bluuebunny/crossref_metadata_2025 huggingface dataset:
Quantenphänomene eines einzelnen Atoms
Authors: Walther H.
Published: February 2013

Als die Quantenmechanik entwickelt wurde, war es noch völlig undenkbar, jemals Quantenvorgänge einzelner Atome zu beobachten. So war die Diskussion in diesem Zusammenhang immer nur auf Gedankenexperimente beschränkt, und die Quantenmechanik war in der Konzeption, daß Wahrscheinlichkeitsaussagen für ein Ensemble gemacht werden, völlig ausreichend. Die Methoden der Laserspektroskopie haben es in den letzten Jahren möglich gemacht, einzelne freie Atome und auch einzelne Moleküle in Festkörpern zu beobachten und insbesondere deren Quantenverhalten zu verfolgen. Die Möglichkeit, das Vakuumfeld zu manipulieren, das bei der Quantisierung des Strahlungsfeldes ins Spiel kommt, hat weitere interessante Experimente ermöglicht. Somit gelingt es heute, die Quantenvorgänge sowie deren äußere Beeinflussung an einzelnen Atomen zu verfolgen und Phänomene sichtbar zu machen, die sich bei der Beobachtung mehrerer Atome herausmitteln würden. In diesem Beitrag werden Ein‐Atom‐Experimente, die sich mit der Strahlungs‐Atom‐Wechselwirkung befassen, diskutiert und zusammengefaßt. Der Schwerpunkt liegt auf den Experimenten in Resonatoren und Ionenfallen, die bei uns in Garching durchgeführt wurden bzw. gerade werden. Für weitere zusammenfassende Arbeiten siehe [1].
Moleküle im Gänsemarsch
Authors: Kärger J. , Hahn K. , Kukla V. , Rödenbeck C.
Published: February 2013

Die Vorstellung, daß sich Teilchen in realen Systemen wie im Gänsemarsch bewegen, wurde vor einem halben Jahrhundert von Physiologen als Idee zur Erklärung der Besonderheiten des Stofftransportes durch Zellmembranen entwickelt [1]. Mit der Annahme, daß der mit der Reizübertragung einhergehende Ionentransport durch die Zellmembranen über so enge Kanäle erfolgt, daß sich die einzelnen Ionen nicht “überholen” können, war ein einfaches Modell gefunden worden, das die experimentell gemessenen Durchgangsraten von Ionen durch die Membran erklärte. Der eindimensionale Teilchentransport unter der Nebenbedingung des Verbots des wechselseitigen Überholens, die sog. Single‐file‐Diffusion1), ist seitdem zu einem attraktiven Untersuchungsgegenstand der Mathematik und der theoretischen Physik geworden [2]. Jüngste Erkenntnisse über die Struktur und Wirkungsweise von Ionenkanälen, die auf Grund einer zuvor ungeahnt stürmischen Entwicklung in der Miniaturisierung der experimentellen Technik möglich geworden sind [3], liefern inzwischen eine glänzende Bestätigung für die Richtigkeit des Konzepts der Single‐file‐Diffusion.
Das Ising‐Modell — gestern und heute
Authors: Kobe S.
Published: February 2013

Am 11. Mai 1998 — einen Tag nach Vollendung seines 98. Lebensjahres —‐ starb der Physiker und Lehrer Ernst Ising in seinem Haus in Peoria/IL (USA). Das nach ihm benannte Modell gilt als Standardmodell der Statistischen Physik und nimmt als solches in der Geschichte der Theoretischen Physik in diesem Jahrhundert einen wichtigen Platz ein. Heute wird es vielfach zur Beschreibung und Computersimulation von geordneten und ungeordneten komplexen Systemen in verschiedenen Wissenschaftsgebieten angewendet.
Fünfzig Jahre Szintillationszähler
Authors: Broser I.
Published: February 2013

Kurz nach Ende des Zweiten Weltkriegs begann im zerstörten Berlin die hier nachgezeichnete Entwicklung des Szintillationszählers, der schon bald einen Siegeszug in der Kern‐ und Teilchenphysik antreten sollte.
Reibung auf der Nanometerskala — Nanotribologie mit dem Rasterkraftmikroskop
Authors: Schwarz U. D. , Hölscher H.
Published: February 2013

Die Erforschung der Reibung — die Tribologie — ist eines der ältesten Forschungsgebiete der Physik. Dennoch gibt es auf mikroskopischer Skala noch kein befriedigendes Bild der Reibung, da bisherige Reibungsexperimente meist durch Abrieb, plastische Deformation, Schmierfilme und die Oberflächenbeschaffenheit der Kontaktflächen beeinflußt wurden. Das Rasterkraftmikroskop, mit dem sich die Reibungseigenschaften definierter Kontaktflächen von wenigen Quadratnanometern Größe untersuchen lassen, ermöglicht neue Einblicke in das Gebiet der Tribologie.
Metallcluster auf Oberflächen: Von Quanteneffekten bis zu Nanometer‐Bausteinen
Authors: Meiwes‐Broer K. H.
Published: February 2013

Die elektronische Struktur kleiner metallischer Nanostrukturen weicht oft erheblich von derjenigen im metallischen Festkörper ab. Auf einer Unterlage fixiert, machen diese Cluster die Entwicklung von Materialien mit neuen elektrischen, optischen und chemischen Eigenschaften denkbar: Die Quantelung der elektrischen Leitfähigkeit könnte für winzige Schaltelemente genutzt werden, magnetische Cluster würden die Schreibdichte von Aufzeichnungsmedien um ein Vielfaches erhöhen.
Modellierung natürlicher und anthropogener Klimaänderungen
Authors: Hasselmann K.
Published: February 2013

Wie bei jedem Wissenschaftler ist der Grundantrieb des Klimaforschers die Neugierde: Er möchte das Klimasystem verstehen. Prüfstein des Verständnisses ist, wie in jeder Wissenschaft, die Vorhersage, an die sich allerdings in der Klimaforschung außerdem eine große öffentliche Erwartung richtet: sowohl hinsichtlich der natürlichen Klimaänderungen, wie zum Beispiel des El Niño, als auch hinsichtlich der vom Menschen verursachten änderungen, wie der globalen Treibhauserwärmung oder des stratosphärischen Ozonabbaus.
Anthropogene Spurenstoffe zur Untersuchung der ozeanischen Zirkulation
Authors: Schlosser P. , Roether W.
Published: February 2013

