ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΕΡΕΑΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΕΡΕΑΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

2 1. Εισαγωγή

3 1. Εισαγωγή 2. Το Πρότυπο της Ισχυρής δέσμευσης: περιγραφή σε επίπεδο ζευγών βάσεων

4 1. Εισαγωγή 2. Το Πρότυπο της Ισχυρής δέσμευσης: περιγραφή σε επίπεδο ζευγών βάσεων 3. Αποτελέσματα για οιονεί περιοδικά και μορφοκλασματικά πολυμερή 4. 5.

5 1. Εισαγωγή 2. Το Πρότυπο της Ισχυρής δέσμευσης: περιγραφή σε επίπεδο ζευγών βάσεων 3. Αποτελέσματα για οιονεί περιοδικά και μορφοκλασματικά πολυμερή 4. Ρυθμοί μεταβίβασης σε πειράματα 5.

6 1. Εισαγωγή 2. Το Πρότυπο της Ισχυρής δέσμευσης: περιγραφή σε επίπεδο ζευγών βάσεων 3. Αποτελέσματα για οιονεί περιοδικά και μορφοκλασματικά πολυμερή 4. Ρυθμοί μεταβίβασης σε πειράματα 5. Συμπεράσματα

7

8

9 Διάφορα πρότυπα μεταβίβασης φορτίου: πρότυπο σύρματος, πρότυπο κλίμακας, εκτεταμένο πρότυπο κλίμακας, πρότυπο «ψαροκόκαλου»

10 Διάφορα πρότυπα μεταβίβασης φορτίου: πρότυπο σύρματος, πρότυπο κλίμακας, εκτεταμένο πρότυπο κλίμακας, πρότυπο «ψαροκόκαλου» Πρότυπο Σύρματος (Wire Model) Περιγραφή σε επίπεδο ζευγών βάσεων Μια επιπλέον οπή ή ηλεκτρόνιο μεταφέρεται μέσω της αλληλεπικάλυψης των π μοριακών τροχιακών των ζευγών βάσεων (HOMO για τις οπές, LUMO για τα ηλεκτρόνια).

11

12 Διάφορα πρότυπα μεταβίβασης φορτίου: πρότυπο σύρματος, πρότυπο κλίμακας, εκτεταμένο πρότυπο κλίμακας, πρότυπο «ψαροκόκαλου» Πρότυπο Σύρματος (Wire Model) Περιγραφή σε επίπεδο ζευγών βάσεων Μια επιπλέον οπή ή ηλεκτρόνιο μεταφέρεται μέσω της αλληλεπικάλυψης των π μοριακών τροχιακών των ζευγών βάσεων (HOMO για τις οπές, LUMO για τα ηλεκτρόνια).

13 Διάφορα πρότυπα μεταβίβασης φορτίου: πρότυπο σύρματος, πρότυπο κλίμακας, εκτεταμένο πρότυπο κλίμακας, πρότυπο «ψαροκόκαλου» Πρότυπο Σύρματος (Wire Model) Περιγραφή σε επίπεδο ζευγών βάσεων Μια επιπλέον οπή ή ηλεκτρόνιο μεταφέρεται μέσω της αλληλεπικάλυψης των π μοριακών τροχιακών των ζευγών βάσεων (HOMO για τις οπές, LUMO για τα ηλεκτρόνια). Επιτόπιες ενέργειες των HOMO/LUMO τροχιακών των ζ.β. Ολοκληρώματα μεταβιβάσεως μεταξύ των HOMO ή LUMO τροχιακών, γειτονικών ζ.β.

