Frequency-Dependent Vibronic Effects in Steady State Energy Transport
本文研究分子内供体-受体振动频率差对稳态能量输运的影响，发现平衡态下受体频率高于供体可增加受体布居，但在非相干光激发的非平衡稳态及生物相关参数下增强效果不显著。
2024-02-18 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Exciton coupling induces vibronic hyperchromism in light-harvesting complexes
最近提出的可能性，弱振动跃迁可以激子增强捕光复合物进行了详细研究。采用多组态含时Hartree方法，以光合捕光复合物为典型参数，研究了包含基态振动的激子二聚体模型.吸收光谱的库仑耦合，失谐的网站能量，和振动模式的数量的依赖进行了讨论。荧光光谱的计算表明，从低温荧光线窄化测量的光捕获系统获得的光谱密度需要进行校正的激子效应。对于J-聚集体配置，如在大多数捕光复合物中，真实光谱密度具有比从测量获得的更大的振幅。
2014-02-12 physics.bio-ph physics.chem-ph
Vibronic resonances facilitate excited state coherence in light harvesting proteins at room temperature
直到最近，人们才相信光合作用是地球上生命的基本过程，可以用半经典模型完全理解。然而，令人困惑的量子现象已被观察到在几个光合色素蛋白质复合物，提示这些影响的性质和作用的问题。最近的注意力集中在与激子能量分裂共振或准共振并与这些激子态强耦合的离散振动模式上。在这里，我们明确地确定激发态相干叠加在光合捕光复合物使用一种新的实验方法。在激发态寿命的时间尺度上的退相干允许观察到信号强度上的低能量（56 cm-1）振荡。结合一个适当的模型，这些振荡提供了明确和直接的实验证据，观察到的持续相干性需要强的振动混合之间的激发态。
2015-07-23 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.optics
Fluorescence-detected Wavepacket Interferometry reveals time-varying Exciton Relaxation Pathways in single Light-Harvesting Complexes
本文利用双锁相超短脉冲在单个光合色素-蛋白质复合物中产生激子波包干涉，通过荧光探测揭示了能量弛豫路径在数十秒尺度上的波动，并指出该波动源于电子激发与低频振动模式耦合的时间变化。
2025-09-18 physics.bio-ph physics.chem-ph
Multiscale cyclic dynamics in light harvesting complex in presence of vibrations and noise
从多体薛定谔方程出发，导出了描述捕光复合体和反应中心中激子/电子循环动力学的LindbladMaster方程.这些方程类似于介观系统中电流的主方程，并且通过考虑天线中积累的多激子态以及电荷分离、荧光和光吸收，它们超越了单激子描述。虽然这些影响发生在非常不同的时间尺度上，它们的列入是必要的激子动力学的一致描述。我们的方法再现相干和非相干动力学激子运动沿天线的振动模式和噪声的存在下。我们应用我们的结果来评估能量（激子）和荧光电流作为太阳光强度的函数。
2020-06-17 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph physics.chem-ph
Nuclear quantum effects slow down the energy transfer in biological light-harvesting complexes
本文通过变分极化子变换方法研究核量子效应对生物光捕获复合体能量转移的影响，发现高频振动在量子处理中会减缓能量转移，并定量比较了三种典型复合体的转移速率差异。
2025-01-04 physics.chem-ph
Non-Markovian Quantum State Diffusion for Temperature-Dependent Linear Spectra of Light Harvesting Aggregates
非马尔可夫量子态扩散（NMQSD）是一种有效的计算有机生色团聚集体激子性质的方法，它考虑了电子跃迁与生色团振动模的耦合. NMQSD是一种开放量子系统方法，它以随机的方式结合了环境自由度（在我们的情况下是振动）。我们表明，在本文中，线性光学光谱（吸收，圆二色性）没有随机是必要的，即使是有限的温度。因此，可以通过传播单个轨迹来获得光谱。为此，我们使用所谓的热场方法将有限温度环境映射到零温度情况。由此产生的方程，然后可以有效地解决标准积分。
2014-12-18 physics.chem-ph quant-ph
Vibration-assisted resonance in photosynthetic excitation energy transfer
理解自然光合能量收集系统的有效性如何从量子相干性和环境噪声之间的相互作用中产生，这对量子理论来说是一个重大挑战。最近人们开始认识到，离散的分子振动模式可能在这类系统的动力学中起重要作用。作为一种替代计算要求高的数值方法，我们提出了一个微观机制，分子内的振动有助于能量转移的效率和方向性。激发的振动态通过系统产生共振路径，支持快速有效的能量传输。振动阻尼与分子能级的自然下坡排列一起给予能量流内在的方向性。分析和数值计算结果表明，显着增强的能量传输的效率和方向性，可以直接关系到振动和激子能级之间的共振的存在。
