Larsen, Peter Ulrik Vingaard

Begrebet ikke-lokalitet nyder større og større interesse indenfor modelleringen af fysiske systemer - og med god grund. At en model er ikke-lokal betyder at for at kunne beskrive dens fysiske egenskaber i et givet punkt korrekt er det ikke tilstrækkeligt blot at betragte omstændighederne netop dette punkt, tværtimod må en større del af modellens domæne tages i betragtning for at opnå en nøjagtig formulering. Denne ide har været anvendt i en lang række problemstillinger, fra molekylære systemer til flydende krystaller. I nærværende arbejde betragtes to ganske forskellige fysiske systemer - en model af et DNA-molekyle og en af en ikke-linæer optisk krystal - i en ikke-lokal sammenhæng. I levende celler er det umådeligt vigtige DNA-molekyle ansvarlig for fremstilling af proteiner og celledeling. Begge disse aktiviteter kræver en åbning af molekylets to strenge og for at muliggøre dette antages det at energilokalisering spiller en væsentlig rolle. Det er velkendt at introducerede inhomogeniteter på en model af molekyl-kæden - disse kan tænkes at simulere effekten af enzymer - kan lokalisere vibrationsenergi og dermed muliggøre åbning af DNA. I dette arbejde har vi udvidet en anerkendt model til at inkludere både dipol-dipol-vekselvirkninger og geometriske forhold. Disse geometrieffekter kan ikke betragtes udenfor en ikke-lokal beskrivelse. Vi er dermed i stand til at observere energilokalisering i et grundlæggende homogent molekyle, foranlediget af en ikke-lokal beskrivelse af geometriske effekter. Ikke-linæer optik er et nyt (det er ikke et halvt århundrede siden laseren blev opfundet), men meget aktivt område af fysikken, med anvendelser til ultrahurtig databehandling og transmission. Allerede i dag anvendes fiberoptiske kabler til konventionelle kommunikationssystemer. Signalbehandling udelukkende på basis af optiske processer er endnu ikke en realitet, men er et hovedområde for forskningen idet lokaliserede optiske enheder kan benyttes som informationsbærere. En mulig sådan lokaliseret størrelse er en såkaldt X-bølge. Ikke-lokalitet kan benyttes til at beskrive X-bølger og lignende fænomener og specielt give anledning til at søge X-lignende strukturer i materialer med anormal dispersion, hvilket ikke tidligere er observeret. I nærværende arbejde giver vi numeriskeThe notion of nonlocality in the description of physical systems is receiving an increasing amount of interest, and with good reason. Nonlocality implies that in order to describe the physical properties of a system at a given point, one cannot simply look at the values of the variables and parameters at that very point, but it is necessary to use inputs from the rest of the domain in order to understand the situation correctly. Nonlocality has been used for a broad range of problems, from molecular systems to liquid crystals. In the present work, two quite different physical systems — a model of a DNA molecule and one of a nonlinear optical crystal — are studied within a nonlocal context. In living cells, the immensely important DNA molecule is responsible for protein processing and cell replication. Both effects require an opening of the double-stranded molecule and to facilitate this, energy localization is believed to play an important role. It is known that by introducing inhomogeneities along a model molecular chain — which could simulate the action of enzymes — localization of vibrational energy can occur and thereby facilitate DNA opening. In this work we augment a renowned existing model to include both long range dipole-dipole interaction and geometry. The geometrical features cannot be appreciated without nonlocality. With an intrinsically homogeneous molecule we are then able to observe energy localization originating only from geometrical variables through a nonlocal interaction. Nonlinear optics is a young (the laser was invented not half a century ago), but immensely progressive fields of physics with applications to ultra-fast data processing and transmissions. Already today, fiber-optical cables are used in conventional communication systems. All-optical signal processing is not yet possible, but is a main research topic as localized quantities can act as carriers of information. One possible realization of such an entity is the so-called X-wave. Nonlocality can be used to describe X-waves and like phenomena and particularly to inspire a search for X-waves in materials with anomalous dispersion as well, which is not previously predicted. Numerical examples of these are suggested in the present work

Online Research Database In Technology

Nonlocal Dynamics in Nonlinear Biomolecular and Optical Systems

http://orbit.dtu.dk/ws/files/5090138/VingaardLarsen-06.pdf

Nonlocal Dynamics in Nonlinear Biomolecular and Optical Systems

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Online Research Database In Technology