Die zeitabhängigen Verteilungen bestimmter im Ozean ideal gelöster Spurenstoffe geben Auskunft über die großräumige Zirkulation im Innern des Ozeans, die nicht zuletzt im Zusammenhang mit Klimafragen von Interesse ist. Für diese Stoffe liegen heute weltweite Datensätze vor. Methodik und Ergebnisse der Auswertung solcher Datensätze werden an zwei Beispielen erläutert.
Wasserfluß und Transport gelöster Stoffe im Boden
Authors: Roth K. , Flühler H. , Vogel H.‐J.
Published: February 2013

Boden ist ein sehr wichtiger und komplexer Bestandteil der Umwelt mit vielfältigen lebenswichtigen Funktionen. Im Zusammenhang mit der Landwirtschaft, der Konstruktion von Deponien oder der Sanierung kontaminierter Flächen ist es unverzichtbar, den Wasserfluß und den Transport gelöster Stoffe im Boden zu verstehen. Neue Entwicklungen bei Experiment und numerischer Simulation ermöglichen ein tieferes Verständnis seiner Funktion.
Stromfluß durch ein einzelnes Atom: Atom‐Orbitale dienen als Transportkanäle in metallischen Quantenpunktkontakten
Authors: Scheer E.
Published: February 2013

Mit dem Rastertunnelmikroskop kann man einzelne Atome nicht nur „sehen”︁, sondern auch verschieben, auf Oberflächen gezielt anordnen und ihre Transporteigenschaften messen. Im Labor wird daran gearbeitet, elektronische Schaltkreise „additiv”︁, d.h. Atom für Atom, für bestimmte Anwendungen aufzubauen. Dafür ist es erforderlich zu verstehen, wie die makroskopischen Eigenschaften des Schaltkreises von den atomaren, chemischen und physikalischen Eigenschaften der Bausteine abhängen. Naheliegende Fragen dabei lauten: Was bestimmt den Stromfluß durch ein einzelnes Metallatom, das zwei Stücke desselben Metalls verbindet? Welche Rolle spielt die chemische Natur des Elements? Um diese Fragen zu beantworten, haben wir Kontakte aus verschiedenen Elementen des Periodensystems hergestellt, die an ihrer engsten Stelle nur ein Atom „dick”︁ sind, und ihre Transporteigenschaften unter Verwendung von Transportprozessen, die im supraleitenden Zustand auftreten, bestimmt. Gleichzeitig entwickeln wir ein quantenchemisches Modell, das aus den atomaren Orbitalen Leitungsbänder oder „Tranportkanäle”︁ aufbaut.
Elektronische Eigenschaften von Kohlenstoff‐Nanoröhren
Authors: Clauss Wilfried
Published: February 2013

Seit der Entdeckung der Kohlenstoff‐Nanoröhren durch S. Iijima wurde bereits viel über mögliche Anwendungen dieses neuen Materials in der Nanoelektronik spekuliert. Die Herstellungsmethoden sowie hauptsächlich auf der Rastersondenmikroskopie aufbauende Verfahren zur Abbildung und Manipulation entwickeln sich allmählich auf einen Stand, der die experimentelle Charakterisierung einzelner Nanoröhren ermöglicht. Dadurch könnten schon bald theoretisch vorgeschlagene Netzwerkstrukturen realisiert werden, bei denen man ausnutzt, daß einzelne Röhren je nach ihrer geometrischen Struktur metallisch oder halbleitend sind.
Physiker würfeln nicht: Die DPG hat jetzt eine professionelle Pressestelle/Kernfusion: Wechsel an der Spitze der deutschen Fusionsforschung/Kurzgefasst…/Raumfahrt: Zur Zukunft der europäischen Weltraumpolitik/WE‐Heraeus‐Stiftung/Forschungsrichtlinien für das 21. Jahrhundert/ABRIXAS verloren?/USA: Wyoming bald ohne Physik?/APS fordert mehr Geld für Rüstungsforschung/Geplanter Zusammenschluß von OSA und SPIE umstritten/NSF‐Geld für den Large Hadron Collider/Shutdown für DOE‐Computer/Kampf um Physikstars/Frankreich: Gemeinsame Zukunft der Kern‐ und Teilchenphysik/„Sozialplan”︁ für Studenten/Schweiz: Frauenförderung/Quantenoptik: Die de‐Broglie‐Wellenlänge eines Biphotons/Festkörperphysik: Antibunching mit Elektronen/Laser mit Pulverstaub
Authors: Iser Walter , Schmidt Manfred , Bradshaw Alexander M. , Pinkau Klaus , Hansen Hauke , Dreisigacker Ernst , Jorda Stefan , Scharf Rainer , Otto Thomas , Rauner Max
Published: February 2013

Bunching heißt soviel wie: sich zusammenschließen. Antibunching ist das Gegenteil. Daß Elektronen zu letzterem neigen, haben zwei neue Experimente bestätigt.
Photonen oder Wellen: Die Debatte um die Bohr‐Kramers‐Slater‐Theorie vor 75 Jahren
Authors: Jacobi Manfred
Published: February 2013

Wie mußte man sich Anfang der zwanziger Jahre das physikalische Geschehen im atomaren Bereich vorstellen? Konnten klassische Bilder den erhofften Erfolg bringen? Oder mußte man den sicheren Boden der Elektrodynamik verlassen zugunsten einer neuen Weltsicht, die es erst zu schaffen galt? Die Geschichte der Bohr‐Kramers‐Slater‐Theorie liefert uns ein bizarres Schlaglicht auf das Ringen um die „wahre”︁ Theorie des Mikrokosmos.
Positive Entwicklung des Arbeitsmarktes für Physikerinnen und Physiker: Statistik, Analysen, Trends 1999
Authors: Krauth Helmut
Published: February 2013

