Quantum coherent energy transport in the Fenna–Matthews–Olson complex at low temperature
Notice bibliographique
Résumé
In the primary step of natural light harvesting, the solar photon energy is captured in a photoexcited electron-hole pair, or an exciton, in chlorophyll. Its conversion to chemical potential occurs in the special pair reaction center, which is reached by downhill ultrafast excited-state energy transport through a network of chromophores. Being inherently quantum, transport could in principle occur via a matter wave, with vast implications for efficiency. How long a matter wave remains coherent is determined by the intensity by which the exciton is disturbed by the noisy biological environment. The stronger this is, the stronger the electronic coupling between chromophores must be to overcome the fluctuations and phase shifts. The current consensus is that under physiological conditions, quantum coherence vanishes on the 10-fs time scale, rendering it irrelevant for the observed picosecond transfer. Yet, at low-enough temperature, quantum coherence should in principle be present. Here, we reveal the onset of longer-lived electronic coherence at extremely low temperatures of ∼20 K. Using two-dimensional electronic spectroscopy, we determine the exciton coherence times in the Fenna-Matthew-Olson complex over an extensive temperature range. At 20 K, coherence persists out to 200 fs (close to the antenna) and marginally up to 500 fs at the reaction center. It decays markedly faster with modest increases in temperature to become irrelevant above 150 K. At low temperature, the fragile electronic coherence can be separated from the robust vibrational coherence, using a rigorous theoretical analysis. We believe that by this generic principle, light harvesting becomes robust against otherwise fragile quantum effects.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».