2013-10-16 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Origin of long-lived oscillations in 2D-spectra of a Quantum Vibronic Model: Electronic vs Vibrational coherence
我们表明，激子和振动运动的耦合在生物复合物可以提供机制来解释长寿命的振荡，已获得在非线性光谱信号的不同光合色素蛋白质复合物，我们讨论了激子与纯振动成分对这些振荡功能的贡献。考虑到二聚体模型耦合到一个结构化的谱密度，我们讨论了电子-声子动力学的基本方面，并通过分别分析不同的贡献的非线性信号，我们表明，对于现实的参数制度纯粹的电子相干性是相同的顺序作为纯粹的振动相干的电子基态。此外，我们展示了后者如何依赖于激子相互作用来体现。这些结果链接最近提出的微观，非平衡机制，以支持在环境温度下的长寿命的连贯性与实际的实验观察的振荡行为，使用2D光子回波技术，以证实电子和振动自由度的相互作用的光捕获聚集体的动态的根本重要性。
2013-09-02 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Enhancement of vibrationally assisted energy transfer by proximity to exceptional points, probed by fluorescence-detected vibrational spectroscopy
本文将囚禁离子VAET模拟扩展到𝒫𝒯对称发色团二聚体，证明简并二阶异常点附近声子吸收最优化，可显著增强振动辅助能量转移，并提出荧光探测振动光谱识别异常点。
2024-04-23 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Insights into photosynthetic energy transfer gained from free-energy structure: Coherent transport, incoherent hopping, and vibrational assistance revisited
超短激光脉冲技术的巨大进步使得能够实时观察复杂分子系统中的动力学过程。具体来说，振荡瞬态的发现在二维电子光谱的光合系统刺激了一些理论研究探索可能的物理机制的显着的量子效率的光捕获过程。然而，所采用的理论已经达到了高度的复杂性，并已变得复杂，使其难以深入了解微观过程和生物学上的重要问题。在这项工作中，我们重新审视了环境引起的波动所涉及的电子能量的基本方面，并提出了一种简单的方法来理解能量流与放松的直观图片在漏斗型自由能景观。能量转移的自由能描述揭示了典型的光合系统在几乎无障碍的制度。该方法还提供了洞察相干和不相干的能量转移和标准的必要性的振动援助之间的区别被认为是。
2020-11-01 physics.chem-ph quant-ph
Environmentally improved coherent light harvesting
相干增强的光捕获还没有直接观察到实验，尽管理论证据表明，相干可以显着提高光捕获性能。主要的实验障碍一直是难以隔离的影响，在存在混淆变量的连贯性。最近提出的通过操纵光的偏振度来外部控制相干性的建议表明，相干效率的提高是可能的，但仅限于弱耦合到其环境的光捕获系统。在这里，我们表明，系统浴耦合强度的增加可以放大相干效率的提高，而不是抑制它们。这一结果极大地拓宽了可用于最终证明相干增强光捕获或将相干效应设计到人工光捕获设备中的系统的范围。
2021-06-23 physics.chem-ph physics.optics quant-ph
Vibration-induced coherence enhancement of the performance of a biological quantum heat engine
由于光合作用的重要性，光合作用一直是一个长期的研究兴趣。近年来，光合作用过程的研究也从物理学的角度引起了人们的关注，将光合作用器视为生物量子热机。量子相干性被证明在提高这些量子热机的性能方面起着至关重要的作用。基于实验报道的结构，我们提出了一个具有非马尔可夫振动模式的量子热机模型。我们表明，人们可以很容易地获得一个性能增强的振动模式的存在下，在很宽的参数范围。我们的研究结果提供了深入了解光合作用过程和模仿自然生物的设计原理。
2016-11-01 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Probing photoinduced proton coupled electron transfer process by means of two-dimensional resonant electronic-vibrational spectroscopy
我们开发了一个详细的理论模型的光诱导质子耦合电子转移（PPCET）过程，这是在生物系统和光伏材料的基础上收集太阳能。我们的模型能够分析的动力学和效率的PPCET反应的热环境的影响下，通过解开的基本电子转移（ET）和质子转移（PT）步骤的贡献。为了研究非马尔可夫环境下PPCET过程的量子动力学，我们采用了分级运动方程（HEOM）。我们计算瞬态吸收光谱（TAS）和一个新定义的二维共振电子振动光谱（2DREVS）的信号，以研究非平衡反应动力学。我们的研究结果表明，不同的过渡途径可以分开TAS和2DREVS。
2021-03-19 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
How can the green sulfur bacteria use quantum computing for light harvesting?
