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
Optimization of energy transport in the Fenna-Matthews-Olson complex via site-varying pigment-protein interactions
光合作用系统中的能量传输可以非常有效。特别是，我们研究激子运输中发现的Fenna-Mathews-Olsen（FMO）复杂的绿硫细菌。激子动力学和能量转移效率取决于与系统环境的相互作用。基于现实的，网站依赖的，模型的系统浴耦合，我们表明，这种相互作用是高度优化的情况下，FMO。此外，我们确定了两个传输路径，并指出，一个是由相干动力学和其他由经典的能量耗散为主。特别是，我们注意到一个很强的相关性之间的能量传输效率和激子转移的相干性从细菌叶绿素（BChl）8 BChl 4。两个明确的途径的存在和BChl 4所起的作用也挑战了围绕FMO复合物与反应中心偶联的假设。
2018-07-10 physics.chem-ph
Resonant Vibrational-Electronic Coupling between Photosynthetic Excitons is Inadequately Described by Reduced Basis Sets
振动电子共振及其在能量和电荷转移中的作用已经在几种光合作用蛋白质中进行了实验和理论研究。使用一个典型的光合作用蛋白质的二聚体建模，我们对比这样的激子的描述提供了一个精确的基组描述，而不是一个基组与降低振动维数。使用减少的分析描述的完整的哈密顿量，我们表明，在存在振动激发电子激发以及未激发的网站，建设性的干扰，这样的基础状态之间的激子之间的振动耦合导致振动激发量子的增加而逐渐变得更强。这种效应导致三个显着的特征耦合激子通过振动电子共振，这是没有被捕获的基组与降低振动维数-1。振动电子共振准则本身，2. vibronically辅助完美的离域网站之间，即使纯电子混合网站之间是不完善的，由于充满活力的障碍，3。伴随电子振动激子的核畸变对于涉及更高振动量子的共振电子振动耦合变得越来越大。在光谱学上可观察到的限制的减少基组描述的振动电子共振，几个差异被认为是在吸收和发射光谱，但可能会被掩盖的压倒性的线加宽的帐户。然而，我们发现，一些功能，如电子振动激子离域和振动畸变与电子激发，这最终决定了激发态波包运动和弛豫过程，基本上没有描述下减少基组描述的电子振动共振。
2020-09-02 physics.bio-ph physics.chem-ph
Nonadiabatic excited-state dynamics and energy gradients in the framework of FMO-LC-TDDFTB
提出基于FMO-LC-TDDFTB与Ehrenfest方法的新方法，推导并实现激发态梯度，用于模拟大型分子聚集体的非绝热激发态动力学，在有机半导体激子传输和电荷转移动力学研究中展现适用性。
2024-04-22 physics.chem-ph
Energy transfer properties and absorption spectra of the FMO complex: from exact PIMC calculations to TCL master equations
研究了Fenna-Matthews-Olsen复合物中的激子能量转移（EET），并利用路径积分蒙特卡罗（PIMC）模拟验证了TCL主方程的有效性，得到了300 K下的线性吸收谱.通过应用Marcus的理论选择合适的Lindblad运营商的长时间非相干跳跃过程和使用本地非马尔可夫退相率，我们的模型显示出很好的协议与PIMC结果EET。它还正确地再现了线性吸收光谱，发现在实验中，没有使用任何拟合参数。
2013-01-09 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Excitation transfer pathways in excitonic aggregates revealed by the stochastic Schrödinger equation
我们推导了系统波矢的随机薛定谔方程，并用它来描述分子聚集体中的激发能转移动力学。我们提出了一种基于量子测量的方法来估计激发转移时间。通过对模型系统进行计算，证明了所提出的方法的准确性。然后，该理论被应用到研究的激发传递动力学在光合色素-蛋白质Fenna-Matthews-Olson（FMO）聚集体使用德拜谱密度和从早期的分子动力学模拟包含强振动的高频模式得到的谱密度。结果表明，FMO体系中的激发转移时间受振动模式的影响，但转移途径保持不变。
2014-01-14 physics.chem-ph quant-ph
Non-perturbative exciton transfer rate analysis of the Fenna-Matthews-Olson photosynthetic complex under reduced and oxidised conditions
本研究通过非微扰方法分析FMO复合物在还原与氧化条件下的激子转移速率，发现仅位点能量偏移不足以解释实验差异，需重新评估电子哈密顿量以准确理解激子动力学。
2024-12-18 physics.chem-ph quant-ph
Quantum scattering model of energy transfer in photosynthetic complexes
我们发展了一个量子散射模型来描述激子通过Fenna-Matthews-Olson（FMO）复合物的输运。结果表明，与经典行为相比，最佳量子相干条件下的激子输运效率更高。此外，我们还发现，量子共振条件在多个途径中比在一个途径中更容易满足。然后，我们明确地证明了色素的最佳分布，众多的能量传递途径和量子效应，结合在一起，有助于FMO复合物中完美的能量传输。
