Atomistic non-adiabatic dynamics of the LH2 complex with a GPU-accelerated ab initio exciton model

文献情報

出版日 2017-03-28
DOI 10.1039/C7CP00492C
インパクトファクター 3.676
著者

Clem Stross, Simon McIntosh-Smith, Edward G. Hohenstein, Fred R. Manby


原文を見る

要旨

We recently outlined an efficient multi-tiered parallel ab initio excitonic framework that utilizes time dependent density functional theory (TDDFT) to calculate ground and excited state energies and gradients of large supramolecular complexes in atomistic detail – enabling us to undertake non-adiabatic simulations which explicitly account for the coupled anharmonic vibrational motion of all the constituent atoms in a supramolecular system. Here we apply that framework to the 27 coupled bacterio-chlorophyll-a chromophores which make up the LH2 complex, using it to compute an on-the-fly nonadiabatic surface-hopping (SH) trajectory of electronically excited LH2. Part one of this article is focussed on calibrating our ab initio exciton Hamiltonian using two key parameters: a shift δ, which corrects for the error in TDDFT vertical excitation energies; and an effective dielectric constant ε, which describes the average screening of the transition-dipole coupling between chromophores. Using snapshots obtained from equilibrium molecular dynamics simulations (MD) of LH2, we tune the values of both δ and ε through fitting to the thermally broadened experimental absorption spectrum, giving a linear absorption spectrum that agrees reasonably well with experiment. In part two of this article, we construct a time-resolved picture of the coupled vibrational and excitation energy transfer (EET) dynamics in the sub-picosecond regime following photo-excitation. Assuming Franck–Condon excitation of a narrow eigenstate band centred at 800 nm, we use surface hopping to follow a single nonadiabatic dynamics trajectory within the full eigenstate manifold. Consistent with experimental data, this trajectory gives timescales for B800→B850 population transfer (τB800→B850) between 650–1050 fs, and B800 population decay (τ800→) between 10–50 fs. The dynamical picture that emerges is one of rapidly fluctuating LH2 eigenstates that are delocalized over multiple chromophores and undergo frequent crossing on a femtosecond timescale as a result of the atomic vibrations of the constituent chromophores. The eigenstate fluctuations arise from disorder that is driven by vibrational dynamics with multiple characteristic timescales. The scalability of our ab initio excitonic computational framework across massively parallel architectures opens up the possibility of addressing a wide range of questions, including how specific dynamical motions impact both the pathways and efficiency of electronic energy-transfer within large supramolecular systems.

関連文献

The mechanistic exploration of porous activated graphene sheets-anchored SnO2nanocrystals for application in high-performance Li-ion battery anodes

Yingchang Yang, Xiaobo Ji, Fang Lu, Qiyuan Chen, Craig E. Banks

2013-08-07 Paper

DOI: 10.1039/C3CP52808A

Contents list

Front/Back Matter

DOI: 10.1039/C3CP90112B

Enantiotopic discrimination and director organization in the twist-bend nematic phase

Cristina Greco, Geoffrey R. Luckhurst, Alberta Ferrarini

2013-07-18 Communication

DOI: 10.1039/C3CP52222A

Contents list

Front/Back Matter

DOI: 10.1039/C3CP90114A

Back cover

Cover

DOI: 10.1039/C3CP90116E

Shape-dependent two-photon absorption in two-dimensionally extended benzoporphyrin arrays

Pyosang Kim, Sujin Ham, Juwon Oh, Hiroki Uoyama, Hajime Watanabe, Kazunari Tagawa, Hidemitsu Uno, Dongho Kim

2013-04-04 Communication

DOI: 10.1039/C3CP50166C

Strain driven enhancement of ferroelectricity and magnetoelectric effect in multiferroic tunnel junction

Dan Cao, Hai-bo Shu, Zhi-wei Jiao, Yun Zhou, Miao-gen Chen, Meng-qiu Cai, Wang-yu Hu

2013-08-02 Paper

DOI: 10.1039/C3CP51350E

Molecular rheometry: direct determination of viscosity in Lo and Ldlipid phases via fluorescence lifetime imaging

Yilei Wu, Agnieszka Olzyńska, Martin Hof, Gokhan Yahioglu, Duncan R. Casey, Oscar Ces, Jana Humpolíčková, Marina K. Kuimova

2013-07-09 Paper

DOI: 10.1039/C3CP51953H

Facile synthesis of novel Si nanoparticles–graphene composites as high-performance anode materials for Li-ion batteries

Min Zhou, Fan Pu, Zhao Wang, Tingwei Cai, Hao Chen, Haiyong Zhang, Shiyou Guan

2013-05-20 Paper

DOI: 10.1039/C3CP51276B

Stability of Si epoxide defects in Si nanowires: a mixed reactive force field/DFT study

Erik C. Neyts, Umedjon Khalilov, Bart Partoens

2013-07-16 Paper

DOI: 10.1039/C3CP51621K

こちらもおすすめ

化合物よくある質問

2-メトキシ-4-(メチルスルフィニル)アミンの主な用途は何ですか?

