Understanding photosynthetic light-harvesting: a bottom up theoretical approach

文献情報

出版日 2013-01-14
DOI 10.1039/C3CP43439G
インパクトファクター 3.676
著者

Thomas Renger, Frank Müh


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要旨

We discuss a bottom up approach for modeling photosynthetic light-harvesting. Methods are reviewed for a full structure-based parameterization of the Hamiltonian of pigment–protein complexes (PPCs). These parameters comprise (i) the local transition energies of the pigments in their binding sites in the protein, the site energies; (ii) the couplings between optical transitions of the pigments, the excitonic couplings; and (iii) the spectral density characterizing the dynamic modulation of pigment transition energies and excitonic couplings by protein vibrations. Starting with quantum mechanics perturbation theory, we provide a microscopic foundation for the standard PPC Hamiltonian and relate the expressions obtained for its matrix elements to quantities that can be calculated with classical molecular mechanics/electrostatics approaches including the whole PPC in atomic detail and using charge and transition densities obtained with quantum chemical calculations on the isolated building blocks of the PPC. In the second part of this perspective, the Hamiltonian is utilized to describe the quantum dynamics of excitons. Situations are discussed that differ in the relative strength of excitonic and exciton-vibrational coupling. The predictive power of the approaches is demonstrated in application to different PPCs, and challenges for future work are outlined.

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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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