Correlation Between Structure And C-Afm Contrast Of 180-Degree Domain Walls In Rhombohedral Bati03

Using Landau-Ginzburg-Devonshire theory we describe 180-degree domain wall structure, intrinsic energy and carrier accumulation in rhombohedral phase of BaTiO3 as a function of the wall orientation and flexoelectric coupling strength. Two types of domain wall structures (phases of the wall) exist depending on the wall orientation. The low-energy 'achiral' phase occurs in the vicinity of the {110} wall orientation and has odd polarization profile invariant with respect to inversion about the wall center. The second 'chiral' phase occurs around {211} wall orientations and corresponds to mixed parity domain walls that may be of left-handed or right-handed chirality. The transformation between the phases is abrupt, accompanied with 20-30% change of the domain wall thickness and can happen at fixed wall orientation with temperature change. We suggest that the phase transition may be detected through domain wall thickness change or by c-AFM. The structure of the domain wall is correlated to its conductivity through polarization component normal to the domain wall, which causes free carriers accumulation. Depending on the temperature and flexoelectric coupling strength relative conductivity of the wall becomes at least one order of magnitude higher than in the single-domain region, creating c-AFM contrast enhancement pronounced and detectable.Comment: 31 pages, 10 figures, Supplementary material

Domain wall conduction in multiaxial ferroelectrics

The conductance of domain wall structures consisting of either stripes or cylindrical domains in multi-axial ferroelectric-semiconductors is analyzed. The effects of the domain size, wall tilt and curvature, on charge accumulation, are analyzed using the Landau-Ginsburg Devonshire (LGD) theory for polarization combined with Poisson equation for charge distributions. Both the classical ferroelectric parameters including expansion coefficients in 2-4-6 Landau potential and gradient terms, as well as flexoelectric coupling, inhomogeneous elastic strains and electrostriction are included in the present analysis. Spatial distributions of the ionized donors, free electrons and holes were found self-consistently using the effective mass approximation for the respective densities of states. The proximity and size effect of the electron and donor accumulation/depletion by thin stripe domains and cylindrical nanodomains are revealed. In contrast to thick domain stripes and thicker cylindrical domains, in which the carrier accumulation (and so the static conductivity) sharply increases at the domain walls only, small nanodomains of radius less then 5-10 correlation length appeared conducting across entire cross-section. Implications of such conductive nanosized channels may be promising for nanoelectronics.Comment: 39 pages, 11 figures, 3 tables, 4 appendice

The Interaction of an 180 degree Ferroelectric Domain Wall with a Biased Scanning Probe Microscopy Tip: Effective Wall Geometry and Thermodynamics in Ginzburg-Landau-Devonshire Theory

The interaction of ferroelectric 180 degree domain wall with a strongly inhomogeneous electric field of biased Scanning Probe Microscope tip is analyzed within continuous Landau-Ginzburg-Devonshire theory. Equilibrium shape of the initially flat domain wall boundary bends, attracts or repulses from the probe apex, depending on the sign and value of the applied bias. For large tip-wall separations, the probe-induced domain nucleation is possible. The approximate analytical expressions for the polarization distribution are derived using direct variational method. The expressions provide insight how the equilibrium polarization distribution depends on the wall finite-width, correlation and depolarization effects, electrostatic potential distribution of the probe and ferroelectric material parameters.Comment: 37 pages, 9 figures, 4 Appendices, to be submitted to Phys. Rev.

Cинтез та вивчення вазоактивних властивостей нових 4-функціоналізованих 1,3-оксазолів, які містять у положенні 5 залишок N-метил-D-глюкаміну