Der Arbeitsmarkt für Physikerinnen und Physiker hat sich in Deutschland in den letzten Jahren äußerst positiv entwickelt. Bei immer noch hohen Abgängerzahlen von über 4000 Physikern pro Jahr reduzierte sich die Zahl der arbeitslos gemeldeten Physiker von 1997 auf 1998 um ca. 20%, und die Tendenz ist weiterhin fallend. Die Arbeitslosenzahl 1998 betrug 2597 bei Universitätsabsolventen und 297 bei Fachhochschulabsolventen, gegenüber 3292 bzw. 357 im Vorjahr.
Photosynthese und Exzitonen: Quantenzustände in Antennenkomplexen beschleunigen die Photosynthese
Authors: Köhler Jürgen
Published: February 2013

Pflanzen, Algen und Bakterien wandeln Sonnenenergie mit Hilfe der Photosynthese in chemische Energie um. Dies geschieht viel effizienter und schneller als die Umwandlung in elektrische Energie in einer Solarzelle. Bei der Erforschung der zugrunde liegenden Prozesse spielen spektroskopische Methoden eine wichtige Rolle. Bis heute werden der Mechanismus der Energieübertragung zwischen den verschiedenen funktionellen Gruppen des Photosyntheseapparates sowie der Charakter der elektronischen Anregungen kontrovers diskutiert. Dies rührt unter anderem daher, dass feine Details im Spektrum mit konventioneller Spektroskopie an großen Ensembles ausgemittelt werden. Die Einzelmolekülspektroskopie erlaubt es, diese Einschränkung zu überwinden.
Die Suche nach den Quellen der kosmischen Strahlung: Antworten versprechen die Luftschauerexperimente KASCADE und AUGER
Authors: Blümer Hans , Kampert Karl‐Heinz
Published: February 2013

Kaum eine Frage fundamentaler Bedeutung hat die Astrophysiker vor so große Probleme gestellt, wie diejenige nach dem Ursprung der kosmischen Strahlung. Ihre Energiedichte ist vergleichbar mit der des sichtbaren Sternenlichts oder der Mikrowellen‐Hintergrundstrahlung, sie ist verantwortlich für eine elektromagnetische Kontinuumsstrahlung vom Radio‐ bis zum hochenergetischen Gamma‐Bereich, und ihr Energiespektrum scheint sich zu beliebig hohen Werten fortzusetzen. In der Tat stammen die höchsten jemals auf der Erde beobachteten Teilchenenergien aus der kosmischen Strahlung. Die Untersuchung zweier markanter Energiebereiche des Strahlungsspektrums bei etwa 4.1015 eV und 1020 eV verspricht eine Lösung des über 80 Jahre alten Problems. In diesem Zusammenhang spielen die Luftschauerexperimente KASCADE (Abb. 1) und AUGER eine wichtige Rolle.
Festkörperphysik: Organische Supraleiter: Auf der Suche nach der Natur des supraleitenden Zustands
Authors: Wosnitza Jochen
Published: February 2013

Wie unkonventionell sind organische Supraleiter? Bildet sich eine vollständige Energielücke aus oder verschwindet sie für bestimmte Raumrichtungen? Was koppelt die Leitungselektronen in diesen ungewöhnlichen Metallen zu Cooper‐Paaren? Sind es magnetische Wechselwirkungen der Elektronen selbst oder die übliche Elektron‐Phonon‐Wechselwirkung? Diese Fragen sind so aktuell wie vor etwa 20 Jahren, als zum ersten Mal Supraleitung in einem organischen Metall nachgewiesen wurde. Allerdings sind es nicht nur die „exotischen”︁ Eigenschaften der mittlerweile annähernd 100 supraleitenden organischen Verbindungen, die diese Materialien so faszinierend erscheinen lassen. Durch leichte Modifikation externer Parameter, wie z. B. Druck, Magnetfeld und Temperatur, kann man diese elektronisch niedrigdimensionalen Systeme im Grenzbereich verschiedener Grundzustände untersuchen und den Übergang vom Leiter zum paramagnetischen bzw. antiferromagnetischen Isolator erforschen.
Innovationen durch Femtosekunden‐Laser: Ultrakurzzeit‐Laser bieten vielfältige Möglichkeiten für die Informationstechnologie, die Materialbearbeitung, die Chemie oder die Medizin
Authors: Altmeyer Stefan , Eickenbusch Heinz
Published: February 2013

Die Femtosekunden‐Technologie hat in den letzten Jahren die Grundlagenforschung verlassen und Einzug in die technische Anwendung gehalten. Die besondere Aktualität dieses Gebietes zeigt sich vor dem Hintergrund bahnbrechender Fortschritte und Erfolge sowohl seitens der Laserphysik als auch seitens der Femto‐Physik sowie ‐Chemie. Insbesondere der Femto‐Chemie wurde durch die Vergabe des Chemie‐Nobelpreises 1999 an A. H. Zewail Aufmerksamkeit zuteil. Wir diskutieren das enorm große und breit gefächerte Anwendungspotenzial der Femtosekunden‐Technologie.
Festkörperphysik: Der „ultimative”︁ Transistor ‐Traum oder Wirklichkeit?: Einzel‐Elektronen‐Transistoren könnten die Feldeffekt‐Transistoren ablösen, wenn die heutige CMOS‐Technologie an die Grenzen der Miniaturisierung stößt
Authors: Hofmann Karl , Spangenberg Bernd
Published: February 2013

Ist es möglich, einen Transistor mit lediglich einem Elektron zu schalten? Lässt sich die Speichereinheit von einem Bit mit nur einem Elektron kodieren? Einzel‐Elektronen‐Bauelemente mit Abmessungen unterhalb von 10 Nanometern und Tunnelkapazitäten im atto‐Faradbereich (10−18 F), die nach dem Funktionsprinzip der so genannten Coulomb‐Blockade betrieben werden, gestatten den kontrollierten Transfer einer einzigen Elementarladung. Wie stellt man diese Bauelemente her, was für Eigenschaften und Besonderheiten weisen sie auf, für welche Zwecke lassen sie sich einsetzen? Wir versuchen darauf zu antworten.
Kraftspektroskopie von einzelnen Biomolekülen: Biologische Makromoleküle besser begreifen – mit Einzelmolekül‐Kraftmessungen und Computersimulationen
Authors: Rief Matthias , Grubmüller Helmut
Published: February 2013

