The epithelial sodium channel mediates the directionality of galvanotaxis in human keratinocytes.

Cellular directional migration in an electric field (galvanotaxis) is one of the mechanisms guiding cell movement in embryogenesis and in skin epidermal repair. The epithelial sodium channel (ENaC), in addition to its function of regulating sodium transport in kidney, has recently been found to modulate cell locomotory speed. Here we tested whether ENaC has an additional function of mediating the directional migration of galvanotaxis in keratinocytes. Genetic depletion of ENaC completely blocks only galvanotaxis and does not decrease migration speed. Overexpression of ENaC is sufficient to drive galvanotaxis in otherwise unresponsive cells. Pharmacologic blockade or maintenance of the open state of ENaC also decreases or increases, respectively, galvanotaxis, suggesting that the channel open state is responsible for the response. Stable lamellipodial extensions formed at the cathodal sides of wild-type cells at the start of galvanotaxis; these were absent in the ENaC knockout keratinocytes, suggesting that ENaC mediates galvanotaxis by generating stable lamellipodia that steer cell migration. We provide evidence that ENaC is required for directional migration of keratinocytes in an electric field, supporting a role for ENaC in skin wound healing.

Study on the properties of piezoelectric materials and manganese-based oxide perovskites /

Perovskite type piezoelectric and manganese oxide materials have gained a lot of attention in the field of device engineering. Lead zirconium titananium oxide (PbZri.iTiiOa or PZT) is a piezoelectric material widely used as sensors and actuators. Miniaturization of PZTbased devices will not only perfect many existing products, but also opens doors to new applications. Lanthanum manganese oxides Lai-iAiMnOa (A-divalent alkaline earth such as Sr, Ca or Ba) have been intensively studied for their colossal magnetoresistance (CMR) properties that make them applicable in memory cells, magnetic and pressure sensors. In this study, we fabricate PZT and LSMO(LCMO) heterostructures on SrTiOa substrates and investigate their temperature dependency of resistivity and magnetization as a function of the thickness of LSMO(LCMO) layer. The microstructure of the samples is analysed through TEM. In another set of samples, we study the effect of application of an electric field across the PZT layer that acts as an external pressure on the manganite layer. This verifies the correlation of lattice distortion with transport and magnetic properties of the CMR materials.

Investigation of molecular polarizabilities and derivatives in halomethanes

The research undertaken was to obtain absolute Raman intensities for the symmetric stretching vibrations of the methyl halides, CH3X with (X=F, CI, Br), by experiment and theory. The intensities were experimentally measured using the Ar+ ion gas laser as excitation source, a Spex 14018 double monochromator and a RCA C-31034 photomultiplier tube as detector. These intensities arise from changes in the derivative of the polarizability (8 a'), with respect to vibration along a normal coordinate (8qi). It was intended that these derivatives obtained with respect to normal coordinates would be converted to derivatives with respect to internal coordinates, for a quantitative comparison with theory. Theoretical numerical polarizability derivatives for the stretching vibrations are obtained using the following procedure. A vibration was simulated in the molecule by increasi.ng and decreasing the respective bond by the amount ±o.oosA for the C-H bonds and ±o.oIA for the C-X (X=F, CI, Br) bond. The derivative was obtained by taking the difference in the polarizability for the equilibrium geometry and the geometry when a particular bond is changed. This difference, when divided by the amount of change in each bond and the number of bonds present results in the derivative of the polarizability with respect to internal coordinate i.e., !1u/!1r. These derivatives were obtained by two methods: I} ab initio molecular orbital calculation and 2} theory of atoms in molecules (AIM) analysis. Due to errors in the experimental setup only a qualitative analysis of the results was undertaken relative to the theory. Theoretically it is predicted that the symmetric carbonhalogen stretch vibrations are more intense than the respective carbon-hydrogen stretch, but only for the methyl chloride and bromide. The carbon fluorine stretch is less intense than the carbon-hydrogen stretch, a fact which is attributed to the small size and high electronegativity of the fluorine atom. The experimental observations are seen to agree qualitatively with the theory results. It is hoped that when the experiment is repeated, a quantitative comparison can be made. The analysis by the theory of atoms in molecules, along with providing polarizabilities and polarizability derivatives, gives additional information outlined below. The theory provides a pictorial description of the main factors contributing to the molecular polarizability and polarizability derivative. These contributions are from the charge transfer and atomic dipole terms i.e., transfer of charge from one atom to another and the reorganization of atomic electronic charge distribution due to presence of an electric field. The linear relationship between polarizability and molecular volume was also observed.