The analysis of literature data shows the prospects of searching drugs with different biological activity among 1,3-oxazoles. Aim. To develop preparative methods of the synthesis of new 4-fuctionalized 1,3-oxazoles containing the N-methyl-D-glucamine fragment in position 5 and to study their physical, chemical and biological properties. Results and discussion. It has been found that 1,3-oxazoles reveal the vasodilatative and vasoconstrictive effect on the tonic activity of the vessels preactivated with phenylephrine depending on the concentration and the chemical structure of the compounds. The article describes the vasodilatative and vasoconstrictive efficacy of new 1,3-oxazoles compared to the known adrenolytic drug – amiodarone, and the inhibitor of potassium channels – 4-aminopyridine (pimadin).Experimental part. A number of new 4-fuctionalized 1,3-oxazoles containing the N-methyl-D-glucamine fragment in position 5 was synthesized. Their biological activity was assessed under the action of selective agonists of 1-adrenoreceptors (phenylephrine), 5HT2A-receptor (serotonin) on the isolated segments of the rat’s aorta previously constricted or by blocking potassium channels with the high potassium Krebs solution.Conclusions. It has been found that in the case of the serotonin constricted isolated aortic segments only the vasoconstriction is observed in contrast of the vessel activated with phenylephrine. If the constriction of the aortic segments is carried out with a high potassium solution, there is no vasotonic activity of 1,3-oxazole derivatives. The data obtained indicate the possible molecular mechanism of their biological activity with the participation of vascular adrenergic receptors and potassium channels, their inhibition may lead to vasodilatation at the comparatively high concentration of the compounds or vasoconstriction at the comparatively low concentration of oxazoles, respectively. Анализ литературных данных показывает перспективность поиска препаратов с различной биологической активностью среди 1,3-оксазолов.Целью данной работы является разработка препаративных методов синтеза новых 4-функционализированных 1,3-оксазолов, содержащих в положении 5 фрагмент N-метил-D-глюкамина, и изучение их физико-химических и биологических свойств.Результаты и их обсуждение. Исследования влияния новых производных 1,3-оксазола на тоническую активность предварительно активированных фенилэфрином сосудов выявили как вазодилатирующий, так и вазоконстрикторный эффект соединений в зависимости от их концентрации и химической структуры. В статье приведены характеристики вазодилататорной и вазоконстрикторной эффективности новых соединений сравнительно с лекарственными средствами адренолитиком амиодароном и ингибитором калиевых каналов 4-аминопиридином (пимадином).Экспериментальная часть. В работе представлен синтез новых 4-функционализированных 1,3-оксазолов, содержащих в положении 5 фрагмент N-метил-D-глюкамина и проведена оценка их биологической активности при действии на предварительно сокращенные изолированные сегменты аорты крыс селективными агонистами α1-адренорецепторов (фенилэфрином), 5-HT2A-рецепторов (серотонином) или путем блокады калиевых каналов гиперкалиевым раствором Кребса. Выводы. Установлено, что в случае предварительного сокращения изолированных сегментов аорты серотонином в отличие от активированных фенилэфрином сосудов наблюдается лишь вазоконстрикторное действие, а предварительное сокращение сегментов аорты гиперкалиевым раствором предотвращает проявление любой вазотонической активности новых производных 1,3-оксазола. Полученные данные указывают на возможный молекулярный механизм их биологической активности с участием сосудистых адренорецепторов и калиевых каналов, ингибирование которых может опосредовать дилатацию сосудов, которая наблюдается при действии сравнительно более высоких концентраций соединений или вазоконстрикцию, выявленную при действии соединений в сравнительно более низких дозах, соответственно. Аналіз літературних даних свідчить про перспективність пошуку препаратів з різноманітною біологічною активністю серед 1,3-оксазолів.Метою даної роботи є розробка препаративних методів синтезу нових 4-функціоналізованих 1,3-оксазолів, які містять у положенні 5 фрагмент N-метил-D-глюкаміну, та вивчення їх фізико-хімічних і біологічних властивостей.Результати та їх обговорення. Дослідження впливу нових похідних 1,3-оксазолу на тонічну активність попередньо активованих фенілефрином судин виявили як вазодилатуючий, так і вазоконстрикторний ефект сполук у залежності від їх концентрації та хімічної структури. У статті наведені характеристики вазодилататорної та вазоконстрикторної ефективності нових сполук порівняно з лікарськими засобами адренолітиком аміодароном та інгібітором калієвих каналів 4-амінопіридином (пімадином).Експериментальна частина. Був синтезований ряд нових 4-функціоналізованих 1,3-оксазолів, які містять у положенні 5 фрагмент N-метил-D-глюкаміну та проведена оцінка їх біологічної активності при дії на попередньо скорочені ізольовані сегменти аорти щурів селективними агоністами α1-адренорецепторів (фенілефрином), 5-HT2A-рецепторів (серотоніном) або шляхом блокади калієвих каналів гіперкалієвим розчином Кребса.Висновки. Встановлено, що у випадку попереднього скорочення ізольованих сегментів аорти серотоніном на відміну від активованих фенілефрином судин спостерігається лише вазоконстрикторна дія, а попереднє скорочення сегментів аорти гіперкалієвим розчином запобігає вияву будь-якої вазотонічної активності нових похідних 1,3-оксазолу. Отримані дані вказують на можливий молекулярний механізм їх біологічної активності за участі судинних адренорецепторів та калієвих каналів, інгібування яких може опосередковувати вазодилатацію, яка спостерігається при дії порівняно більш високих концентрацій сполук або вазоконстрикцію, виявлену при дії сполук у порівняно більш низьких дозах, відповідно

