Postquench gap dynamics of two-band superconductors

Recent experimental progress in the fields of cold quantum gases and ultrafast optical spectroscopy of quantum materials allows us to controllably induce and probe nonadiabatic dynamics of superconductors and superfluids. The time evolution of the gap function before relaxation with the lattice is determined by the superposition of coherently evolving individual Cooper pairs within the manifold of the Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) wave function. While dynamics following an abrupt quench of the pairing interaction strength in the single-band BCS model has been exactly solved due to the integrability of the model, the dynamics of postquench multiband superconductors remain under scrutiny. Here, we develop a generalization of the Volkov-Kogan Laplace-space perturbative method that allows us to determine the nonadiabatic gap dynamics of two-band fully gapped superconductors for a wide range of quench amplitudes. Our approach expands the long-time dynamics around the steady-state asymptotic value of the gap, which is self-consistently determined, rather than around the equilibrium value of the gap. We explicitly demonstrate that this method recovers the exact solution of the long-time gap dynamics in the single-band case and perfectly agrees with a numerical solution of the two-band model. We discover that dephasing of Cooper pairs from different bands leads to faster collisionless relaxation of the gap oscillation with a power law of t−3/2 instead of the well-known t−1/2 behavior found in the single-band case. Furthermore, the gap oscillations display beating patterns arising from the existence of two different asymptotic gap values. Our results have important implications to a variety of two-band superconductors driven out of equilibrium, such as iron-based superconductors, MgB2, and SrTiO3

Controlling competing orders via nonequilibrium acoustic phonons: Emergence of anisotropic effective electronic temperature

Ultrafast perturbations offer a unique tool to manipulate correlated systems due to their ability to promote transient behaviors with no equilibrium counterpart. A widely employed strategy is the excitation of coherent optical phonons, as they can cause significant changes in the electronic structure and interactions on short time scales. One of the issues, however, is the inevitable heating that accompanies these resonant excitations. Here, we explore a promising alternative route: the nonequilibrium excitation of acoustic phonons, which, due to their low excitation energies, generally lead to less heating. We demonstrate that driving acoustic phonons leads to the remarkable phenomenon of a momentum-dependent effective temperature, by which electronic states at different regions of the Fermi surface are subject to distinct local temperatures. Such an anisotropic effective electronic temperature can have a profound effect on the delicate balance between competing ordered states in unconventional superconductors, opening a so far unexplored avenue to control correlated phases

USING CHOICE EXPERIMENTS TO ELICIT FARMERS PREFERENCES? FOR CROP AND HEALTH INSURANCE

A random utility discrete choice experiments is used to determine farmers' preferences for health insurance, crop insurance, and a product that switches some portion of crop insurance subsidy to health insurance premium subsidy with access to large-pool risk groups.Risk and Uncertainty,

Time-Reversal-Invariant Hofstadter-Hubbard Model with Ultracold Fermions

We consider the time-reversal-invariant Hofstadter-Hubbard model which can be realized in cold atom experiments. In these experiments, an additional staggered potential and an artificial Rashba--type spin-orbit coupling are available. Without interactions, the system exhibits various phases such as topological and normal insulator, metal as well as semi--metal phases with two or even more Dirac cones. Using a combination of real-space dynamical mean-field theory and analytical techniques, we discuss the effect of on-site interactions and determine the corresponding phase diagram. In particular, we investigate the semi--metal to antiferromagnetic insulator transition and the stability of different topological insulator phases in the presence of strong interactions. We compute spectral functions which allow us to study the edge states of the strongly correlated topological phases.Comment: 4+ pages, 4 figures; includes Supplemental Material (5 pages). Published versio

