Ημερίδα Υποψηφίων Διδακτόρων 2017 Κωνσταντίνος Λαμπρόπουλος Ηλεκτρονική δομή και μεταβίβαση φορέων σε περιοδικές ακολουθίες B-DNA: περιγραφή στο πλαίσιο των προτύπων σύρματος και επεκταμένης κλίμακας Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Φυσικής Τομέας Φυσικής Στερεάς Κατάστασης

Ζεύγη βάσεων (ζ. β. ή μονομερή): Cytosine <3 δεσμοί Η> Guanine Β-DNA Απόσταση μεταξύ ζ. β.~ 3.4 Å Γωνία στρέψης ~ 36° Βήμα της έλικας ~ 34 Å Ζεύγη βάσεων (ζ. β. ή μονομερή): Cytosine <3 δεσμοί Η> Guanine Αdenine <2 δεσμοί Η> Τhymine

Πρότυπα Ισχυρής Δέσμευσης Σύρματος (Wire Model): επιτόπιες ενέργειες των HOMO/LUMO τροχιακών των ζ.β. ολοκληρώματα επικάλυψης των HOMO/LUMO τροχιακών των άμεσα γειτονικών ζ.β. Επεκταμένης κλίμακας (Extended Ladder model): επιτόπιες ενέργειες των HOMO/LUMO τροχιακών των βάσεων ολοκληρώματα επικάλυψης των HOMO/LUMO τροχιακών -των βάσεων που συγκροτούν ζ.β. -των βάσεων δύο διαδοχικών ζ.β. στον ίδιο κλώνο -των βάσεων δυο διαδοχικών ζ.β. στους διαφορετικούς κλώνους

Επίλυση των προτύπων

Εφαρμογή των μοντέλων σε περιοδικά τμήματα με μονάδα επανάληψης: Μελετώμενα μεγέθη Φάσματα ιδιοτιμών, πιθανότητες κατάληψης DOS Χάσματα HOMO-LUMO Χρονική εξέλιξη των πιθανοτήτων εύρεσης επιπλέον φορέα σε κάθε βάση ή ζ. β. – Μέσες (χρονικά) πιθανότητες Συχνοτικό περιεχόμενο της μεταβίβασης του επιπλέον φορέα – Φάσματα Fourier Ρυθμοί μεταβίβασης του επιπλέον φορέα Εφαρμογή των μοντέλων σε περιοδικά τμήματα με μονάδα επανάληψης: ένα ζ. β. (πολυμερή τύπου α’) δυο ζ. β. και ταυτόσημα ζ. β. (πολυμερή τύπου β’) δυο ζ. β. και διαφορετικά ζ. β. (πολυμερή τύπου γ’)

Φάσματα ιδιοτιμών ΗΟΜΟ poly(dA)-poly(dT) ΗΟΜΟ GCGC… ΗΟΜΟ TCTC… Wire Ex. Ladder ΗΟΜΟ poly(dA)-poly(dT) ΗΟΜΟ GCGC… ΗΟΜΟ TCTC…

Πυκνότητες Καταστάσεων ΗΟΜΟ poly(dG)-poly(dC) LUΜΟ CGCG… HOΜΟ CTCT… Wire Ex. Ladder

Χάσματα HOMO-LUMO

Μέσες πιθανότητες (τύπου α’) Wire Ex. Ladder

Μέσες πιθανότητες (τύπου β’) Wire Ex. Ladder

Μέσες πιθανότητες (τύπου γ’) Wire Ex. Ladder

Φάσματα Fourier (τύπου α’) Οπή σε poly(dΑ)-poly(dΤ) Wire Ex. Ladder

Φάσματα Fourier (τύπου β’, γ’) Ηλεκτρόνιο σε ΑTΑT… Οπή σε TCTC… Wire Ex. Ladder

Καθαροί μέσοι ρυθμοί μεταβίβασης (τύπου α’) Οπή σε poly(dΑ)-poly(dΤ) Wire Ex. Ladder

Καθαροί μέσοι ρυθμοί μεταβίβασης (τύπου β’, γ’) Ηλεκτρόνιο σε ΑTΑT… Οπή σε TCTC… Wire Ex. Ladder