2012-01-09 physics.chem-ph q-bio.BM quant-ph
Constrained geometric dynamics of the Fenna-Matthews-Olson complex: The role of correlated motion in reducing uncertainty in excitation energy transfer
绿硫细菌的Fenna Mathews Olson（FMO）复合物是光合色素蛋白质复合物的一个例子，其中色素的电子性质被蛋白质环境改变以促进从天线复合物到反应中心的有效激子能量转移。FMO络合物的许多电子性质可以从静态晶体结构的知识中提取。然而，最近对FMO复合体中持久量子动力学的观察和分析表明，蛋白质动力学是在实验室条件下保护和产生量子相干性的关键因素。虽然快速的分子间和分子内的振动已被广泛研究，慢动力学，有效地确定光学非均匀加宽的实验合奏得到较少的关注。我们的研究采用约束几何动力学研究蛋白质网络的灵活性，有效地产生可访问的构象状态从公布的晶体结构。统计和主成分分析揭示了功能相关元素之间的高度相关的低频运动，包括激子耦合的颜料之间的强相关性。我们的分析揭示了一个层次的结构相互作用，执行这些相关的运动，从单体单体接口的水平下降到α螺旋，β片层和颜料。除了诱导强的空间相关性的构象合奏，我们发现，整体刚性的FMO复杂的是非常高的。我们认为，这些观察结果支持的想法，高度相关的非均匀无序的电子激发态，这是进一步支持的构象合奏的激子耦合的显着低方差。
2014-07-08 cond-mat.other physics.bio-ph physics.chem-ph
Vibronic phenomena and exciton-vibrational interference in two-dimensional spectra of molecular aggregates
本文提出了一种用于模拟三阶非线性光谱信号的分子聚集体中电子激发与分子内振动及谐波环境耦合的一般理论。该模型被应用在时间分辨的二维相干光谱的研究中的四个特征模型系统：弱/强振动耦合的分子二聚体耦合到高/低频分子内振动。结果使我们能够分类的典型光谱特征，以及定义的极限情况下，当长寿命的量子相干性存在由于振动寿命借款，当完全激子振动混合发生时，激子和振动相干性的分离是适当的。
2013-10-07 physics.chem-ph
Enhancement of Vibronic and Ground-State Vibrational Coherences in 2D Spectra of Photosynthetic Complexes
应用振动激子模型来研究由于电子和核自由度的混合而增强相干振荡的机制，最近提出该机制是FMO络合物的2D光谱中的长寿命振荡的起源[Christensson et al. J. Phys. Chem. B 116（2012）7449]。我们减少了一个模型BChl二聚体的问题，以阐明共振耦合，网站能量，核模式和能量无序的振动激子和基态振动相干增强的作用，并确定制度，这种增强是显着的。对于一个异二聚体代表的两个耦合BChls 3和4的FMO复合物，振动激子和振动相干的初始振幅分别增强了高达15和5倍，相比，在孤立的单体中的振动相干。当电子能隙和振动模式的频率之间存在共振时，出现这种最大初始振幅增强。对于这两种机制，这种增强的带宽约为100 cm-1。电子和振动自由度的激子混合导致相对于振动相干性的额外退相。我们通过求解马尔可夫近似下的量子主方程来评估退相动力学，并观察到模式频率对寿命增强的强烈依赖性。长寿命的电子振动激子相干被发现仅当模式的频率是在附近的电子共振产生。虽然与基态振动相干态相比，振动激子相干态具有更大的初始振幅，但我们得出结论，对于本模型，这两种类型在长时间内具有相似的振幅。讨论了在分子聚集体的一般情况下区分电子振动激子和基态振动相干的能力。
2012-11-19 physics.chem-ph quant-ph
Modelling of Oscillations in Two-Dimensional Echo-Spectra of the Fenna-Matthews-Olson Complex
最近对环境温度下捕光复合物二维回波光谱中与时间相关的跳动的实验观察提出了一个问题，即相干性和波状行为是否在光合作用中发挥着重要作用。我们进行了数值研究的吸收和回波光谱的Fenna-Matthews-Olson（FMO）复杂的chlorobium tepidum和分析的要求，在理论模型中需要重现跳动的计算光谱。FMO色素蛋白质复合物中的能量转移理论上由耦合到声子浴的激子哈密顿量描述，该声子浴分别占色素的电子和振动激发。我们使用分层运动方程方法来处理强耦合的非微扰方式。我们表明，在二维回波谱的振荡坚持存在的热噪声和静态无序。
2011-12-08 physics.bio-ph physics.chem-ph
DIALECT, a software package for exciton spectra and dynamics in large molecular assemblies from weak to strong light-matter coupling regimes
本文介绍 DIALECT 软件包，基于 FMO-LC-TDDFTB、面跳跃和退相干校正 Ehrenfest 方法模拟大型分子体系的激发态、非绝热动力学及极化激元性质。
2025-05-14 physics.chem-ph physics.comp-ph
