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
Formally Exact Simulations of Mesoscale Exciton Diffusion in a Photosynthetic Aggregate
植物和细菌的光合装置将原子级精确的色素-蛋白质复合物与动态膜结构相结合，以控制10-100 nm长度尺度上的能量传递。最近，合成材料已整合光合天线蛋白质，以提高激子的运输，虽然在这些生物杂化材料的激发态动力学的人工包装的影响仍然不清楚。在这里，我们使用自适应纯态层次（adHOPS）对具有一系列堆积密度的集光复合物2（LH 2）的人工聚集体内的激发能转移进行形式上精确的模拟。我们发现，LH 2聚集体支持一个显着的激子扩散长度范围从100 nm的生物堆积密度到300 nm的dendritic包装以前建议在人工聚集体。这些计算的空前规模也强调了adHOPS在现实分子材料中模拟激发态过程的效率。
2023-01-11 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
Simulating Exciton Transport with Complex Absorbing Potentials
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校）
本文提出基于复吸收势的随机框架，用于研究大分子聚集体中的激子输运，通过分析空位缺陷和系统大小对二维片状和准一维管状结构中激子动力学的影响，建立了分子排列与输运行为的分类方案。
2026-05-17 physics.chem-ph
Exciton-Exciton Annihilation Is Coherently Suppressed in H-Aggregates, but Not in J-Aggregates
我们从理论上证明了（单重态）激子之间的湮灭率对分子间偶极-偶极耦合的符号有很强的依赖性。对于分子的H-聚集体，这个符号是积极的，离域的两个激子波函数的相位关系导致的湮灭概率的相消干涉。对于J-聚集体，这个符号是负的，干扰是建设性的，作为其结果，没有这样的相干抑制的湮灭率发生。因此，典型的H-和J-聚集体的室温湮没率相差约3倍，而一个数量级的差异被发现为低温聚集体与低程度的混乱。这些发现，解释了实验观察，揭示了激子激子湮灭的基本原理，涉及高激发密度的技术设备和实验研究的重大影响。
2017-05-16 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Optical Signatures of the Coupling between Excitons and Charge Transfer States in Linear Molecular Aggregates
电荷转移（CT）由于对分子结构的实验控制的增加而受到持续的关注，导致在例如光致发光和制氢中的应用。在本文中，我们调查CT状态的线性分子聚集体的吸收光谱的散射矩阵技术，使我们能够处理任意大的系统上的效果。所提出的理论表现良好的强和弱混合的激子和CT状态，弥合以前采用的方法，适用于这些限制之一之间的差距。在实验光谱中，均匀线宽通常太大，无法单独分辨所有光学允许的跃迁，导致在弱耦合和强耦合区都有特征双峰吸收光谱。使用散射矩阵技术，我们详细研究自由态和束缚态的贡献。我们的结论是，高频峰的偏斜度可以作为一种新的方法来识别激子-CT态耦合强度。
2022-04-08 physics.chem-ph
Role of Triplet-State Shelving in Organic Photovoltaics: Single-Chain Aggregates of Poly(3-hexylthiophene) versus Mesoscopic Multichain Aggregates
关于聚合物太阳能电池的功能，三重态激子一直是相当关注的焦点，因为这些物质是长寿命的，并且淬灭随后在其附近产生的单重态激子。三重态在聚（3-己基噻吩）（P3 HT）中的作用已被广泛研究，关于其重要性的结论相反。我们通过分析孤立的单链聚集体和多链介观聚集体的光致发光（PL），探讨了三重态在P3 HT中的各种作用。溶剂蒸气退火允许由~20条链组成的P3 HT聚集体的确定性生长，与单链聚集体相比，其表现出红移和加宽的PL。与单链聚集体相比，多链聚集体的光子反聚束对比度降低，这意味着链间激子耦合和能量转移较弱。然而，三重态猝灭氧对PL的影响和聚合PL的光子相关分析表明，三重态猝灭的分子间相互作用在体状态。
2018-02-13 physics.chem-ph
Photonics meets excitonics: natural and artificial molecular aggregates
有机分子以电荷中性的分子激发--弗伦克尔激子--的形式储存吸收光的能量。通常，在无定形有机材料中，激子被视为准粒子，位于单个分子上，随机扩散通过结构。然而，不相干跳跃的图像不适用于某些类别的分子聚集体-在单个亚基中的电子激发之间具有强近场相互作用的分子组装体。分子聚集体可以在自然界中、植物和细菌的光合复合体中发现，它们也可以以各种形式人工产生，包括准一维链、二维膜、管等。在这些结构中，光被许多分子集体吸收，并且以下分子激发动力学具有相干性质。这种由相干激子动力学介导的能量传递机制类似于电磁波通过纳米尺度上的结构化介质的传播。在激子弛豫发生之前，吸收的能量可以在数百纳米的距离上共振转移。此外，分子聚集体的空间和能量景观可以使激子能量能够在聚集体内或聚集体外的少量分子中分布。在这篇综述中，我们通过描述目前对分子聚集体中激子动力学的理解，在光子学和激子学领域之间建立了一座桥梁。
