos filmes utilizando pressão total de argônio, e pressões parciais de argônio e oxigênio e argônio e nitrogênio, utilizando alvo cerâmico de óxido de zinco ou alvo metálico de zinco. Para alvo de ZnO, filmes com condutividade tipo n foram obtidos em ambiente de argônio, em condições que geraram deficiências de oxigênio. Filmes altamente resistivos foram obtidos com a utilização de pressão parcial de oxigênio no gás de processo, em condições que resultaram em filmes estequiométricos, inclusive com condutividade tipo p. Condutividade tipo p mais alta foi observada, apenas por ponta quente, para uma amostra obtida em argônio logo após a utilização de nitrogênio na câmara de processo, que provavelmente sofreu influência da dopagem não intencional do cobre, que foi identificado como um contaminante do processo devido à estrutura da câmara. Para alvo de Zn, observou-se a formação de nitreto de zinco, que demonstrou alta capacidade de oxidação em ambiente atmosférico, e portanto, transforma-se naturalmente ao longo do tempo ou por processos de oxidação térmica em ZnO dopado com nitrogênio. Filmes de ZnO produzidos a partir de nitreto de zinco foram os únicos dos testados que apresentaram fotoluminescência característica do ZnO, mesmo para processos onde não houve aquecimento intencional.

Analysis of the Kondo effect in ferromagnetic atomic-sized contacts

Atomic contacts made of ferromagnetic metals present zero-bias anomalies in the differential conductance due to the Kondo effect. These systems provide a unique opportunity to perform a statistical analysis of the Kondo parameters in nanostructures since a large number of contacts can be easily fabricated using break-junction techniques. The details of the atomic structure differ from one contact to another so a large number of different configurations can be statistically analyzed. Here we present such a statistical analysis of the Kondo effect in atomic contacts made from the ferromagnetic transition metals Ni, Co, and Fe. Our analysis shows clear differences between materials that can be understood by fundamental theoretical considerations. This combination of experiments and theory allows us to extract information about the origin and nature of the Kondo effect in these systems and to explore the influence of geometry and valence in the Kondo screening of atomic-sized nanostructures.

Coherently photoinduced ferromagnetism in diluted magnetic semiconductors

Ferromagnetism is predicted in undoped diluted magnetic semiconductors illuminated by intense sub-band-gap laser radiation . The mechanism for photoinduced ferromagnetism is coherence between conduction and valence bands induced by the light which leads to an optical exchange interaction. The ferromagnetic critical temperature TC depends both on the properties of the material and on the frequency and intensity of the laser and could be above 1K.

Electronic properties of the MoS2-WS2 heterojunction

We study the electronic structure of a heterojunction made of two monolayers of MoS2 and WS2. Our first-principles density functional calculations show that, unlike in the homogeneous bilayers, the heterojunction has an optically active band gap, smaller than the ones of MoS2 and WS2 single layers. We find that the optically active states of the maximum valence and minimum conduction bands are localized on opposite monolayers, and thus the lowest energy electron-holes pairs are spatially separated. Our findings portray the MoS2-WS2 bilayer as a prototypical example for band-gap engineering of atomically thin two-dimensional semiconducting heterostructures.

Role of potassium orbitals in the metallic behavior of K3picene

Detailed electronic structure calculations of picene clusters doped by potassium modeling the crystalline K3picene structure show that while two electrons are completely transferred from potassium atoms to the lowest-energy unoccupied molecular orbital of pristine picene, the third one remains closely attached to both material components. Multiconfigurational analysis is necessary to show that many structures of almost degenerate total energies compete to define the cluster ground state. Our results prove that the 4s orbital of potassium should be included in any interaction model describing the material. We propose a quarter-filled two-orbital model as the most simple model capable of describing the electronic structure of K-intercalated picene. Precise solutions obtained by a development of the Lanczos method show low-energy electronic excitations involving orbitals located at different positions. Consequently, metallic transport is possible in spite of the clear dominance of interaction over hopping.

Large spin splitting in the conduction band of transition metal dichalcogenide monolayers

We study the conduction band spin splitting that arises in transition metal dichalcogenide (TMD) semiconductor monolayers such as MoS2, MoSe2, WS2, and WSe2 due to the combination of spin-orbit coupling and lack of inversion symmetry. Two types of calculation are done. First, density functional theory (DFT) calculations based on plane waves that yield large splittings, between 3 and 30 meV. Second, we derive a tight-binding model that permits to address the atomic origin of the splitting. The basis set of the model is provided by the maximally localized Wannier orbitals, obtained from the DFT calculation, and formed by 11 atomiclike orbitals corresponding to d and p orbitals of the transition metal (W, Mo) and chalcogenide (S, Se) atoms respectively. In the resulting Hamiltonian, we can independently change the atomic spin-orbit coupling constant of the two atomic species at the unit cell, which permits to analyze their contribution to the spin splitting at the high symmetry points. We find that—in contrast to the valence band—both atoms give comparable contributions to the conduction band splittings. Given that these materials are most often n-doped, our findings are important for developments in TMD spintronics.