14 : επιτόπια ενέργεια H/L του μ-οστού ζ.β. : ολοκληρώματα μεταβιβάσεως

15 Χρονοανεξάρτητο Πρόβλημα Χρονοεξαρτώμενο Πρόβλημα : επιτόπια ενέργεια H/L του μ-οστού ζ.β. : ολοκληρώματα μεταβιβάσεως

16 Χρονοανεξάρτητο Πρόβλημα Χρονοεξαρτώμενο Πρόβλημα : επιτόπια ενέργεια H/L του μ-οστού ζ.β. : ολοκληρώματα μεταβιβάσεως

17 Χρονοανεξάρτητο Πρόβλημα Χρονοεξαρτώμενο Πρόβλημα : επιτόπια ενέργεια H/L του μ-οστού ζ.β. : ολοκληρώματα μεταβιβάσεως

18 Ο συμβολισμός αναφέρεται μόνο στον ένα κλώνο (5-3 ) αλλά εννοείται και ο συμπληρωματικός. ΥΧ 5 3 Υ - Υc X - Xc 3 5

19 Ακολουθία Fibonacci : F G(C) G C, C CG F0 = G, F1 = G, F2 = C, F3 = CG, F4 = CGC, Ακολουθία Thue Morse : TM G(C) G GC, C CG F0 = G, F1 = GC, F2 = GCCG, F3 = GCCGCGGC, Ακολουθία Double-Period : DP T(A) T TA, A TT F0 = T, F1 = TA, F2 = TATT, F3 = TATTTATA, Ακολουθία Rudin Shapiro : RS A(T) AA AAAT, AT AATA, TA TTAT, TT TTTA F0 = A, F1 = AA, F2 = AAAT, F3 = AAATAATA, Ο συμβολισμός αναφέρεται μόνο στον ένα κλώνο (5-3 ) αλλά εννοείται και ο συμπληρωματικός. ΥΧ 5 3 Υ - Υc X - Xc 3 5

20 Ακολουθία Fibonacci : F G(C) G C, C CG F0 = G, F1 = G, F2 = C, F3 = CG, F4 = CGC, Ακολουθία Thue Morse : TM G(C) G GC, C CG F0 = G, F1 = GC, F2 = GCCG, F3 = GCCGCGGC, Ακολουθία Double-Period : DP T(A) T TA, A TT F0 = T, F1 = TA, F2 = TATT, F3 = TATTTATA, Ακολουθία Rudin Shapiro : RS A(T) AA AAAT, AT AATA, TA TTAT, TT TTTA F0 = A, F1 = AA, F2 = AAAT, F3 = AAATAATA, Ακολουθία Cantor Set : CS T(A) Τ TAT, A AAA F0 = T, F1 = TAT, F2 = TATAAATAT, Ακολουθία Asymmetric Cantor Set : ACS C(G) C CGCC, G GGGG F0 = C, F1 = CGCC, F2 = CGCCGGGGCGCCCGCC, Ο συμβολισμός αναφέρεται μόνο στον ένα κλώνο (5-3 ) αλλά εννοείται και ο συμπληρωματικός. ΥΧ 5 3 Υ - Υc X - Xc 3 5

21 I πολυμερή D πολυμερή

22 I πολυμερή D πολυμερή

23 I πολυμερή D πολυμερή

24 I πολυμερή D πολυμερή

25 I πολυμερή D πολυμερή

26

27

28 I πολυμερή D πολυμερή

29

30

31 Οι συντελεστές Fourier που καθορίζουν το πλάτος κάθε συχνότητας ταλάντωσης του επιπλέον φορέα σε μια θέση μ: Ο σταθμισμένος μέσος των συχνοτητων ταλάντωσης (Weighted Mean Frequency, WMF): Ο ολικός σταθμισμένος μέσος των συχνοτήτων ταλάντωσης (Total Weighted Mean Frequency, TWMF) :

32

33 Πιθανότητα εύρεσης του επιπλέον φορέα στο μονομερές μ Χρόνος που απαιτείται για να γίνει ίση με τη μέση της τιμή για πρώτη φορά, έχοντας τοποθετήσει αρχικά το φορέα στο μονομερές λ :

34

35 Ομοπολυμερή > I > τυχαία αναδιάταξη I > D

36 Μέχρι πρόσφατα: συστήματα δότη αποδέκτη, μέτρηση συγκεντρώσεων προϊόντων με gel electrophoresis ή κατεργασία με πιπεριδίνη. Καμία απόδειξη ότι αυτές οι συγκεντρώσεις είναι ανάλογες του ρυθμού μεταβίβασης. Πιο άμεση προσέγγιση: η χρονικά αναλυμένη φασματοσκοπία.

