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Enregistrement W2977555651

Ab Initio Molecular Vibrations Enable Reliable Exciton Dynamics Simulations

2017· dissertation· en· W2977555651 sur OpenAlexfundno aff
Samuel M. Blau

Notice bibliographique

RevueDigital Access to Scholarship at Harvard (DASH) (Harvard University) · 2017
Typedissertation
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueMolecular Junctions and Nanostructures
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesBasic Energy SciencesOffice of ScienceCanadian Institute for Advanced ResearchJohn Templeton FoundationU.S. Department of Energy
Mots-clésExcitonAb initioMolecular dynamicsVibrationDynamics (music)PhysicsAb initio quantum chemistry methodsStatistical physicsComputational chemistryChemical physicsMolecular physicsChemistryQuantum mechanicsMoleculeAcoustics
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

In 2007, Engel’s proposal of long-lived coherence in photosynthesis precipitated substantial efforts to understand the role of quantum effects in biology. While much progress has been made in the last decade, the timescale, type, and functional importance of coherence coupled to thermal vibrations remains poorly understood.\nIn this dissertation, I simulate and disentangle excitation dynamics in the presence of complex vibrational environments for a light-harvesting protein and a synthetic dimer, both of which are controversial. I develop new techniques and leverage substantial computational resources to employ accurate ab initio methods that were previously considered prohibitively expensive.\nI examine phycobiliprotein PC645, a light-harvesting complex found in cryptophyte algae and, contrary to previous literature, I show that the protein’s key function proceeds via an incoherent mechanism. For the first time, I extract spectral densities from ab initio molecular dynamics (AIMD) combined with density functional theory excited state calculations. I obtain the first-ever quantitative reproduction of experimental linear spectra from first principles for a pigment-protein complex and find that stronger than expected environmental vibrations control the pathways of excitation transport. I generalize my findings using a model vibronic dimer, defining regimes of vibronic transport and demonstrating that biological systems are outside of the coherent regime.\nI then investigate three controversial synthetic fluorescein heterodimers that were engineered with the goal of providing a model system for understanding coherent energy transfer in multichromophoric systems. I extract Hamiltonians and spectral densities using AIMD and find electronic couplings an order of magnitude larger than previously thought. I calculate coherence dynamics and a trajectory of 2D spectra and demonstrate that electronic coherence persists for just 100-150 femtoseconds, after which long-lived vibrationally driven coherences persist for hundreds of femtoseconds. Thus, I resolve the controversy and confirm that while electronic coherence can be engineered in artificial molecular systems, it will not persist for a picosecond, as previously claimed.\nLeveraging ab initio methods, I have extracted mechanistic detail and clarified the presence and functional relevance of coherence in two controversial systems. However, significant experimental and computational challenges remain to enable the rational design of next-generation materials for light-harvesting and energy transport.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,004
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,008
Score d'incertitude au seuil0,019

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0060,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,013
Tête enseignante GPT0,232
Écart entre enseignants0,219 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2017
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Résumé présentoui

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