|
|
Teorie agregátů fotosyntetických molekul: spektroskopie, struktura, přenosové jevy
Lalinský, Ján ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Šanda, František (oponent)
Název práce: Teorie agregátů fotosyntetických molekul: spektroskopie, struktura, přenosové jevy Autor: Ján Lalinský Ústav: Fyzikální Ústav Univerzity Karlovy Vedoucí diplomové práce: RNDr. Tomáš Mančal, PhD., Fyzikální Ústav Univerzity Karlovy Abstrakt. Teorie absorpce světla v izotropním roztoku molekul byla for- mulována na základě elektromagnetické teorie částic s přihlédnutím k rela- tivistické povaze jejich interakce a jejímu dopadu na spektrum cirkulárního dichroizmu. Byly provedeny výpočty absorpčních spekter jednoduchých systémů pro demonstraci vlastností matematického modelu. Také byly provedeny výpočty spekter modelů dimeru bakteriochlorofylů, které byly navrženy jako možná základní jednotka v lamelárním modelu vnitřní struk- tury chlorozomu. Experimentální spektra roztoku neagregovaného bakteri- ochlorofylu byla použita pro nastavení parametrů matematického modelu molekuly a pro tyto parametry byla spočtena spektra navržených modelů dimeru. Bylo zjištěno, že nové neelektrostatické členy v popisu vzájemné interakce částí molekuly jsou zanedbatelné pro výpočet obyčejného ab- sorpčního spektra, ale mají silný vliv na spektrum cirkulárního dichroizmu. Protože prezentovaný model popisuje vazbu elektronů a...
|
|
|
Tensor Network-based Computational Methods for Strongly Correlated Molecular Quantum Mechanics
Brandejs, Jan ; Veis, Libor (vedoucí práce) ; Mančal, Tomáš (oponent) ; Pitoňák, Michal (oponent)
Navzdory obrovskému pokroku v posledních desetiletích zůstává přesný popis silně ko- relovaných molekul dodnes výzvou. Abychom to změnili, vyvinuli jsme masivně paralelní implementaci metody DMRG, program MOLMPS. Pro takové nerelativistické systémy, které vyžadují přesný popis jak statické tak i dynamické korelace jsme rozšířili MOLMPS na téměř linerárně škálující metodu DLPNO-TCCSD. V relativistické oblasti jsme první, kdo použil čtyřkomponentí metodu CCSD ke korekci popisu dynamické korelace v DMRG. Výsledná metoda se nazývá 4c-TCCSD. Použití programu MOLMPS jsme demonstrovali na obtížných systémech, např. pro π-konjugovaný tetramer anthracenu s aktivním pro- storem CAS(63,63) a kofaktor FeMoco s CAS(113,76). Tyto výpočty ukázaly, že par- alelizace v vykazuje dobré škálování až na úroveň přibližně 2000 procesorových jader. Na příkladu modelu molekuly porfyrinu jsme demonstrovali, že metoda DLPNO-TCCSD dokáže popsat 99,9 % korelační energie získané původní metodou TCCSD. Naše rela- tivistická studie spektroskopických vlastností těžkých biatomik ukázala, že metoda 4c- TCCSD zvyšuje přesnost oproti CCSD až na řád CCSD(T), a že má v relativistické oblasti potenciál. Tato poráce pojednává o třech různých implementacích kvantově chemických metod založených na QC-DMRG. 1
|
|
|
Přenos koherencí při relaxaci excitační energie v molekulárních agregátech
Olšina, Jan ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Skála, Lubomír (oponent)
Předložená práce zkoumá časový vývoj operátoru hustoty agregátů molekul v interakci s termodynamickou lázní s účelem najít vhodnou aproximaci pro popis vlivu přenosu koherencí na tento vývoj. Opírá se o výsledky autorem sestaveného programu pro výpočet vývoje třemi metodami - řešením konvoluční Quantum Master Equation a řešení z ní odvozených Redfieldových rovnic v Markovské aproximaci a následné Sekulární aproximaci. Na základě prezentovaných numerických výsledků programu, na příkladu trimeru, byla zkoumána teplotní závislost řešení a jeho závislost na některých dalších parametrech modelu a vliv přenosu koherencí na dílčí komponenty evolučního superoperátoru. V práci je rovněž odůvodněno, proč Markovská aproximace selhává pro široký rozsah parametrů a není proto vhodná pro popis problematiky přenosu koherencí.