Praktisch alle Stoffwechselvorgänge im Körper werden durch hochspezialisierte Proteine bewirkt oder gesteuert – man kann sie mit gutem Recht als die biochemischen „Nano‐Maschinen”︁ der Zelle bezeichnen. Jüngste Fortschritte, besonders bei Einzelmolekülexperimenten und deren Simulation mithilfe von Hochleistungscomputern, erlauben es, einigen dieser „Nano‐Maschinen”︁ bei der Arbeit zuzusehen. Dabei treten erstaunliche Mechanismen zutage: Man beobachtet z. B. fein abgestimmte Bewegungen der Bindungstasche eines Rezeptor‐Proteins bei der Erkennung eines Ligandenmoleküls oder die Entfaltung von Titin, das als molekularer Stoßabsorber Muskelzellen schützt. Gegenwärtig sind wir aber außerstande, solche Präzisionsfeinmechaniken zu konstruieren – wir beginnen gerade, deren Mechanismen zu verstehen und die Eigenschaften ihrer Funktion zu berechnen und vorherzusagen.
Statistische Physik: Ideale Glasübergänge: Die Modenkopplungstheorie beschreibt die Dynamik glasbildender Systeme
Authors: Götze Wolfgang , Voigtmann Thomas
Published: February 2013

Während die meisten Flüssigkeiten bei Abkühlung zu einem geordneten, kristallinen Festkörper erstarren, gehen die sog. Glasbildner in einen amorphen, festen Zustand, den Glaszustand, über. Die in den vergangenen Jahren entwickelte Modenkopplungstheorie erlaubt es, die Dynamik glasbildender Systeme in guter Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen zu beschreiben.
Astrophysik: Die Heliosphäre — Schutzschild für die Erde: Die Teilchendichte im Weltraum beeinflusst die Ausdehnung der Sonnenatmosphäre
Authors: Scherer Klaus , Fichtner Horst , Fahr Hans‐Jörg , Marsch Eckart
Published: February 2013

Die als Heliosphäre weit in den interplanetaren Raum reichende Sonnenatmosphäre schützt die Erde und die anderen Planeten vor der energiereichen kosmischen Strahlung. Dieser Schutzschild unterliegt jedoch langfristigen Veränderungen mit gravierenden Auswirkungen auf die Erdumgebung. Ursache sind die mit dem Sonnenzyklus verbundenen Änderungen des Magnetfeldes der Sonne, die Variabilität des Sonnenwindes sowie Änderungen in der interstellaren Umgebung der Sonne. Einige dieser Vorgänge werden hier zusammen mit den Grundbegriffen der Physik der Heliosphäre beschrieben.
Aerodynamik: Physik des Fliegens: Ein reizvolles Thema, jungen Leuten die Gesetze der Mechanik lebendig zu vermitteln
Authors: Send Wolfgang
Published: February 2013

Otto Lilienthal, Luftfahrtpionier und Großmeister der Fliegerkunst, hätte seine helle Freude gehabt, wenn er die Schüler und Schülerinnen einer 9. Klasse gesehen hätte, die mit einem künstlichen Vogel in einem Rundlauf die erforderliche Leistung zum Fliegen messen. „Alles Fliegen ist Erzeugen von Luftwiderstand, alle Flugarbeit ist Überwinden von Luftwiderstand”︁ hat er vor mehr als 100 Jahren als Kernsatz geprägt. 20 Jahre lang hatte er Störche beim Flug beobachtet, bevor er 1889 sein bahnbrechendes Werk „Der Vogelflug als Grundlage der Fliegerkunst”︁ veröffentlichte und mit seinen nachfolgenden Gleitflügen der Menschheit eine neue Dimension der Bewegung erschloss. Ungeachtet dieser frühen Erkenntnisse von Lilienthal und anderen herrscht auch heute noch manche Verwirrung hinsichtlich der Frage, warum ein Vogel oder ein Flugzeug fliegt.
Mehr Denken, weniger Rechnen: Konsequenzen aus der internationalen Vergleichsstudie TIMSS für den Physikunterricht
Authors: Schecker Horst , Klieme Eckhard
Published: February 2013

Seit 1997 die ersten Ergebnisse der Third International Mathematics and Science Study (TIMSS) über Schülerleistungen in Mathematik und Naturwissenschaften veröffentlicht wurden (Tenor: „Deutsche Schüler leistungsmäßig nur Mittelmaß”︁, [1]), schlagen die Wellen hoch — in der bildungspolitischen Öffentlichkeit ebenso wie in der Fachdidaktik und den betroffenen Wissenschaften. Neben der Defizitbeschreibung gibt TIMSS aber auch Denkanstöße für die Verbesserung des Physikunterrichts. Die Konsequenzen erstrecken sich von der Methodik über das Curriculum bis hin zur Lehrerbildung.
Physikerinnen und Physiker auf dem Arbeitsmarkt gesucht: Statistiken, Analysen, Trends 2000
Authors: Krauth Helmut
Published: February 2013

Die Aussichten für Physikerinnen und Physiker am Arbeitsmarkt könnten kaum besser sein, als sie es derzeit sind. Im Vergleich zum Vorjahr sind die Arbeitslosenzahlen um rund 20 % weiter zurückgegangen. Physiker werden in den verschiedensten Branchen von Industrie und Wirtschaft gesucht, wie ein Blick in die Stellenanzeigen — auch der Physikalischen Blätter — verdeutlicht.
Does your SEM Really tell the truth?—how would you know? Part 1
Authors: Postek Michael T. , Vladár András E.
Published: February 2013