Origin of Long Lived Coherences in Light-Harvesting Complexes
建立了一个电子振动激子模型来研究捕光复合物中长寿命相干态的起源。使用实验确定的参数和不相关的网站的能量波动，该模型预测振荡的非线性光谱的Fenna-Matthews-Olson（FMO）复杂的失相时间为1.3 ps在77 K。这些振荡对应于振动激子态的相干叠加，其中振动激子态对相同颜料具有主导贡献。发现P2P电子相干性在200 fs时标上衰减。
2012-01-30 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Vibronic Landscape of Excitons in Photosynthetic Antenna
Institute of Integrative Biology of the Cell, CEA, CNRS, Université Paris Saclay（细胞整合生物学研究所）；Laboratoire d’ingénierie des systèmes moléculaires, CNRS, Aix-Marseille University（分子系统工程实验室）；Department of Molecular Compound Physics, Centre for Physical Sciences and Technology（物理化学中心）
本研究通过分析紫光合细菌光捕获蛋白中激子的振动特性，揭示了激子在细菌叶绿素上的分布比例，并探讨了振动辅助的激发能转移机制。
2026-02-21 physics.chem-ph
Structure-Dynamics Relation in Physically-Plausible Multi-Chromophore Systems
我们研究了大量的物理上合理的安排的发色团，通过一个计算方法，涉及随机实空间变换的自然发生的“参考”结构，说明我们的方法，使用研究良好的芬娜-马修斯-奥尔森复杂（FMO）。为了探索的想法，自然结构已被调整为有效的能量传输，我们使用原子跃迁电荷的方法来计算每个生成的结构和Lindblad主方程的激子耦合研究激子从一个“源”到一个“漏”的发色团的量子传输。我们发现结构和传输效率之间存在显着的相关性：高性能的结构往往更紧凑，其中，最好的结构显示出发色团的一定方向，特别是最接近源漏矢量的发色团。我们的结论是，受到合理的，物理动机的限制，FMO复杂的是高度协调的目的，能源运输，部分是通过利用这些结构图案。
2017-05-22 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Vibrational excitons in ionophores: Experimental probes for quantum coherence-assisted ion transport and selectivity in ion channels
尽管有大量的工作，钾离子通道中离子选择性和转运的确切分子细节还没有完全得到解决。一个主要原因是缺乏实验方法，可以动态地探测这些机制的生物相关的时间尺度。最近有人提出，量子相干性及其与热振动的相互作用可能参与介导离子选择性和传输。在这项工作中，我们提出了一个实验策略，使用时间分辨红外光谱来研究这些影响。我们展示的可行性，通过展示钾结合模型分子，模仿离子传导过程中的选择性过滤器的结合位点的钾的瞬态相互作用的红外吸收和拉曼光谱签名。除了指导我们对真实系统的实验，我们还对整个KcsA复合物的FTIR和2H光谱进行了基于分子动力学的模拟，这是已经进行过这种建模的最大复合物。我们发现，通过将同位素标记与2D IR光谱相结合，钾与单个结合位点相互作用的特征将在实验上可观察到，并确定了将使我们预期的实验特征最大化的特定标记组合。
2011-10-10 physics.bio-ph physics.chem-ph
Environment-Assisted Quantum Walks in Photosynthetic Energy Transfer
光合系统中的能量传递可以表现出量子效应，例如离域激子传递。最近，对于Fenna-Matthews-Olson（FMO）蛋白质复合物的动力学，已经通过实验证明了长寿命相干性的直接证据[Engel et al.，Nature 446，782（2007）]。然而，量子动力学过程与激子转移效率的相关性在很大程度上是未知的。在这里，我们开发了一个理论框架，用于研究量子干涉效应在分子阵列与Lindblad形式主义内的热浴相互作用的能量传递动力学中的作用。为此，我们推广连续时间量子行走的非幺正和温度依赖的动力学刘维空间来自微观哈密顿。通过能量转移效率及其敏感性的普适度量，探讨了相干和退相干过程的不同物理效应。特别是，我们证明了FMO复杂的自由哈密顿量和热波动的环境之间的有效相互作用导致能量转移效率从约70%大幅增加到99%。
2008-10-14 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Dissecting Exciton-Polariton Transport in Organic Molecular Crystals: Emerging Conductivity Assisted by Intermolecular Vibrational Coupling
University of Notre Dame（圣母大学）
本研究通过分子间振动耦合增强激子极子传输，揭示了光子介导电流对导电性和载流子迁移率的促进作用。
2025-05-28 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Excitation energy transfer in light-harvesting system: Effect of initial state
