@phdthesis{Berger2012,
  author    = {Berger, Florian},
  title     = {Different modes of cooperative transport by molecular motors},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-60319},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Cargo transport by molecular motors is ubiquitous in all eukaryotic cells and is typically driven cooperatively by several molecular motors, which may belong to one or several motor species like kinesin, dynein or myosin. These motor proteins transport cargos such as RNAs, protein complexes or organelles along filaments, from which they unbind after a finite run length. Understanding how these motors interact and how their movements are coordinated and regulated is a central and challenging problem in studies of intracellular transport. In this thesis, we describe a general theoretical framework for the analysis of such transport processes, which enables us to explain the behavior of intracellular cargos based on the transport properties of individual motors and their interactions. Motivated by recent in vitro experiments, we address two different modes of transport: unidirectional transport by two identical motors and cooperative transport by actively walking and passively diffusing motors. The case of cargo transport by two identical motors involves an elastic coupling between the motors that can reduce the motors' velocity and/or the binding time to the filament. We show that this elastic coupling leads, in general, to four distinct transport regimes. In addition to a weak coupling regime, kinesin and dynein motors are found to exhibit a strong coupling and an enhanced unbinding regime, whereas myosin motors are predicted to attain a reduced velocity regime. All of these regimes, which we derive both by analytical calculations and by general time scale arguments, can be explored experimentally by varying the elastic coupling strength. In addition, using the time scale arguments, we explain why previous studies came to different conclusions about the effect and relevance of motor-motor interference. In this way, our theory provides a general and unifying framework for understanding the dynamical behavior of two elastically coupled molecular motors. The second mode of transport studied in this thesis is cargo transport by actively pulling and passively diffusing motors. Although these passive motors do not participate in active transport, they strongly enhance the overall cargo run length. When an active motor unbinds, the cargo is still tethered to the filament by the passive motors, giving the unbound motor the chance to rebind and continue its active walk. We develop a stochastic description for such cooperative behavior and explicitly derive the enhanced run length for a cargo transported by one actively pulling and one passively diffusing motor. We generalize our description to the case of several pulling and diffusing motors and find an exponential increase of the run length with the number of involved motors.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Scholz2012,
  author    = {Scholz, Markus Reiner},
  title     = {Spin polarization, circular dichroism, and robustness of topological surface states},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-96686},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {153},
  year      = {2012},
  abstract  = {Dreidimensionale topologische Isolatoren sind ein neues Materialsystem, welches dadurch charakterisiert ist, dass es in seinem Inneren isolierend an der Ober {\"a}che jedoch leitend ist. Urs{\"a}chlich f{\"u}r die Leitf{\"a}higkeit an der Ober {\"a}che sind sogenannte topologische Ober- {\"a}chenzust{\"a}nde, welche das Valenzband des Inneren mit dem Leitungsband des Inneren verbinden. An der Ober {\"a}che ist also die Bandl{\"u}cke, welche die isolierende Eigenschaft verursacht, geschlossen. Die vorliegende Arbeit untersucht diese Ober {\"a}chenzust{\"a}nde mittels spin- und winkelauf- gel{\"o}ster Photoemissionsspektroskopie. Es wird gezeigt, dass in den Materialien Bi2Se3 und Bi2Te3, in {\"u}bereinstimmung mit der Literatur, die entscheidenden Charakteristika eines topologischen Ober {\"a}chenzustands vorzu nden sind: Die Ober {\"a}chenzust{\"a}nde dieser Sys- teme durchqueren die Bandl{\"u}cke in ungerader Anzahl, sie sind nicht entartet und weisen folgerichtig eine hohe Spinpolarisation auf. Weiterhin wird durch Aufdampfen diverser Adsorbate gezeigt, dass der Ober {\"a}chenzust{\"a}n- de von Bi2Se3 und Bi2Te3, wie erwartet, extrem robust ist. Ober {\"a}chenzust{\"a}nde topologisch trivialer Systeme erf{\"u}llen diese Eigenschaft nicht; bereits kleine Verunreinigungen k{\"o}n- nen diese Zust{\"a}nde zerst{\"o}ren, bzw. die Ober {\"a}che isolierend machen. Die topologischen Ober {\"a}chenzust{\"a}nde k{\"o}nnen in der vorliegenden Arbeit noch bis zur Detektionsgrenze der experimentellen Messmethode nachgewiesen werden und die Ober {\"a}che bleibt Leitf{\"a}hig. Unter den Adsorbaten be ndet sich auch Eisen, ein bekanntermaßen magnetisches Materi- al. Eine der Grundvoraussetzungen f{\"u}r topologische Isolatoren ist die Zeitumkehrsymme- trie, die Elektronen, welche den topologischen Ober {\"a}chenzustand besetzen, vorschreibt, dass sie eine bestimmte Spinrichtung haben m{\"u}ssen, wenn sie sich beispielsweise nach links bewegen und den entgegengesetzten Spin wenn sie sich nach rechts bewegen. In magnetischen Materialien ist die Zeitumkehrsymmetrie jedoch explizit gebrochen und die gezeigte Robustheit des Ober {\"a}chenzustands gegen magnetische Materialien daher uner- wartet. Die Zeitumkehrsymmetrie sorgt auch daf{\"u}r, dass eine Streuung der Elektronen um 180°, beispielsweise an einem Gitterdefekt oder an einem Phonon strikt verboten ist. Bei einem solchen Streuprozess bleibt die Spinrichtung erhalten, da aber in der Gegenrichtung nur Zust{\"a}nde mit entgegengesetztem Spin vorhanden sind kann das Elektron nicht in diese Richtung gestreut werden. Dieses Prinzip wird anhand der Lebensdauer der durch Pho- toemission angeregten Zust{\"a}nde untersucht. Hierbei wird gezeigt, dass die Kopplung der Elektronen des Ober {\"a}chenzustands von Bi2Te3 an Phononen unerwartet hoch ist und dass sich eine Anisotropie in der Bandstruktur des Selbigen auch in den Lebensdauern der ange- regten Zust{\"a}nde widerspiegelt. Weiterhin wird gezeigt, dass sich die Ein {\"u}sse von magne- tischen und nicht-magnetischen Verunreinigungen auf die Lebensdauern stark voneinander unterscheiden. Im letzten Teil der vorliegenden Arbeit wird untersucht, ob eine Asymmetrie in der Inten- sit{\"a}tsverteilung der winkelaufgel{\"o}sten Photoemissionsspektren, bei Anregung mit zirku- lar polarisiertem Licht, in Bi2Te3 R{\"u}ckschl{\"u}sse auf die Spinpolarisation der Elektronen erlaubt. Bei Variation der Energie des eingestrahlten Lichts wird ein Vorzeichenwechsel der Asymmetrie beobachtet. Daraus l{\"a}sst sich schlussfolgern, dass die Asymmetrie keine R{\"u}ckschl{\"u}sse auf die Spinpolarisation erlaubt.},
  language  = {en}
}