The scanning electron microscope (SEM) has gone through a tremendous evolution to become a critical tool for many and diverse scientific and industrial applications. The high resolution of the SEM is especially suited for both qualitative and quantitative applications especially for nanotechnology and nanomanufacturing. Quantitatively, measurement, or metrology is one of the main uses. It is likely that one of the first questions asked before even the first scanning electron micrograph was ever recorded was: “… how big is that?” The quality of that answer has improved a great deal over the past few years especially since today these instruments are being used as a primary measurement tool on semiconductor processing lines to monitor the manufacturing processes. The well‐articulated needs of semiconductor production prompted a rapid evolution of the instrument and its capabilities. Over the past 20 years or so, instrument manufacturers, through substantial semiconductor industry investment of research and development (R&D) money, have vastly improved the performance of these instruments. All users have benefited from this investment, especially where quantitative measurements with an SEM are concerned. But, how good are these data? This article discusses some of the most important aspects and larger issues associated with imaging and measurements with the SEM that every user should know, and understand before any critical quantitative work is attempted. SCANNING 35:355–361, 2013. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. SCANNING 35:???–???, 2013. © 2013 Wiley Periodicals, Inc.
Regulation of glutamate release by heteromeric nicotinic receptors in layer V of the secondary motor region (Fr2) in the dorsomedial shoulder of prefrontal cortex in mouse
Authors: Aracri Patrizia , Amadeo Alida , Pasini Maria Enrica , Fascio Umberto , Becchetti Andrea
Published: February 2013

We studied how nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) regulate glutamate release in the secondary motor area (Fr2) of the dorsomedial murine prefrontal cortex, in the presence of steady agonist levels. Fr2 mediates response to behavioral situations that require immediate attention and is a candidate for generating seizures in the frontal epilepsies caused by mutant nAChRs. Morphological analysis showed a peculiar chemoarchitecture and laminar distribution of pyramidal cells and interneurons. Tonic application of 5 µM nicotine on Layer V pyramidal neurons strongly increased the frequency of spontaneous glutamatergic excitatory postsynaptic currents. The effect was inhibited by 1 µM dihydro‐β‐erythroidine (which blocks α4‐containing nAChRs) but not by 10 nM methyllicaconitine (which blocks α7‐containing receptors). Excitatory postsynaptic currents s were also stimulated by 5‐iodo‐3‐[2(S)‐azetidinylmethoxy]pyridine, selective for β2‐containing receptors, in a dihydro‐β‐erythroidine ‐sensitive way. We next studied the association of α4 with different populations of glutamatergic terminals, by using as markers the vesicular glutamate transporter type (VGLUT) 1 for corticocortical synapses and VGLUT2 for thalamocortical projecting fibers. Immunoblots showed higher expression of α4 in Fr2, as compared with the somatosensory cortex. Immunofluorescence showed intense VGLUT1 staining throughout the cortical layers, whereas VGLUT2 immunoreactivity displayed a more distinct laminar distribution. In Layer V, colocalization of α4 nAChR subunit with both VGLUT1 and VGLUT2 was considerably stronger in Fr2 than in somatosensory cortex. Thus, in Fr2, α4β2 nAChRs are expressed in both intrinsic and extrinsic glutamatergic terminals and give a major contribution to control glutamate release in Layer V, in the presence of tonic agonist levels. Synapse 00:000–000, 2013. © 2013 Wiley Periodicals, Inc.
The formulation of internal boundary conditions in unsteady 2‐D shallow water flows: Application to flood regulation
Authors: Morales‐Hernández M. , Murillo J. , García‐Navarro P.
Published: February 2013

Key Points

The modelization of gates as internal boundary conditions

2D finite volume hydraulic model to simulate flooding scenarios

regulation by gates
Using correlation of daily flows to identify index gauges for ungauged streams
Authors: Yuan Lester L.
Published: February 2013

Key Points

Correlation of flows can be used to select index gauges for predicting flow
The Value of Enrichment to Reintroduction Success
Authors: Reading Richard P. , Miller Brian , Shepherdson David
Published: February 2013

Reintroduction attempts have faced low, albeit improving, success rates, especially for threatened and endangered species reintroduced from captivity to the wild. This is not only a concern for conservation, as the low success of reintroduction also implies an animal welfare issue for the individuals concerned. Success rates are particularly low for species that live in complex social structures, require greater training during development, and exhibit higher levels of intelligence. Aside from mitigating the original cause of a species extirpation from an area, behavior factors arguably represent the most important aspect influencing an animal's survival following reintroduction. Indeed, we previously recommended using behavioral indicators for determining relative reintroduction success, especially as practitioners develop and compare protocols or if survivorship is difficult to gauge. Strategic enrichment programs targeted toward developing specific skills important for survival in the wild promise to improve reintroduction success by providing individuals with opportunities to develop and improve behavioral skills, such as avoiding predation, foraging (especially for predators and primates), interacting in social groups, courtship and mating, habitat selection, and learning movement and migration routes. Enrichment also improves the physical condition of most individuals, which should also increase reintroduction success. Last but not least, such programs offer the prospect of improved animal welfare both pre‐ and post‐release. We explore how behavioral enrichment has influenced reintroduction success and welfare in a variety of different species. Zoo Biol. 32:332–341, 2013. © 2013 Wiley Periodicals Inc.
Effects of insulin glargine versus metformin on glycemic variability, microvascular and beta-cell function in early type 2 diabetes
Authors: Pistrosch F. , Köhler C. , Schaper F. , Landgraf W. , Forst T. , Hanefeld M.
Published: February 2013

We investigated whether basal insulin as first-line treatment in recently diagnosed type 2 diabetes (T2D) can improve glucose control, microvascular function and preserve insulin secretion in comparison with metformin (MET). In this open-label, randomized, prospective 36-week study, 75 patients (44 m, 31 f, mean age 60.7 ± 9.2 year) were allocated to treatment with either MET 1,000 mg b.i.d. (n = 36) or insulin glargine (GLA) at bedtime (n = 39). At baseline and study end, we performed a continuous glucose monitoring for assessment of interstitial glucose (IG) and measured microvascular function using Laser-Doppler fluxmetry. GLA versus MET treatment resulted in a more pronounced reduction in FPG (Δ: 3.1 ± 2.5 vs. 1.4 ± 1.5 mmol/l; p < 0.001) and overall IG (Δ AUC. 671 ± 507 vs. 416 ± 537 mmol/l min; p = 0.04). Postprandial PG and IG differences after a standardized test meal did not reach significance. Proinsulin/C-peptide and HOMA B as marker of endogenous insulin secretion were significantly more improved by GLA. Microvascular blood flow improved only in MET-treated patients. Early basal insulin treatment with GLA in T2D patients provided a better control of FPG, overall IG load and biomarker of beta-cell function compared to the standard treatment with MET. MET treatment resulted in an improvement of microvascular function. Studies of longer duration are needed to evaluate the durability of glucose control and β cell protection with early GLA treatment.
Stem Cell Research and Therapy: The Position of the National Society of Genetic Counselors
Authors: Kirkpatrick Brianne , Hercher Laura , Facio Flavia , Fonda Jill , Hahn Susan , Sapp Julie , Zierhut Heather ,   The Stem Cell Research Task Force on behalf of the Public Policy Committee
Published: February 2013

