Ab initio study of the magnetic exchange coupling constants of a structural model [CaMn3IIIMnII] of the oxygen evolving center in photosystem II

文献情報

出版日 2009-03-12
DOI 10.1039/B819444K
インパクトファクター 3.676
著者

Heike Fliegl, Karin Fink, Christopher E. Anson


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要旨

A new structural model for the oxygen evolving center in photosystem II was recently synthesized and characterized by Hewitt et al. (Chem. Commun., 2006, 2650). A simplified Heisenberg model Hamiltonian with only two independent constants was applied to extract the magnetic spin-coupling constants Jij of the mixed valent Mn4 system. In the present study, all six possible coupling constants are calculated by ab initio methods in order to obtain a detailed understanding of the magnetic behavior of the system. The broken symmetry approach of Noodleman is applied using density functional theory (DFT). Two different approaches are compared. On the one hand, the coupling constants are obtained from calculations on eight different determinants which describe the high-spin state as well as different broken-symmetry states of the tetranuclear cluster. On the other hand, a pair approach that permits a direct calculation of the individual coupling constants is used. For the pair approach, the coupling constants are also obtained from modified CASCI (complete active space configuration interaction) calculations. With the different sets of coupling constants, the full Heisenberg Hamiltonian of the four center problem is used to calculate the magnetic susceptibilities, which are then compared with the experimental values.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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