161 leaves ; ill. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Botany, 1973

Thesis (Ph.D.) -- University of Adelaide, Dept. of Botany, 1973.

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En esta tesis se estudia el fenómeno que es conocido en la literatura como “efectos de tamaño y geometría en fenómenos de transporte”. En específico se estudia de qué manera la superficie rugosa, que limita la estructura metálica, afecta a las propiedades de transporte de carga cuando una o más de las dimensiones que caracterizan la estructura metálica se tornan comparables o inferiores al camino libre medio l de los portadores de carga en el grueso. Se analiza la teoría de transporte de Calecki, que proporciona una solución numérica para los coeficientes de transporte eléctrico como son la resistividad, la tangente de Hall y la magnetorresistencia transversal. La teoría de Calecki considera el efecto de scattering electrón-superficie rugosa desde primeros principios, usando el formalismo de la ecuación semiclásica de transporte de Boltzmann. El resultado es que la teoría proporciona una descripción adecuada de la resistividad en función de la temperatura, una descripción aceptable de la tangente de Hall en función del campo magnético a 4 K, pero predice una magnetorresistencia transversal a 4 K que es varios órdenes de magnitud menor que lo observado.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias, Mención Física / The electron localization function (ELF) is a scalar field that accounts of the excess of electronic kinetic energy due to Pauli repulsion between electrons with the same spin. With this function, it is possible to divide real space in regions (basins) where electronic localization is high and Pauli repulsion is low (up-down electron pairs). From a phenomenological point of view, bifurcation points of the localization domains (points that belong to certain basins of a molecule) can be used to describe the rupture and formation of chemical bonds. Moreover, topological analysis of ELF allows us performing a statistical analysis of the electronic population of basins in a molecule. In this work, by using density functional theory with an hybrid exchange-correlation functional, we describe the electron localization along the intramolecular proton transfer in the Salicidene Methilamine molecule (SMA). First we do it in the ground state, in order to acquire physical insight of the process. Later, by means of time-dependent density functional theory (TD-DFT) in the linear response regime, we perform an equivalent analysis in the first excited state, for which we propose a way to compute ELF in excited states using TD-DFT. We show how the electronic population and other properties of interest of the basins associated with the atoms and bonds involved in the proton transfer change during the reaction. Finally, we choose this system because, after photoexcitation and proton transfer process, SMA suffers a large Stokes shift followed by a "closed" photocycle that ends with the molecule in its original ground state. This makes molecules like SMA good prospects for molecular photoswitches. The main contribution of this thesis is that this is the first time that the ELF developed and successfully used to explain chemical bonding in excited states.

Diapositivas de fuerza eléctrica. Comprende lo siguientes temas: carga eléctrica, propiedades de las cargas fundamentales, procesos de carga, ley de Coulom y ejemplos de aplicación.

In this thesis we present contributions in the field of the applications of quantum field theories techniques to condensed matter models. In chapter 3 we investigate on the non covariant fermionic determinant and its connection to Luttinger liquids. We address the problem of the regularization of the theory. In chapter 4 we treat spin flipping interactions in the non local Thirring model and we obtain an effective bosonic actions that describe separated spin and charge degrees of freedom. In chapter 4 we apply the self consistent harmonic approximation to previously derived bosonic action and we obtain potential depending equations for the spectrum gap. In chapter 5 we include spin-orbit couplings and compute correlations functions. We show that the spin orbit interactions modify the exponents and the phase diagram of the system and makes new susceptibilities diverge for low temperature. Finally in chapter 6 we summarize the main results and the conclusions.