Stem cells’ regenerative capabilities present a unique opportunity to treat human illness and injury. In 2003, the National Society of Genetic Counselors (NSGC) issued a position statement supporting stem cell use in research settings. Almost a decade later, in response to legislative and technological developments within the field of stem cell science, NSGC convened a task force to revisit and update its statement on stem cell research. In doing so, the Task Force developed a new statement reaffirming NSGC's support for stem cell research and endorsed continued stem cell therapy development. NSGC recognizes that the unique potential of stem cell therapy to treat human disease and injury can be realized only through research on a diverse array of stem cell lines drawn from multiple sources, including embryonic, cord blood, and adult cells. NSGC supports the use of stem cells in research and clinical settings when practices adhere to defined ethical and legal guidelines. Available stem cell lines should reflect our genetically diverse population, and donor recruitment should be without discrimination or coercion and include a thorough and dynamic informed consent process.
Growing Parental Economic Power in Parent–Adult Child Households: Coresidence and Financial Dependency in the United States, 1960–2010
Authors: Kahn Joan R. , Goldscheider Frances , García-Manglano Javier
Published: February 2013

Research on coresidence between parents and their adult children in the United States has challenged the myth that elders are the primary beneficiaries, instead showing that intergenerationally extended households generally benefit the younger generation more than their parents. Nevertheless, the economic fortunes of those at the older and younger ends of the adult life course have shifted in the second half of the twentieth century, with increasing financial well-being among older adults and greater financial strain among younger adults. This article uses U.S. census and American Community Survey (ACS) data to examine the extent to which changes in generational financial well-being over the late twentieth and early twenty-first centuries have been reflected in the likelihood of coresidence and financial dependency in parent–adult child U.S. households between 1960 and 2010. We find that younger adults have become more financially dependent on their parents and that while older adults have become more financially independent of their adult children, they nevertheless coreside with their needy adult children. We also find that the effect of economic considerations in decisions about coresidence became increasingly salient for younger adults, but decreasingly so for older adults.
The Nap family proteins, CG5017/Hanabi and Nap1, are essential for Drosophila spermiogenesis
Authors: Kimura Shuhei
Published: February 2013

Spermiogenesis is a dynamic process leading to alterations in cell morphology. In spermiogenesis, the roles of the histone chaperones are largely unknown. Here, I report the unexpected roles of two Nap family proteins, CG5017/Hanabi and nucleosome assembly protein 1 (Nap1) in Drosophila. Hanabi is mainly localized in the cytoplasm, and the hanabi mutant shows fully scattered nuclei and abnormality of nuclear shaping in spermatid elongation. In contrast, Nap1 is localized at the apical tip of the sperm head, and the nap1 mutant exhibits disruption of the nuclear bundle in the later stage. These findings imply that Nap family proteins might individually sustain cytoskeleton‐based morphogenesis, rather than histone biogenesis.
Disruption of plastid acyl:acyl carrier protein synthetases increases medium chain fatty acid accumulation in seeds of transgenic Arabidopsis
Authors: Tjellström Henrik , Strawsine Merissa , Silva Jillian , Cahoon Edgar B. , Ohlrogge John B.
Published: February 2013

Engineering transgenic plants that accumulate high levels of medium‐chain fatty acids (MCFA) has been least successful for shorter chain lengths (e.g., C8). We demonstrate that one limitation is the activity of acyl‐ACP synthetase (AAE) that re‐activates fatty acids released by acyl‐ACP thioesterases. Seed expression of Cuphea pulcherrima FATB acyl‐ACP thioesterase in a double mutant lacking AAE15/16 increased 8:0 accumulation almost 2‐fold compared to expression in wild type. These results also provide an in planta demonstration that AAE enzymes participate not only in activation of exogenously added MCFA but also in activation of MCFA synthesized in plastids.
Vibrational corrections to the first hyperpolarizability of the lithium salt of pyridazine Li–H3C4N2
Authors: Silveira Orlando , Castro Marcos A. , Fonseca Tertius L.
Published: February 2013

In this work we report results of vibrational corrections to the polarizability and first hyperpolarizability of the lithium salt of pyridazine Li–H3C4N2 obtained at the second-order Møller-Plesset theory level with the aug-cc-pVDZ basis set. The calculations were carried out by means of the perturbation theoretical method of Bishop and Kirtman and also using a variational approach proposed here. The results obtained show that at the static limit, the pure vibrational corrections for the polarizability and first hyperpolarizability have the same order of magnitude of the corresponding electronic contributions. Comparisons between the results obtained through the two methods show that the perturbation theoretical method is not suitable to treat the system studied, while the variational methodology presented seems to be an alternative approach to treat anharmonic systems.
Bifurcations of dust ion acoustic travelling waves in a magnetized dusty plasma with a q-nonextensive electron velocity distribution
Authors: Kumar Samanta Utpal , Saha Asit , Chatterjee Prasanta
Published: February 2013

Nonlinear ion acoustic waves in the magnetized dusty plasma in the presence of superthermal electron have been studied. We have used the reductive perturbation method to derive a Kadomtsev-Petviashili equation for dust ion acoustic waves in a magnetized dusty plasma with q-nonextensive velocity distributed electrons. By applying the bifurcation theory of planar dynamical systems to this equation, the existence of solitary wave solutions and periodic travelling wave solutions is proved. Two exact solutions of the above waves are obtained.
A method of reducing background radiance for emissivity-compensated radiation thermometry of silicon wafers
Authors: Iuchi T. , Toyoda Y. , Seo T.
Published: February 2013