Quantum Monte Carlo study of electrostatic polarizabilities of H and He atoms /

The infinitesimal differential quantum Monte Carlo (QMC) technique is used to estimate electrostatic polarizabilities of the H and He atoms up to the sixth order in the electric field perturbation. All 542 different QMC estimators of the nonzero atomic polarizabilities are derived and used in order to decrease the statistical error and to obtain the maximum efficiency of the simulations. We are confident that the estimates are "exact" (free of systematic error): the two atoms are nodeless systems, hence no fixed-node error is introduced. Furthermore, we develope and use techniques which eliminate systematic error inherent when extrapolating our results to zero time-step and large stack-size. The QMC results are consistent with published accurate values obtained using perturbation methods. The precision is found to be related to the number of perturbations, varying from 2 to 4 significant digits.

Developing a numerical inverse-theory-based extraction of orientation-dependent relaxation rates from partially- relaxed spectra

Second-rank tensor interactions, such as quadrupolar interactions between the spin- 1 deuterium nuclei and the electric field gradients created by chemical bonds, are affected by rapid random molecular motions that modulate the orientation of the molecule with respect to the external magnetic field. In biological and model membrane systems, where a distribution of dynamically averaged anisotropies (quadrupolar splittings, chemical shift anisotropies, etc.) is present and where, in addition, various parts of the sample may undergo a partial magnetic alignment, the numerical analysis of the resulting Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectra is a mathematically ill-posed problem. However, numerical methods (de-Pakeing, Tikhonov regularization) exist that allow for a simultaneous determination of both the anisotropy and orientational distributions. An additional complication arises when relaxation is taken into account. This work presents a method of obtaining the orientation dependence of the relaxation rates that can be used for the analysis of the molecular motions on a broad range of time scales. An arbitrary set of exponential decay rates is described by a three-term truncated Legendre polynomial expansion in the orientation dependence, as appropriate for a second-rank tensor interaction, and a linear approximation to the individual decay rates is made. Thus a severe numerical instability caused by the presence of noise in the experimental data is avoided. At the same time, enough flexibility in the inversion algorithm is retained to achieve a meaningful mapping from raw experimental data to a set of intermediate, model-free

Optical Properties of Sb2Te3, and Dilute Magnetic Semiconductors Sb1.97 VO.03 Te3 and Sb1.94 CrO.06 Te3

This thesis reports on the optical properties of the dilute magnetic semiconductors, Sb1.97 V 0.03 Te3 and Sb1.94Cr0.06Te3, along with the parent compound Sb2Te3' These materials develop a ferromagnetic state at low temperature with Curie temperatures of 22 K and 16 K respectively. All three samples were oriented such that the electric field vector of the light was perpendicular to the c-axis. The reflectance profile of these samples in the mid-infrared (500 to 3000 cm-1) shows a pronounced plasma edge which retracts with decreasing temperature. The far-infrared region of these samples exhibits a phonon at ~ 60 cm-1 which softens as temperature decreases. Kramers-Kronig analysis and a Drude-Lorentz model were employed to determine the optical constants of the bulk samples. The real part of the optical conductivity is shown to consist of intraband contributions at frequencies below the energy gap (~0.26 eV) and interband contributions at frequencies above the energy gap. The temperature dependence of the scattering rate show that a mix of phonon and impurity scattering are present, while the signature of traditional spin disorder (magnetic) scattering was difficult to confirm.