即使在生理温度下，也观察到光合色素-蛋白质复合物的持久相干性。实验也证明了D-Wave量子计算机在长时间运行中的量子相干行为。量子相干性是这两种现象的共同特征。在量子计算机中，单个通量量子比特的相干时间与千个通量量子比特的阵列的长时间量子行为之间的八个数量级的差异被提出在理论中的解释，其中通量量子比特耦合到称为高态密度的引力子的粒子环境中。相干演化是在高维时空中，并且可以被理解为薛定谔时间的解。相关方程在绿硫细菌中Fenna-Matthews-Olson（FMO）蛋白复合物的二维傅里叶变换电子光谱中观察到的量子拍频的解释目前正在寻求构建基于量子主方程的传输理论，其中叶绿素和周围蛋白质支架中的“良好”分子振动（“有色噪声”）将激子振荡敲回相干。据说这些“好”的振动是在30亿年的自然选择中发展起来的。然而，这些理论面临着令人不安的实验观察，即“试图扰乱振动模式或用同位素取代来改变共振，但不幸的是，未能影响拍频信号”。作为一个可能的出路，我们采用了量子计算的形式化的FMO蛋白质复合物中的量子拍。
2016-05-11 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Excitation-Energy Transfer and Vibronic Relaxation through Light-Harvesting Dendrimer Building Blocks: a Nonadiabatic Perspective
本研究聚焦可发生激发能转移的最小PPE结构单元，构建振动耦合哈密顿量模型，从非绝热视角揭示了其激发能转移的高效性及相关振动模式的作用。
2024-02-20 physics.chem-ph
Impact of environmentally induced fluctuations on quantum mechanically mixed electronic and vibrational pigment states in photosynthetic energy transfer and 2D electronic spectra
最近，在2D电子光谱中的核振动贡献签名已经引起了相当大的兴趣，特别是在光捕获复合物中观察到的振荡瞬态的解释方面。这些瞬变具有持续比理论上预测的电子相干寿命长得多的退相时间。作为对2D电子光谱中的这种长寿命光谱跳动的合理解释，Christensson等人[J. Phys. Chem. B 116，7449（2012）]提出了量子力学混合的电子和振动态（振动激子），并且此后进行了探索。在这项工作中，我们解决了一个二聚体，产生小跳动的电子起源的情况下，振动的贡献，并检查蛋白质诱导的波动后，电子振动量子混合物的影响，通过计算电子能量转移动力学和二维电子光谱在数值上准确的方式。研究发现，在低温下，电子-振动量子混合物是相当稳健的，即使在涨落的影响下，尽管Franck-Condon活动振动模式的Huang-Rhys因子很小.这导致在2D电子光谱中振动源的持久的拍频行为。然而，在生理温度下，波动消除了混合，因此，2D光谱中的跳动消失了。此外，它表明，这样的电子振动量子混合物不一定在电子能量转移动力学中发挥重要作用，尽管有助于增强长寿命的量子拍在二维电子光谱，在最近的出版物中的猜测相反。
2015-06-03 physics.chem-ph
Vibronic coupling explains the ultrafast carotenoid-to-bacteriochlorophyll energy transfer in natural and artificial light harvesters
光合作用中的初始能量转移发生在捕光色素之间，并且在超快的时间尺度上。我们分析了类胡萝卜素细菌叶绿素的能量转移在LH 2 Marichromatium purpuratum以及在人工捕光二分体系统，通过使用瞬态光栅和二维电子光谱与10 fs的时间分辨率。我们发现，Förster型模型重现实验观察到的60 fs的转移时间，但高估了耦合常数，这导致了不一致的线性吸收和电子二维光谱。我们表明，一个振动模型，它把类胡萝卜素的电子地面和激发态的振动作为系统的哈密顿量的一部分，再现所有测量的量。重要的是，这里提出的电子振动模型可以解释快速的能量转移速率与只有适度的耦合常数，这是与基于结构的计算。反直觉地，类胡萝卜素电子基态上的振动能级在细菌叶绿素的激发态群体转移中起着核心作用，因为供体-受体能隙和振动基态能量之间的共振是这些系统中超快能量转移速率的物理基础。
