Decoherence in Weakly Coupled Excitonic Complexes
导出了弱耦合激子复合物的运动方程。该描述允许处理系统的基础上的电子状态本地化的个别发色团，而在同一时间占实验观察到的离域效应的光谱。该方程被证明是相关的著名的Foerster型能量传递速率方程，但不像Foerster方程，他们提供了一个描述的退相干过程，导致抑制的共振耦合浴波动。线性吸收和二维光子回波相关谱计算的简单模型系统在均匀的限制，表现出明显的离域效应和减少的共振耦合由于与浴相互作用。
2010-02-15 physics.bio-ph physics.chem-ph
Impact of Loss Mechanisms on Linear Spectra of Excitonic and Polaritonic Aggregates
本研究利用自主开发的路径积分林德布拉德动力学（PILD）方法，探究损耗机制对手性分子聚集体与激子极化子线性光谱的影响，首次数值模拟了微腔中手性聚集体的圆二色光谱，揭示了损耗的位点依赖性及与耗散环境的复杂相互作用。
2024-06-24 physics.chem-ph quant-ph
Excitonic description of singlet fission beyond dimer model : a matrix product state approach
针对大型单线态裂分分子聚集体能态精确计算难度大的问题，提出可基于单体、二聚体从头计算参数化的自旋分辨紧束缚激子模型，结合张量网络方法在并五苯晶体上验证，为聚集体结构研究及裂分动力学模拟提供基础。
2025-09-04 physics.chem-ph
Davydov-Type Excitonic Effects on the Absorption Spectra of Parallel-Stacked and Herringbone Aggregates of Pentacene: Time-Dependent Density-Functional Theory and Time-Dependent Density-Functional Tight Binding
激子的形成导致固体并五苯中的J带。描述这些激子带对于时间相关（TD）密度泛函理论（DFT）和其半经验类似物，即对于TD密度泛函紧束缚（DFTB）都是一个挑战，原因有三：（i）固体并五苯和并五苯聚集体仅通过范德华力结合，范德华力众所周知难以用DFT和DFTB描述，（ii）描述Davydov分裂所需的分子之间的长程耦合的适当描述不容易包括在具有传统泛函的TD-DFT和TD-DFTB中，以及（iii）混合可能发生在局部激子和电荷转移激子之间，这反过来可能，需要特殊的功能。我们评估如何远TD-DFT和TD-DFTB已经朝着正确的描述这种类型的激子，包括一个分散校正的基态和一个范围分离的混合功能的激发态。平行堆叠乙烯的解析结果推导出超越Kasha的激子模型，因为我们能够明确区分电荷转移和能量转移激子。这是进一步证实时，它表明，距离分离的混合物有一个显着更大的影响，电荷转移激子比能量转移激子的情况下，平行堆叠的并五苯。TD-DFT计算与CAM-B3 LYP功能和TD-lc-DFT计算导致可忽略的人字形晶体结构的激子校正，可能是因为过度校正的电荷转移效应。在这种情况下，TD-DFT计算与B3 LYP功能或TD-DFTB计算参数化B3 LYP给出最好的结果，从比较实验光谱和Bethe-Salpeter方程计算从文献中判断的人字形晶体结构的激子校正。
2018-08-08 physics.chem-ph quant-ph
Inverting pump-probe spectroscopy for state tomography of excitonic systems
我们提出了一个两步的协议反演超快光谱实验上的分子聚集体提取的激发态密度矩阵的时间演化。第一步是对实验信号进行去卷积，以确定泵相关响应函数。第二步从该响应函数反转系统的量子态，给出系统如何在探针相互作用之后演化的模型。我们证明了这种反演分析和数值模拟的二聚体模型系统，并评估其缩放到更大的分子聚集体，如光合蛋白质-色素复合物的可行性。我们的方案提供了一个直接的替代方法，确定所有的哈密顿参数，然后模拟激发态动力学。
2013-04-02 physics.chem-ph quant-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
Excitonic coupling dominates the homogeneous photoluminescence excitation linewidth in semicrystalline polymeric semiconductors
利用二维相干光致发光激发光谱测量了一种模型半晶高分子半导体--聚3-己基噻吩的均匀激发线宽。在温度为8 K时，我们发现线宽总是$\gtrsim 110$，meV的半峰全宽，这是总线宽的一个重要部分。它显示光谱依赖性，并且在0- 0原点峰附近最小。我们解释这种光谱依赖的均匀激发线宽的上下文中的弱耦合聚集模型。
