Nature of the spin-glass phase in dense packings of Ising dipoles with random anisotropy axes

By Monte Carlo simulations, we study the character of the spinglass (SG) phase in dense disordered packings of magnetic nanoparticles (NPs). We focus on NPs which have large uniaxial anisotropies and can be well represented as Ising dipoles. Dipoles are placed on SC lattices and point along randomly oriented axes. From the behaviour of a SG correlation length we determine the transition temperature Tc between the paramagnetic and a SG phase. For temperatures well below Tc we find distributions of the SG overlap parameter q that are strongly sample-dependent and exhibit several spikes. We find that the average width of spikes, and the fraction of samples with spikes higher than a certain threshold does not vary appreciably with the system sizes studied. We compare these results with the ones found previously for 3D site-diluted systems of parallel Ising dipoles and with the behaviour of the Sherrington-Kirkpatrick model.

Understanding the role of CAP proteins in the polarization process of C. elegans

La division cellulaire asymétrique est un processus crucial dans le développement des organismes multicellulaires puisqu’elle permet la génération de la diversité cellulaire. Les cellules qui se divisent de façon asymétrique doivent tout d’abord se polariser et correctement orienter leur fuseau mitotique pour ségréger des déterminants cellulaires en deux entités distinctes. L’embryon du nématode C. elegans est un modèle robuste et largement utilisé pour étudier la division cellulaire asymétrique. Dans cet embryon, le point d'entrée du spermatozoïde détermine l'axe de polarité antéro-postérieur. Suite à la fécondation, le cortex embryonnaire est uniformément contractile et un complexe conservé formé des protéines PAR-3, PAR-6 et PKC-3 (nommé complexe PAR-3 ci-dessous) est localisé sur l'ensemble du cortex. La complétion de la méiose maternelle induit une relaxation corticale au postétieur et un flux cortical vers l’antérieur de l’embryon. Ces contractions corticales asymétriques mènent à la formation d'un domaine antérieur contenant le complexe PAR-3, tandis que le cortex postérieur, dont le complexe PAR-3 s’est délocalisé, est enrichi avec les protéines PAR-2 et PAR-1. Par conséquent, les domaines formés par les protéines PAR définissent un pôle antérieur et un pôle postérieur dans l'embryon suite au remodelage du cytosquelette. Les protéines PAR-4 et PAR-5 restent localisées de façon uniforme dans l'embryon. Curieusement, les protéines PAR exercent une régulation par rétroaction sur la contractilité corticale. Il a été montré qu’une des protéines PAR récemment identifiée, PAR-5, est orthologue à la protéine adaptatrice 14-3-3 et joue un rôle important dans la contractilité corticale. En dépit de son rôle central dans la contractilité corticale et le processus de polarisation cellulaire, le mécanisme par lequel PAR-5 régule la contractilité corticale n’est pas bien compris. Le but de ce projet est de mieux comprendre comment PAR-5 et ses interacteurs contrôlent la régulation des contractions corticales et, de ce fait, la polarité cellulaire. Dans un essai de capture de la protéine GST (GST pull-down), nous avons identifié plusieurs nouveaux interacteurs de PAR-5. Parmi ceux-ci, nous avons trouvé CAP-2 (protéine de coiffage de l'actine), qui a été identifiée dans des éxpériences de capture de 14-3-3 dans trois systèmes modèles différents. CAP-2 est un hétérodimère des protéines CAP, qui sont impliquées dans la régulation de l'actine. Nous avons trouvé que la déplétion des protéines CAP par interférence à l’ARN dans des vers de type sauvage mène à une augmentation létalité embryonnaire, ce qui suggère que ces protéines jouent un rôle important dans le développement embryonnaire. L'imagerie en temps réel d'embryons déplétés pour les protéines CAP montre qu’ils ont une diminution des contractions corticales avec un sillon de pseudoclivage mois stable, suggérant un défaut dans la régulation du cytosquelette d'actine-myosine. Ceci a également été confirmé par la diminution de la vitesse et du nombre de foci de NMY-2::GFP. En outre, ces embryons montrent une légère diminution de la taille du croissant cortical de PAR-2 lors de la phase d’établissement de la polarité. Les embryons déplétés en CAP-2 montrent également un retard dans la progression du cycle cellulaire, mais le lien entre ce phénotype et la régulation des contractions corticales reste à être précisé. La caractérisation des protéines CAP, des régulateurs du remodelage du cytosquelette, permettra d'améliorer notre compréhension des mécanismes qui sous-tendent l'établissement et le maintien de la polarité cellulaire, et donc la division cellulaire asymétrique.