2015-02-22 physics.chem-ph
The Assistance of Molecular Vibrations on Coherent Energy Transfer in Photosynthesis from the View of Quantum Heat Engine
近年来，太阳能电池和捕光复合物中能量输运的量子特性引起了人们的广泛关注。我们对捕光复合物（即，PEB 50二聚体）作为量子热机（QHE），研究了分子内无阻尼振动模式对相干能量传递过程和量子输运的影响。我们发现激子-振动相互作用对量子热机稳态下的量子产额和输运性质的提高有着重要的贡献，通过增强量子相干性（用纠缠熵量化）.在激子-振动耦合的情况下，获得了90%以上的理想量子产率。我们将这些改进归因于激子振动相互作用和随后的激子离域有效诱导的电子耦合的重整化。最后，我们证明了热弛豫和退相可以帮助PEB 50二聚体中的激发能转移。
2015-03-04 physics.chem-ph
Coherent exciton dynamics in the presence of underdamped vibrations
最近的超快光学实验表明，大型生物捕光复合物中的激子与分子振动模式耦合。这些高频振动不仅会影响光学响应，而且会驱动激子输运。在这里，使用一个模型二聚体系统，欠阻尼振动的频率示出具有强烈的影响，激子动力学，使量子相干振荡系统中可以存在，即使在强噪声的情况下。两种机制被确定为负责增强的传输效率：临界阻尼由于耦合到浴的可调有效强度，和共振耦合的振动频率与系统中的能隙一致。这两种机制的相互作用决定了负责最有效传输的参数，这些最佳控制参数与现实捕光复合物中的参数相当。有趣的是，激子相干性在共振时的振荡被抑制相比，非共振振动的情况下。
2014-12-22 physics.chem-ph quant-ph
Quantum Simulation of Charge and Exciton Transfer in Multi-mode Models using Engineered Reservoirs
Rice University（莱斯大学）
本研究利用囚禁离子系统，结合定制自旋-声子相互作用与储库工程技术，实现多模振动耦合模型中电荷与激子转移的开放系统量子模拟，揭示振动模式对转移效率的调控机制，为相关化学过程模拟及器件设计提供新途径。
2025-09-15 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Scale-estimation of quantum coherent energy transport in multiple-minima systems
一个通用的和直观的模型耦合到量子力学浴在多个极小系统的相干能量输运。使用一个简单的自旋玻色子系统，我们说明了如何一个通用的施主-受主系统可以被带入共振使用一个窄带的振动模式，这样的电子-空穴对（激子）的转移效率是任意高。自然界中的相干传输现象重新引起人们的兴趣，因为发现在光合生物中被捕光复合体（LHC）捕获的光子可以以近乎完美的效率被传送到化学反应中心。转移的经典解释使用随机扩散来模拟光激发激子的跳跃运动。这不足以解释最近一系列具有里程碑意义的实验中测量的能量转移的速度和效率。从量子力学的角度来看，可以帮助捕捉这种转移的有效部分的显著特征。为了显示该模型的多功能性，我们将其扩展到一个多个极小系统，包括七个网站，让人想起广泛研究的芬娜-马修斯-奥尔森（FMO）捕光复合体。我们表明，一个理想化的传输模型耦合到一个窄带声子的多个最小值可以任意高的效率传输能量。
2014-06-17 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Roles of individual pigments in ultrafast excitation dynamics of light-harvesting phycobiliproteins revealed by recombinant techniques and two-dimensional electronic spectroscopy