2017-04-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Time-Dependent Density Matrix Renormalization Group Algorithms for Nearly Exact Absorption and Fluorescence Spectra of Molecular Aggregates at Both Zero and Finite Temperature
我们实现并应用含时密度矩阵重整化群（TD-DMRG）算法计算了零温和有限温下分子聚集体的线性吸收和荧光光谱。我们的实现是在一个矩阵产品状态/运营商框架内的激子和振动自由度的显式治疗，并使用在零激子空间的局部性的哈密顿量，以提高计算的效率和准确性。我们证明了几个分子聚集体模型的计算方法的力量，比较我们的结果对那些从多层多组态依赖时间的Hartree和n-粒子近似。我们发现，TD-DMRG提供了一个准确和有效的路线来计算分子聚集体的光谱。
2018-10-12 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
Site-dependence of van der Waals interaction explains exciton spectra of double-walled tubular J-aggregates
超分子聚集体的光学性质的模拟需要发展的方法，这是能够处理大量的耦合发色团与环境相互作用。由于目前不可能用量子化学来处理大型系统，因此Frenkel激子模型是一个有价值的替代方案。在这项工作中，我们展示了如何Frenkel激子模型可以扩展，以解释激子光谱的一个特定的双壁管状染料聚集体明确考虑到色散的基态和激发态由于范德华相互作用与周围的所有分子的能量转移。实验观察到的分裂很好地解释了网站依赖的能量转移的分子放置在内侧或外侧的双壁管，分别。因此，我们可以得出结论，包括网站依赖的色散效应的理论描述的纳米尺度染料聚集体的光学性质是强制性的。
2014-12-11 cond-mat.mes-hall physics.atm-clus 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
Excitonic and Charge-Transfer Contributions to Molecular Dimer Absorption: A Decomposition Approach Applied to a BPEA Dimer
Volgograd State University（伏尔加格勒国立大学）
本文发展了一个理论框架，通过分解吸收光谱，分析分子二聚体中Frenkel激子与电荷转移态的耦合，揭示了CT混合对光谱的重新组织和展宽机制，并应用于BPEA二聚体。
2026-09-18 physics.chem-ph
Stochastic Metholodgy Shows Molecular Interactions Protect 2D Polaritons
本文提出随机模拟技术，研究含$10^8$激子染料的2D分子聚集体在多模腔中的极化激元，发现分子间耦合通过暗态持续离域保护极化激元免受强无序影响，揭示了内部哈密顿量的非平庸作用。
2024-06-04 physics.chem-ph
Analyzing laser-induced alignment of weakly-bound molecular aggregates
从理论和计算两方面分析了典型的松软$\text{indole}(\text{H}_2\text{O})$分子团簇的转动和扭转动力学。考虑到整体旋转和水部分的内部旋转，求解了与时间相关的薛定谔方程以得到团簇的降维描述。根据我们的研究结果，很明显，内部和整体旋转之间的耦合是小的，并且对于典型的磁场强度在对齐和混合场取向实验的刚性转子近似可以用来描述所研究的动态。此外，参数空间，这是有效的，其边界的内部和整体旋转的耦合不能再被忽略的探索。
2018-08-03 physics.atm-clus physics.chem-ph quant-ph
Photochemical dynamics under incoherent illumination: light harvesting in self-assembled molecular J-aggregates
有机分子自组装J-聚集体中的输运现象由于其在设计新型有机光伏器件中的潜在作用而长期以来吸引了大量的关注。已经进行了大量的理论和实验研究，描述激子的能量转移在J-聚集体的假设下，激子诱导的相干激光光源或初始化的本地化激发一个特定的生色团。然而，这些假设可能无法提供准确的描述来评估J聚集体的效率，特别是作为有机太阳能电池的构建块。在自然条件下，J-聚集体将受到非相干光源（如阳光）的照射，这将照亮整个光合复合体，而不是单个分子。在这项工作中，我们提出了第一个研究的效率光合能量传输的自组装分子聚集体在非相干太阳光照射。通过利用一个最小的模型的菁染料J-聚集体，我们证明了远程传输效率增强时，激发聚集体与非相干光。因此，我们的研究结果支持的结论，J-聚集体确实是优秀的候选人的设备，有效的远程非相干诱导激子传输是理想的，如在高效的有机太阳能电池。