2013-03-30 cond-mat.mes-hall 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
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
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
Stochastically Realized Observables for Excitonic Molecular Aggregates
我们表明，一个随机的方法，使大的2维和纳米管激子分子聚集体的光学性质的计算。以前的研究，这种系统依赖于数值对角化的密集和无序的弗伦克尔哈密顿量，其规模约为$\mathcal{O}(N^3)$的$N$染料分子。我们的方法比$\mathcal{O}(N\log(N))$更有效地扩展，能够快速研究具有微米级耦合分子的系统。我们计算了几个重要的实验观测值，包括光吸收谱和态密度，并发展了一个随机形式的参与率。与传统的矩阵对角化方法的定量协议被证明为小型和中型系统。的随机方法，使网站能量的空间相关性的影响的研究上的光学签名的大的2D聚集体。我们的研究结果表明，随机方法提出了一个前进的道路，筛选结构参数和验证实验和理论预测在大激子聚集体。
2020-08-30 physics.chem-ph physics.comp-ph
Perturbation of Exciton Aggregate Coupling by Optical Excitation in Crystalline Perfluoropentacene Films
通过单线态激子裂变的载流子倍增增强有机固体中的光伏转换效率。一个单重态激子衰变为两个三重态有望克服肖克利-奎塞尔极限，因为每个吸收的光子可以收获多达两个电子。分子间耦合被认为是强制性的，单重态激子裂变和带状运输。这种耦合表现为$e.g.$，在结晶有机固体中最低能量激子跃迁的Davydov分裂。对于模型系统全氟并五苯，相应的过渡在实验中，偏振分辨吸收光谱的H-和J-聚集的概念的基础上，通过理论计算确定。光注入到基本激子跃迁的第一振动级数中显著地扰动了与$S_0 \rightarrow S_3$跃迁的H型聚集体相关的较高能量跃迁，所述较高能量跃迁在有效的单线态激子裂变期间和之后。这些发现强调了有效的载流子提取的必要性，因为三重态积累可能对单重态激子裂变和任何潜在的带状传输都是有害的。更一般地说，我们的观察表明，电子激发可以扰动有机晶体中的电子能带结构，并通过潜在地扭曲晶格来突出它们的相关性质。
2016-12-15 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
Calculating excited states of molecular aggregates by the renormalized excitonic method
本文将新近发展起来的从头算重正化激子方法（REM）推广到含时密度泛函理论（TDDFT）中，应用于各种分子聚集体的激发能计算。所测试的分子聚集体系统包括一维氢键水链、具有$π$ - $π$堆积或范德华相互作用的环状晶体以及具有极性和非极性溶质的一般水性系统。基组因子以及交换相关泛函的影响也进行了研究。结果表明，选择合适的基组和交换相关泛函，REM-TDDFT方法能够以经济的计算代价，较好地描述分子聚集体体系中最低电子激发态的激发能和激发面积.结果表明，REM-TDDFT的激发能与标准TDDFT的偏差小于0.1eV，计算时间可减少一个数量级。
2013-05-05 cond-mat.other physics.chem-ph
A New Efficient Method for Calculation of Frenkel Exciton Parameters in Molecular Aggregates
Frenkel激子哈密顿量是许多分子聚集体中激发能转移模拟的核心。它将聚集体分离成库仑偶联单体。在这里，它示出了相应的参数，即单体激发能和库仑耦合之间的跃迁密度，可以有效地使用依赖于时间的紧束缚为基础的密度泛函理论（TD-DFTB）计算。具体而言，库仑耦合表示在自洽确定的Mulliken过渡电荷。耦合符号的确定需要额外的超分子计算。该方法适用于两个二聚体系统。首先，甲醛肟的详细比较与标准DFT使用的B3 LYP和PBE功能。其次，库仑耦合的依赖于分子间的坐标进行了探讨？双酰亚胺二聚体。这为先前观察到的该染料的双相聚集行为提供了结构证据。
2013-12-22 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
Robust Surface-Induced Enhancement of Exciton Transport in Magic-Angle-Oriented Molecular Aggregates
University of Notre Dame（圣母大学）；Academia Sinica（中央研究院）