37 Μέχρι πρόσφατα: συστήματα δότη αποδέκτη, μέτρηση συγκεντρώσεων προϊόντων με gel electrophoresis ή κατεργασία με πιπεριδίνη. Καμία απόδειξη ότι αυτές οι συγκεντρώσεις είναι ανάλογες του ρυθμού μεταβίβασης. Πιο άμεση προσέγγιση: η χρονικά αναλυμένη φασματοσκοπία. S. M. Mickley Conron, A. K. Thazhathveetil, M. R. Wasielewski, A. L. Burin, and F. D. Lewis, Direct Measurement of the Dynamics of Hole Hopping in Extended DNA G-Tracts. An Unbiased Random Walk, J. Am. Chem. Soc. 132, (2010). o Hairpins :

38 o Παραμετροποίηση: taa 1.6tAA, tag 2.1tAG, tgg 2.25tAG

39 o Παραμετροποίηση: taa 1.6tAA, tag 2.1tAG, tgg 2.25tAG o Edon = EA-T 0.1 ev, Eac = EG-C ev

40 o Παραμετροποίηση: taa 1.6tAA, tag 2.1tAG, tgg 2.25tAG o Edon = EA-T 0.1 ev, Eac = EG-C ev

41 Ιδιοφάσματα και DOS: για τα I πολυμερή συμμετρικά γύρω από την Εbp ενώ για τα D πολυμερή συμμετρικά γύρω από τις δύο Εbp. Οιονεί περιοδικά: οξύτερες υποζώνες.

42 Ιδιοφάσματα και DOS: για τα I πολυμερή συμμετρικά γύρω από την Εbp ενώ για τα D πολυμερή συμμετρικά γύρω από τις δύο Εbp. Οιονεί περιοδικά: οξύτερες υποζώνες. Μέσες πιθανότητες: για τα I πολυμερή συγκεντρώνονται κοντά στο μονομερές στο οποίο τοποθετήθηκε αρχικά ο φορέας, ενώ για τα D πολυμερή είναι γενικά αμελητέες μακρύτερα από το αρχικό μονομερές.

43 Ιδιοφάσματα και DOS: για τα I πολυμερή συμμετρικά γύρω από την Εbp ενώ για τα D πολυμερή συμμετρικά γύρω από τις δύο Εbp. Οιονεί περιοδικά: οξύτερες υποζώνες. Μέσες πιθανότητες: για τα I πολυμερή συγκεντρώνονται κοντά στο μονομερές στο οποίο τοποθετήθηκε αρχικά ο φορέας, ενώ για τα D πολυμερή είναι γενικά αμελητέες μακρύτερα από το αρχικό μονομερές. Συχνοτικό περιεχόμενο: THz (FIR,MIR). Ο TWMF σταθεροποιείται μετά από μικρό αριθμό γενεών.

44 Ιδιοφάσματα και DOS: για τα I πολυμερή συμμετρικά γύρω από την Εbp ενώ για τα D πολυμερή συμμετρικά γύρω από τις δύο Εbp. Οιονεί περιοδικά: οξύτερες υποζώνες. Μέσες πιθανότητες: για τα I πολυμερή συγκεντρώνονται κοντά στο μονομερές στο οποίο τοποθετήθηκε αρχικά ο φορέας, ενώ για τα D πολυμερή είναι γενικά αμελητέες μακρύτερα από το αρχικό μονομερές. Συχνοτικό περιεχόμενο: THz (FIR,MIR). Ο TWMF σταθεροποιείται μετά από μικρό αριθμό γενεών. Καθαροί μέσοι ρυθμοί μεταβίβασης: ο φορέας μεταβιβάζεται πιο αργά στα μεγαλύτερα πολυμερή. Ομοπολυμερή > I > τυχαία αναδιάταξη Ι > D