Dynamique de recombinaison dans les puits quantiques InGaN/GaN

Nous étudions la recombinaison radiative des porteurs de charges photogénérés dans les puits quantiques InGaN/GaN étroits (2 nm). Nous caractérisons le comportement de la photoluminescence face aux différentes conditions expérimentales telles la température, l'énergie et la puissance de l'excitation et la tension électrique appliquée. Ces mesures montrent que l'émission provient d'états localisés. De plus, les champs électriques, présents nativement dans ces matériaux, n'ont pas une influence dominante sur la recombinaison des porteurs. Nous avons montré que le spectre d'émission se modifie significativement et subitement lorsque la puissance de l'excitation passe sous un certain seuil. L'émission possède donc deux ``phases'' dont nous avons déterminé le diagramme. La phase adoptée dépend à la fois de la puissance, de la température et de la tension électrique appliquée. Nous proposons que la phase à basse puissance soit associée à un état électriquement chargé dans le matériau. Ensuite, nous avons caractérisé la dynamique temporelle de notre échantillon. Le taux de répétition de l'excitation a une influence importante sur la dynamique mesurée. Nous concluons qu'elle ne suit pas une exponentielle étirée comme on le pensait précédemment. Elle est exponentielle à court temps et suit une loi de puissance à grand temps. Ces deux régimes sont lié à un seul et même mécanisme de recombinaison. Nous avons développé un modèle de recombinaison à trois niveaux afin d'expliquer le comportement temporel de la luminescence. Ce modèle suppose l'existence de centres de localisation où les porteurs peuvent se piéger, indépendamment ou non. L'électron peut donc se trouver sur un même centre que le trou ou sur n'importe quel autre centre. En supposant le transfert des porteurs entre centres par saut tunnel on détermine, en fonction de la distribution spatiale des centres, la dynamique de recombinaison. Ce modèle indique que la recombinaison dans les puits InGaN/GaN minces est liée à des agglomérats de centre de localisation.

Effet de la symétrie sur la supraconductivité de LaRhSi3 et la frustration magnétique du SrRE2O4 (RE = Dy ou Ho)

Dans la première partie, nous présentons les résultats de l'étude du supraconducteur sans inversion de symétrie LaRhSi3 par spectroscopie muonique. En champ nul, nous n'avons pas détecté de champ interne. Ceci indique que la fonction d'onde de l'état supraconducteur n'est pas dominée par l'état triplet. Les mesures en champ transverse de 35G présentent une transition en accord avec la transition de phase attendue sous le champ critique Hc1. Nous avons répété ces mesures pour un champ entre Hc1 et Hc2, 150G. Le spectre obtenu pour ces mesures conserve l'asymétrie et relaxe rapidement à basse température tel que prédit pour un supraconducteur dans la phase d'Abrikosov. Néanmoins, les relaxations produites par ce balayage en température présentent une transition à près de 2 fois la température critique attendue. Dans la deuxième partie de ce mémoire, nous donnons l'interprétation des résultats de la diffraction neutronique inélastique par l'étude des champs électriques cristallins. Ces mesures ont été effectuées sur des aimants frustrés SrHo2O4 et SrDy2O4 sous la forme de poudre. L'étude des niveaux produits par les champs cristallins par la méthode des opérateurs de Stevens indique une perte du moment cinétique dans les deux matériaux. Pour le SrDy2O4, l'état fondamental serait constitué de quatre états dégénérés quasi accidentellement qui portent un moment magnétique total non-nul. Toute fois, nos mesures de susceptibilité magnétique ne montrent aucun ordre au-dessus de 50mK. Pour le SrHo2O4, le fondamental est formé d'une paire accidentelle. Nous obtenons un moment magnétique de 6.94(8)$\mu_B$ ce qui s'accorde avec les données expérimentales.