捕光是一个长期感兴趣的问题。近年来，由于能量输运中的量子效应的提出，量子力学又重新活跃起来。最近的实验发现BChla 1和BChla 6是FMO蛋白中最先被激发的，然而理论研究大多局限于BChla 1中的激子。在本文中，我们研究了FMO复合物中的能量输运，考虑到不同的初始状态。最优化的退相干率最大的传输效率。讨论了能量转移效率与初始状态的关系。波动的网站能量和耦合的影响也进行了研究。
2012-03-01 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
An All-DFTB Approach to the Parametrization of the System-Bath Hamiltonian Describing Exciton-Vibrational Dynamics of Molecular Assemblies
谱密度函数是模拟复杂多体系统的核心。它们的确定不仅需要对动力学进行近似，而且还需要对潜在的电子结构理论进行近似。在这里，混合不同的方法承担着描述不一致的危险。为了解决这个问题，我们提出了一种全DFTB方法来确定描述分子组装体中弗伦克尔激子的光谱密度。该协议示出了一个模型的PTCDI晶体，其中涉及单体的激发能，单体之间的库仑耦合跃迁，以及它们的光谱分布的计算由于热波动的核。使用动态定义的正常模式，映射到标准谐振子谱密度实现。
2018-05-22 physics.chem-ph
Dependence of energy relaxation and vibrational coherence on the location of light-harvesting chromoproteins in photosynthetic antenna protein complexes
该研究通过二维电子光谱比较藻胆体中不同位置的色素蛋白，发现位置影响能量弛豫与振动相干性，可能是高效单向能量传递的关键机制。
2025-01-20 physics.bio-ph physics.chem-ph
Strong Exciton-Vibrational Coupling in Molecular Assemblies. Dynamics using the Polaron Transformation in HEOM Space
在Frenkel激子动力学的上下文中聚集分子的极化子变换技术有利于治疗的对角元素归因于电子激发态人口去耦与振动自由度的波动。在这篇文章中，我们第一次描述了如何极化子变换可以应用在“层次运动方程”（HEOM）技术的背景下治疗的开放量子系统的所有振动组件归因于一个环境。利用生成函数方法引入激发态势能面的位移，我们得到了类似于时间传播的极化子变换的分级方程。我们证明了所开发的方法的适用性，通过计算动力学的欠阻尼和过阻尼振荡器耦合到电子激发的单体没有和以前的极化子变换和研究的动力学的期望值的各自的振动坐标。此外，我们调查的动力学的二聚体的势垒可比的热能之间的最小值的较低的激子势能面。事实证明，本地化的假设在单体单元具有能量较高的潜在的最小值，通过极化子转换，有很大的影响的转移动力学。在这里，极化子变换是在局域基还是激子基上进行有明显的区别。这反映了这样一个事实，即极化子变换只占振动的平衡，而不是激子动力学。我们勾勒出一种方法来弥补这一缺点，鉴于获得一个初始状态的计算分子聚集体的发射光谱。
2021-03-25 physics.chem-ph quant-ph
Vibrational vs. electronic coherences in 2D spectrum of molecular systems
二维光谱学最近揭示了分子系统激发动力学的振荡行为。然而，在大多数情况下，是否观察到激子或振动波包，或量子输运的证据，这是有争议的。本文根据两个典型体系的二维谱的基本分析所揭示的不同峰的振荡的相位和振幅关系，提出了区分振动波包运动和激子波包运动的方法。
2012-07-03 physics.chem-ph
Quantum Dynamics and Spectroscopy of Excitons in Molecular Aggregates
从耗散量子动力学的多激子观点出发，综述了非共价键合分子聚集体中Frenkel激子的理论描述和性质。首先，讨论了单体染料构建块的物理和量子化学表征，包括黄-里斯模型内的电子振动耦合的重要方面。补充单体之间的库仑相互作用的模型，在激子或振动激子带的聚集体的描述如下。除了产生复杂的吸收和发射线形状之外，激子-振动相互作用还负责能量和相位弛豫，从而限制了较大聚集体中相干激发的大小。在整个过程中，重点放在电子三能级模型作为最低要求，以描述非线性光谱，包括两个激子状态，如激发态吸收和激子激子湮灭的影响。讨论了实验观测到的聚集体的稳态吸收光谱和荧光光谱的特征及其与温度的关系。超快光谱实验，包括泵浦探测研究，光子回波和二维光谱的例子，并给出结果的相干域的大小和带内和带间弛豫。最后，激子-激子湮灭的实验签名和激子的迁移率方面的分析进行了说明。
2012-04-20 physics.chem-ph
Population and Coherence Dynamics in Light Harvesting Complex II (LH2)
从理论上研究了生理温度和低温条件下紫色细菌光合捕光复合物2（LH 2）B850环的电子激发布居和相干动力学。类似于Fenna-Matthews-Olson（FMO）蛋白，在LH 2中观察到的激发人口和一致性的振荡，通过使用一个缩放的分层运动方程（HEOM）的方法。然而，该振荡时间（300 fs）比FMO蛋白在低温下的振荡时间（650 fs）短得多。环境和高温都能提高激子波包的传播速度，但却缩短了相干时间，抑制了相干振幅和布居数。我们的计算表明，在这样一个嘈杂的生物环境中，发色团电子激发态之间可以存在一个长寿命的相干性。