First-principles investigation of 180-degree domain walls in BaTiO_3

We present a first-principles study of 180-degree ferroelectric domain walls in tetragonal barium titanate. The theory is based on an effective Hamiltonian that has previously been determined from first-principles ultrasoft-pseudopotential calculations. Statistical properties are investigated using Monte Carlo simulations. We compute the domain-wall energy, free energy, and thickness, analyze the behavior of the ferroelectric order parameter in the interior of the domain wall, and study its spatial fluctuations. An abrupt reversal of the polarization is found, unlike the gradual rotation typical of the ferromagnetic case.Comment: Revtex (preprint style, 13 pages) + 3 postscript figures. A version in two-column article style with embedded figures is available at http://electron.rutgers.edu/~dhv/preprints/index.html#pad_wal

Electron Spin for Classical Information Processing: A Brief Survey of Spin-Based Logic Devices, Gates and Circuits

In electronics, information has been traditionally stored, processed and communicated using an electron's charge. This paradigm is increasingly turning out to be energy-inefficient, because movement of charge within an information-processing device invariably causes current flow and an associated dissipation. Replacing charge with the "spin" of an electron to encode information may eliminate much of this dissipation and lead to more energy-efficient "green electronics". This realization has spurred significant research in spintronic devices and circuits where spin either directly acts as the physical variable for hosting information or augments the role of charge. In this review article, we discuss and elucidate some of these ideas, and highlight their strengths and weaknesses. Many of them can potentially reduce energy dissipation significantly, but unfortunately are error-prone and unreliable. Moreover, there are serious obstacles to their technological implementation that may be difficult to overcome in the near term. This review addresses three constructs: (1) single devices or binary switches that can be constituents of Boolean logic gates for digital information processing, (2) complete gates that are capable of performing specific Boolean logic operations, and (3) combinational circuits or architectures (equivalent to many gates working in unison) that are capable of performing universal computation.Comment: Topical Revie

Патогенетическое лечение гриппа с помощью аэрозольной формы апротинина, ингибитора протеаз