Κάποιες γενικότερες παρατηρήσεις Αύξηση πολυπλοκότητας ενεργειακής δομής => μείωση ρυθμών μεταβίβασης Συχνοτικό περιεχόμενο μεταβίβασης ≈ 0.1-100 THz. Σταθμισμένη μέση τιμή συχνοτήτων  θεμελιώδης συχνότητα πακτωμένης χορδής. Συμπληρωματικά αποτελέσματα. WM: οικονομικότερο υπολογιστικά ELM περισσότερη λεπτομέρεια

Στόχοι - Προοπτικές Επέκταση των αποτελεσμάτων μοντέλων Ισχυρής Δέσμευσης σε άλλα περιοδικά, καθώς και σε οιονεί περιοδικά, μορφοκλασματικά, άμορφα/τυχαία καθώς και φυσικά τμήματα DNA. Εφαρμογή της μεθόδου Πινάκων Μεταβίβασης (Transfer Matrix Method) για τον προσδιορισμό αναλυτικών εκφράσεων για τα μελετώμενα μεγέθη και τον υπολογισμό επιπλέον μεγεθών (π.χ. συντελεστών διέλευσης, συντελεστών Lyapunov). Σύγκριση των αποτελεσμάτων των προσεγγίσεων Ισχυρής Δέσμευσης για μικρά τμήματα DNA με ab-initio μεθόδους (RT-TDDFT).

Ευχαριστίες Τριμελής Συμβουλευτική Επιτροπή Συνεργάτες/ριες Κ. Σιμσερίδης, Επικ. Καθηγητής (επιβλέπων) Γ. Τριμπέρης, Ομότιμος Καθηγητής Β. Λυκοδήμος, Επικ. Καθηγητής Συνεργάτες/ριες Μ. Τάσση, μεταδιδακτορική ερευνήτρια Α. Μόρφης, υποψήφιος διδάκτορας Μ. Μαντέλα, μεταπτυχιακή φοιτήτρια ΜΔΕ Φυσικής των Υλικών Μ. Χατζελευθερίου, University of Copenhagen, Niels Bohr Institute Κ. Κακλαμάνης, μεταπτυχιακός φοιτητής ΜΔΕ Φυσικής των Υλικών

Ευχαριστώ για την προσοχή σας! Σχετικές δημοσιεύσεις: C. Simserides, Chem. Phys. 440 (2014) 31. K. Lambropoulos, K. Kaklamanis, G. Geordiadis, C. Simserides, Ann. Phys. (Berlin) 526 (2014) 249. K. Lambropoulos, M. Chatzieleftheriou, A. Morphis, K. Kaklamanis, M. Theodorakou, C. Simserides, PRE 92 (2015) 032725. K. Lambropoulos, K. Kaklamanis, G. Georgiadis, M. Theodorakou, M. Chatzieleftheriou, M. Tassi, A. Morphis, and C. Simserides, Proceedings of PIERS (2015) , Prague, Czech Republic (The Electromagnetics Academy, Cambridge, MA, 2015), pp. 879-883. K. Lambropoulos, K. Kaklamanis, A. Morphis, M. Tassi, R. Lopp, G. Georgiadis, M. Theodorakou, M. Chatzieleftheriou, and C. Simserides J. Phys.: Condens. Matter 28 (2016) 495101 (19pp). K. Lambropoulos, M. Chatzieleftheriou, A. Morphis, K. Kaklamanis, R. Lopp, M. Theodorakou, M. Tassi, and C. Simserides, Phys. Rev. E 94 (2016) 062403 (22pp).

Ανάγκη θεωρητικής κατανόησης των ενδογενών παραγόντων. Γιατί μελετάμε τις ηλεκτρονικές ιδιότητες και τη μεταφορά φορτίου στο DNA; α) Νανοτεχνολογία: - δυνητική χρήση σε νανοδιατάξεις (νανοκυκλώματα - μοριακό καλώδιο) β) Βιολογία: - καρκινογένεση και μεταλλαξιγένεση - καταστροφή και την επιδιόρθωση του DNA Πολλοί εξωγενείς παράγοντες που υπεισέρχονται στα πειράματα επηρεάζουν τη μεταφορά φορτίου οδηγώντας σε ποικίλες συμπεριφορές. Ανάγκη θεωρητικής κατανόησης των ενδογενών παραγόντων.