Effects of NR1 splicing on NR1/NR3B-type excitatory glycine receptors

BACKGROUND: N-methyl-D-aspartate receptors (NMDARs) are the most complex of ionotropic glutamate receptors (iGluRs). Subunits of this subfamily assemble into heteromers, which – depending on the subunit combination – may display very different pharmacological and electrophysiological properties. The least studied members of the NMDAR family, the NR3 subunits, have been reported to assemble with NR1 to form excitatory glycine receptors in heterologous expression systems. The heterogeneity of NMDARs in vivo is in part conferred to the receptors by splicing of the NR1 subunit, especially with regard to proton sensitivity. RESULTS: Here, we have investigated whether the NR3B subunit is capable of assembly with each of the eight functional NR1 splice variants, and whether the resulting receptors share the unique functional properties described for NR1-1a/NR3. We provide evidence that functional excitatory glycine receptors formed regardless of the NR1 isoform, and their pharmacological profile matched the one reported for NR1-1a/NR3: glycine alone fully activated the receptors, which were insensitive to glutamate and block by Mg(2+). Surprisingly, amplitudes of agonist-induced currents showed little dependency on the C-terminally spliced NR1 variants in NR1/NR3B diheteromers. Even more strikingly, NR3B conferred proton sensitivity also to receptors containing NR1b variants – possibly via disturbing the "proton shield" of NR1b splice variants. CONCLUSION: While functional assembly could be demonstrated for all combinations, not all of the specific interactions seen for NR1 isoforms with coexpressed NR2 subunits could be corroborated for NR1 assembly with NR3. Rather, NR3 abates trafficking effects mediated by the NR1 C terminus as well as the N-terminally mediated proton insensitivity. Thus, this study establishes that NR3B overrides important NR1 splice variant-specific receptor properties in NR1/NR3B excitatory glycine receptors

Shugoshin-2 in Vertebraten

Akkurate Verteilung der Chromosomen während der Zellteilung ist eine fundamentale Voraussetzung für den Erhalt der genetischen Information eines Organismus. Durch Fehler innerhalb dieses Prozesses resultieren Aneuploidien, die wiederum zur Entstehung von Krebs oder Trisomien (z.B. Down-Syndrom) führen können. Es überrascht daher nicht, dass die Chromosomensegregation einen der am höchsten regulierten Vorgänge innerhalb des eukaryotischen Zellzyklus darstellt. Die Schwesterchromatide eines jeden Chromosoms werden in S-Phase synthetisiert und gleichzeitig von einem sie ringförmig umschließenden Multi-Proteinkomplex, Kohäsin genannt, miteinander verpaart. Ihre Trennung in der nachfolgenden Kernteilungsphase (Mitose) erfolgt bei Vertebraten in zwei Stufen. Während Kohäsin von den Chromosomenarmen bei Phosphorylierung in Prophase dissoziiert, wird zentromerisches Kohäsin von der später aktiv werdenden Separase proteolytisch gespalten, wodurch die Anaphase ausgelöst wird. Shugoshine (SGOs) schützen die Schwesterchromatidkohäsion im Bereich der Zentromeren, indem sie durch Rekrutierung von Protein-Phosphatase 2A (PP2A) der Phosphorylierung von Kohäsin entgegenwirken. In Säugern schützt Sgo1 mitotisches Kohäsin in der Prophase, während Sgo2 meiotisches Kohäsin vor der phosphorylierungsabhängigen Spaltung durch Separase während der ersten Reifeteilung bewahrt. Sowohl Mitose als auch Meiose werden maßgeblich durch den Spindle Assembly Checkpoint (SAC) reguliert. Dieser lässt Anaphase grundsätzlich erst dann zu, wenn alle Chromosomen über ihre Kinetochore mit Mikrotubuli des Spindelapparates in einer Weise wechselwirken, dass Zugspannung entsteht. Solange dies nicht der Fall ist, katalysiert ein kinetochorständiger Mad1-Mad2-Komplex die konformationelle Umwandlung von löslichem Mad2 hin zu einer Form, in der es über Bindung an Cdc20 die Aktivierung von Separase und den Austritt aus der Mitose blockiert. In der vorliegenden Arbeit wird durch funktionelle Charakterisierungen in Krebszelllinien gezeigt, dass Sgo2 keine essentielle mitotische Funktion ausübt. Ein bislang in der Literatur bestehender Widerspruch wird hierdurch geklärt. Die RNAi-vermittelte Depletion von Sgo2 führt zwar zu einem Verlust des Mikrotubuli-depolymerisierenden Kinesins MCAK von den Zentromeren, entsprechende HeLa-Zellen zeigen bei fehlender Zugspannung aber weiterhin einen mitotischen Arrest, der von Aurora B abhängig ist. Die Funktion dieser mitotischen Kinase innerhalb des SAC beruht demzufolge nicht auf der Erzeugung freier Kinetochore durch die Rekrutierung von MCAK sondern auf einem alternativen Signalweg. Weiterhin wird eine unerwartete, direkte Bindung von humanem Sgo2 an Mad2 beschrieben. Biochemische Experimente machen deutlich, dass Sgo2 genauso mit Mad2 interagiert, wie dies Mad1 und Cdc20 tun. Gleichzeitig wird gezeigt, dass die Wechselwirkung zwischen Sgo2 und Mad2 konserviert ist und in Organismen, denen ein zweites Shugoshin fehlt, von Sgo1 übernommen wird. Diese Daten stellen ein zentrales Dogma in Frage, das für den SAC beschrieben wurde und das für das aktive Checkpoint-Signal von einer „Quelle“ (kinetochorständiges Mad1-Mad2) und einem „Zielprotein“ (Cdc20) ausgeht. Die Mad2-Bindung ist für die Fokussierung von Sgo2 am inneren Zentromer erforderlich. In Abwesenheit von Mad2 oder bei mutierter Mad2-Bindestelle verlagert sich Sgo2 an Randbereiche des Zentromers. Aufgrund dieser Daten sowie publizierter Studien über die Funktion von Sgo2 in Meiose wird postuliert, dass der Sgo2-Mad2-Wechselwirkung eine Funktion in der Monoorientierung von Schwesterkinetochoren während der ersten Reifeteilung zukommt