研究通过宏观量子电动力学框架揭示了银表面诱导的激发子传输增强机制，发现近场耦合和金属表面辐射散射对扩散系数有显著影响。
2025-07-18 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
Plasmon-Exciton Coupling and Dephasing in Hybrid Au Nanostructure/J-Aggregate Systems
University of Notre Dame（圣母大学）
研究了Au纳米结构中传播的表面等离子体极化子与氰基染料J-聚合物激发子的耦合，通过泄漏辐射显微镜发现耦合导致寿命减少，主要源于能量耗散到J-聚合物的暗态。
2026-04-23 physics.chem-ph physics.plasm-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
Role of disorder and fluctuation on charge migration dynamics in molecular aggregate with quantum mechanical network
利用具有复杂相互作用的模型哈密顿量，研究了结构无序和动态晶格涨落对分子聚集体量子网络中从局域激子诞生开始的电荷迁移动力学的影响.为了简单起见，这里假设所有单体都是相同的。利用哈密顿矩阵的固有稀疏性，我们可以研究具有涨落相互作用的量子网络动力学的基本特征。电子动力学计算中无序参数、单体的动能和有效质量的变化揭示了大尺度分子聚集体中静态无序和动态涨落对电子动力学的影响。聚集体结构的无序抑制电荷分离，而分子运动在较小质量的情况下促进电荷扩散。这些发现是通过使用一个新引入的公式，用于评估分子聚集体中的电荷分离，这是有用的其他分析涉及的分子/原子聚集体中的电荷迁移动力学。这项工作提供了一种方法，获得一个量子力学的扩散和迁移的激子和电荷密度的一般分子聚集体，这提供了一个基本的理解纳米复合材料的电子功能的时间依赖性的图片。
2020-03-31 physics.chem-ph
Exact description of excitonic dynamics in molecular aggregates weakly driven by light
我们提出了一个严格的理论描述的激子动力学的分子捕光聚集体光激发的弱强度辐射的任意属性。虽然与光的相互作用包括到第二阶，治疗的激发-环境耦合是准确的，并导致在一个精确的表达式为减少激子密度矩阵，这是明显相关的光谱图片的光激发过程。该表达式充分考虑了由与光的两种相互作用触发的环境重组过程。这对于缓慢环境和/或强激发-环境耦合特别重要。在指数分解方案中，我们展示了我们的结果如何可以被改写为运动方程（HEOM）的层次结构，明确和一贯地包括光激发步骤。我们分析描述的环境重组动力学触发的一个三角洲样激发的一个单一的发色团，并演示了我们的HEOM，在适当的限制，减少到Redfield方程，包括脉冲光激发和非平衡Foerster理论。我们还讨论了我们的形式主义相结合的Born-Markov-HEOM方法的热光激发的情况下的关系。
2020-12-29 cond-mat.mes-hall 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
Frenkel biexcitons in hybrid HJ photophysical aggregates
Frenkel激子，有机半导体中的主要光激发，明确地负责这类材料的光学性质，被预测形成\emph{bound}激子对，即，双激子这些是关键的中间体，在许多相关的电子物理过程中无处不在;例如，它们决定了这种系统中的激子双分子湮灭动力学。因此，破译双激子关联的细节对于理解这些半导体中的光学过程至关重要。然而，到目前为止，由于它们的光谱模糊性，只有很少的直接证据表明束缚双激子，限制了可以获得的见解。此外，到目前为止还缺乏描述双激子相关性/稳定性的量子力学基础。通过采用非线性相干光谱，我们确定在这里绑定的双激子的模型聚合物半导体。我们发现，出乎意料的是，激子与\emph{interchain}电子振动色散揭示\emph{intrachain}双激子相关，反之亦然。此外，使用Frenkel激子模型，我们可以将双激子结合能与由量子化学量化的分子参数相关联，包括激子-激子相互作用的大小和符号以及位间跳跃能。因此，我们的工作有望为聚合物半导体及其他材料中的多体电子结构提供一个全面了解的窗口;例如，其它激子系统如有机半导体晶体、分子聚集体、光合捕光复合物或DNA。
2021-06-19 cond-mat.mtrl-sci 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
The J- and H-bands of dye aggregate spectra: Analysis of the coherent exciton scattering (CES) approximation
CES近似的有效性进行了研究比较与直接对角化的模型振动哈密顿的$N$相同的单体相互作用电子。即使是相当短的聚集体（N \gtrsim 6）的CES近似示出，以得到与直接对角化的协议，为所有的耦合强度，除了中间正耦合（H带区域）的结果。然而，先前在H带区域获得了CES计算和测量光谱的极好的一致性[A. J. S. Briggs，Chem.Phys.324，376]。这是由于使用测得的单体光谱，其中包括隐含的耗散效应不存在于模型计算。
