Моделирование внутримолекулярной колебательной динамики в фемтосекундном временном диапазоне

• Автор: Еремин, Вадим Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 271 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
Глава 1. КВАЗИКЛАССИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ДИНАМИКИ ВОЛНОВЫХ ПАКЕТОВ В ОДНОМЕРНЫХ И ДВУМЕРНЫХ СИСТЕМАХ.
1.1. Импульсная фемтосекундная спектроскопия метод зондирования внутримолекулярной динамики ядер.

1.2. Волновой пакет основное понятие квантовой динамики

1.3. Формирование волновых пакетов в двухатомной молекуле под действием лазерного импульса.

1.4. Движение волнового пакета по отталкивательному терму

1.5. Движение волнового пакета в связанном электронном состоянии

1.6. Интерференционные эффекты в динамике волновых пакетов

при импульсном возбуждении двухатомной молекулы.

1.7. Движение волнового пакета в двухмодовой системе.

Результаты и выводы
Глава 2. УПРАВЛЕНИЕ ДИНАМИКОЙ ВОЛНОВЫХ ПАКЕТОВ В ОСНОВНОМ ЭЛЕКТРОННОМ СОСТОЯНИИ ДВУХАТОМНЫХ МОЛЕКУЛ
2.1. Создание волновых пакетов в основном электронном состоянии двухатомных молекул
2.2. Особенности колебательного возбуждения двухатомной молекулы под действием сверхкороткого светового импульса
2.3. Динамика волновых пакетов в основном электронном состоянии
2.4. Зависимость параметров волновых пакетов от времени
задержки между импульсами. Создание сжатых состояний.
Результаты и выводы.
Глава 3. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ВОЛНОВЫХ ПАКЕТОВ ДРОБНЫЕ ВОЗРОЖДЕНИЯ И КВАНТОВЫЕ КОВРЫ.
3.1. Движение колебательных волновых пакетов в гармоническом
поле молекулы.
3.2. Возрождения и дробные возрождения универсальные
свойства волновых пакетов.
3.3. Динамика гауссова волнового пакета в ангармонической
системе с квадратичным спектром.
3.4. Структура дробных возрождений в ангармонической системе
с квадратичным спектром.
3.5. Универсальные свойства дробных возрождений.
3.6. Дробные возрождения в двухмодовых системах со слабым взаимодействием между модами
3.7. Свойства пространственновременных распределений квантовых ковров в одномерных ангармонических системах 0 Результаты и выводы.
Глава 4. ДИНАМИКА РЕАКЦИЙ ИЗОМЕРИЗАЦИИ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
4.1. Особенности ядерной динамики в биологических молекулах .
4.2. Классическое движение ядер в системе двух гармонических . осцилляторов с одинаковой частотой
4.3. Квазиклассическая теория движения ядер в системе с квазипересечением электронных термов.
4.4. Численные методы расчета динамики формирования и движения волновых пакетов в системе с квазипересечением
4.5. Численное моделирование реакции фотоизомеризации ретиналя 5 Результаты и выводы.
Глава 5. КШТЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ.
5.1. Кинетический подход к описанию ядерной динамики
5.2. Базовые кинетические схемы.
5.3. Кинетическое моделирование фотодиссоциации .
5.4. Кинетическое моделирование фотоизомеризации ретиналя
5.5. Кинетическое моделирование фотоизомеризации хромофора в
системе фотоактивного желтого протеина
Результаты и выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Эта система являлась наиболее простой для понимания динамики на многомерных потенциальных поверхностях АВ А рис. I, а также деформационной , связанной с углом I1. Именно в этой системе впервые была обнаружена когерентная интерференция реакционных каналов при спуске по поверхности потенциальной энергии после точки перевала. Эксперименты по возбуждению 2 фемтосекундным импульсом позволили в реальном времени наблюдать картину взаимодействия всех степеней свободы и временной ход перераспределения энергии между ними. В этих экспериментах возбуждающий импульс имел длину волны 0 нм и длительность фс. Он создавал вблизи точки перевала на верхнем адиабатическом терме оба расстояния I составляли в среднем 2. Н1. Движение вниз спуск по барьеру в долину продуктов исследовали с помощью серии пробных импульсов. По мере того, как активированный комплекс разваливается при спуске с барьера на поверхности потенциальной энергии, наблюдается как колебательное движение 0 фс, разделяющее атомы, так и при более поздних временах задержки 1. Н1 рис. СГ С
Рис. Поверхность потенциальной энергии с траекториями, отражающими связанное когерентное колебательное движение по мере того, как атом I удаляется от двухатомного фрашента. Особенностью молекулярной динамики в этой системе была незапланированная значительная когерентность в продуктах. Таким образом, в ряде работ авторы стали указывать на важность так называемой поперечной силы перпендикулярной к координате реакции ангармоничности. Интересно отметить, что когерентность такого типа вдоль координаты реакции затем была обнаружена в реакциях с участием кластерных комплексов, протекающих в растворах. Однако более удивительным является тот факт, что подобный эффект когерентности продуктов широко распространен среди процессов, происходящих в биологических системах см гл. Рис. Колебательное фемтосекундный диапазон и вращательное пикосекундный диапазон движение при спуске с барьера. Рассмотренные выше примеры демонстрируют возможности фемтосекундной спектроскопии, которые были открыты в первые ГОДЫ развития этого направления. В наши дни техника эксперимента претерпела существенное усовершенствование, что сделало возможным исследование внутримолекулярной динамики в сложных системах, таких как, например, биологические молекулы см. Ключевым для теоретической интерпретации результатов экспериментов по изучению динамики ядер с фемтосекундным временным разрешением является понятие волнового пакета. Волновым паксюм в квантовой механике называют суперпозицию плоских волн, соответствующих свободному движению , с. В квантовой молекулярной динамике под волновым пакетом понимают когерентную суперпозицию собственных в нашем случае колебательных состояний молекулы, которая представляет нестационарное состояние и изменяется со временем. Во многих случаях такие состояния являются квантовомеханическими аналогами объектов, изучаемых классической механикой. Характер движения волновых пакетов определяется начальным состоянием и видом потенциального поля системы. Рассмотрим эволюцию нестационарного состояния в системе с уровнями энергии Е и соответствующими им собственными функциями х. Здесь и далее везде мы используем атомную систему единиц, в которой Й 1. Квадрат модуля с2 описывает заселенность 4ого колебательного состояния. Волновая функция, описывающая систему, в которой когерентно возбуждены одновременно несколько стационарных состояний, называется волновым пакетом. Главное свойство волнового пакета состоит в том, что он описывает нестационарное состояние атома или молекулы и, следовательно, зависит от времени. Данное выражение описывает все многообразие волновых пакетов, возбуждаемых в атомах или молекулах. Н ядерный гамильтониан системы. ЛХ0 ЧИЧ ЧЧ. ЛЧ,0Л 2Х ехр, Я, 1. ХхехрЯв
1. Е ЧНЧ Чх,НЧх,Л с Б, 1. Она показывает, какая часть волнового пакета находится в той области, откуда он начал свое движение. В молекуле, находящейся в стационарном состоянии, приготовить волновой пакет можно с помощью зависящего от времени возмущения, Кг.