复杂分子环境中的电子激发：VOTCA-XTP 中的多体格林函数理论
计算物理
2019-12-17 v1 化学物理
摘要
在 GW 近似和 Bethe-Salpeter 方程（BSE）下的多体格林函数理论已在开源软件 VOTCA-XTP 中实现，旨在计算复杂分子环境中的电子激发态。基于高斯型原子轨道并利用恒等分解技术，该代码专为非周期系统设计。对小分子参考集的应用成功验证了该方法及其实现，涵盖单分子中 2-8 eV 能量范围的多种激发类型。进一步，将每次 GW-BSE 计算嵌入通常取自分子动力学、具有原子级分辨的周围环境中，可解释源于局域场和极化的效应。以水溶液中的 DNA 作为原型系统，展示了此 GW-BSE/MM 设置中区域间不同水平的静电耦合。特别关注了腺嘌呤碱基对中的电荷转移（CT）激发。发现其能量对环境 specifics 和极化效应极为敏感。与真空中处理的核苷酸二聚体相比，计算得到的 CT 激发能红移约为 1 eV，与实验数据预期相符。预测的最低 CT 能量低于单核苷酸激发能，表明此类紫外激发态可能初始（快速）衰变为双核苷酸 CT 激子。结果表明，VOTCA-XTP 的 GW-BSE/MM 是研究复杂分子环境中广泛类型电子激发的有力工具。
引用
@article{arxiv.1811.03645,
title = {Electronic Excitations in Complex Molecular Environments: Many-Body Green's Functions Theory in VOTCA-XTP},
author = {Jens Wehner and Lothar Brombacher and Joshua Brown and Christoph Junghans and Onur Caylak and Yuriy Khalak and Pranav Madhikar and Gianluca Tirimbo and Bjoern Baumeier},
journal= {arXiv preprint arXiv:1811.03645},
year = {2019}
}