2010-08-21 cond-mat.mes-hall 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
On the importance of multi-configurational and exchange effects in molecular aggregates
Universität Rostock（罗斯托克大学）；Leibniz-Institut für Katalyse e.V. (LIKAT)（莱布尼兹催化研究所）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文扩展Frenkel激子模型以纳入交换相互作用，提出非微扰变分表达式，可显著改变耦合符号与大小，从而影响聚集体类型预测，推进多组态体系的光物理建模。
2026-09-23 physics.chem-ph
Memory-assisted exciton diffusion in the chlorosome light-harvesting antenna of green sulfur bacteria
绿色体可能是最大和最有效的自然光捕获光合天线系统。它们是由大量的细菌叶绿素组织成超分子聚集体。利用最近解析的结构和原子细节模拟，我们探索了叶绿体中快速激发能转移的微观起源。尽管细菌叶绿素的电子跃迁的动力学无序效应，我们的模拟表明，激子离域在整个聚集体在约200 fs。与动力学无序相关联的记忆效应有助于激子通过聚集体扩散，并且与没有记忆的模型相比，将扩散系数提高为两个因子。此外，激子在叶绿体中的扩散被发现是高度各向异性的优先转移到基板，这是下一个功能元件在光合系统。
2012-06-25 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.SC
Exciton Transfer Integrals Between Polymer Chains
线偶极近似的激子转移积分，$J$，共轭聚合物链之间的评估是严格合理的。使用这种近似，以及平面波近似的激子中心的质量波函数，它被解析地示出，$J \sim L$当链长小于它们之间的分离，或$J\sim L^{-1}$当链长大于它们的分离，其中$L$是聚合物的长度。标度关系也得到数值更现实的驻波近似的激子中心的质量波函数，在那里发现，对于链长度大于其分离$J \sim L^{-1.8}$或$J \sim L^{-2}$，分别为平行或共线链。这些结果对共轭聚合物和自组装分子系统的光物理具有重要意义，因为聚集体中的Davydov分裂和激子迁移的Förster转移速率随着链长大于它们的分离而减小。后一种结果对于聚合物光伏器件的性能具有明显的有害后果。
2007-03-26 physics.chem-ph
Manipulation of two-photon fluorescence spectra of chromophore aggregates with entangled photons: A simulation study
纠缠光子的非经典光谱和时间特性为研究光合作用复合体中激子的相互作用和特定激发态的激发提供了新的可能性。在细菌反应中心的纠缠光诱导的荧光模拟表明，双激子状态的选择性，这是不可能使用经典的随机光具有相同的功率谱。
2012-11-02 physics.chem-ph physics.optics quant-ph
Graphs that predict exciton delocalization
本文提出利用离散数学中的扩展图结构设计分子耦合网络，以产生能隙从而增强系统对无序的鲁棒性，维持激子相干性与离域，为分子激子学开辟新方向。
2025-02-03 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
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
Towards an ab initio theory for metal L-edge soft X-ray spectroscopy of molecular aggregates
采用有限活性空间自洽场方法，采用Frenkel激子模型描述了多核过渡金属配合物的X射线吸收和共振非弹性散射谱。所提出的方法允许大幅降低计算资源的要求，如果相比，一个完整的超分子量子化学处理。这尤其适用于对电子跃迁电荷密度采用偶极近似的情况。计算协议被施加到氯高铁血红素复合物，在水溶液中形成二聚体的X射线光谱的计算。聚集效应被认为是由于溶剂分子的轴向配体的替代光谱的改变相媲美。
2016-06-06 physics.chem-ph
Mesoscopic Quantum Emitters from Deterministic Aggregates of Conjugated Polymers
