Soliton and ratchet motions in helices

• Published in: Condensed Matter Physics
• Date: 1999
• Main Authors: Zolotaryuk, A.V., Christiansen, P.L., Norde, B., Savin, A.V.
• Language: English
• Published: Інститут фізики конденсованих систем НАН України 1999
• Online Access: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/120378
• Journal Title: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Cite this: Soliton and ratchet motions in helices / A.V. Zolotaryuk, P.L. Christiansen, B. Norde, A.V. Savin // Condensed Matter Physics. — 1999. — Т. 2, № 2(18). — С. 293-302. — Бібліогр.: 19 назв. — англ.

The most simple and straightforward generalization of the standard one-dimensional molecular chain with nearest-neighbour interactions to three dimensions is shown to be a helix backbone with three types of intermolecular interactions, the chain with secondary structure (e.g., α -helix in biology). The set of coupled nonlinear field equations with respect to the longitudinal and transverse displacements of the chain molecules is derived and stable non-topological three-component soliton solutions are found numerically. These solutions describe supersonic pulses of longitudinal compression accompanied by a localized transverse bulge and a localized torsional stretching of the helix backbone. Asymmetry caused by helicity of the backbone is shown to rectify zero-mean oscillating or fluctuating motions on a simple experimental mechanical model. Показано, що найбільш просте і безпосереднє тривимірне узагальнення стандартного одновимірного молекулярного ланцюжка із взаємодією найближчих сусідів має вигляд спірального скелета з трьома типами міжмолекулярних взаємодій – ланцюг із вторинною структурою (наприклад, α -спіраль у біології). Виведено систему зв’язаних нелінійних польових рівнянь стосовно поперечних і поздовжніх зміщень молекул ланцюжка і знайдені стійкі нетопологічні трикомпонентні солітонні розв’язки. Ці розв’язки описують надзвукові биття поздовжнього стиску, що судпроводжуються локалізованою поперечною опуклістю і локалізованим скрученим розтягом спірального скелета. На прикладі простої механічної моделі показано, що спричинена спіральністю скелета асиметрія виправляє середні осцилюючі або флюктуюючі рухи.