Intergranular Corrosion and Stress Corrosion Cracking of Extruded AA6005A

A research program focused on understanding the intergranular corrosion (IGC) and stress corrosion cracking (SCC) behavior of AA6005A aluminum extrusions is presented in this dissertation. The relationship between IGC and SCC susceptibility and the mechanisms of SCC in AA6005A extrusions were studied by examining two primary hypotheses. IGC susceptibility of the elongated grain structure in AA6005A exposed to low pH saltwater was found to depend primarily on the morphology of Cu-containing precipitates adjacent to the grain boundaries in the elongated grain structure. IGC susceptibility was observed when a continuous (or semi-continuous) film of Cu-containing phase was present along the grain boundaries. When this film coarsened to form discrete Cu-rich precipitates, no IGC was observed. The morphology of the Cu-rich phase depended on post-extrusion heat treatment. The rate of IGC penetration in the elongated grain structure of AA6005A-T4 and AA6005A-T6 extrusions was found to be anisotropic with IGC propagating most rapidly along the extrusion direction, and least rapidly along the through thickness direction. A simple 3-dimensional geometric model of the elongated grain structure was accurately described the observed IGC anisotropy, therefore it was concluded that the anisotropic IGC susceptibility in the elongated grain structure was primarily due to geometric elongation of the grains. The velocity of IGC penetration along all directions in AA6005A-T6 decreased with exposure time. Characterization of the local environment within simulated corrosion paths revealed that a pH gradient existed between the tip of the IGC path and the external environment. Knowledge of the local environment within an IGC path allowed development of a simple model based on Fick's first law that considered diffusion of Al3+ away from the tip of the IGC path. The predicted IGC velocity agreed well with the observed IGC velocity, therefore it was determined that diffusion of Al3+ was the primary factor in determining the velocity of IGC penetration. The velocity of crack growth in compact tensile (CT) specimens of AA6005A-T6 extrusion exposed to 3.5% NaCl at pH = 1.5 was nearly constant over a range of applied stress intensities, exposure times, and crack lengths. The crack growth behavior of CT specimens of AA6005A-T6 extrusion exposed to a solution of 3.5% NaCl at pH = 2.0 exhibited similar behavior, but the crack velocity was ~10.5X smaller than that those exposed to a solution at pH =1.5. Analysis of the local stress state and polarization behavior at the crack tip predicted that increasing the pH of the bulk solution from 1.5 to 2.0 would decrease the corrosion current density at the crack tip by approximately 11.8X. This predicted decrease in corrosion current density was in reasonable agreement with the observed decrease in SCC velocity associated with increasing the solution pH from 1.5 to 2.0. The agreement between the predicted and observed SCC velocities suggested that the electrochemical reactions controlling SCC in AA6005A-T6 extrusions are ultimately controlled by the pH gradient that exists between the crack tip and external environment.

Hydrogeophysical Characterization of Anisotropy in the Biscayne Aquifer Using Geophysical Methods

The anisotropy of the Biscayne Aquifer which serves as the source of potable water for Miami-Dade County was investigated by applying geophysical methods. Electrical resistivity imaging, self potential and ground penetration radar techniques were employed in both regional and site specific studies. In the regional study, electrical anisotropy and resistivity variation with depth were investigated with azimuthal square array measurements at 13 sites. The observed coefficient of electrical anisotropy ranged from 1.01 to 1.36. The general direction of measured anisotropy is uniform for most sites and trends W-E or SE-NW irrespective of depth. Measured electrical properties were used to estimate anisotropic component of the secondary porosity and hydraulic anisotropy which ranged from 1 to 11% and 1.18 to 2.83 respectively. 1-D sounding analysis was used to models the variation of formation resistivity with depth. Resistivities decreased from NW (close to the margins of the everglades) to SE on the shores of Biscayne Bay. Porosity calculated from Archie's law, ranged from 18 to 61% with higher values found along the ridge. Higher anisotropy, porosities and hydraulic conductivities were on the Atlantic Coastal Ridge and lower values at low lying areas west of the ridge. The cause of higher anisotropy and porosity is attributed to higher dissolution rates of the oolitic facies of the Miami Formation composing the ridge. The direction of minimum resistivity from this study is similar to the predevelopment groundwater flow direction indicated in published modeling studies. Detailed investigations were carried out to evaluate higher anisotropy at West Perrine Park located on the ridge and Snapper Creek Municipal well field where the anisotropy trend changes with depth. The higher anisotropy is attributed to the presence of solution cavities oriented in the E-SE direction on the ridge. Similarly, the change in hydraulic anisotropy at the well field might be related to solution cavities, the surface canal and groundwater extraction wells.