对术语“分子”的一个吸引人的定义源于对荧光性质的考虑，其中离散的分子实体发射单光子流。我们解决的问题，多大的分子对象可能会成为增长确定性聚集体从单一的共轭聚合物链。由于有效的激发能转移，即使含有几十个单独链的颗粒仍然表现为单个量子发射体，而亮度由于超结构的增加的吸收截面而提高。激发能可以通过相干和非相干耦合在这些聚集体中的单个聚合物发色团之间离域，这通过它们不同的光谱指纹来区分。相干耦合是由激发态寿命的十倍增加和相应的光谱红移确定的。激子猝灭由于非相干FRET变得更加显着的聚集体尺寸的增加，导致单聚集体发射的特点是强烈的闪烁。这种介观尺度的方法使我们能够识别分子间的相互作用，不存在于孤立的链，是不可访问的散装电影，他们存在，但掩盖了混乱。
2016-12-09 physics.chem-ph
Excitation Transport in Molecular Aggregates with thermal motion
在一定条件下，分子聚集体可以通过偶极-偶极相互作用将电子激发能传输到很远的距离。在这里，我们探讨在何种程度上整个单体的热运动可以引导或增强这种激发运输。这种运动引起聚集体几何结构的变化，从而改变激子态。在某些条件下，激发能因此可以由聚集体折射地传输，遵循一定的激子本征态。虽然这样的运输总是慢于直接迁移通过偶极-偶极相互作用，我们表明，通过运动的运输可以产生更高的运输效率，在现场的能量紊乱的存在下，比静态对应。为此，我们考虑两个简单的模型的分子运动：（i）纵向振动的单体沿聚集方向内的分子间的结合潜力和（ii）扭转运动的平面单体在一个平面正交的聚集方向。所使用的参数和潜在的形状是相关的染料分子聚集体。我们采用量子经典方法，其中分子通过简化的经典分子动力学运动，而激发输运处理量子力学使用薛定谔方程。对于这两种模型，我们发现参数制度中的运动增强激发运输，然而，这些是更现实的扭转的情况下，由于有限的运动范围内的一个典型的莫尔斯型分子间的潜力。我们最后表明，传输增强可以联系到绝热量子动力学。这种通过绝热运动的输运增强似乎是一个有用的资源，以打击激子捕获的混乱。
2020-12-19 physics.atm-clus physics.atom-ph 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
Polariton-assisted Singlet Fission in Acene Aggregates
单线态裂变是通过提供增加在选择材料中吸收的每个光子的激子的量子产率的途径来增加有机光致发光中的能量转换效率的重要候选者。我们研究了并苯在强光-物质相互作用（极化激元）体系中激子量子产率的依赖关系，其中材料嵌入光学微腔中。从一个开放的量子系统的方法开始，我们建立了一个动力学模型的猝灭剂的存在下，感兴趣的物种的时间演化，并表明极化激元可以减少或增加激子量子产率相比，无腔的情况下。特别是，我们发现，hexacene，一个典型的穷人单线态裂变的候选人，可以提供更高的产量比腔无pentacene时，辅助极化激元效应。同样，我们表明，并五苯产率可以增加时，极化激元状态的帮助。最后，我们解决了如何在有损耗的微腔中的亮态和暗态之间的各种弛豫过程影响极化激元光化学。我们的研究结果还提供了关于如何选择微腔以增强类似相关化学过程的见解。
2018-01-09 physics.app-ph physics.chem-ph quant-ph
Elucidating the Synergetic Interplay between Average Intermolecular Coupling and Coupling Disorder in Short-Time Exciton Transfer
University of Notre Dame（圣母大学）
本文研究了短时间激子动力学中平均分子间耦合与耦合无序的协同作用，通过分析框架揭示了其对激子传输的影响，为复杂介电介质中无序分子团的超快能量流动提供了理论基础。
2026-03-24 physics.chem-ph quant-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
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
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
Intermolecular CT excitons enable nanosecond excited-state lifetimes in NIR-absorbing non-fullerene acceptors for efficient organic solar cells
本文揭示了Y6型非富勒烯受体因薄膜中独特分子堆积形成强分子间电荷转移激子，降低非绝热电子-振动耦合并抑制非辐射复合，从而实现纳秒级激发态寿命，为高效近红外有机太阳能电池的设计提供了分子层面的机理解释。
2023-04-19 physics.chem-ph
A Visual Understanding of Circular Dichroism Spectroscopy: The Case of Interacting Chromophores
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本研究通过计算分析揭示耦合分子二聚体中圆二色信号的微观起源，区分拓扑与固有手性，并建立基于跃迁手性张量（TCT）的定量框架，为解释复杂多发色团系统的手性光学响应奠定基础。
2026-10-01 physics.chem-ph