Therapeutic and antiviral efficacies of inhalations of aerosolized aprotinin, a protease inhibitor, which blocks a stage of influenza virus proteolytic activation, were studied. This clinical study was performed during winter-spring outbreak caused with pandemic Influenza H1N1pdm09. Aprotinin (a natural low molecular weight antiprotease polypeptide) is known to be a chemotherapeutic antiviral drug, which inhibits influenza virus proteolytic activation accomplished by host respiratory proteases. Patients inhaled 2 aerosol doses of aprotinin (160 Kallikrein-inhibiting Units (KIU)) each 2 hours for 5 days. In comparison group, patients were treated with ingavirin (a synthetic peptidoamine with unknown antiviral target), 90 mg per day for 5 days. About 10-fold decrease of virus load in aprotinin patients were determined in comparison to ingavirin patients. Duration of clinical symptoms, such as rhinorrhea, weakness, headache, sore throat, cough, sore thorax, fever, was 1 -2 days shorter in aprotinin then in ingavirin group. Side effects and patient discomfort were not revealed in aprotinin group patients. Aerosolized form of aprotinin can be recommended as a pathogenetic antiviral drug against Influenza caused by different viruses, including seasonal H1N1, H2N2, H3N2, swine-like H1N1pdm09, and avian-like H7N9 viruses.Изучали лечебную и противовирусную эффективность аэрозольной формы ингибитора протеаз, апротинина, блокирующего этап протеолитической активации вируса гриппа респираторными протеазами организма-хозяина. Исследование проведено в период зимне-весенней вспышки гриппа, вызванной пандемическим вирусом H1N1pdm09. Противовирусный химиопрепарат апротинин (природный антипротеазный полипептид) применялся в ингаляционной форме с помощью ручного ингалятора дозированного типа с пропеллентом. Больные вдыхали аэрозольный апротинин (160 Калликреин Ингибирующих Единиц (КИЕ)) каждые 2 часа в течение 5 дней. В группе сравнения пациенты получали ингавирин (синтетический пептидоамин - противовирусный препарат с неустановленной вирусной мишенью действия) : 90 мг 1 раз в день per os, в течение 5 дней. Установлено 10-кратное снижение уровня вирусной нагрузки в смывах пациентов, получавших апротинин, по сравнению с пациентами из группы ингавирина. Отмечено сокращение на 1 -2 дня продолжительности симптомов заболевания (насморк, боль в горле, слабость, головная боль, лихорадка, боль в грудной клетке.) в группе, получавших апротинин, по сравнению с пациентами в группе, получавших ингавирин. Побочных реакций и субъективных жалоб на дискомфорт от ингаляций аэрозоля апротинина не обнаружено. Принимая во внимание необходимость этапа протеолитической активации для размножения всех штаммов вируса гриппа, ингаляционную форму апротинина можно рекомендовать в качестве патогенетического средства для лечения гриппа, вызванного широким спектром вирусов, включая вирусы сезонного гриппа субтипов Н1-Н3, пандемического вируса H1N1pdm09 и вируса птичьего гриппа H7N9

Robust isothermal electric switching of interface magnetization: A route to voltage-controlled spintronics

Roughness-insensitive and electrically controllable magnetization at the (0001) surface of antiferromagnetic chromia is observed using magnetometry and spin-resolved photoemission measurements and explained by the interplay of surface termination and magnetic ordering. Further, this surface in placed in proximity with a ferromagnetic Co/Pd multilayer film. Exchange coupling across the interface between chromia and Co/Pd induces an electrically controllable exchange bias in the Co/Pd film, which enables a reversible isothermal (at room temperature) shift of the global magnetic hysteresis loop of the Co/Pd film along the magnetic field axis between negative and positive values. These results reveal the potential of magnetoelectric chromia for spintronic applications requiring non-volatile electric control of magnetization.Comment: Single PDF file: 27 pages, 6 figures; version of 12/30/09; submitted to Nature Material

Domain structures and local switching in lead-free piezoceramics Ba0.85Ca0.15Ti0.90Zr0.10O3

Lead-free piezoelectrics are becoming increasingly important in view of environmental problems of currently used lead-based perovskites such as lead zirconate titanate (PZT). One of the recent candidates for PZT replacement, solid solutions of BaZr0.2Ti0.8O3 and Ba0.7Ca0.3TiO3, are investigated in this work by piezoresponse force microscopy. Coexistence of the tetragonal and rhombohedral phases in this material is observed, which probably gives rise to easy polarization switching due to multiple domain states. The period of observed domain lamella scales with the grain size obeying well-known square root dependence characteristic of BaTiO3 ceramics. Domain switching and relaxation are investigated at the nanoscale as a function of the applied voltage and duration of the applied voltage pulses. The observed distortion of piezoresponse hysteresis loops near grain boundaries is attested to the increased concentration of defects. Nanoscale piezoelectric properties of these materials are discussed

Modeling of dielectric hysteresis loops in ferroelectric semiconductors with charged defects

We have proposed the phenomenological description of dielectric hysteresis loops in ferroelectric semiconductors with charged defects and prevailing extrinsic conductivity. Exactly we have modified Landau-Ginsburg approach and shown that the macroscopic state of the aforementioned inhomogeneous system can be described by three coupled equations for three order parameters. Both the experimentally observed coercive field values well below the thermodynamic one and the various hysteresis loop deformations (constricted and double loops) have been obtained in the framework of our model. The obtained results quantitatively explain the ferroelectric switching in such ferroelectric materials as thick PZT films.Comment: 21 pages, 10 figures, sent to Journal of Physics: Condensed Matte