A talaj tápanyag ellátottságának és a szimbionta partnerek kompatibilitásának szerepe néhány mezőgazdasági haszonnövény mikorrhiza függésében = Studying the nutrient supply of soil and compatibility of symbiotic partners in mycorrhiza dependency at several agricultural crops

Meghatároztuk a talaj nitrogén ellátásának, a növények mikorrhiza függésének és az AM gombák gyökérkolonizációjának viszonyát, a szimbiózis időbeni alakulását a nitrogén és foszfor ellátás együttes hatásától függően. Megállapítottuk, hogy a szimbiotikus AM gombák apresszóriumainak számának alakulása egy fontos indikátora lehet nemcsak a fertőzőképességének, a talaj tápanyag ellátottságának, de a szimbiózis hatékonyságára is utal. Az AM gombaoltás hatékonyságát a növényfaj, a tesztnövény vegetációs állapota és nitrogén ellátottsága egyaránt befolyásolta. A fiatal növények nitrogén felvétele és foszforfelvétele között negatív korrelációt találtunk. A tesztnövényekben "optimális" tápanyag ellátottság mellett, amely esetünkben az 100 mg N kg-1 talaj (300 kg N ha év-1 ) dózis volt csökken a gombák kolonizációja. A kolonizáció csökkenése a gombának juttatott fotoszintetikus asszimilátumok mennyiségének csökkentésével magyarázható. A nitrogénnel bőségesen ellátott (150 mg N kg-1 talaj; 450 kg N ha év-1 ) növények foszforhiányban szenvednek, amely a mikorrhiza gombák kolonizációjának növelésével enyhíthető. Hazai AM gombafajok "egyspórás" kultúrákat hoztunk létre. Módszert dolgoztunk ki az oltóanyagok minősítésére. Hazai és külföldi eredetű Glomus sp. törzsek között, infektivitási és effektivitási tulajdonságaik alapján intra- és interspecifikus funkcionális diverzitást mutattunk ki. A hazai talajokból izolált törzsek, különös tekintettel egy Glomus mosseae törzs gombái a hazai talajhoz ill. körülményekhez jobban adaptálódtak és hatékonyabb növény-gomba szimbiózist alakítottak ki. | Data were obtained about the relation of soil N supply the mycorrhiza dependency of plants and root colonization of AM fungi furthermore the timing of symbiosis formation. The formation of mycorrhiza is influenced by available P concentration in soil, by the developmental stage of the host and even by the relative amount of N. The number of AM fungal entry points could be an important parameter for evaluation of both infectiveness and effectivenes of AMF. In young plants the P content of shoots showed negative correlation to N uptake. When host are not nutrient limited the AMF were initially C-limited and the colonization decreased. In our experiment the lowest Gl. mosseae colonization was detected at 100 mg N kg-1 (300 kg N ha year-1 ) level. We suggest that at the highest N fertilization (150 mg kg –1; 450 kg N ha year-1 ) the host should become P- or other macronutrient-limited and the AMF colonization was altered to improve the nutrient transport of hyphae from the soil to the plant. The symbiosis between host plant and AM fungi dinamically changes according to the soil nutrient supply and demands of developing plant. Monospore cultures of AM fungi were produced from Hungarian soil and a new methode was developed for quality control of AMF inocula. The inter- and intraspecific functional diversity of Glomus cultures were found in relation to plant response to AMF inoculation. The results confirmed the hypothesis that the indigenous AM fungi species or strains can be more efficient than other ones. These fungi are probably well adapted to the edaphic conditions of domestic soils