2020-02-18 physics.chem-ph quant-ph
Ultrafast fluorescent decay induced by metal-mediated dipole-dipole interaction in two-dimensional molecular aggregates
二维分子聚集体（2DMA）是一种由相互作用强烈的偶极分子在有序晶格上近距离自组装而成的薄片，是一种极具吸引力的荧光材料。它与以往研究中的单一或胶体染料分子或量子点有着明显的不同。在本文中，我们第一次验证，当一个2DMA被放置在一个纳米距离从金属基板，强大的和相干的相互作用的偶极子内的2DMA主导其荧光衰减在皮秒的时间尺度。我们的条纹相机寿命测量和相互作用的晶格偶极计算表明，金属介导的偶极-偶极相互作用缩短了荧光寿命的一半左右，并增加了能量耗散率比预期的非相互作用的单偶极图片的10倍。这一发现丰富了我们对分子激子体系中纳米尺度能量传递的理解，并为快速高效的光电子器件的发展指明了新的方向。
2016-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Nonuniform Screening Reshapes Collective Excitons in Molecular Aggregates from Stochastic Bethe-Salpeter Theory
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本文提出随机Bethe-Salpeter方程方法，用于研究大型分子聚集体中非均匀屏蔽对集体激子的影响，揭示了屏蔽重塑激子色散并改变亮暗态相对能量，为预测光学性质提供了新框架。
2026-10-08 physics.atm-clus physics.chem-ph
Exciton transport in thin-film cyanine dye J-aggregates
我们提出了一个理论模型的激子动力学的研究J-聚集单分子膜的荧光染料。的激子的演化描述的蒙特卡罗波函数的方法，它允许一个统一的描述的量子（弹道）和经典（扩散）的激子在晶格上的传播在不同的参数制度。弹道和扩散制度之间的过渡是由静态和动态无序控制。作为一个例子，该模型被应用到三个花青染料J-聚集体：TC，TDBC，和U3。每个分子的特定结构和激发参数估计使用时间依赖的密度泛函理论。激子扩散系数的计算和分析不同程度的膜无序和相关的物理性质和分子的结构排列在聚集体。此外，激子输运是各向异性的，并且依赖于初始激子能量。在TDBC薄膜J-聚集体的激子扩散长度的上限估计是数百纳米的顺序，这是在很好的定性与实验估计的扩散长度的协议。
2012-02-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
Fragment-Based Configuration Interaction: Towards a Unifying Description of Biexcitonic Processes in Molecular Aggregates
Julius-Maximilians University Würzburg（维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学）；Center for Nanosystems Chemistry, Julius-Maximilians University Würzburg（维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学纳米系统化学中心）；Institute for Physical and Theoretical Chemistry, Julius-Maximilians University Würzburg（维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学物理与理论化学研究所）
本文提出基于片段的配置交互框架，系统构建了涵盖单粒子和双粒子能级的diabatic哈密顿量，揭示了CTX配置作为电子闸门的作用，并展示了其在乙烷聚集体和蒽晶体中的应用。
2026-04-08 physics.chem-ph
FMO-LC-TDDFTB method for excited states of large molecular assemblies in the strong light-matter coupling regime
提出FMO-LC-TDDFTB方法结合广义Tavis-Cummings Hamiltonian计算微腔与大分子聚集体的强光-物质耦合，可模拟数百分子系统的极化激元态与激子动力学。