45 Ιδιοφάσματα και DOS: για τα I πολυμερή συμμετρικά γύρω από την Εbp ενώ για τα D πολυμερή συμμετρικά γύρω από τις δύο Εbp. Οιονεί περιοδικά: οξύτερες υποζώνες. Μέσες πιθανότητες: για τα I πολυμερή συγκεντρώνονται κοντά στο μονομερές στο οποίο τοποθετήθηκε αρχικά ο φορέας, ενώ για τα D πολυμερή είναι γενικά αμελητέες μακρύτερα από το αρχικό μονομερές. Συχνοτικό περιεχόμενο: THz (FIR,MIR). Ο TWMF σταθεροποιείται μετά από μικρό αριθμό γενεών. Καθαροί μέσοι ρυθμοί μεταβίβασης: ο φορέας μεταβιβάζεται πιο αργά στα μεγαλύτερα πολυμερή. Ομοπολυμερή > I > τυχαία αναδιάταξη Ι > D Τα ομοπολυμερή ως δομικά απλούστερες περιπτώσεις κρίνονται καταλληλότερα για μεταβίβαση φορτίου.

46 Ιδιοφάσματα και DOS: για τα I πολυμερή συμμετρικά γύρω από την Εbp ενώ για τα D πολυμερή συμμετρικά γύρω από τις δύο Εbp. Οιονεί περιοδικά: οξύτερες υποζώνες. Μέσες πιθανότητες: για τα I πολυμερή συγκεντρώνονται κοντά στο μονομερές στο οποίο τοποθετήθηκε αρχικά ο φορέας, ενώ για τα D πολυμερή είναι γενικά αμελητέες μακρύτερα από το αρχικό μονομερές. Συχνοτικό περιεχόμενο: THz (FIR,MIR). Ο TWMF σταθεροποιείται μετά από μικρό αριθμό γενεών. Καθαροί μέσοι ρυθμοί μεταβίβασης: ο φορέας μεταβιβάζεται πιο αργά στα μεγαλύτερα πολυμερή. Ομοπολυμερή > I > τυχαία αναδιάταξη Ι > D Τα ομοπολυμερή ως δομικά απλούστερες περιπτώσεις κρίνονται καταλληλότερα για μεταβίβαση φορτίου. Με κατάλληλη παραμετροποίηση η Προσέγγιση Ισχυρής Δέσμευσης δίνει συγκρίσιμα αποτελέσματα με τα πειραματικά από χρονικά αναλυμένη φασματοσκοπία.

47 Τριμελής Συμβουλευτική Επιτροπή o Κωνσταντίνος Σιμσερίδης, Επίκ. Καθηγητής (επιβλέπων) o Σπυρίδων Γαρδέλης, Αναπλ. Καθηγητής o Ιωάννης Λελίδης, Επικ. Καθηγητής Συνεργάτες o Κωνσταντίνος Λαμπρόπουλος, Υποψ. Διδάκτορας o Ανδρέας Μόρφης, Υποψ. Διδάκτορας «Το έργο συγχρηματοδοτείται από την Ελλάδα και την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) μέσω του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Ανάπτυξη Ανθρώπινου Δυναμικού, Εκπαίδευση και Διά Βίου Μάθηση», στο πλαίσιο της Πράξης «Ενίσχυση του ανθρώπινου ερευνητικού δυναμικού μέσω της υλοποίησης διδακτορικής έρευνας» (MIS ), που υλοποιεί το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών (ΙΚΥ)»

48 Σχετικές εργασίες/δημοσιεύσεις: M. Mantela, K. Lambropoulos, M, C. Simserides, Quasi-periodic and fractal polymers: Energy structure and carrier transfer, (submitted) K. Lambropoulos, C. Vantaraki, P. Bilia, M. Mantela, C. Simserides, Periodic polymers with increasing repetition unit: Energy structure and carrier transfer, Phys. Rev. E 98, (2018). Μαριλένα Μαντέλα, «Μεταβίβαση φορτίου σε απεριοδικά τμήματα B-DNA: Περιγραφή Ισχυρής Δέσμευσης σε επίπεδο ζευγών βάσεων», Μεταπτυχική διπλωματική εργασία, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών, C. Simserides, A systematic study of electron or hole transfer along DNA dimers, trimers and polymers, Chemical Physics 440, 31 (2014).