|
|
| |
|
|
Přenos koherencí při relaxaci excitační energie v molekulárních agregátech
Olšina, Jan ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce)
Předložená práce zkoumá časový vývoj operátoru hustoty agregátů molekul v interakci s termodynamickou lázní s účelem najít vhodnou aproximaci pro popis vlivu přenosu koherencí na tento vývoj. Opírá se o výsledky autorem sestaveného programu pro výpočet vývoje třemi metodami - řešením konvoluční Quantum Master Equation a řešení z ní odvozených Redfieldových rovnic v Markovské aproximaci a následné Sekulární aproximaci. Na základě prezentovaných numerických výsledků programu, na příkladu trimeru, byla zkoumána teplotní závislost řešení a jeho závislost na některých dalších parametrech modelu a vliv přenosu koherencí na dílčí komponenty evolučního superoperátoru. V práci je rovněž odůvodněno, proč Markovská aproximace selhává pro široký rozsah parametrů a není proto vhodná pro popis problematiky přenosu koherencí.
|
|
|
Excitation Energy Transfer in Photosynthetic Reaction Centres
Ptáček, Michal ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Dostál, Jakub (oponent)
Fotosyntetická reakční centra mají pro fotosyntetizující organismy kruciální roli. Právě zde totiž dochází k tzv. separaci náboje, kdy je energie excitovaného stavu elektronu využita na ionizaci molekul a uvolněný elektron se pak podílí na ustanovení transmembránového elektrochemického gradientu H+ iontů využívaného ATP syntázami. Světlosběrné komplexy absorbují energii dopadajících fotonů a s vysokou účinností blížící se jedné ji přenášejí právě do reakčních center. Efektivita tohoto přenosu budí zájem vědců již mnoho dekád a rozvoj experimentálních metod umožnil značné porozumění jeho původu. Získané poznatky, v kombinaci s kvantově mechanickými přístupy, lze navíc využít i na ryze teoretický výzkum zahrnující detailní počítačové simulace. Vlastnosti celých molekulární komplexů tak mohou být určeny s vysokou přesností a nezávisle na experimentech. Text této práce přestavuje úvod do teoretického studia fotosyntézy a shrnuje vývoj odvětví za poslední dvě dekády. Popsané hlavní teoretické přístupy a modely jsou dále prezentovány na příkladu reakčních center purpurové fotosyntetizující bakterie Rhodobacter sphaeroides, která představuje důležitý modelový organismus. Na tomto příkladě jsou také srovnány experimentálně i teoreticky získané hodnoty časů přenosu excitační energie.