Contraction et décontraction des décharges micro-ondes entretenues à la pression atmosphérique

Les colonnes de plasma entretenues par un champ électrique (continu ou alternatif) à haute pression (p > 10 Torr) sont affectées par les phénomènes de contraction (réduction de la section radiale de la décharge) et de filamentation (fragmentation de la section de plasma en plusieurs filaments). La compréhension de ces phénomènes ainsi que le développement d’une méthode pouvant les supprimer demeurent une étape essentielle pour l’optimisation de certains procédés plasma. Dans cette optique, un premier objectif de notre travail était de déterminer les mécanismes à l’origine de la contraction et de la filamentation dans les décharges créées dans des gaz rares. Ainsi, nous avons montré que dans les plasmas micro-ondes contractés la cinétique de la décharge est contrôlée par les ions moléculaires et que la contraction est liée à l’influence du gradient de la température du gaz sur la concentration de ces ions. De plus, nous avons mis en évidence que la filamentation apparaît lorsque l’inhomogénéité radiale du champ électrique devient importante. Dans un second temps, nous avons développé une méthode de décontraction et de défilamentation de la décharge, qui consiste à ajouter à une décharge initiale de gaz rare des traces d’un autre gaz rare de plus faible potentiel d’ionisation. Dans le cas des plasmas décontractés, nous avons démontré que la cinétique de la décharge n’est plus contrôlée par les ions moléculaires, ce qui confirme bien l’importance de ces ions dans la description de la contraction. Pour terminer, nous avons étendu à la pression atmosphérique la technique d’absorption optique de mesure de densité des états métastables et résonnants à l’aide d’une lampe spectrale, ce qui n’avait été réalisé jusqu’ici que pour des pressions inférieures à 10 Torr. Ces états jouent un rôle essentiel dans l’ionisation des décharges contractées alors que dans les décharges décontractées leur désexcitation par les atomes du gaz adjuvant est l’étape fondamentale du processus de changement de cinétique menant à la décontraction.

Conventional and Reciprocal Approaches to the Forward and Inverse Problems of Electroencephalography