En el Radio Observatorio de Jicamarca(ROJ) se ha desarrollado un sistema receptor digital de señales de radiofrecuencia provenientes de satélites de baja orbita. Este receptor terrestre calcula la variación del Contenido Total de Electrones(rTEC, del ingles relative Total Electron Content) en la ionosfera que tal y como su nombre lo diceel rTEC esta relacionado al contenido total de electrones o densidad de iones en la ionosfera. Este sistema tiene la capacidad de obtener señales transmitidas desde nano satélites y satélites en general que cuenten con un payload especifico. En un futuro el sistema receptor será capaz de captar las señales del transmisor del nanosatélite desarrollado por el ROJ. Las mediciones del rTEC obtenidas permitirán investigar la ionósfera ecuatorial y observar eventos y fenomenos de interés cuando se presenten irregularidades. En el presente trabajo de tesis, se hará una descripción del sistema y se explicará cómo el sistema receptor determina el rTEC usando la técnica llamada Differential Doppler. Así mismo se mostrarán los resultados de detección del rTEC utilizando las señales de radio frecuencias transmitidas por satélites que se encuentran operativos como COSMOS, CASSIOPE y DMSP-F15. Finalmente se mostraran las comparaciones de estos resultados con mediciones obtenidas por otro receptor del tipo analógico, las cuales presentan un alto índice de correlación. / A radio beacon receiver system is being developed at the Jicamarca Radio Observatory. This ground-based receiver will be used to obtain ionospheric total electron content (TEC) over the Peruvian region by detecting satellite radio beacon signals. This work is part of a project that involves the development of a CubeSat radio beacon for ionospheric measurements. The receiver station will have the capability to obtain differential phase measurements from current operational satellite radio beacons and from the new CubeSat radio beacon developed at the Jicamarca Radio Observatory. Due to the proximity to the magnetic equator, the obtained TEC measurements will allow the investigation of the equatorial ionosphere which plays a significant role in the generation of irregularities such as the equatorial spread F. Here, we present a description of the initial beacon receiver system design which is based on quadrifilar helix antennas, cavity filters, amplifiers and software-defined radio equipment. Initial simulations and tests of the different stages of the receiver system, including the algorithm for the data acquisition, will be shown. In addition, we will describe the design and tests of our cavity filters that show a better performance than commercial ones. Finally, we will explain how the receiver system determinates the TEC in the ionosphere using the Differential Doppler technique and how multi-ples scientific satellites constellations like COSMOS and COSMIC help us to do our measurements. This receiver system instrumentation will add to the set of groundbased instruments already operating at the Jicamarca Radio Observatory and will provide a valuable data set for ionospheric research. / Tesis

En esta tesis se presenta un estudio teórico sobre la interacción de partículas cargadas aceleradas con materiales de interés radioterapéutico, con miras a su posible aplicación en el tratamiento del cáncer mediante haces de iones. El trabajo se centra en el cálculo de las probabilidades de interacción electrónica (secciones eficaces de excitación y de ionización) de partículas cargadas (haces de iones y de electrones) con materia condensada, incluyendo materiales inorgánicos y orgánicos de interés para el problema estudiado, así como su uso en programas de simulación de la interacción de la radiación con materiales biológicos. Tras una introducción general (capítulo 1), la primera parte de la tesis (capítulos 2-4) trata sobre el cálculo de las secciones eficaces. El formalismo dieléctrico se ha utilizado para obtener las magnitudes básicas de frenado, tales como el poder de frenado, el straggling en la pérdida de energía, o el recorrido libre medio, para haces de iones y electrones. También se ha desarrollado un método para aplicar el formalismo dieléctrico al cálculo de secciones eficaces de ionización, incluyendo el cálculo de las distribuciones energéticas y angulares de electrones secundarios. Además, se ha implementado una metodología para extender estos cálculos a materiales biológicos arbitrarios, incluyendo blancos complejos, tales como el hueso, el ADN y sus componentes moleculares, proteínas, o compartimentos celulares. Las secciones eficaces obtenidas se han utilizado como dato de entrada en el código de simulación SEICS para la propagación de haces de iones en materia condensada (capítulos 5 y 6). Este programa se ha ampliado para tener en cuenta los efectos específicos sufridos por protones relativistas (correcciones relativistas y reacciones nucleares de fragmentación nuclear) y se ha utilizado para simular situaciones de interés en la terapia del cáncer mediante haces de iones. Mediante el programa de simulación SEICS se ha reproducido una serie de experimentos de irradiación de blancos cilíndricos micrométricos, para poner a prueba el programa, así como para evaluar el poder de frenado de protones en agua líquida (el principal componente de los tejidos vivos). Además, se ha utilizado SEICS para obtener cantidades tales como la dosis en función de la profundidad, los perfiles de dosis lateral, y otras cantidades relacionadas, útiles en terapia. Por último, se han desarrollado técnicas analíticas, en contraste con la técnica de simulación (capítulo 7). Se ha implementado un algoritmo de haces tipo pincel para el cálculo rápido de la dosis, aprovechando los resultados obtenidos con el programa SEICS. Además, se ha desarrollado un modelo analítico para describir la interacción de haces de iones con compartimentos subcelulares realistas. Este modelo es muy útil para evaluar el depósito de energía y el número de ionizaciones producidas en el núcleo y el citoplasma celular, cantidades que son relevantes en radiobiología, ya que la energía depositada en el núcleo puede relacionarse con la probabilidad de muerte celular, mientras que existen otros efectos biológicos relacionados con el depósito de energía fuera del núcleo. Los resultados presentados en esta tesis exploran diferentes procesos físicos implicados en los mecanismos que subyacen a la terapia del cáncer mediante haces de iones.

