Valley relaxation in graphene due to charged impurities

Monolayer graphene is an example of materials with multi-valley electronic structure. In such materials, the valley index is being considered as an information carrier. Consequently, relaxation mechanisms leading to loss of valley information are of interest. Here, we calculate the rate of valley relaxation induced by charged impurities in graphene. A special model of graphene is applied, where the $p_z$ orbitals are two-dimensional Gaussian functions, with a spatial extension characterised by an effective Bohr radius $a_\textrm{eB}$. We obtain the valley relaxation rate by solving the Boltzmann equation, for the case of noninteracting electrons, as well as for the case when the impurity potential is screened due to electron-electron interaction. For the latter case, we take into account local-field effects and evaluate the dielectric matrix in the random phase approximation. Our main findings: (i) The valley relaxation rate is proportional to the electronic density of states at the Fermi energy. (ii) Charged impurities located in the close vicinity of the graphene plane, at distance $d \lesssim 0.3\,\textrm{\AA}$, are much more efficient in inducing valley relaxation than those farther away, the effect of the latter being suppressed exponentially with increasing graphene-impurity distance $d$. (iii) Both in the absence and in the presence of electron-electron interaction, the valley relaxation rate shows pronounced dependence on the effective Bohr radius $a_\textrm{eB}$. The trends are different in the two cases: in the absence (presence) of screening, the valley relaxation rate decreases (increases) for increasing effective Bohr radius. This last result highlights that a quantitative calculation of the valley relaxation rate should incorporate electron-electron interactions as well as an accurate knowledge of the electronic wave functions on the atomic length scale.Comment: 15 pages, 8 figure

Control of valley dynamics in silicon quantum dots in the presence of an interface step

Recent experiments on silicon nanostructures have seen breakthroughs toward scalable, long-lived quantum information processing. The valley degree of freedom plays a fundamental role in these devices, and the two lowest-energy electronic states of a silicon quantum dot can form a valley qubit. In this work, we show that a single-atom high step at the silicon/barrier interface induces a strong interaction of the qubit and in-plane electric fields, and analyze the consequences of this enhanced interaction on the dynamics of the qubit. The charge densities of the qubit states are deformed differently by the interface step, allowing non-demolition qubit readout via valley-to-charge conversion. A gate-induced in-plane electric field together with the interface step enables fast control of the valley qubit via electrically driven valley resonance. We calculate single- and two-qubit gate times, as well as relaxation and dephasing times, and present predictions for the parameter range where the gate times can be much shorter than the relaxation time and dephasing is reduced.Comment: 12 pages, 6 figure

Basák az iskolában

Az iskolákban megnyilvánuló erőszak, a basáskodás az iskolák világszerte súlyos problémája, mint ahogy – bár nem beszélünk róla – Magyarországon is. Gyökerei az evolúciós örökségként bennünk levő rangsoragresszióban keresendőek, így nem lehet kizárólag a mai társadalom rovására írni, és nem lehet egyszer és mindenkorra megszabadulni tőle. A basáskodás elleni küzdelmet csakis a jelenség tudatosításával és erre a célra kidolgozott speciális, a diákokat-tanárokat-szülőket egyaránt megcélzó (basáskodás elleni) programokkal lehet eredményesen felvenni. A problémának itthon egyelőre nincs gazdája

Töltéssel rendelkező oldalláncok szerepe retrovirális proteinázok szubsztrát-specificitásában = Role of the charged residues on the substrate specificity of retroviral proteinases