2012-08-28 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
Multipartite Quantum Entanglement Evolution in Photosynthetic Complexes
我们研究了Fenna-Matthew-Olson（FMO）复合体中纠缠的演化，并基于标度层次运动方程（HEOM）方法进行了模拟。我们研究的作用，多体纠缠的FMO复杂的凸屋顶优化的一些措施，包括一些以前没有被评估的直接计算。我们还考虑了一夫一妻制的纠缠在这些模拟中的作用。我们利用了单激子子空间中单偶边界饱和的事实。这使我们能够准确地计算更多的纠缠度量，也验证了凸屋顶的评估。然后，我们使用直接计算的凸屋顶来评估措施，不是由一夫一妻制。这种方法提供了一个更完整的帐户，在这些系统中的纠缠比迄今为止。我们的研究结果支持的假设，多体纠缠是最大的主要沿两个不同的电子能量转移途径。
2012-07-12 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Machine Learning Exciton Dynamics
利用混合量子力学/分子力学（QM/MM）方法研究大型光合复合体的激子动力学是一个计算量很大的问题。我们提出了一种机器学习技术，多层感知器，作为一种工具，以减少计算激发态能量所需的时间。用这种方法，我们预测的时间依赖的密度泛函理论（TDDFT）的激发态能量的细菌叶绿素在Fenna-Matthews-Olson（FMO）复合物。此外，我们计算光谱密度和激子的预测人口。不同的方法来确定多层感知器训练集的介绍，导致几个初始数据的选择。此外，我们计算光谱密度和激子布居。一旦多层感知器被训练，预测激发态能量被发现比相应的QM/MM计算要快得多。我们发现，多层感知器可以成功地再现QM/MM计算的能量，预测误差在0.01 eV（0.5%）以内的高精度。光谱密度和激子动力学也与TDDFT结果一致。动力学的加速和准确预测强烈鼓励机器学习技术与从头算方法的结合。
2015-11-24 physics.chem-ph physics.comp-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 Resonance Along Effective Modes Mediates Selective Energy Transfer in Excitonically Coupled Aggregates
我们最近提出了激子耦合聚集体的有效简正模，它将能量转移哈密顿量精确地转化为沿有效简正模的一维哈密顿量之和。识别物理上有意义的振动运动，最大限度地促进振动电子混合建议一个有趣的可能性，利用振动电子共振介导选择性能量转移。在这里，我们扩大的有效模式的方法阐明其迭代性质，连续较大的聚集体，并扩展介导的能量转移到较大的聚集体的想法。我们发现，电子非耦合，但振动共振的供体-受体网站之间的能量转移不依赖于中间网站的能量或中间网站的数量。中间位点简单地介导电子偶联，使得沿着特定启动子模式的电子振动偶联导致直接供体-受体能量转移，绕过任何中间上坡能量转移步骤。我们发现，电子哈密顿量和有效模式转换之间的相互作用分区的线性振动耦合沿特定的启动子模式来决定介导的能量转移的选择性，振动耦合和多粒子基态之间的干扰具有至关重要的作用。我们的研究结果提出了一个一般的设计原则，通过协同效应的电子振动共振和弱介导的电子耦合，这两种效应单独不促进有效的能量转移，以提高能量转移。这里提出的有效模式的方法铺平了一条简单的路线，对四波混频光谱模拟较大的聚集体，而不严重近似共振振动耦合。
2022-02-21 physics.bio-ph physics.chem-ph
Dimensionality-dependent electronic and vibrational dynamics in low-dimensional organic-inorganic tin halides
该研究构建1D与2D有机-无机卤化锡，结合飞秒瞬态吸收揭示维度通过调控激子-声子耦合决定自陷或自由激子发射及振动波包动力学。
2025-05-16 physics.chem-ph physics.optics
Hidden Vibronic and Excitonic Structure and Vibronic Coherence Transfer in the Bacterial Reaction Center
我们报告了二维电子光谱（2DES）实验的细菌反应中心（BRC）从紫色细菌，揭示隐藏的激子和振动结构。通过分析BRC的相干动力学，我们解析了特定的相干特征，使我们能够明确地分配“特殊对”的上激子能量。“这项任务得到了BRC的简化激子模型的相干动力学模拟的支持。模拟还确定非长期振动相干传输过程中忽略的光合能量转移和电荷分离的标准模型。此外，相干动力学揭示了关键分子内色素振动和激发态能隙之间的多重准共振。这种电子振动共振的光合能量转移和电荷分离的功能意义仍然是一个悬而未决的问题。
2021-03-03 physics.bio-ph physics.chem-ph
Origin of long-lived coherence and excitation dynamics in pigment-protein complexes
