叶绿素 a 与 b 单体及二聚体的光学激发
介观与纳米尺度物理
2019-07-30 v2 计算物理
量子物理
摘要
在人工光合作用等技术开发中，一个必要的第一步是理解天然光捕获复合体（LHCs）基本构建单元内的光激发过程。在绿色植物等生物 LHCs（如 LHC II）中，最重要的构建单元是分散于蛋白质基质中的叶绿素 a（Chl a）和叶绿素 b（Chl b）发色团。然而，描述此类体系的努力仍受限于缺乏能够描述大型生物分子中光吸收且计算高效且准确的方法。本工作中，我们采用高效的原子轨道线性组合（LCAOs）在密度泛函理论（DFT）水平上表示 Kohn–Sham（KS）波函数，并在倒空间与频域（LCAO-TDDFT-k-ω）或实空间与时间（LCAO-TDDFT-r-t）中执行 Chl a 与 b 单体及二聚体光吸收谱的含时密度泛函理论（TDDFT）计算。我们发现 LCAO-TDDFT-k-ω 与 LCAO-TDDFT-r-t 计算可复现采用平面波（PW）表示 KS 波函数（PW-TDDFT-k-ω）所得结果，但计算量显著降低。此外，通过对 KS 本征能量施加 GLLB-SC 导数不连续修正 Δx，我们利用 LCAO-TDDFT-k-ω 与 LCAO-TDDFT-r-t 方法均能半定量地复现实验测量的光致解离（PID）结果。本工作为宏观分子体系光学激发的第一性原理计算开辟了道路。
引用
@article{arxiv.1907.09430,
title = {Optical Excitations of Chlorophyll $a$ and $b$ Monomers and Dimers},
author = {María Rosa Preciado-Rivas and Duncan John Mowbray and Keenan Lyon and Ask Hjorth Larsen and Bruce Forbes Milne},
journal= {arXiv preprint arXiv:1907.09430},
year = {2019}
}
备注
11 pages, 9 figures