A HIV-1 életciklusában betöltött szerepe miatt terápiás (AIDS) célponttá vált retrovirális proteáz (PR) vizsgálatával betekintést nyerhetünk az enzim inhibitorokkal szembeni rezisztencia kialakulásának molekuláris mechanizmusáról. A rezisztenciában megjelenő HIV-1 mutánsok szubsztrát-specificitási, stabilitási, gátolhatósági és szerkezeti vizsgálatai mellett részletesen összehasonlítottuk a HIV-1, HTLV-1, MLV és BLV proteázok tulajdonságait. Ezen vizsgálatokhoz kidolgoztunk egy nagy teljesítményű fluoreszcens mérési módszert. Vizsgálatainkat kiterjesztettük egy klinikai kipróbálás alatt álló ígéretes HIV-1 proteáz inhibitornak, valamint szubsztrát-alapú peptid analóg inhibitoroknak vad tipusú és mutáns HIV-1 proteázokkal alkotott komplexeinek szerkezetvizsgálatával. A HFV PR különleges tulajdonságaiért felelős aminosavak feltérképezése céljából mutáns HFV proteázokkal pH-optimum és urea-stabilitási vizsgálatokat végeztünk. | As the retroviral protease became a useful therapeutic target of the AIDS due to its essential role in the life cycle of the HIV-1, the molecular mechanism of the raising resitance against HIV-1 protease inhibitors can be revealed by studying of the enzyme. Besides the substrate specificity, stability, inhibitory and structural studies on the mutant forms of HIV-1 protease appearing in the resistance we compared the features of the wild type HTLV-1, MLV and BLV proteases to the HIV-1 protease. We developed a high-throughput fluorescent method for these studies. We extended our studies to structural analysis of the wild type and mutant HIV-1 proteases complexed with a new potent and promising HIV-1 protease inhibitor which is in clinical trial as well as substrate based peptide analog inhibitors. Urea stability and pH-optimum of mutants of HFV PR were measured to map their special features

Az Akadémiai Könyvtár 16. századi gyűjteménye

The collections of the Library of HAS have been established at different times and in a variety of ways. One of the most exciting centuries of European and particularly Hungarian history left a very special and considerably differing imprint on the secollections. Most of the materials in the Collection of Early Books had been donated by three major patrons: József Teleki, György Ráth and Ferenc Vigyázó. The latter two collected obsessively the Hungary-related prints still to be found in Europe at the turn of the 19th and20th centuries. In addition to the wealth of Hungarica materials (from the point of language, territory or persons), a unique value of the collection is represented by the pamphlet collection dealing with Hungary. The pamphlets originate mainly from German-speaking countries, and these materials constitute a rich resource of Hungarian history, their importance equals that of the Apponyi Collection in the National Széchényi Library.Az MTA Könyvtárának létrejöttét és fejlődését alapításától kezdve meghatározták a különféle hagyatékok, adományok, valamint a fenntartó szervezet működésével kapcsolatos dokumentumok. Ezek jelentős része nem a törzsállományban kapott helyet, hanem különgyűjtemények meghatározó elemévé vált. E gyűjtemények kincseibe nyerhetünk bepillantást a következő négy írásban

Retrovirális proteinázok vizsgálata a rezisztencia kialakulásának megértéséhez, és felhasználásuk biológiai folyamatok szabályozására = Study of retroviral proteinases to understand development of resistance and their use in regulation of biological processes

Számos, gyógyszerrezisztenciában megjelenő mutációt tartalmazó HIV-1 proteináz specificitását, gátolhatósági profilját és dimerstabilitását jellemeztük. A gátolhatósági profilok elkészítéséhez nagykapacitású floreszcens mérési módszert dolgoztunk ki. Eredményeink arra utaltak, hogy a mutánsok gátolhatóságát jelentősen befolyásolta a ligandok konformációs flexibilitása, továbbá az enzim egyik régiója képes volt mutációktól függetlenül a ligandhoz illeszkedni. Cefalosporin származékokat tartalmazó vegyületkönyvtár szűrésével különleges, unkompetitív mechanizmusú HIV-1 proteináz inhibitorokat azonosítottunk. A HIV-1 fertőzés korai szakaszában szubsztrátként valószínűsített nukleokapszid fehérje hasításával kapcsolatban szubsztrát-mutagenezis és kinetikai vizsgálatokat végeztünk és a mutációkat a HIV vírusba bejuttatva korrelációt tapasztaltunk a fertőzőképesség és a nukleokapszid fehérje proteolitikus érzékenysége között. Különböző retrovírusok természetes hasítási helyeit reprezentáló oligopeptidekkel összehasonlítottuk retrovirális proteinázok specificitását, mely alapján a HTLV-1 proteáz szubsztrátspecificitása meglehetősen szűknek bizonyult. Egy HIV-1 természetes hasítási helyet reprezentáló oligopeptid sorozattal végzett korábbi szubsztrátspecificitási vizsgálatainkat részben kiegészítettük úgy, hogy az adatsor már 11 retrovirális proteáz adatait tartalmazza. Egy alhely feltérképezésével kapott eredményeink jól korreláltak a retrovírusok filogenetikai analízisével. | Specificity, dimer stability and inhibition profile was determined for several HIV-1 protease mutants harboring mutations occurring in drug resistance. To perform the inhibition profiling, a new, high-throughput fluorescent assay was developed. Our results suggested that the inhibition of the mutants was stronlgy dependent on the conformational flexibility of the inhibitors, furthermore, a critical region of the enzyme was able to fit flexibly to the ligands, independently from its mutations. Screening a library of cephalosporin derivatives, inhibitors uniqally acting in an uncompetitive manner were identified. Mutational and kinetic studies were performed on the nucleocapsid protein, which is suspected to be a substrate of the viral protease in the early phase of infection, and mutations were introduced into an infectious HIV-1 clone. There was a correlation between the protease sensitivity of mutant nucleocapsid proteins and the infectivity of the clones. The specificity of various retroviral proteinases was compared using a large set of oligopeptide substrates representing naturally occurring cleavage sites of various retroviruses: the specificity of HTLV-1 protease appeared to be fairly narrow. We have complemented our previous specificity studies performed with a substrate set representing an HIV-1 cleavage site to probe a substrate binding subsite of 11 retroviral proteases. The results obtained correlated well with the philogenetic analysis of retroviruses