We studied the spectral and directional emissivities of silicon wafers using an optical polarization technique. Based on simulation and experimental results, we developed two radiation thermometry methods for silicon wafers: one is based on the polarized emissivity-invariant condition and the other is based on the relationship between the ratio of the p- and s-polarized radiance and the polarized emissivity. These methods can be performed at temperatures above 600 °C and over a wide wavelength range (0.9–4.8 μm), irrespective of the dielectric film thickness and the substrate resistivity, which depends on the dopant concentration. The temperature measurements were estimated to have expanded uncertainties (k = 2) of less than 5 °C. With a view to practically applying these methods, we investigated a method to reduce the intense background radiance produced by high-intensity heating lamps. We found that the background radiance can be greatly reduced by using a radiometer that is sensitive to wavelengths of 4.5 or 4.8 μm and suitable geometrical arrangements of a quartz plate. This opens up the possibility of using the two proposed radiation thermometry methods in practical applications.
Probing confined acoustic phonons in free standing small gold nanoparticles
Authors: Mankad Venu , Jha Prafulla K. , Ravindran T. R.
Published: February 2013

Polarized and depolarized spectra from gold (Au) nanoparticles of different sizes are investigated in the small size range, between 3 and 7 nm, using low frequency Raman spectroscopy. Acoustic vibrations of the free-standing Au nanoparticles are demonstrated with frequencies ranging from 5 to 35 cm−1, opening the way to the development of the acoustic resonators. A blue shift in the phonon peaks along with the broadening is observed with a decrease in particle size. Comparison of the measured frequencies with vibrational dynamics calculation and an examination as from the transmission electron microscopy results ascertain that the low frequency phonon modes are due to acoustic phonon quantization. Our results show that the observed low frequency Raman scattering originates from the spherical (l = 0) and quadrupolar (l = 2) vibrations of the spheroidal mode due to plasmon mediated acoustic vibrations in Au nanoparticles.
Observation of large magnetodielectric and direct magnetoelectric behavior in LCMO/PVDF 0-3 nanocomposites
Authors: Bhadra Debabrata , Masud Md. G. , De S. K. , Chaudhuri B. K.
Published: February 2013

A two-phase multifunctional La2CoMnO6 (LCMO)/Poly-vinylidene fluoride 0–3 flexible nanocomposite (NCOMP) thick films have been prepared. Interestingly, this NCOMP shows linear increase of magnetoelectric voltage coefficient (MVC) with applied dc magnetic-bias fields up to 5 kOe, exhibiting no sign of hysteresis. For the typical LCMO concentration, fLCMO = 0.15, the maximum MVC measured is 1.45 mV cm−1 Oe−1 (using 50 kHz resonant signal). This low dielectric loss (∼0.12) NCOMP also showed intriguing high magnetodielectric effect (∼10%) around the ferromagnetic transition temperature (Tc ∼ 230 K) with minimal leakage current. Such results make the present nanocomposite significantly important for the development of magnetic field tuned electronic devices.

At the request of the authors, this article is being retracted effective 9 December 2014.
Spotting Fruit versus Picking Fruit as the Selective Advantage of Human Colour Vision
Authors: Bompas Aline , Kendall Grace , Sumner Petroc
Published: February 2013

The spatiochromatic properties of the red–green dimension of human colour vision appear to be optimized for picking fruit in leaves at about arms' reach. However, other evidence suggests that the task of spotting fruit from a distance might be more important. This discrepancy may arise because the task a system (e.g. human trichromacy) is best at is not necessarily the same task where the largest advantage occurs over the evolutionary alternatives (dichromacy or anomalous trichromacy). We tested human dichromats, anomalous trichromats and “normal” trichromats in a naturalistic visual search task in which they had to find fruit pieces in a bush at 1, 4, 8 or 12 m viewing distance. We found that the largest advantage (in terms of either performance ratio or performance difference) of normal trichromacy over both types of colour deficiency was for the largest viewing distance. We infer that in the evolution of human colour vision, spotting fruit from a distance was a more important selective advantage than picking fruit at arms' reach.
Dorsolateral caudate nucleus differentiates cocaine from natural reward-associated contextual cues
Authors: Liu Hua-Shan , Chefer Svetlana , Lu Hanbing , Guillem Karine , Rea William , Kurup Pradeep , Yang Yihong , Peoples Laura , Stein Elliot A.
Published: February 2013

Chronic drug administration induces neuroplastic changes within brain circuits regulating cognitive control and/or emotions. Following repeated pairings between drug intake and environmental cues, increased sensitivity to or salience of these contextual cues provoke conscious or unconscious craving and enhance susceptibility to relapse. To explore brain circuits participating in such experience-induced plasticity, we combined functional MRI with a preclinical drug vs. food self-administration (SA) withdrawal model. Specifically, two groups of rats were trained to associate odor cues with the availability of i.v. cocaine or oral sucrose, respectively. After 20 d of cocaine or sucrose SA followed by prolonged (30 d) forced abstinence, animals were presented with odor cues previously associated with or without (S+/S−) reinforcer (cocaine/sucrose) availability while undergoing functional MRI scans. ANOVA results demonstrate that a learning effect distinguishing S+ from S− was seen in the insula and nucleus accumbens, with the insula response reflecting the individual history of cocaine SA intake. A main effect of group, distinguishing cocaine from sucrose, was seen in the medial prefrontal cortex (infralimbic, prelimbic, and cingulate cortex) and dorsolateral striatum. Critically, only the dorsomedial striatum demonstrated a double dissociation between the two SA groups and learning (S+ vs. S−). These findings demonstrate altered cortico-limbic-striatal reward-related processing to learned, environment reward-associated contextual odor cues, which may serve as potential biomarkers for therapeutic interventions.
Functional genomic screening identifies dual leucine zipper kinase as a key mediator of retinal ganglion cell death
Authors: Welsbie Derek S. , Yang Zhiyong , Ge Yan , Mitchell Katherine L. , Zhou Xinrong , Martin Scott E. , Berlinicke Cynthia A. , Hackler Laszlo , Fuller John , Fu Jie , Cao Li-hui , Han Bing , Auld Douglas , Xue Tian , Hirai Syu-ichi , Germain Lucie , Simard-Bisson Caroline , Blouin Richard , Nguyen Judy V. , Davis Chung-ha O. , Enke Raymond A. , Boye Sanford L. , Merbs Shannath L. , Marsh-Armstrong Nicholas , Hauswirth William W. , DiAntonio Aaron , Nickells Robert W. , Inglese James , Hanes Justin , Yau King-Wai , Quigley Harry A. , Zack Donald J.
Published: February 2013