Elektron transzport nanokontaktusokban = Electron transport in nanojunctions

A pályázat keretében molekuláris nanokontaktusokat vizsgáltunk mechanikusan szabályozható törő kontaktus technika segítségével. Molekuláris kontaktusok alapvető jelenségeinek megértéséhez egy egyszerű modell rendszert választottunk: hidrogén molekulák kölcsönhatását vizsgáltuk atomi méretű kontaktusokkal. Megmutattuk, hogy a hidrogén erősen kölcsönhat atomi aranyláncokkal. A hidrogén molekula akár be is épülhet az aranyláncba, sőt a hidrogén és a lánc közötti kötés olyan erős, hogy a hidrogénen keresztül további arany atomokat húzhatunk a láncba. Megmutattuk hogy arany?hidrogén kontaktusok feszültség?áram karakterisztikáiban gyakran jelentkezik óriási negatív differenciális vezetőképesség jelensége, ami egy kötött molekuláris állapot nagyszámú, hasonló energiájú gyengén kötött állapotba történő gerjesztésével magyarázható. Molekuláris nanokontaktusok transzmissziós valószínűségeinek meghatározásához egy szupravezető subgap struktúra mérésekre alkalmas mérőrendszert fejlesztettünk, amivel különböző szupravezető anyagok kölcsönhatását vizsgáltuk hidrogén molekulákkal. Nagystabilitású atomi méretű kontaktusok létrehozásában szerzett tapasztalatok alapján egy heterokontaktusok létrehozására alkalmas precíziós mérőrendszert fejlesztettünk. A rendszert sikeresen alkalmaztuk a spin-polarizáció lokális, nanométeres felbontású meghatározására szupravezető tű és mágneses minta közötti Andreev spektroszkópiai mérésekkel. | In the framework of this project molecular nanojunctions were investigated by the mechanically controllable break junction technique. The interaction of single-atom contacts and monoatomic chains with hydrogen molecules was chosen as a model system to study the fundamental properties of molecular nanojunctions. It was shown that hydrogen molecules strongly interact with atomic chains of gold. The hydrogen molecule can even be incorporated in the atomic-sized Au junction, and the experiments have demonstrated that this molecular hydrogen clamp is strong enough to pull out a chain of gold atoms from the electrodes. With the study of the I-V characteristics of gold-hydrogen junctions we have pointed out the appearance of huge negative differential conductance phenomenon, which was explained by the excitation of a strongly bound molecule to a large number of energetically similar loosely bound states. To study the transmission eigenvalues of molecular nanojunctions a setup for the measurement of superconducting subgap structures was developed, and the interaction of hydrogen molecules with various superconducting electrodes was studied. Based on the experience in creating high stability atomic-sized contacts a new, high precision sample holder was developed for the creation of heterocontacts. The setup was successfully applied to determine local, nano-scale spin polarization with Andreev spectroscopy measurements between a superconducting tip and a magnetic sample

Elektron transzport molekuláris nanostruktúrákban = Electron transport in molecular nanostructures

Az OTKA K76010 kutatói pályázat keretében nanokontaktusok viselkedését vizsgáltuk, melyekben az áram egyetlen atomon vagy egyetlen molekulán keresztül folyik. A kutatás keretében kifejlesztettünk egy molekulák kontrollált adagolására alkalmas mérőrendszert, mely egyedi molekulák kontaktálását teszi lehetővé folyékony hélium hőmérsékleten. Szupravezető subgap módszerrel karakterizáltunk különböző anyagból készült atomi méretű kontaktusokat és elméleti csoportokkal együttműködve részt vettünk egy vezetőképesség hisztogramok szimulálására alkalmas módszer fejlesztésében, melynek megbízhatóságát a subgap módszer segítségével egyedi vezetési csatornák szintjén ellenőriztük. Kifejlesztettünk egy új statisztikai módszert, melynek segítségével atomi és molekuláris kontaktusokban kialakuló konfigurációk közötti korrelációk vizsgálhatók. Ezen módszer segítségével számos atomi és molekuláris nanovezeték viselkedését sikerült a szokásos vezetőképesség hisztogram technikánál részletesebben feltérképezni. | Within the OTKA K76010 project nano-scale junctions were investigated, in which the current flows along single atoms or molecules. A novel measurement setup was developed which is capable of a controlled dosing of molecules to a liquid helium temperature break junction device so that single molecules can be contacted in a well controlled manner. With the help of superconducting subgap structure measurements various metal atomic sized contacts were characterized. In collaboration with theory groups a novel method was developed to simulate conductance histograms. With the help of subgap structure measurements the reliability of this method was tested on the level of individual channel transmission eigenvalues. Beside, we have introduced a novel statistical analysis method based on the two-dimensional cross-correlation histogram analysis of conductance traces. This method provides new information about the relation of different junction configurations that occur during the formation and evolution of metal and single-molecule junctions. The correlation method was successfully applied to study the behavior a several atomic and single-molecule structures beyond conductance histograms

Szennyezett talajok mikrobiológiai jellemzése és monitorozása foszfolipid-zsírsavak analízisével = Microbial characterization and monitoring of polluted soils by phospholipid fatty acid (PLFA) analysis

