电子电流下 DNA 在分子轨道中的非平衡寿命
介观与纳米尺度物理
2025-10-29 v2 生物物理
化学物理
摘要
我们利用 Keldysh-Langevin 分子动力学方法研究了在分子轨道中受电子电流作用下的双链 DNA 的非平衡机械运动。非平衡电子力改变有效势能面，并与电子粘性力和随机力共同支配 DNA 集体机械坐标的电压依赖动力学。我们计算平均第一次到达时间来量化 DNA 轨道的非平衡寿命。在低电压偏置下，电子-机械运动耦合通过偏移势能最小值向临界位移移动并抑制势垒，从而将寿命缩短几个数量级。意外的是，在更高电压下，趋势会反转：势能最小值向不稳定性方向移动，势垒重新出现，导致轨道的再稳定。在本系统中展示了 Landauer 炭刀效应：坐标相关的涨落产生 spatially 变化的有效温度，改变电子驱动的机械自由度的动力学。DNA 机械运动的 apparent 温度远高于环境温度 due to current-induced 加热，与更强耦合下的电子电流抑制相关。我们的结果揭示了电子电流驱动力、耗散与涨落在 DNA 轨道之间非平衡的相互作用，建立了 DNA 在电子电流下实现不稳定性和稳定性恢复的机制。
关键词
引用
@article{arxiv.2509.08307,
title = {Non-equilibrium lifetimes of DNA under electronic current in a molecular junction},
author = {Julian A. Lawn and Nicholas S. Davis and Daniel S. Kosov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.08307},
year = {2025}
}