异质体系中电子与质子耦合量子动力学的第一性原理方法
化学物理
2023-11-07 v2 计算物理
摘要
电子与质子的耦合量子动力学普遍存在于许多涉及光-物质相互作用的动力学过程中，例如化学体系中的太阳能转换与光合作用。对此类核-电子量子动力学的第一性原理描述不仅需要对非平衡电子动力学进行含时处理，还需要对量子质子进行含时处理。电子与质子之间的量子力学关联进一步增加了此类耦合动力学的复杂性。在此，我们将实时核-电子轨道含时密度泛函理论（RT-NEO-TDDFT）推广至周期体系，并对复杂异质体系中电子与质子的耦合量子动力学进行第一性原理模拟。所研究的过程为水中以及硅（111）半导体-分子界面处邻羟基苯甲醛的电子激发态分子内质子转移。这些模拟阐明了氢键水分子与扩展材料表面等环境如何在原子尺度上影响该动力学过程。取决于分子在表面的化学吸附方式，从分子到半导体表面的激发态电子转移可抑制分子内的超快质子转移。本工作阐明了异质环境如何影响量子力学质子转移与激发电子动力学之间的平衡。该周期 RT-NEO-TDDFT 方法可适用于广泛的其他光诱导异质过程。
引用
@article{arxiv.2307.15598,
title = {First-Principles Approach for Coupled Quantum Dynamics of Electrons and Protons in Heterogeneous Systems},
author = {Jianhang Xu and Ruiyi Zhou and Tao E. Li and Volker Blum and Sharon Hammes-Schiffer and Yosuke Kanai},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.15598},
year = {2023}
}