Multi-metric Conservation Assessment for the Imperiled Clinch Dace

Planning frameworks allow managers to spatially prioritize actions to promote species conservation. Traditional aquatic conservation planning frameworks are often organized at the ecological community or ecosystem level, which often neglect imperiled taxa occupying species-poor assemblages. In this study, we develop a multi-metric conservation assessment for the 15 geographically distinct candidate conservation areas (CCAs) occupied by the imperiled Clinch Dace (Chrosomus sp. cf. saylori). Clinch Dace habitat is threatened by anthropogenic landscape alterations, especially for coal mining and timber harvest. Our framework used four metrics to assess the conservation value of each subpopulation of Clinch Dace namely: “habitat condition”, “viability”, conservation “opportunity” and conservation “feasibility”. Occupancy models were used to determine the most influential habitat variables to Clinch Dace presence and habitat data collected for each occupied stream were used to score habitat condition in each CCA. Clinch Dace survey data were used to assess demographic population viability to highlight areas where Clinch Dace are most likely to persist. Next, we used the metrics of opportunity and feasibility to identify opportunities for reclamation as well as landownership patterns that may be bridges or barriers to conservation action. Habitat condition and viability varied among our 15 CCAs and highlighted opportunities for specific management actions including habitat conservation in some watersheds and needs for restoration in others. The feasibility metric showed that variation exists in the average lot-parcel size along occupied stream reaches, which may affect the success of some conservation actions. We recommend that managers utilize the data summarized in this study, along with stakeholder input, in a structured-decision making approach to develop specific outreach and management plans targeted to stakeholders in individual watersheds and provide an example of such a framework