Understanding the role of CAP proteins in the polarization process of C. elegans

La division cellulaire asymétrique est un processus crucial dans le développement des organismes multicellulaires puisqu’elle permet la génération de la diversité cellulaire. Les cellules qui se divisent de façon asymétrique doivent tout d’abord se polariser et correctement orienter leur fuseau mitotique pour ségréger des déterminants cellulaires en deux entités distinctes. L’embryon du nématode C. elegans est un modèle robuste et largement utilisé pour étudier la division cellulaire asymétrique. Dans cet embryon, le point d'entrée du spermatozoïde détermine l'axe de polarité antéro-postérieur. Suite à la fécondation, le cortex embryonnaire est uniformément contractile et un complexe conservé formé des protéines PAR-3, PAR-6 et PKC-3 (nommé complexe PAR-3 ci-dessous) est localisé sur l'ensemble du cortex. La complétion de la méiose maternelle induit une relaxation corticale au postétieur et un flux cortical vers l’antérieur de l’embryon. Ces contractions corticales asymétriques mènent à la formation d'un domaine antérieur contenant le complexe PAR-3, tandis que le cortex postérieur, dont le complexe PAR-3 s’est délocalisé, est enrichi avec les protéines PAR-2 et PAR-1. Par conséquent, les domaines formés par les protéines PAR définissent un pôle antérieur et un pôle postérieur dans l'embryon suite au remodelage du cytosquelette. Les protéines PAR-4 et PAR-5 restent localisées de façon uniforme dans l'embryon. Curieusement, les protéines PAR exercent une régulation par rétroaction sur la contractilité corticale. Il a été montré qu’une des protéines PAR récemment identifiée, PAR-5, est orthologue à la protéine adaptatrice 14-3-3 et joue un rôle important dans la contractilité corticale. En dépit de son rôle central dans la contractilité corticale et le processus de polarisation cellulaire, le mécanisme par lequel PAR-5 régule la contractilité corticale n’est pas bien compris. Le but de ce projet est de mieux comprendre comment PAR-5 et ses interacteurs contrôlent la régulation des contractions corticales et, de ce fait, la polarité cellulaire. Dans un essai de capture de la protéine GST (GST pull-down), nous avons identifié plusieurs nouveaux interacteurs de PAR-5. Parmi ceux-ci, nous avons trouvé CAP-2 (protéine de coiffage de l'actine), qui a été identifiée dans des éxpériences de capture de 14-3-3 dans trois systèmes modèles différents. CAP-2 est un hétérodimère des protéines CAP, qui sont impliquées dans la régulation de l'actine. Nous avons trouvé que la déplétion des protéines CAP par interférence à l’ARN dans des vers de type sauvage mène à une augmentation létalité embryonnaire, ce qui suggère que ces protéines jouent un rôle important dans le développement embryonnaire. L'imagerie en temps réel d'embryons déplétés pour les protéines CAP montre qu’ils ont une diminution des contractions corticales avec un sillon de pseudoclivage mois stable, suggérant un défaut dans la régulation du cytosquelette d'actine-myosine. Ceci a également été confirmé par la diminution de la vitesse et du nombre de foci de NMY-2::GFP. En outre, ces embryons montrent une légère diminution de la taille du croissant cortical de PAR-2 lors de la phase d’établissement de la polarité. Les embryons déplétés en CAP-2 montrent également un retard dans la progression du cycle cellulaire, mais le lien entre ce phénotype et la régulation des contractions corticales reste à être précisé. La caractérisation des protéines CAP, des régulateurs du remodelage du cytosquelette, permettra d'améliorer notre compréhension des mécanismes qui sous-tendent l'établissement et le maintien de la polarité cellulaire, et donc la division cellulaire asymétrique.