2024-07-29 physics.chem-ph
The fundamental role of quantized vibrations in coherent light harvesting by cryptophyte algae
快速振动对天然分子聚集体中能量传递和转换的影响是人们感兴趣的中心问题。本文阐述了高能量子化振动及其非平衡动力学在具有高度局域激子态的光合系统中能量传递的重要作用。我们认为隐藻触角蛋白藻红蛋白545，并表明，耦合到量子化的振动是准共振与激子跃迁是基本的生物功能，因为它产生非级联运输的快速和更广泛的空间分布的激发能。我们的工作还表明，这种振动的非平衡动力学可以体现在激子种群和相干态在室温下的超快跳动，与实验中报道的时间尺度一致。此外，我们表明，机制支持相干激子动力学协助耦合到选定的模式，通道能量的复杂的优先网站。因此，我们认为，在电子激发和量子化振动之间存在强耦合的情况下，量子相干动力学的一个具体而重要的优势是精确地调谐共振，促进快速有效的能量分布。
2012-10-10 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Coherent Biexciton Transport in the Presence of Exciton-Exciton Annihilation in Molecular Aggregates
University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校）
研究了分子聚集体中双激子动力学，探讨初始态相干性及动量组成对荧光衰减和传输的影响，揭示了相干传输与非相干弛豫的区别及内部转换过程的重要性。
2026-04-27 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Optical Activity from the Exciton Aharonov-Bohm Effect: A Floquet Engineering Approach
Floquet工程是一种方便的策略，可以在分子和固态系统中诱导非平衡现象，或者显着改变物质的物理化学性质，绕过昂贵和耗时的合成修饰。在这篇文章中，我们从理论上研究了一些有趣的事实，即一个原来的非手性分子系统可以表现出非零的圆二色性（CD）时，它与椭圆偏振光驱动。更具体地说，我们考虑一个各向同性系综的小的环状分子聚集体在溶液中，其本地的低频振动模式驱动的椭圆偏振连续波红外泵浦。我们属性的起源非零CD信号的时间反演对称性破缺由于激子Aharonov-Bohm（AB）阶段所产生的随时间变化的激光电场，连同相干interchromophoric激子跳跃。所获得的Floquet工程激子AB相比纳米级环中的类似磁感应电子AB相更可调谐，突出了Floquet工程AB相在分子过程的相干控制中具有的几乎未开发的潜力，并同时在绕过使用强磁场的分子系统中引入磁光效应的新类似物。
2020-05-29 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Dynamic Coherence in Excitonic Molecular Complexes under Various Excitation Conditions
研究了动态量子相干性与分子聚集体能量转移效率的关系。我们对比了量子力学系统与经典系统激发后的动力学。我们演示了如何一个经典的描述合奏平均可以令人满意地解释为一个单一的系统驱动的连续力或作为一个合奏的系统，每个驱动的冲力。我们导出了受光或邻近天线激发的开放量子系统的密度矩阵随时间的演化。我们认为，不同于在经典的情况下，量子描述不允许一个正式的动力学分解成突然跳跃的量子力学状态。相反，有一个自然的有限的时间尺度与激励过程。我们提出了一个简单的实验，如何测试这个时间尺度对光合作用产量的影响。由于光合作用本质上是一个平均过程，光合作用的效率可以通过由二级响应理论计算的量子力学期望值来评估，这与超快实验的微扰描述具有相同的有效性。我们表明，使用典型的参数，目前研究最多的光合天线，芬娜-马修斯-奥尔森（FMO）复杂的，和一个典型的能量转移率从叶绿体基板，动态coherency平均在复杂的，尽管通过其本征态的相干叠加激发进行。即使当FMO模型完全没有所有耗散和失相时，动态相干性也达到平均。我们的结论是，在自然激发条件下，相干动力学不能负责显着的光合作用的效率，即使考虑在一个单一的分子水平上的动态。
2013-10-16 physics.bio-ph physics.chem-ph
Nonequilibrium steady-state picture of incoherent light-induced excitation harvesting