Kansai Institute for Photon Science, National Institutes for Quantum Science and Technology (QST)（量子科学技术研究院光子科学关西研究所）；Institute for Quantum Life Science, National Institutes for Quantum Science and Technology (QST)（量子科学技术研究院量子生命科学研究所）
通过重组蛋白工程和二维电子光谱，研究了色素排列和色素-蛋白质相互作用对藻胆蛋白超快能量弛豫和相干动力学的影响，发现β153色素在超快弛豫中作用次要，而色素-蛋白质相互作用是APC与CPC差异的关键。
2026-08-11 physics.bio-ph physics.chem-ph
Unravelling coherences in the FMO complex
激子态（电子）相干性对自然光合作用具有根本重要性的想法在十年前得到了普及，当时在77 K的Fenna-Matthews-Olson复合物的二维电子光谱中观察到缓慢失相的量子拍频。这些被分配到激子态的量子叠加;一个有争议的解释，因为光谱线宽表明与环境的强相互作用引起的快速退相。虽然已经指出，振动运动产生类似的光谱特征，具体分配这些相干到不同的物理过程仍然缺乏。在这里，我们重新审视的相干动力学的芬娜-马修斯-奥尔森复杂的偏振控制的二维电子光谱，支持的理论建模。我们发现，长寿命的量子拍完全源自振动相干，而电子相干完全在240 fs内，即使在77 K -一个时间尺度太短，发挥重要作用，在光捕获。此外，我们证明了特定的振动相干激发通过振动耦合态。振动耦合的检测表明这种现象的光合能量传递的相关性。
2017-10-13 physics.chem-ph
Wavepacket and Reduced-Density Approaches for High-Dimensional Quantum Dynamics: Application to the Nonlinear Spectroscopy of Asymmetrical Light-Harvesting Building Blocks
本文采用ML-MCTDH波包和HEOM约化密度矩阵方法，结合93维VCH模型，模拟了不对称PPE寡聚物中的激发能转移与弛豫，并探索了其线性及二维非线性光谱特性。
2025-06-02 physics.chem-ph
Infrared Optical Spectroscopy of Molten Fluorides: Methods, Electronic and Vibrational Data, Structural Interpretation, and Relevance to Radiative Heat Transfer
为了帮助解决需要预测熔盐的辐射传热（RHT）行为，我们进行了全面的审查的方法和数据的红外光谱测量熔融氟化物盐。透射率，反射率和透射反射率的实验方法进行了讨论，以及相应的数据处理方法和每种技术的局限性。光谱学是一种方便的间接探针，用于测量结构参数随温度和成分的变化。过渡金属，镧系元素和锕系元素的溶质和碱金属和碱土金属氟化物溶剂的振动吸收数据的电子和振动吸收数据进行了编译，并讨论了相应的结构解释，并与其他实验和理论工作进行了比较。我们发现，溶剂和溶质的振动吸收可以在中红外显着，导致近红外边缘的意义RHT。对现有的边缘数据进行外推和平均，得出700 ℃时FLiBe的灰吸收系数估计值为493 m^（-1），FLiNaK的灰吸收系数估计值为148 m^（-1），两者均在1至6000 m^（-1）的范围内，被认为与辐射传热分析的工程相关性。
2022-03-29 cond-mat.soft physics.chem-ph
Two-dimensional electronic spectroscopy of bacteriochlorophyll a with synchronized dual mode-locked lasers
在化学反应中，分子中的原子和电子如何移动，以及能量如何快速地转移到周围环境，都可以通过激光的闪烁来研究。然而，尽管长期的努力，发展各种相干光谱技术，缺乏一个包罗万象的方法，能够飞秒时间分辨率和纳秒弛豫测量阻碍了各种应用程序的研究相关的电子动力学和振动相干的功能材料和生物系统。在这里，我们证明了两个宽带（>300 nm）同步锁模激光器，使二维电子光谱（2DES）研究的生色团，如细菌叶绿素a在凝聚相测量高分辨率的相干振动光谱和纳秒电子弛豫。因此，我们预计，双锁模激光为基础的2DES的开发和展示，将用于揭示之间的相关性的量子相干性和激子动力学在光捕获蛋白质复合物和半导体材料。
