1. ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ
ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΕΡΕΑΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ
ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΔΙΠΛΩΜΑ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ
ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ
ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ
«Μεταφορά φορτίου σε μονοδιάστατα περιοδικά τμήματα DNA:
περιγραφή ισχυρής δέσμευσης σε επίπεδο ζευγών βάσεων»
Μαρούλης Χαράλαμπος
Α.Μ. 201406
Τριμελής επιτροπή:
Κωνσταντίνος Σιμσερίδης, Επίκουρος Καθηγητής (επιβλέπων)
Ιωάννης Χατζηαγαπίου, Αναπληρωτής Καθηγητής
Ιωάννης Λελίδης, Επίκουρος Καθηγητής
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Μελετάται ημεταφορά φορτίου (οπήςή ηλεκτρονίου) σε ορισμένα περιοδικά τμήματα B-DNA
που αποτελούνται από N ζεύγη βάσεων. Εφαρμόζεται η προσέγγιση της Ισχυρής Δέσμευσης
(Tight-Binding) σε επίπεδο ζευγών βάσεων, χρησιμοποιώντας τις επιτόπιες ενέργειες των
ζευγών βάσεων και τις παραμέτρους μεταπήδησης μεταξύ διαδοχικών ζευγών βάσεων.
Υποθέτουμε ότι ένας επιπλέον φορέας (οπή ή ηλεκτρόνιο) μεταφέρεται μέσω των τροχιακών
HOMO ή LUMO των ζευγών βάσεων. Αρχικά, μελετάται το χρονοανεξάρτητο πρόβλημα
επιλύοντας ένα σύστημα N συζευγμένων εξισώσεων και στη συνέχεια μελετάται το
χρονοεξαρτημένο πρόβλημα επιλύοντας ένα σύστημα N συζευγμένων διαφορικών εξισώσεων
πρώτης τάξης. Οι παράμετροι Ισχυρής Δέσμευσης που χρησιμοποιούνται για να επιλυθούν τα
ανωτέρω προβλήματα λαμβάνονται από τη βιβλιογραφία.Μελετώνται τρεις τύποι περιοδικών
τμημάτων B-DNA που ορίζονται με βάση τον τρόπο που δομείται η αλληλουχία των ζευγών
βάσεων κάθε φορά. Έτσι, έχουμε τους τύπους α΄, β΄και γ΄, για κάθε έναν από αυτούς
μελετώνται τα HOMO/LUMO ενεργειακά ιδιοφάσματα και οι πυκνότητες καταστάσεων
(DOS). Ακολούθως, υπολογίζονται οι μέσες χρονικά πιθανότητες εύρεσης του επιπλέον φορέα
σε κάθε θέση (ζεύγος βάσεων) ενός δεδομένου τμήματος,τα φάσματα Fourier καθώς και άλλα
χαρακτηριστικά μεγέθη μεταφοράς όπως οι καθαροί μέσοι ρυθμοί μεταφοράς. Τέλος,
εξάγονται γενικά συμπεράσματα για την μεταφορά φορτίου στους παραπάνω τρεις τύπους
πολυμερών B-DNA.
Λέξεις κλειδιά: DNA, ισχυρή δέσμευση, ζεύγος βάσεων, μεταφορά φορτίου, περιοδικά
πολυμερή B-DNA

2. «Charge transfer in one dimensional periodic DNA segments: tight
binding method at the base pair level»
Abstract
We study simple carrier (hole or electron) transfer in some periodic B-DNA segments made up
of N base pairs. We employ a Tight Binding approach at the base pair level using the on-site
energies of the base pairs and the hopping integrals between successive base pairs. We assume
that a carrier (hole or electron) is transferred through the HOMO or LUMO base pair’s orbitals.
At first, we study the time- independent problem by solving a system of N coupled differential
equations and then we study the time-dependent problem by solving a system of N coupled
first order differential equations. These Tight Binding parameters are taken from the
literature. We study three types of periodic B-DNA segments, type α΄, type β΄ and type
γ΄, and for each of these we study the HOMO/LUMO eigenspectra, as well as the
HOMO/LUMO densities of states (DOS). Then, we calculate the mean (over time)
probabilities to find the extra carrier at each site (base pair) of a given segment, the
Fourier spectra and other characteristic quantities of transport such as the pure mean
transfer rates. Finally, we discuss the conclusions of charge transfer on those three
types of B-DNA polymers.
Key words: DNA, tight binding, base pair, charge transfer, periodic B-DNA
polymers