Studien zur Synthese von steroidrezeptor-bindenden Phototherapeutika

In den letzten Jahren gewann die Photodynamische Therapie deutlich an Bedeutung bei der Behandlung von Neoplasien. Für die nächsten Jahren werden weitere Zulassungen für neue Indikationen erwartet. Diese Neuzulassungen werden einerseits durch neue Photosensibilisatoren und andererseits durch neue Ansätze beim Drug Targeting ermöglicht. Zur Zeit wird der Ansatz forciert, die Sensibilisatoren an einen tumorspezifischen Antikörper zu knüpfen. Eine weitere Möglichkeit für das Drug Targeting besteht darin, den Photosensibilisator an tumorspezifische Rezeptorliganden zu binden. In der vorliegenden Dissertation wird der Versuch einer Kopplung eines Photosensibilisators über einen Spacer an ein nicht steroidales Antiprogestin erarbeitet. Der Progesteron-Rezeptor wurde als Target ausgewählt, da zahlreiche Tumorarten, wie beispielsweise das Mammakarzinom, den Progesteron-Rezeptor überexprimieren. Als Leitstruktur für die Synthese der Antiprogestine wurde ein mariner Naturstoff ausgewählt. Das Cyclocymopol-Derivat besitzt den Vorteil einer im Vergleich zu Mifepriston verbesserten Selektivität für den Progesteron-Rezeptor und eines einfacheren synthetischen Zugangs. Für die Erstellung einer Bibliothek von Progesteron-Antagonisten, die auf den Cyclocymopol-Derivaten aufbauen, sind hinsichtlich der Struktur-Wirkungs-Beziehungen zwei Merkmale zu beachten. Der aromatische Ring muss eine elektronenziehende Gruppe, der aliphatische Ring eine exocyclische Methylengruppe aufweisen, da diese Gruppen essentiell für die Rezeptorbindung sind. Bei der Synthese des Progesteron-Antagonisten wird zunächst ein Benzaldehyd-Derivat mit dem gewünschten Spacer verknüpft, der in der Folge mit dem Phototherapeutikum verknüpft werden kann. Im nächsten Schritt wird die Aldehydfunktion mit Natriumborhydrid zur Alkoholfunktion reduziert. Die so erhaltenen Alkohole werden anschließend mit Hilfe einer Appelartigen Reaktion in das Bromid überführt. Die Benzylbromide wurden mit Isophoron und Buthyllithium zu dem Naturstoff-Analoga umgesetzt. Durch Variieren der Reaktionsbedingungen konnten die aus der Literatur bekannten Ausbeuten erhöht werden. Für die Einführung der exocyclischen Methylengruppe in die Naturstoff-Derivate mussten zunächst verschiedene Synthesenmethoden untersucht werden. In der Literatur wurde für diesen Synthesewege bisher das Tebbe Reagenz eingesetzt, welches bei den hier eingesetzten Edukten zu keiner Reaktion führte. Es kann vermutet werden, dass die sterische Hinderung durch den Spacer die Umsetzung blockiert. In weiteren Experimenten wurde versucht, über eine Simmons-Smith-ähnliche Reaktion die gewünschte Funktionalität zu erhalten. Da auch bei dieser Reaktion das gewünschte Produkt nicht erhalten werden konnte, wurde in weiteren Ansätzen die Peterson-Olefinierung ausgewählt. Mit dieser Methode gelang es schließlich, geringe Mengen des gewünschten Produktes herzustellen. Als Nebenreaktion kam es dabei jedoch zu einer Methylierung des aromatischen Rings. Durch Anwendung der Horner-Emmons-Reaktion konnte schließlich das Antiproestin in ausreichender Menge und Reinheit erhalten werden. Es war jedoch nicht möglich, das in Abb. 7 erläuterte Zielmolekül aus dem Photosensibilisator, Spacer und Antiprogestin darzustellen.In the last few years the importance of the Photodynamic Therapy grew significantly. In the European Union the PDT obtained the approval for early lunger cancer and age ralated macular degeneration, but the approvals for more deseases are expected. These new approvals are possible through the lastest photosensitizer and new approachs in drug targeting. In this theses the synthesis of a photosensitizer linked via a spacer to an antiprogestine was researched. The progesterone-receptor was selected for the drug-targeting, because many cancers, for example the Mamma carcinom, overexpriemered the progesteron-receptor. As the lead structur for the synthesis of some antiprogestines a non-steroidal compound was selected. These cyclocymopolmonoethylether derivate had the advantages of a better selectivity for the progesterone-receptor and a simply synthesis in compare with mifepriston. The starting compound of this synthesis was a benzyl aldehyde, which was combined with the spacer. This reaction reached in protic solvens, like DMF, good yields. The next step was the reduction of the aldehyde function with NaBH4 to an alcohol, with good yields. The synthesis was accomplished with the Appel like reaction preparing the benzyl bromide. The formation of the bromide reached only moderate yields. At the following step isophorone was deprotonated with butyllithium. The lithium enolate was trapped with benzyl bromide to provide the precursor of the antiprogestine. The reaction give the desired product in good yields. The last reaction was the key reaction in the access of the antiprogestines. In the first experiments the Tebbe reagent was used as the methylenation compound. This reaction failed to give the desired product. In the next step a Simmons-Smith-like reaction was examined for the preparation of the antiprogistine, but also no product was obtained. In a third experiment with the Peterson-Methylenation the desire product was get in very low yield. These product had an additional methylgroup at the aromatic cycle of the molecule. The use of the Horner-Emmons-reaction was required to prepare the antiprogestine in adequate yield. In compare with the literature yield (9%), the obtained yields (max. 40%) were good