2-メトキシ-4-(メチルスルフィニル)アミンは、主に医薬品および農薬の製造に使用されます。また、合成化学の一部として研究用材料としても利用されます。

41608-73-52-Methoxy-4-(methyls...
化合物よくある質問

4-溴甲基-3-甲氧基苯甲酸は安全ですか?

安全ではありません。触覚や吸入に注意が必要で、適切な防護具を使用してください。

118684-13-24-(Bromomethyl)-3-me...
化合物よくある質問

4,6-二氯-N-甲基ピラミジンアミンの代替品はありますか?

代替品としては、4,6-二クロロピラミジンアミンや他のピラミジン系化合物が考えられます。ただし、目的と用途によって最適な代替品は異なります。

10397-15-64,6-Dichloro-N-methy...
化合物よくある質問

6-氯-4-甲基-1H-吲哚を含む廃棄物はどのように処理すべきですか?

6-氯-4-甲基-1H-吲哚の廃棄物は、適切な容器に収集し、密閉して保管します。温度は常温、湿度は低く、直射日光を避けて保管することを推奨します。廃棄処理は専門...

885520-84-36-chloro-4-methyl-1H...
化合物よくある質問

2-フローユロ-4-(トリフルオロメチル)ベンゾイドについて「に適用される法規ガイドラインは何ですか」

2-フローユロ-4-(トリフルオロメチル)ベンゾイドのCAS番号は207974-08-1です。この化合物はGHS分類で毒性物質と有害な反応物質として分類されます...

207974-08-1[2-Fluoro-4-(trifluo...
化合物よくある質問

4-ニトロフェニルN-[(ベンゼルオキシルカーボンイル]グリシングリシングリシン酸はどのように保存すればよいですか?

4-ニトロフェニルN-[(ベンゼルオキシルカーボンイル]グリシングリシングリシン酸は、室温で暗所に保管し、乾燥した環境で保存することを推奨します。容器は密閉性の...

19811-64-44-Nitrophenyl N-[(be...
化合物よくある質問

イソデスロラタドリンの代替品はありますか?

イソデスロラタドリンの代替品としては、デスロラタドリンや他の抗ヒスタミン薬が挙げられます。具体的には、デスロラタドリン、ラセカミド、フェルタドリンなどが、症状や...

183198-49-4Iso Desloratadine
化合物よくある質問

5-甲氧基-1,2,3,4-四氢异喹啉盐酸盐はどのように合成されますか?

5-甲氧基-1,2,3,4-四氢异喹啉盐酸盐の一般的な合成方法は、メタノール中で5-メトキシ-1,2,3,4-四ヒュドロイソキシンを塩酸で塩化します。この反応で...

103030-69-95-Methoxy-1,2,3,4-te...
化合物よくある質問

4-アミノ-5-メトキシ-2-トルエンサルホニック酸についての法規ガイドラインは何ですか?

CAS番号6471-78-9の4-アミノ-5-メトキシ-2-トルエンサルホニック酸は、GHS分類では corrosive(腐食性)と識別されます。EUのREAC...

6471-78-94-Amino-5-Methoxy-2-...
化合物よくある質問

甲基孕酮を取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

甲基孕酮の取り扱いは、PPE(個人保護具)の使用が必要な重要な安全事項を伴います。防塵マスク、ゴーグル、手袋を着用することが推奨されます。ドラフトチャンバーを使...

204063-33-22-[(Diphenylmethyl)a...

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.

おすすめ化合物

おすすめサプライヤー

免責事項
このページに表示される学術雑誌情報は、参考および研究目的のみを目的としています。当社は雑誌出版社とは提携しておらず、投稿の取り扱いも行っておりません。出版に関するお問い合わせは、各雑誌出版社に直接ご連絡ください。
表示されている情報に誤りがある場合は、support@chemtradehub.com までご連絡ください。迅速に確認し、対応いたします。