我们通过考虑离散声子模式来探讨长寿命量子相干性的机制：这些振动模式有效地削弱了激子与环境的相互作用，这是由于激子和振动子形成了新的复合物（极化子）。这随后证明了振动相干性的作用，这极大地有助于在飞秒实验中观察到的激子相干性的长寿命特征。用解析的方法给出了振动模拉长相干时间尺度的估计。为了验证我们的理论的有效性，我们详细研究了色素蛋白质复合物，探索能量转移和相干动力学。由非相干辐射产生的基态振动相干性被证明是长期存在的，并被证明是重要的，在促进激发能转移。这是由于详细的平衡打破，这漏斗激子的下山迁移所造成的系统的非平衡性。
2017-07-07 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Testing quantum speedups in exciton transport through a photosynthetic complex using quantum stochastic walks
光合作用是一个高效的过程，几乎100%的落在叶片表面的红色光子到达反应中心并转化为能量。光合复合物的理论研究主要集中在从绿硫细菌中获得的Fenna-Matthews-Olson复合物。据推测，量子相干性在这种非常有效的传输过程中发挥了重要作用。然而，最近的报告表明，通过激子传输的量子相干性可能不如通过电子振动过程产生的相干性与光合作用相关。无论起源如何，关于量子相干性是否导致激子输运过程的加速一直存在争议。为了解决这个问题，我们模型激子输运FMO使用量子随机游走（QSW），只有不相干，纯退相，并与退相和不相干。我们发现，与纯退相的QSW模型导致激子输运的大幅加速相比，QSW模型，其中包括退相和不相干和一个只包括不相干，这两个经验放缓。
2021-12-18 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph q-bio.MN
Coherent Exciton-Lattice Dynamics in a 2D Metal Organochalcogenolate Semiconductor
本研究通过光谱与理论计算揭示二维杂化半导体AgSePh中激子-声子耦合的复杂性，识别强耦合模式及非谐性来源，为工程化杂化振动相互作用提供方向。
2023-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Hot Charge Transfer States and Charge Generation in Donor Acceptor Blends
在有机共混物中，激子分裂激发的振动正常模式与耦合到电荷跳跃的振动正常模式相同。因此，如果振动弛豫比电荷转移慢，则用于激子分裂的过量驱动力可以有助于电荷转移。一个模型的开发，考虑到这一点，因此解释了实验观察到的激子分裂和电荷产量的驱动力的关系，可以实现高电荷产量与所观察到的快速重组率。
2010-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Laser Control of Dissipative Two-Exciton Dynamics in Molecular Aggregates
分子聚集体中的双光子跃迁有两种类型，即两个单体的非局域激发和局域双激发到某个更高的单体内电子激发态。由于单体间的库仑相互作用，这些不同的激发态相互耦合。较高的激发单体内状态是相当短的寿命，由于有效的内部转换的电子到振动能量。结合这两个过程导致电子激发态的湮灭，这是在分子聚集体中建立高激发密度的主要损失通道。应用理论脉冲优化技术的Frenkel激子模型，它表明，两个激子状态的线性聚集体（二聚体到四聚体）的动态可以通过超快成形的激光脉冲的影响。特别是，它是研究在何种程度上的两个激子人口的衰减带间跃迁可以暂时抑制。带内动力学描述的耗散层次方程的方法，它考虑到强激子振动耦合在非马尔可夫制度。
2012-07-09 physics.chem-ph quant-ph
Quantum effects in biology: master equation studies of exciton motion in photosynthetic systems
Physical Research Laboratory（物理研究实验室）
本研究针对光合系统激子长时程量子相干效应无法用传统半经典及微扰主方程解释的问题，总结了自研的非微扰研究方法，并介绍了2D光子回波光谱技术的物理原理。
2012-03-01 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Effects of Electron-Vibrational Interaction in Polariton Luminescence: Non-Markovian Fano Resonances and Hot Luminescence
我们发展了一个考虑分子振动的极化激元发光的非马尔可夫理论。计算是在极化激元基础上进行的。我们已经表明，频移和极化激元谱线展宽强烈依赖于频率依赖的激子对极化激元的贡献。在单模微腔中，我们的非马尔可夫理论预测了极化激元发光中的Fano共振，并且在低频振动的分子内性质的情况下，谱线随着分子总数的增加而变窄。该理论使我们能够考虑类似于分子和晶体的热发光的非平衡（热）激子-极化激元发光。这为在有机纳米器件中观察它开辟了一条道路。
2022-04-17 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Vibronic coupling in energy transfer dynamics and two-dimensional electronic-vibrational spectra