A retrovirális proteázok szerepének vizsgálata a retrovírusok életciklusának korai fázisában = Studies on the retroviral protease in the early phase of life-cycle

A kapsztid (CA) és nukleokapszid (NC) hasítási vizsgálatok elősegítésére számos retrovirális proteázt (PR) jellemeztük, többek között a human T-sejtes leukémia valamint a xenotróp egér leukemia vírus-rokon vírusét is. Igazoltuk a korábban azonosított HIV-1 CA hasítási helyeket, valamint egy új helyet is azonosítottunk. Számos egyszeres és többszörös mutációt hoztunk létre rekombináns, hexahisztidin farokkal expresszált CA fehérjében. A mutánsok proteolitikus érzékenysége jó egyezést mutatott a várt hatásokkal. Ugyanakkor még nyolc mutációval sem sikerült teljesen HIV-1 PR-rezisztenssé tenni a fehérjét. A vizsgált mutációkat bevittük egy harmadik generációs öninaktiválódó lentivírus rendszerbe is. Mind a proteáz érzékeny illetve hasítást gátló CA mutációkat tartalmazó vírusok fertőzőképessége csökkent. Meghatározott vagy jósolt NC fehérje hasítási helyeket tartalmazó oligopeptideket valamint rekombináns NC fehérjéket vizsgáltunk mint PR szubsztrátok. Eredményeink alapján nem csak lentivírus NC fehérjék lehetnek PR szubsztrátok. A virológiai vizsgálatok elősegítésére vizsgáltuk a HIV-1 PR specificitását NC alapú szubsztrátokkal, valamint számos „revertáns” szubsztrátok terveztünk, melyekben a cink-újj motívum belső része nem változott, a hasíthatóságot külső oldalláncok változtatása biztosította. Vizsgáltuk a celluláris protóm változását HIV-1 fertőzés során, és indukálódó fehérjéket azonosítottunk. | To facilitate the comparative capsid (CA) and nucleocapsid (NC) cleavage specificity studies, various retroviral proteases (PRs) were characterized including those of human T-cell lymthotropic and xenotropic murine leukemia virus-related viruses. We verified the previously found cleavage sites in CA of HIV-1 and identified a new one. Single and multiple cleavage site mutations were introduced into a recombinant his-tagged CA. The proteolytic susceptibility of the mutants was in good agreement with the expected changes. However, even eight mutations were not sufficient to make CA resistant towards HIV-1 PR. The studied mutations were introduced into a third generation self-inactivating HIV-1-based lentiviral system. Infectivity assays suggested, that both enhancing and proteolysis inhibitory mutations caused decrease in infectivity. We have studied oligopeptide substrates representing determined or predicted cleavage sites of retroviral nucleocapsid proteins, as well as recombinant NC forms. Cleavage data implied that cleavability of NC sequences might not be restricted to lentiviruses. To facilitate virological studies, we studied the HIV-1 PR specificity with NC-based substrates and designed “revertant” mutants in which cleavability was regained by introducing mutations into close vicinity of the zinc finger motifs. We have also studied the changes in the cellular proteome during the course of HIV-1 infection, and identified proteins with elevated expression