Le problème inverse en électroencéphalographie (EEG) est la localisation de sources de courant dans le cerveau utilisant les potentiels de surface sur le cuir chevelu générés par ces sources. Une solution inverse implique typiquement de multiples calculs de potentiels de surface sur le cuir chevelu, soit le problème direct en EEG. Pour résoudre le problème direct, des modèles sont requis à la fois pour la configuration de source sous-jacente, soit le modèle de source, et pour les tissues environnants, soit le modèle de la tête. Cette thèse traite deux approches bien distinctes pour la résolution du problème direct et inverse en EEG en utilisant la méthode des éléments de frontières (BEM): l’approche conventionnelle et l’approche réciproque. L’approche conventionnelle pour le problème direct comporte le calcul des potentiels de surface en partant de sources de courant dipolaires. D’un autre côté, l’approche réciproque détermine d’abord le champ électrique aux sites des sources dipolaires quand les électrodes de surfaces sont utilisées pour injecter et retirer un courant unitaire. Le produit scalaire de ce champ électrique avec les sources dipolaires donne ensuite les potentiels de surface. L’approche réciproque promet un nombre d’avantages par rapport à l’approche conventionnelle dont la possibilité d’augmenter la précision des potentiels de surface et de réduire les exigences informatiques pour les solutions inverses. Dans cette thèse, les équations BEM pour les approches conventionnelle et réciproque sont développées en utilisant une formulation courante, la méthode des résidus pondérés. La réalisation numérique des deux approches pour le problème direct est décrite pour un seul modèle de source dipolaire. Un modèle de tête de trois sphères concentriques pour lequel des solutions analytiques sont disponibles est utilisé. Les potentiels de surfaces sont calculés aux centroïdes ou aux sommets des éléments de discrétisation BEM utilisés. La performance des approches conventionnelle et réciproque pour le problème direct est évaluée pour des dipôles radiaux et tangentiels d’excentricité variable et deux valeurs très différentes pour la conductivité du crâne. On détermine ensuite si les avantages potentiels de l’approche réciproquesuggérés par les simulations du problème direct peuvent êtres exploités pour donner des solutions inverses plus précises. Des solutions inverses à un seul dipôle sont obtenues en utilisant la minimisation par méthode du simplexe pour à la fois l’approche conventionnelle et réciproque, chacun avec des versions aux centroïdes et aux sommets. Encore une fois, les simulations numériques sont effectuées sur un modèle à trois sphères concentriques pour des dipôles radiaux et tangentiels d’excentricité variable. La précision des solutions inverses des deux approches est comparée pour les deux conductivités différentes du crâne, et leurs sensibilités relatives aux erreurs de conductivité du crâne et au bruit sont évaluées. Tandis que l’approche conventionnelle aux sommets donne les solutions directes les plus précises pour une conductivité du crâne supposément plus réaliste, les deux approches, conventionnelle et réciproque, produisent de grandes erreurs dans les potentiels du cuir chevelu pour des dipôles très excentriques. Les approches réciproques produisent le moins de variations en précision des solutions directes pour différentes valeurs de conductivité du crâne. En termes de solutions inverses pour un seul dipôle, les approches conventionnelle et réciproque sont de précision semblable. Les erreurs de localisation sont petites, même pour des dipôles très excentriques qui produisent des grandes erreurs dans les potentiels du cuir chevelu, à cause de la nature non linéaire des solutions inverses pour un dipôle. Les deux approches se sont démontrées également robustes aux erreurs de conductivité du crâne quand du bruit est présent. Finalement, un modèle plus réaliste de la tête est obtenu en utilisant des images par resonace magnétique (IRM) à partir desquelles les surfaces du cuir chevelu, du crâne et du cerveau/liquide céphalorachidien (LCR) sont extraites. Les deux approches sont validées sur ce type de modèle en utilisant des véritables potentiels évoqués somatosensoriels enregistrés à la suite de stimulation du nerf médian chez des sujets sains. La précision des solutions inverses pour les approches conventionnelle et réciproque et leurs variantes, en les comparant à des sites anatomiques connus sur IRM, est encore une fois évaluée pour les deux conductivités différentes du crâne. Leurs avantages et inconvénients incluant leurs exigences informatiques sont également évalués. Encore une fois, les approches conventionnelle et réciproque produisent des petites erreurs de position dipolaire. En effet, les erreurs de position pour des solutions inverses à un seul dipôle sont robustes de manière inhérente au manque de précision dans les solutions directes, mais dépendent de l’activité superposée d’autres sources neurales. Contrairement aux attentes, les approches réciproques n’améliorent pas la précision des positions dipolaires comparativement aux approches conventionnelles. Cependant, des exigences informatiques réduites en temps et en espace sont les avantages principaux des approches réciproques. Ce type de localisation est potentiellement utile dans la planification d’interventions neurochirurgicales, par exemple, chez des patients souffrant d’épilepsie focale réfractaire qui ont souvent déjà fait un EEG et IRM.

Photophysical and Electrochemical Investigations on Photoconducting Poly(6-tert-butyl-3,4-dihydro-2H- 1,3-benzoxazine)

Poly(6-tert-butyl-3,4-dihydro-2H-1,3-benzoxazine) was synthesized by thermally activated cationic ring opening polymerization. The structure of the polymer was confirmed by spectral and thermal studies. The highest occupied molecular orbital (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) were estimated using cyclic voltammetry and optical absorption. Modulated photocurrent measurement technique was employed to study the spectral and field dependence of photocurrent. Photocurrent of the order of 1.5 micro A/m2 was obtained for polymer at a biasing electric field of 40 V/mico m.