2020-10-15 physics.chem-ph
Efficient calculation of open quantum system dynamics and time-resolved spectroscopy with Distributed Memory HEOM (DM-HEOM)
时间和频率分辨的光学信号提供了对光捕获分子复合物的性质的洞察，包括激发能、偶极强度和取向，以及通过复合物的激子能量流。分层运动方程（HEOM）提供了一个统一的理论，它允许人们研究系统-环境耗散和非马尔可夫记忆的综合效应，而无需对振动和电子自由度的弱耦合或强耦合或分离性进行限制性假设。随着系统规模的增加，开放量子系统动力学的精确解需要超过单个计算节点的存储器和计算资源。为了克服这一障碍，我们开发了HEOM的可扩展变体。我们的分布式存储HEOM，DM-HEOM，是一个通用的开放量子系统动力学的工具。它被用来精确计算所有实验上可访问的时间和频率分辨过程中的光捕获分子复合物与任意系统环境耦合的温度和复杂的尺寸范围很广。
2018-03-09 physics.chem-ph
Reassessing carotenoid photophysics: shedding light on dark states
Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, Institute for Integrative Biology of the Cell (I2BC)（巴黎萨克雷大学、法国原子能和替代能源委员会、法国国家科学研究中心、细胞整合生物学研究所）
利用飞秒受激共振拉曼光谱，选择性观测各激发态的振动贡献，解析了三个额外暗态的特征，解决了类胡萝卜素研究中的长期争议。
2026-05-25 physics.chem-ph
Nano-Scale Manipulation of Single-Molecule Conformational Transition Through Vibrational Excitation
本研究利用扫描隧道显微镜的隧穿电子振动激发，在Cu(100)表面操控单个吡咯烷分子的构象转变，揭示了由不同振动模式驱动的多条转变路径，并展示了通过针尖诱导范德华力和分子间相互作用精确调控分子-环境相互作用，为设计特定分子功能提供了新方法。
2024-10-02 physics.chem-ph
On the definitions and simulations of vibrational heat transport in nanojunctions
通过纳米系统的热传输是化学、材料科学、电子和机械工程中众多过程的核心，经典分子动力学是关键的模拟工具。在这里，我们专注于热结与分子桥接两个固体，保持在不同的温度。该系统中的经典稳态热流可以以不同的方式模拟，无论是在与固体的界面处，这是由恒温器表示，或在导电分子内的原子之间。我们发现，虽然后者，分子内的定义可行地收敛到正确的极限，分子恒温接口的定义是更具挑战性的收敛到正确的结果。通过模拟谐波和非谐波一维链中的热传输，说明非物理效应，如谐波结中的热整流，证明了界面定义的问题。
2020-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Delocalized Excitation Transfer in Open Quantum Systems with Long-Range Interactions
本研究通过长程相互作用的量子模型探讨了开放系统中非局域激发传输的机制，揭示了特定激子态在优化传输效率中的作用，并提出了实验实现方案。
2025-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.chem-ph
Probing voltage-induced chemical reactions and anharmonicity with a confined vacuum light field
本研究利用光学腔中的真空光场探测电压诱导的化学反应，通过非谐振模型揭示分子振动与键断裂机制，并提出多模式强耦合策略以实现振动能量耗散。
2025-12-12 physics.chem-ph