|
|
|
Elektron-fononová vazba ve finitních systémech s více chromofory
Herman, Daniel ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Profant, Václav (oponent)
Kvantové systémy v prírode interagujú s ostatnými kvantovými systémami a sú príkladmi otvorených kvantových systémov. V tejto práci poskytujeme úvod do teórie otvorených kvantových systémov s dôrazom na dynamiku molekulárnych systémov v proteínovom prostredí. Ďalej sa budeme venovať technikám potrebných na konštrukciu pohybových rovníc pre dynamiku vybraných kvantových systémov s vplyvom lázne, kde pracujeme s konečným počtom stupňov voľnosti. Porovnávame exaktný výpočet dynamiky konečného systému s výsledkami obdržanými pomocou aproximatývnych pohybových rovníc za po- užitia ansatzu pre stupne voľnosti lázne. Tiež preformulujeme exaktné rovnice do časovo nelokálnej riadiacej rovnice pomocou projektívnej tehniky a porovnáme kvalitu výsledkov z tejto riadiacej rovnice. Časový vývoj študovaných systémov je tiež porovnaný s časovým vývojom určeného pomocou Schrödigerovej a Liouville-von Neumannovej rovnice. 1
|
|
|
Krátkočasová delokalizace a absorpce světla
Vokrouhlický, David ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Veis, Libor (oponent)
Koherentní delokalizace excitonů zlepšuje funkci sběru světla fotosyntetických antén tím, že vytváří podmínky pro velmi rychlý přenos excitace v prostoru. Tato práce se zaměřuje na dva různé efekty vytvářející koherenci - krátkodobé excitace světlem a sla- bou vazbu mezi pigmenty, které jsou v systému přítomny v delším časovém měřítku. Je vypočten vývoj a relaxace jednoduchých systémů - dimeru a trimeru. Hlavní část práce prezentuje nové numerické metody pro rozlišení dvou typů koherence v průběhu evoluce, a jejich aplikaci na zmíněné systémy. 1
|
|
|
Výpočty elektronové struktury biologicky relevantních komplexů přechodných kovů
Matoušek, Mikuláš ; Veis, Libor (vedoucí práce) ; Mančal, Tomáš (oponent)
Porfyriny jsou důležitou skupinou molekul, která je intenzivně studována, jak ex- perimentálně, tak výpočetně. Ale, přes veškerou snahu, u mnoha otázek stále nejsme schopni dosáhnout konzistentní shody mezi teorií a experimentem. Jednou z dosud nevyřešených otázek je charakter základního stavu molekuly Fe(II)-porfyrinu. Použili jsme model molekuly Fe(II)-porfyrinu, na kterém jsme studovali efekt změn geometrie na pořadí spinových stavů. Pomocí rozsáhlých DMRG-CASSCF výpočtů se zahrnutím dynamické korelace metodou TCCSD(T) se nám podařilo spojit efekt těchto geomet- rických změn s experimentálními daty výsledky, a předpovědět, že izolovaná molekula Fe(II)-porfyrinu bude mít kvintetní základní stav. Navíc, s použitím koordinovaného porfyrinu, náležící do skupiny komplexů železnatého porfyrinu s karbenem, ukazujeme, že i geometrické změny mimo porfyrinové jádro nemohou být přehlíženy. 1
|
|
|
Role of system-bath interaction time-scales in photosynthetic excitation energy transfer
Malý, Pavel ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Croce, Roberta (oponent) ; Polívka, Tomáš (oponent)
ROLE ASOVÉ 'KÁLY INTERAKCE SYSTÉM-LÁZE VE FOTOSYNTETICKÉM P ENOSU EXCITANÍ ENERGIE Tato práce se věnuje vlivu rychlého a pomalého molekulárno pohybu na přenos excitační energie ve fotosyntetick- ých světlosběrných komplexech. Vyvinuli jsme nový teoretický popis vnitromolekulárních vibračních mod· a zjistili jsme, že jejich resonance s energetickými rozdíly mezi fotosyntetickými pigmenty m·že vést ke zrychlení přenosu energie. Použitím jednomolekulární spektroskopie jsme pozorovali jak pomalé změny bílkovinné konformace mohou zcela změnit stav světlosběrného komplexu LHCII vyšších rostlin. Také jsme vyvinuli novou experimentální techniku, dvoupulzní ultrarychlou jednomolekulární spektroskopii. S její pomocí m·žeme pozorovat jak pomalý pohyb bílkoviny bakteriální antény LH2 ovlivňuje ultrarychlou relaxaci energie uvnitř komplexu. Konstrukcí jednotného modelu pro ultrarychlé objemové a jednomolekulární experimenty se nám podařilo zakomponovat rychlou a pomalou časovou škálu molekulárního pohybu do jednoho pohledu na fotosyntetický sběr světla.
|
host ::
RSS.