我们引入了一个异二聚体模型，在该模型中，可以明确地研究电子振动耦合的多种机制及其对能量转移的影响。我们认为振动耦合，通过任一弗兰克-康登活动中的每个网站在异二聚体有一个本地的电子-声子耦合和赫兹伯格-泰勒活动中的跃迁偶极矩耦合的网站有一个明确的振动模式依赖性。我们已经计算了这个模型的二维电子振动（2DEV）光谱，同时改变这两种效应的大小，发现2DEV光谱包含静态和动态签名的两种类型的电子振动耦合。Franck-Condon活动通过观察到的激子结构的变化而出现，而Herzberg-Teller活动在模仿较低能量激子结构的显着边带跃迁的出现中是明显的。从模拟的2DEV光谱分析得到的量子拍模式的比较表明，这种技术可以报告的能量转移的机制，阐明了实验确定的特定的振动耦合机制在这样的过程中的作用的手段。
2021-05-11 cond-mat.mes-hall physics.chem-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
Phonon coherences reveal the polaronic character of excitons in two-dimensional lead-halide perovskites
由于晶体的离子特性和分子部分与无机网络之间的非共价键产生的柔软性，混合有机-无机半导体具有复杂的晶格动力学特征。在这里，我们建立了这样的动态结构的复杂性，在一个原型的二维碘化铅钙钛矿引起共存的各种激子共振，每个具有不同程度的极化特征。通过高分辨率共振脉冲受激拉曼光谱，我们识别了不同激子和光生载流子沿着不同构型坐标演化的振动波包动力学。采用密度泛函理论计算，我们分配到各种低频（$\lesssim 50$ \，cm $^{-1}$）光学声子参与铅碘化层中的运动所观察到的相干振动模式。因此，我们得出结论，不同的激子诱导特定的晶格重组，这是极化子结合的签名。这种对涉及全局中性初级光激发的能量/构型景观的见解可能与更广泛的新兴混合半导体材料有关。
2019-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Mixing of Frenkel and charge-transfer excitons in quasi-one-dimensional one-component molecular crystals
在像MePTCDI和PTCDA这样的分子晶体中，分子规则地排列，产生准一维分子堆叠。堆叠中的分子间距离（约3.3 A）与激发分子中的电子-空穴距离相当。Frenkel激子（FE）和电荷转移激子（CTE）之间的混合对于两种晶体的激子和振动光谱都是非常重要的。本文对上述晶体的线性吸收光谱进行了模拟计算。基本的哈密顿量描述的FE-CTE混合在分子堆（点群$C_i$）引起的两个转移机制，特别是电子和空穴的邻居分子。的振动光谱由混合激子和一个振动模式的分子内振动线性耦合FE和CTE。使用振动的方法，我们计算的线性光学极化率的激子和一个声子振动区域的分子堆叠，以及包含两种类型的非等效堆栈的晶体。我们把PTCDA和MePTCDI晶体的激子和振动参数在以前的研究中拟合。分析了15000 - 23000 cm^{-1}范围内线性吸收光谱的一般结构和一些重要的线形特征。我们改变激子的线宽和线性激子-声子耦合的参数的值，并寻找再现类似于所研究的晶体的吸收光谱的吸收线型的值。我们的研究表明，在解释线性吸收光谱，特别是MePTCDI晶体的线性吸收光谱时，引入FE-CTE混合的必要性。
2009-08-18 cond-mat.other physics.chem-ph
Formally exact, arbitrarily scalable simulations of exciton dynamics in molecular materials
诸如激子的激发态载流子可以在分子材料中以100 nm至微米的长度尺度扩散，但是由于电子和振动自由度之间的耦合，它们仅在短的长度尺度上离域。在这里，我们利用激子的局部性来自适应地求解纯态方程（HOPS）的层次。我们证明了我们的自适应HOPS（adHOPS）方法提供了一个形式上精确和大小不变（即O（1））的尺度算法模拟介观量子动力学。我们提供的激子扩散的线性链包含多达1000个分子的原理证明计算。
2021-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Ultra-Fast Relaxation, Decoherence and Localization of Photoexcited States in $π$-Conjugated Polymers: A TEBD Study
在一个粗粒模型下，对聚（$p$ -phenylenevinylene）（PPV）的光激发电子态的激子弛豫动力学进行了理论研究. Frenkel-Holstein哈密顿量用于描述系统中存在的强激子-声子耦合，而内部核自由度的外部阻尼由Lindblad主方程来解释。数值上，动力学计算使用时间演化块抽取（TEBD）和量子跳跃轨迹技术。物理上与聚合物系统相关的模型参数的值自然导致时间尺度的分离，其中超快动力学对应于从激子到内部声子模式的能量转移（即，C-C键振荡），而较长时间的动力学对应于这些声子模式的阻尼由外部耗散。与这些时间尺度相关联，我们研究了以下过程，这些过程表明系统弛豫到聚合物的发射生色团上：1）激子-极化子形成发生在超快时间尺度上，相关的激子-声子相关性存在于C-C键振荡的半个振动时间段内。2)激子退相干由与激子-极化子形成相关的振动重叠中的衰减驱动，发生在相同的时间尺度上。3)激子密度局域化是由外部耗散驱动的，外部耗散是由于系统-环境相互作用而发生的“波函数坍缩”引起的。最后，我们展示了如何荧光各向异性测量可以用来调查激子退相干过程中的弛豫动力学。
2017-11-08 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Non-classicality of the molecular vibrations assisting exciton energy transfer at room temperature