我们制定了一个全面的理论描述激发收获的分子聚集体光激发弱非相干辐射。一个有效的数值方案，尊重激励通量的连续性方程计算的非平衡稳态（NESS）所产生的相互作用之间的激励产生，激励松弛，失相，捕获在负载，和重组。NESS最方便地描述在所谓的优选基中，其中稳态激子密度矩阵是对角的。的NESS属性进行检查有关的首选的基础描述的网站或激子基地的描述。针对一个模型光合二聚体，我们发现，在长的捕获时间的限制NESS是非常相似的激发态平衡，其中的稳态相干起源于激发环境纠缠。对于较短的捕获时间，我们演示了如何的NESS的属性可以提取的非相干驱动，但卸载二聚体的时间依赖性的描述。静止和时间相关的图片之间的这种关系是有效的，只要捕获时间长于飞秒光谱实验中可访问的动态相干的衰减时间。
2020-12-29 physics.chem-ph
Distinctive character of electronic and vibrational coherences in disordered molecular aggregates
二维电子相干谱是研究耦合分子相干动力学的有效手段。根据电子和振动状态之间的耦合，可以观察到纯电子、纯振动或混合起源的振荡信号。即使在“混合”分子系统中，也可以通过分析由时间分辨2D光谱构建的振荡傅里叶映射来区分具有电子或振动特征的两种类型的相干拍频。与电子字符的跳动的幅度是严重影响的能量紊乱，因此电子相干很快被移相。具有振动特征的殴打对疾病的依赖性很弱，确保了他们的长期生存。我们表明，详细的建模的二维光谱信号的分子聚集体provideddirect信息的起源的相干beatings。
2013-08-19 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
Theoretical characterization of excitation energy transfer in chlorosome light-harvesting antennae from green sulfur bacteria
绿色体是最大和最有效的天然捕光天线系统。它们含有成千上万的色素分子-细菌叶绿素（BChls）-它们被组织成超分子聚集体，并形成一个非常有效的网络，用于激子能量迁移。在这里，我们提出了一个理论研究的激发能转移（EET）的基础上的分子组装的实验证据。整个天线的激子动力学模型结合了激子波函数的随机时间传播与超分子结构的分子动力学模拟，和激发态的电子结构计算。模拟结果揭示了EET在叶绿体的详细图片。相干能量转移仅在初始激发后的前50 fs才有意义，激子的波状运动在100 fs时完全阻尼。随后，非相干能量转移的特征时间常数从1 ps到几十ps不等。我们分配的时间尺度的EET特定的物理过程，通过比较我们的结果与时间分辨光谱实验获得的数据。
2013-07-01 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Non-Markovian quantum state diffusion for absorption spectra of molecular aggregates
在许多分子系统中，人们会遇到电子激发耦合到准连续声子模的情况。该连续体可以是高度结构化的，例如由于一些弱阻尼的高频模式。为了处理这种情况，最近应用了一种将开放量子系统的非马尔可夫量子态扩散（NMQSD）描述与有效但抽象的近似相结合的方法来计算分子聚集体的能量转移和吸收光谱[Roden，Schlafeld，Wolff，Strunz，PRL 103（2009）058301]。为了探索这种复杂系统的近似使用的有效性，在本工作中，我们比较计算（近似）的吸收光谱与精确的结果。这些都是从方法的pseudomodes，我们证明是能够确定的确切光谱小聚集体和一些pseudomodes。事实证明，在所考虑的情况下，这两种方法的结果大多相当一致。讨论了这两种方法的优缺点。
2010-08-20 cond-mat.soft physics.chem-ph quant-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
Excitons: Energetics and spatio-temporal dynamics
Queens College, City University of New York（纽约市立大学皇后学院）；Graduate Center, City University of New York（纽约市立大学研究生院）；Goethe University Frankfurt（法兰克福歌德大学）；Institute of Chemistry, Academia Sinica（中央研究院化学研究所）；National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学中心）；University of California, Riverside（加州大学河滨分校）
本文综述了激子在复杂系统中的能量学与时空动力学研究，探讨了其在纳米材料、多色基大分子等复杂结构中的行为及影响因素。
2025-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