Glaucoma, a major cause of blindness worldwide, is a neurodegenerative optic neuropathy in which vision loss is caused by loss of retinal ganglion cells (RGCs). To better define the pathways mediating RGC death and identify targets for the development of neuroprotective drugs, we developed a high-throughput RNA interference screen with primary RGCs and used it to screen the full mouse kinome. The screen identified dual leucine zipper kinase (DLK) as a key neuroprotective target in RGCs. In cultured RGCs, DLK signaling is both necessary and sufficient for cell death. DLK undergoes robust posttranscriptional up-regulation in response to axonal injury in vitro and in vivo. Using a conditional knockout approach, we confirmed that DLK is required for RGC JNK activation and cell death in a rodent model of optic neuropathy. In addition, tozasertib, a small molecule protein kinase inhibitor with activity against DLK, protects RGCs from cell death in rodent glaucoma and traumatic optic neuropathy models. Together, our results establish a previously undescribed drug/drug target combination in glaucoma, identify an early marker of RGC injury, and provide a starting point for the development of more specific neuroprotective DLK inhibitors for the treatment of glaucoma, nonglaucomatous forms of optic neuropathy, and perhaps other CNS neurodegenerations.
Surface layering and melting in an ionic liquid studied by resonant soft X-ray reflectivity
Authors: Mezger Markus , Ocko Benjamin M. , Reichert Harald , Deutsch Moshe
Published: February 2013

The molecular-scale structure of the ionic liquid [C
18
mim]
+
[FAP]
−
near its free surface was studied by complementary methods. X-ray absorption spectroscopy and resonant soft X-ray reflectivity revealed a depth-decaying near-surface layering. Element-specific interfacial profiles were extracted with submolecular resolution from energy-dependent soft X-ray reflectivity data. Temperature-dependent hard X-ray reflectivity, small- and wide-angle X-ray scattering, and infrared spectroscopy uncovered an intriguing melting mechanism for the layered region, where alkyl chain melting drove a negative thermal expansion of the surface layer spacing.
Extramitochondrial domain rich in carbonic anhydrase activity improves myocardial energetics
Authors: Schroeder Marie A. , Ali Mohammad A. , Hulikova Alzbeta , Supuran Claudiu T. , Clarke Kieran , Vaughan-Jones Richard D. , Tyler Damian J. , Swietach Pawel
Published: February 2013

CO
2
is produced abundantly by cardiac mitochondria. Thus an efficient means for its venting is required to support metabolism. Carbonic anhydrase (CA) enzymes, expressed at various sites in ventricular myocytes, may affect mitochondrial CO
2
clearance by catalyzing CO
2
hydration (to H
+
and HCO
3
−
), thereby changing the gradient for CO
2
venting. Using fluorescent dyes to measure changes in pH arising from the intracellular hydration of extracellularly supplied CO
2
, overall CA activity in the cytoplasm of isolated ventricular myocytes was found to be modest (2.7-fold above spontaneous kinetics). Experiments on ventricular mitochondria demonstrated negligible intramitochondrial CA activity. CA activity was also investigated in intact hearts by
13
C magnetic resonance spectroscopy from the rate of H
13
CO
3
−
production from
13
CO
2
released specifically from mitochondria by pyruvate dehydrogenase-mediated metabolism of hyperpolarized [1-
13
C]pyruvate. CA activity measured upon [1-
13
C]pyruvate infusion was fourfold higher than the cytoplasm-averaged value. A fluorescent CA ligand colocalized with a mitochondrial marker, indicating that mitochondria are near a CA-rich domain. Based on immunoreactivity, this domain comprises the nominally cytoplasmic CA isoform CAII and sarcoplasmic reticulum-associated CAXIV. Inhibition of extramitochondrial CA activity acidified the matrix (as determined by fluorescence measurements in permeabilized myocytes and isolated mitochondria), impaired cardiac energetics (indexed by the phosphocreatine-to-ATP ratio measured by
31
P magnetic resonance spectroscopy of perfused hearts), and reduced contractility (as measured from the pressure developed in perfused hearts). These data provide evidence for a functional domain of high CA activity around mitochondria to support CO
2
venting, particularly during elevated and fluctuating respiratory activity. Aberrant distribution of CA activity therefore may reduce the heart’s energetic efficiency.
BIK1 interacts with PEPRs to mediate ethylene-induced immunity
Authors: Liu Zixu , Wu Ying , Yang Fan , Zhang Yiyue , Chen She , Xie Qi , Tian Xingjun , Zhou Jian-Min
Published: February 2013

Plants have evolved intricate immune mechanisms to combat pathogen infection. Upon perception of pathogen-derived signals, plants accumulate defense hormones such as ethylene (ET), jasmonate, salicylate, and damage-associated molecular patterns to amplify immune responses. In particular, the
Arabidopsis
peptide Pep1 and its family members are thought to be damage-associated molecular patterns that trigger immunity through Pep1 receptor kinases PEPR1 and PEPR2. Here we show that PEPR1 specifically interacts with receptor-like cytoplasmic kinases botrytis-induced kinase 1 (BIK1) and PBS1-like 1 (PBL1) to mediate Pep1-induced defenses. In vitro and in vivo studies suggested that PEPR1, and likely PEPR2, directly phosphorylates BIK1 in response to Pep1 treatment. Surprisingly, the
pepr1/pepr2
double-mutant seedlings displayed reduced in sensitivity to ET, as indicated by the elongated hypocotyls. ET-induced expression of defense genes and resistance to
Botrytis cinerea
were compromised in
pepr1/pepr2
and
bik1
mutants, reenforcing an important role of PEPRs and BIK1 in ET-mediated defense signaling. Pep treatment partially mimicked ET-induced seedling growth inhibition in a PEPR- and BIK1-dependent manner. Furthermore, both ET and Pep1 treatments induced BIK1 phosphorylation in a PEPR-dependent manner. However, the Pep1-induced BIK1 phosphorylation, seedling growth inhibition, and defense gene expression were independent of canonical ET signaling components. Together our results illustrate a mechanism by which ET and PEPR signaling pathways act in concert to amplify immune responses.