推进生物学中光引发反应中的量子效应的辩论需要明确识别这些过程可以表现和利用的非经典特征。在这里，我们表明，在原型二聚体存在于各种光合天线，有效的振动辅助能量转移在亚皮秒的时间尺度和在室温下可以体现和受益于集体色素运动的非经典波动。初始热化振动的非经典性是通过相干激子振动相互作用引起的，并且由耦合到电子动力学的有效集体模式的相空间准概率分布中的负性明确地指示。这些量子效应可以在激发的非相干输入时产生。因此，我们的研究结果表明，调查的非经典性质的振动运动，协助激发和电荷传输，光感受和化学传感过程可能是一块试金石，揭示了非平凡的量子现象在生物学中的作用。
2014-01-09 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Conformational Dynamics Guides Coherent Exciton Migration in Conjugated Polymer Materials: A First-Principles Quantum Dynamical Study
我们报告的高维量子动力学模拟扭转诱导激子迁移的单链寡聚噻吩段，包括20个重复单元，使用第一性原理参数化的Frenkel J-聚集体哈密顿量。从初始环间扭转缺陷开始，这些模拟提供了在低温下超快双时间尺度过程的证据，涉及激子-极化子在数十飞秒内形成，然后在~300飞秒时间尺度上扭转弛豫。第二步是激子迁移的驱动力，因为初始共轭断裂被动态平坦化去除。的量子相干性质的基本激子迁移步骤是一致的实验观察突出的相关性和振动相干性质的超快时间尺度上的动态。
2017-11-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Interplay Between Non-adiabatic Dynamics and Frenkel Exciton Transfer in Molecular Aggregates: Formulation and Application to a Perylene Bismide Model
研究了线性分子聚集体在S 0-S1和S 0-S2跃迁存在下的量子动力学，重点研究了局部非绝热S2到S1失活与Frenkel激子转移之间的相互作用。理论方法结合方面的线性振动耦合和Frenkel激子模型。动力学计算的吸收光谱和电子态布居使用多组态含时Hartree方法。作为一个应用程序，被认为是二聚体和三聚体的J型聚集体，包括四个调谐和一个耦合模式每个单体。这导致一个动力学模型，包括多达7个电子状态和15个振动模式。未知的非绝热耦合强度被视为根据可用的吸收光谱选择的参数。这留下了一些灵活性，但可能受到明显可区分的种群动态的限制。
2013-05-02 physics.chem-ph
Exciton dynamics and Quantumness of energy transfer in the Fenna-Matthews-Olson complex
我们提出了数值精确的结果，在现实的生理条件下的Fenna-Matthews-Olson分子聚集体中的量子相干能量转移，包括实验确定的波动谱的蛋白质和色素的振动波动。我们发现相干时间短于实验观察到的。此外，我们确定的能量转移电流和量化的“量子化”的密度矩阵的经典指针状态的能量流运营商的距离。最重要的是，我们发现能量转移是通过“薛定谔猫”一样的能量流指针态的叠加发生的。
2011-12-05 cond-mat.mes-hall physics.atm-clus physics.bio-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
Exciton-phonon information flow in the energy transfer process of photosynthetic complexes
非马尔可夫和非平衡声子效应被认为是光合复合物中能量传递的关键成分，特别是在表现出中间激子-声子耦合的复合物中。在这项工作中，我们利用最近开发的措施非Markovianity阐明激子-声子动力学的电子和振动自由度之间的信息流。我们研究的措施，在分层运动方程的方法，捕捉强烈的系统浴耦合效应和非平衡分子重组。我们提出了一个额外的跟踪距离措施的信息流，可以扩展到其他主方程。我们发现，对于一个模型二聚体系统和Fenna-Matthews-Olson复杂的非Markovianity是显着的生理条件下。
2011-01-24 physics.chem-ph quant-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
Treatment of Herzberg-Teller and non-Condon effects in optical spectra with Hierarchical Equations of Motion
我们推导出一个分层运动方程（HEOM）描述的非绝热Herzberg-Teller型耦合效应和非康登效应的电子跃迁与分子内和分子间的振动模式相互作用的系统。我们指出类比之间的辅助密度算子（ADOs）的层次和明确描述的振动模式中的哈密顿量所产生的条款。与HEOM的标准公式相比，我们的方程包含在层次结构方案中的ADO之间的额外连接，这说明了非绝热耦合元件对振动坐标的依赖性。我们比较吸收光谱计算与我们的HEOM方法和明确的治疗振动自由度的二聚体系统在强共振耦合制度。此外，我们表明，足够强的激子耦合，相应的影响，在线性吸收光谱的振动二聚体可以很好地捕获的概念，有效的黄-里斯因素。
2018-07-19 physics.chem-ph
