|
|
Structure and selforganization of aggregates of photosynthetic molecules
Sláma, Vladislav ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Duffy, Christopher (oponent) ; Veis, Libor (oponent)
V této práci se zabýváme využitím kombinace kvantově chemických (QC) metod a molekulárně dynamických (MD) simulací s Frenkelovým excitonovým modelem (FEM) pro výpočet a simulaci optických vlastností a přenosu excitační energie v komplexních molekulárních systémech na základě známé molekulární struktury. Kombinace QC a MD metod představuje velice účinný nástroj pro studium a vysvětlení procesů na molekulární úrovni, které jsou za hranicemi standartní parametrizace FEM. Tyto metody jsou využity pro studium a vysvětlení molekulárního mechanismu přenosu excitační energie v rylenových systémech, zejména pro vysvětlení rychlého přenosu excitační energie v dyádě rylenových molekul s kolmým uspořádáním přechodových dipólů, kde by podle standartního FEM žádný přenos energie neměl nastat. Na fundamentální úrovni propojíme FEM s QC metodou konfigurační interakce, navrhneme rozšíření FEM, které zahrnuje interakci s více excitovanými stavy a studujeme vliv těchto interakcí na optické vlastnosti molekulárních agregátů. Na základě inspirace základními vlastnostmi FEM je představen nový koncept umělé světlo-sběrné antény, založené na florografenu a jejíž konstrukční principy jsou in- spirovány přírodními...
|
|
| |
|
| |
|
|
Theory of Relaxation and Energy Transfer in Open Quantum Systems
Olšina, Jan ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Valkunas, Leonas (oponent) ; Szöcs, Vojtech (oponent)
Práce shrnuje základy teorie relaxace, přenosu energie a dekoherence ve foto- syntetických molekulárních agregátech popsaných jako otevřené kvantové systémy a základy teorie koherentní nelineární spektroskopie třetího řádu. Práce prezen- tuje dvě metody pro výpočet fotoindukované dynamiky molekulárních agregátů. Tyto metody odstraňují jisté aproximace běžně užívané při popisu relaxace a přenosu energie v molekulárních systémech na sub-pikosekundové časové škále. První metoda, odvozená ve formalismu parametrických projekčních operátorů, zahrnuje vliv korelací mezi prvním a druhým intervalem nelineární funkce odezvy druhého řádu běžně zanedbávaných ve formalismu řídících rovnic. Druhá metoda představuje stochastický model přesné dynamiky založený na kumulantním rozvoji. Práce také prezentuje analýzu vlivu sekulární a markovské aproximace v popisu dynamiky odvozeném v druhém řádu poruchové teorie v systém-lázňové vazbě s důrazem na dobu života excitonové koherence.
|
|
|
Samoregulační mechanismy fotosyntetických systémů
Semerák, Matěj ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Holá, Dana (oponent)
Fotosyntéza, pochod využívající energie dopadajících fotonů k pohonu elektrontransportního řetězce tvořícího membránový gradient pH, je v přírodě rozšířeným způsobem obživy. Intenzita slunečního záření však může překročit míru, již jsou organismy schopny svými aparáty zvládnout. Za této situace přicházejí na řadu nezbytné ochranné mechanismy, bezpečně odvádějící přebytečnou energii. Teorií o podstatě a regulaci těchto funkcí již bylo vypracováno mnoho a nové se stále objevují. Zdá se, že pozornost se soustřeďuje především na anténní komplex LHCII. Lze konstatovat, že ochranu s velkou pravděpodobností zajišťuje více mechanismů, přičemž panuje poměrně ustálený názor, že klíčovou roli v jejich spouštění hraje klesající pH. To je logické, neboť čím více fotonů přichází, tím intenzivněji probíhá transport protonů přes membránu, čili velikost ΔpH odráží rovnováhu mezi mírou spotřeby ATP a osvětlením membránového aparátu. Obecně se fenomén nazývá NPQ (nefotochemické zhášení), protože zeslabuje fluorescenci chlorofylu. Významnou úlohu zastávají patrně karotenoidy, hlavně zeaxantin, vznikající v kyselém prostředí činností violaxantin deepoxidasy; poskytuje chlorofylům energetickou past při excitačních interakcích. Dochází i ke konformačním změnám (zejm. proteinu PsbS), fosforylaci fotosystémů a dalším procesům.
|
|
|
Samoorganizace a optické vlastnosti malých molekulárních agregátů
Sláma, Vladislav ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Chvosta, Petr (oponent)
Tato práce se zabývá popisem agregace karotenoidů ve vodných roztocích. Jsou zde analyzovány hlavní interakce podílející se na agregaci a na základě tohoto je představen efektivní způsob popisu agregace karotenoidů, který vede ke značnému urychlení výpočtů. Dále jsou zde vypracovány dvě metody výpočtu pravděpodobnostní distribuce konfigurací karotenoidů v roztocích, s různými koncentracemi vody, a diskutovány jejich přednosti a nedostatky. Z těchto distribucí byly vypočteny absorpční spektra a porovnány s experimentálně naměřenými. Je také diskutován vliv vody na formování různých druhů agregátu a její vliv na tvar absorpčních spekter. Výsledky práce budou sloužit jako základ pro další přesnější metody popisu agregace, které budou zahrnovat i efekty slabších interakcí mezi karotenoidy.
|
|
|
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...
|
|
|
Srovnání poruchových a neporuchových přístupů k teorii optické spektroskopie
Malý, Pavel ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Pšenčík, Jakub (oponent)
Tato práce je zaměřena na porovnání poruchového a neporuchového výpočtu po- larizace třetího řádu ve dvou dimenzionální (2D) optické spektroskopii. Dvouh- ladinová molekula a vázaný dimer jsou zvoleny jako příklady systémů jejichž 2D spektrum je spočteno s použitím explicitních pohybových rovnic pro reduko- vanou matici hustoty a integrováním odezvových funkcí. S použitím získaných výsledků jsou tyto dva přístupy porovnány kvalitativně a kvantitativně. Hlavní nalezený rozdíl je přítomnost příspěvků vyšších řádů polarizace v neporuchově vypočteném spektru. 1
|
|
|
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.
|
|
|
Analytická řešení dvojrozměrné Schrödingerovy rovnice
Tichý, Vladimír ; Skála, Lubomír (vedoucí práce) ; Šťovíček, Pavel (oponent) ; Mančal, Tomáš (oponent)
Dizertační práce se zabývá hledáním metody pro analytické řešení dvojrozměrné Schrödingerovy rovnice v případech, kdy ji není možné řešit separací souřadnic. Výsledky jsou aplikovány na Schrödingerovu rovnici s potenciálem tvaru kvartického polynomu, tvaru sextického polynomu a tvaru kvartického Morseho potenciálu. V těchto případech byly nalezeny analytické formule pro vlnové funkce základního stavu a příslušnou hodnotu energie. Pro specifickou třídu potenciálů typu kvartického polynomu se podařilo najít i analytickou formuli pro vlnovou funkci jednoho excitovaného stavu a odpovídající energii.
|
host ::
RSS.