An Inter-digital Capacitive Electrode Modified as a Pressure Sensor

Inter-digital capacitive electrodes working as electric field sensors have been developed for touch panel applications. Evaluation circuits to convert variations in electric fields in such sensors into computer compatible data are commercially available. We report development of an Interdigital capacitive electrode working as a sensitive pressure sensor in the range 0-120 kPa. Essentially it is a touch/proximity sensor converted into a pressure sensor with a suitable elastomer buffer medium acting as the pressure transmitter. The performance of the sensor has been evaluated and reported. Such sensors can be made very economical in comparison to existing pressure sensors. Moreover, they are very convenient to be fabricated into sensor arrays involving a number of sensors for distributed pressure sensing applications such as in biomedical systems.

Investigations on Photoconductivity and Electrical Switiching in Selected Chalcogenide Glasses

In this thesis, we present the results of our investigations on the photoconducting and electrical switching properties of selected chalcogenide glass systems. We have used XRD and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis for confinuing the amorphous nature of these materials and for confirming their constituents respectively.Photoconductivity is the enhancement in electrical conductivity of materials brought about by the motion of charge carriers excited by absorbed radiation. The phenomenon involves absorption, photogeneration, recombination and transport processes and it gives good insight into the density of states in the energy gap of solids due to the presence of impurities and lattice defects. Photoconductivity measurements lead to the determination of such important parameters as quantum efficiency, photosensiti\'ity, spectral sensitivity and carrier lifetime. Extensive research work on photoconducting properties of amorphous semiconductors has resulted in the development of a variety of very sensitive photodetectors. Photoconductors are finding newer and newer uses eyery day. CdS, CdSe. Sb2S3, Se, ZnO etc, are typical photoconducting materials which are used in devices like vidicons, light amplifiers, xerography equipment etc.Electrical switching is another interesting and important property possessed by several Te based chalcogenides. Switching is the rapid and reversible transition between a highly resistive OFF state, driven by an external electric field and characterized by a threshold voltage, and a low resistivity ON state, Switching can be either threshold type or memory type. The phenomenon of switching could find applications in areas like infonnation storage, electrical power control etc. Investigations on electrical switching in chalcogenide glasses help in understanding the mechanism of switching which is necessary to select and modify materials for specific switching applications.Analysis of XRD pattern gives no further infonuation about amorphous materials than revealing their disordered structure whereas x-ray photoelectron spectroscopy,XPS) provides information about the different constituents present in the material. Also it gives binding energies (b.e.) of an element in different compounds and hence b.e. shift from the elemental form.Our investigations have been concentrated on the bulk glasses, Ge-In-Se, Ge-Bi-Se and As-Sb-Se for photoconductivity measurements and In-Te for electrical switching. The photoconducting properties of Ge-Sb-Se thin films prepared by sputtering technique have also been studied. The bulk glasses for the present investigations are prepared by the melt quenching technique and are annealed for half an hour at temperatures just below their respective glass transition temperatures. The dependence of photoconducting propenies on composition and temperature are investigated in each system. The electrical switching characteristics of In-Te system are also studied with different compositions and by varying the temperature.

SRR loaded waveguide band rejection filter with adjustable bandwidth

The use of a split-ring resonator (SRR)-loaded waveguide for the design of a band-rejection filter with adjustable bandwidth is reported. The width of the stopband can be adjusted by suitably positioning the SRR array in the waveguide. The rejection band can be made very narrow by placing the array at the electric-field minimum. The stopband attenuation depends on the number of unit cells in the array.

Design of electron band pass filters for electrically biased finite superlattices

We design optimal band pass filters for electrons in semiconductor heterostructures, under a uniform applied electric field. The inner cells are chosen to provide a desired transmission window. The outer cells are then designed to transform purely incoming or outgoing waves into Bloch states of the inner cells. The transfer matrix is interpreted as a conformal mapping in the complex plane, which allows us to write constraints on the outer cell parameters, from which physically useful values can be obtained.