El objetivo de esta tesis se centra en el estudio de la transferencia de electrones (ET), una de las reacciones más simples y cruciales en bioquímica. Para dichos procesos, obtener información directa de los factores que lo promueves, asi como del camino de transferencia electronica, no es una tarea trivial. Dicha información a un nivel de conocimiento detallado atómico y electrónico, sin embargo, es muy valiosa en términos de una mejor comprensión del ciclo enzimático, que podría conducir, por ejemplo, a un diseño más eficaz de inhibidores. El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de una metodología para el estudio cuantitativo de la ET en los sistemas biológicos. En este sentido, hemos desarrollado un nuevo método para obtener el camino de transferencia electrónico, llamado QM/MM e-­‐ Pathway, que se puede aplicar en sistemas complejos con ET de largo alcance. El método se basa en una búsqueda sucesiva de residuos importantes para la ET, utilizando la modificación de la región quantica en métodos mixtos QM/MM, y siguiendo la evolución de la densidad de espín dentro de la zona de transferencia. Hemos demostrado la utilidad y la aplicabilidad del algoritmo en el complejo P450cam/Pdx, identificando el papel clave de la Arg112 (en P450cam) y del Asp48 (en Pdx), ambos conocidos en la literatura. Además de obtener caminos de ET, hemos cuantificado su importancia en términos del acoplamiento electrónico entre el dador y aceptor para los diferentes caminos. En este sentido, se realizaron dos estudios de la influencia del solvente y de la temperatura en el acoplamiento electrónico para sistemas modelo oligopéptidos. Ambos estudios revelaron que los valores del acoplamiento electrónico fluctúan fuertemente a lo largo de las trayectorias de dinámica molecular obtenidas, y el mecanismo de transferencia de electrones se ve ampliamente afectado por el espacio conformacional del sistema. La combinación del QM/MM e-­‐pathway y de los cálculos de acoplamiento electronico fueron utilizados finalmente para investigar la ET en el complejo CCP/Cytc. Nuestros hallazgos indican el papel fundamental del Trp191 en localizar un estadio intermedio para la transferencia electronica, así como el camino ET principal que incluye Ala194, Ala193, Gly192 y Trp191. Ambos hallazgos fueron confirmados a través de la literatura. Los resultados obtenidos para el muestro de manios de ET, junto con su evaluación a través de cálculos de acoplamiento electrónico, sugieren un enfoque sencillo y prometedor para investigar ET de largo alcance en proteínas. / The focus of this PhD thesis lies on electron transfer (ET) processes, belonging to the simplest but most crucial reactions in biochemistry. Getting direct information of the forces driving the process and the actual electron pathway is not a trivial task. Such atomic and electronic detailed information, however, is very valuable in terms of a better understanding of the enzymatic cycle, which might lead, for example, to more efficient protein inhibitor design. The main objective of this thesis was the development of a methodology for the quantitative study of ET in biological systems. In this regard, we developed a novel approach to map long-­‐range electron transfer pathways, called QM/MM e-­‐Pathway. The method is based on a successive search for important ET residues in terms of modifying the QM region following the evolution of the spin density of the electron (hole) within a given transfer region. We proved the usefulness and applicability of the algorithm on the P450cam/Pdx complex, indicating the key role of Arg112 of P450cam and Asp48 of Pdx for its ET pathway, both being known to be important from the literature. Besides only identifying the ET pathways, we further quantified their importance in terms of electronic coupling of donor and acceptor incorporating the particular pathway residues. Within this regard, we performed two systematic evaluations of the underlying reasons for the influence of solvent and temperature onto electronic coupling in oligopeptide model systems. Both studies revealed that electronic coupling values strongly fluctuate throughout the molecular dynamics trajectories obtained, and the mechanism of electron transfer is affected by the conformational space the system is able to occupy. Combining both ET mapping and electronic coupling calculations, we finally investigated the electron transfer in the CcP/Cytc complex. Our findings indicate the key role of Trp191 being the bridge-­‐localized state of the ET as well as the main pathway consisting of Ala194, Ala193, Gly192 and Trp191 between CcP and Cytc. Both findings were confirmed through the literature. Moreover, our calculations on several snapshots state a nongated ET mechanism in this protein complex. The methodology developed along this thesis, mapping ET pathways together with their evaluation through electronic coupling calculations, suggests a straightforward and promising approach to investigate long-­‐range ET in proteins.