Robust and fragile quantum effects in the transfer kinetics of delocalized excitons between B850 units of LH2 complexes
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）
研究揭示了LH2复合物B850单元间激子转移动力学中量子效应的鲁棒性与脆弱性，通过广义主方程分析距离、角度和能量对转移速率的影响。
2026-01-05 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Linear and nonlinear optics of hybrid plasmon-exciton nanomaterials in the presence of overlapping resonances
我们考虑一个混合等离子激元激子系统的共振分子子系统和三个Au线支持偶极模式，可以耦合到一个暗模式在可控的方式通过变化的对称参数。在强耦合条件下，这样一个系统的物理进行了详细研究。它示出，如果支持暗模式的两个线覆盖有分子层的系统表现出四个共振模式的强耦合制度，由于在这种情况下的分子状态的不对称性和解除简并，而在具有分子聚集体覆盖的顶部线与偶极模式，出现三个共振模式。利用泵浦-探测模拟研究了等离子激元-激子材料的量子动力学特性，并找到了控制等离子激元-激子材料的可能途径。它表明，一个可以设计具有高度显着的Fano型共振时，飞秒激光激发的混合纳米材料。
2015-03-24 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
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
Quantum nonlinear optics with polar J-aggregates in microcavities
我们发现，具有永久电偶极矩的有机染料分子嵌入微腔中的系综可以在单光子水平上导致强的光学非线性。由于它们的永久偶极子，发色团之间的强长程静电相互作用引入了微腔中光-物质耦合的所需非线性。我们得到了在激子-光子与腔场强耦合的影响下，弱探测场的吸收谱。使用现实的参数，我们表明，一个单一的腔光子可以显着修改介质的吸收和色散响应的探测光子在不同的频率。最后，我们表明，该系统是在一个广泛的透明窗口染料二聚体的腔诱导透明的制度。我们说明了我们的研究结果使用伪异氰氯化物（PIC）J-聚集体在目前可用的光学微腔。
2014-09-05 physics.chem-ph physics.optics quant-ph
Photon correlation time-asymmetry and dynamical coherence in multichromophoric systems
研究多色系统在激子-声子相互作用下光子关联的时间不对称性，发现FMO复合体违反经典界限，提出光子关联不对称性是探测分子聚集体量子相干动力学的有效方法。
2024-04-24 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Chain Conformation and Exciton Delocalization in a Push-Pull Conjugated Polymer
本研究以推挽共聚物DPP-DTT为对象，结合多种光谱技术与计算方法，发现溶液浓度升高会促进链有序性提升、激子离域增强，为有机光电器件的聚合物加工调控提供了新思路。
2023-11-05 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Two-dimensional spatial coherence of excitons in semicrystalline polymeric semiconductors: The effect of molecular weight
大分子半导体薄膜的电子性质在很大程度上取决于它们的固态微结构，而固态微结构又受到所选加工条件以及聚合物化学性质和分子量的控制。具体而言，低分子量材料形成共面$π$堆叠分子的结晶域，而较高分子量聚合物的通常缠结性质导致由通过无定形区域互连的分子有序微晶组成的微结构。在这里，我们研究扩展激子状态之间的相互作用，沿着聚合物主链和跨聚合物链内的$π$堆栈离域，取决于分子量的结构发展。我们结合光学光谱，热探针，和理论建模，专注于纯聚（3-己基噻吩）（P3 HT），最广泛研究的聚合物半导体之一，重均分子量为3- 450\，kg/mol。链内的空间相干性显著降低（降低近30%）。这些观察结果提供了有价值的结构信息，他们建议，在高分子量P3 HT的聚集区域的大分子采用更平面的构象相比，低分子量的材料。这导致所观察到的链内激子相干性的增加。相比之下，较短的链似乎导致扭转更无序的架构。一个严格的，基本的描述初级光激发在$π$共轭聚合物，因此开发：二维激子定义的链长依赖的分子排列和互连的共轭大分子，导致分子内和分子间的空间相干性之间的相互作用。
2013-06-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.chem-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