A foszfolipidzsírsav- (PLFA-) analízis metodikáját sikeresen adaptáltuk. Kimutattuk, hogy a vizek tisztulásában hatékonyan működő lápi talajokban a mikrobiális biomassza - és így az öntisztulási funkció is - jelentős mértékben a rhizoszférához köthető, ahol kimutattuk az öntisztulásban fontos szerepet játszó metanotróf illetve szulfátredukáló szervezeteket is. A PLFA módszert elsőként alkalmaztuk a teljes rhizoszféra vizsgálatára. Kémiai stabilizálóanyag vizsgálatára beállított talaj-inkubációs kísérleti rendszerben vizsgáltuk három nehézfém megkötődését. Az adagolt lignit leginkább a króm megkötődését növelte, az ólom esetében csak a vizes kivonatban volt igazolható a mobilitáscsökkenés, míg a cinkre nem gyakorolt szignifikáns stabilizáló hatást. A nehézfémek mobilis frakciói által a mikrobiális közösségek méretében és anyagcsere-intenzitásában okozott változások csökkenő sorrendben alkalmas mutatóinak bizonyultak: a talaj foszfolipid-zsírsav-összetétele és szacharáz-enzimaktivitása; a fumigációs és észteráz-aktivitási (FDA) értékek. A foszfolipid-zsírsav-spektrumok statisztikai elemzése nyomán 11 zsírsavat és 4 zsírsav-csoportot találtunk, melyek jó indikátorai az egyes nehézfémek talajszennyező hatásának. A foszfolipid-zsírsav-analízis eredményei alapján a lignit jelenlétében a nehézfémek nem csak nehezebben felvehetők a növények számára, de a talajéletre gyakorolt toxikus hatásuk is kisebb. A projekthez kapcsolódva kialakítottunk egy korszerű szerves kémiai analitikai laboratóriumot a kutatóhelyen. | The methodology of phospholipid fatty acid (PLFA-) analysis was adapted in our laboratory. It was demonstrated, that microbial biomass, so as the purification function in peatland soils are connected to the rhizosphere, where methanotrophic and sulfate reducing bacteria were also present. PLFA analysis was first applied on the whole rhizosphere. A soil incubation model experiment was set up to test soil stabilization effects, where, in combination with various levels of lignite, Cr, Zn and Pb were added in wide concentration range. Lignite significantly reduced the mobile fraction of Cr. In case of Pb immobilization was significant only in the aquaeous extract, while Zn was not stabilized significantly. The effects of mobile fractions on the biomass and metabolic activity of soil biota, could be indicated by the following: phospholipid fatty acid patterns; saccharase and esterase (FDA) enzymatic activities, chloroform fumigation extraction method. Statistical evaluation of PLFA patterns showed that 11 PLFAs and 4 PLFA groups were good indicators of heavy metal pollution. PLFA analysis demonstrated that lignite had reduced not only the plant uptakeable fractions of heavy metals, but also the toxicity on the soil biota. In connection with the project, a modern gas-chromatography/mass spectrometry laboratory was installed in the institute

Breaking the quantum PIN code of atomic synapses

Atomic synapses represent a special class of memristors whose operation relies on the formation of metallic nanofilaments bridging two electrodes across an insulator. Due to the magnifying effect of this narrowest cross-section on the device conductance, a nanometer scale displacement of a few atoms grants access to various resistive states at ultimately low energy costs, satisfying the fundamental requirements of neuromorphic computing hardware. Yet, device engineering lacks the complete quantum characterization of such filamentary conductance. Here we analyze multiple Andreev reflection processes emerging at the filament terminals when superconducting electrodes are utilized. Thereby the quantum PIN code, i.e. the transmission probabilities of each individual conduction channel contributing to the conductance of the nanojunctions is revealed. Our measurements on Nb$_2$O$_5$ resistive switching junctions provide a profound experimental evidence that the onset of the high conductance ON state is manifested via the formation of truly atomic-sized metallic filaments

Noise tailoring, noise annealing and external noise injection strategies in memristive Hopfield neural networks

The commercial introduction of a novel electronic device is often preceded by a lengthy material optimization phase devoted to the suppression of device noise as much as possible. The emergence of novel computing architectures, however, triggers a paradigm change in noise engineering, demonstrating that a non-suppressed, but properly tailored noise can be harvested as a computational resource in probabilistic computing schemes. Such strategy was recently realized on the hardware level in memristive Hopfield neural networks delivering fast and highly energy efficient optimization performance. Inspired by these achievements we perform a thorough analysis of simulated memristive Hopfield neural networks relying on realistic noise characteristics acquired on various memristive devices. These characteristics highlight the possibility of orders of magnitude variations in the noise level depending on the material choice as well as on the resistance state (and the corresponding active region volume) of the devices. Our simulations separate the effects of various device non-idealities on the operation of the Hopfield neural network by investigating the role of the programming accuracy, as well as the noise type and noise amplitude of the ON and OFF states. Relying on these results we propose optimized noise tailoring, noise annealing, and external noise injection strategies.Comment: 13 pages, 7 figure