TY - JOUR A1 - Picconi, David T1 - Nonadiabatic quantum dynamics of the coherent excited state intramolecular proton transfer of 10-hydroxybenzo[h]quinoline JF - Photochemical & photobiological sciences N2 - The photoinduced nonadiabatic dynamics of the enol-keto isomerization of 10-hydroxybenzo[h]quinoline (HBQ) are studied computationally using high-dimensional quantum dynamics. The simulations are based on a diabatic vibronic coupling Hamiltonian, which includes the two lowest pi pi* excited states and a n pi* state, which has high energy in the Franck-Condon zone, but significantly stabilizes upon excited state intramolecular proton transfer. A procedure, applicable to large classes of excited state proton transfer reactions, is presented to parametrize this model using potential energies, forces and force constants, which, in this case, are obtained by time-dependent density functional theory. The wave packet calculations predict a time scale of 10-15 fs for the photoreaction, and reproduce the time constants and the coherent oscillations observed in time- resolved spectroscopic studies performed on HBQ. In contrast to the interpretation given to the most recent experiments, it is found that the reaction initiated by 1 pi pi* <- S-0 photoexcitation proceeds essentially on a single potential energy surface, and the observed coherences bear signatures of Duschinsky mode-mixing along the reaction path. The dynamics after the 2 pi pi* <- S-0 excitation are instead nonadiabatic, and the n pi* state plays a major role in the relaxation process. The simulations suggest a mainly active role of the proton in the isomerization, rather than a passive migration assisted by the vibrations of the benzoquinoline backbone.
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. KW - Excited state proton transfer KW - Quantum dynamics KW - Nonadiabatic effects KW - Spectroscopy KW - Coherences Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1007/s43630-021-00112-z SN - 1474-905X SN - 1474-9092 VL - 20 IS - 11 SP - 1455 EP - 1473 PB - Springer CY - Heidelberg ER - TY - JOUR A1 - Schmidt, Burkhard A1 - Lorenz, Ulf T1 - WavePacket BT - a Matlab package for numerical quantum dynamics. I: Closed quantum systems and discrete variable representations JF - Computer physics communications : an international journal devoted to computational physics and computer programs in physics N2 - WavePacket is an open-source program package for the numerical simulation of quantum-mechanical dynamics. It can be used to solve time-independent or time-dependent linear Schrödinger and Liouville–von Neumann-equations in one or more dimensions. Also coupled equations can be treated, which allows to simulate molecular quantum dynamics beyond the Born–Oppenheimer approximation. Optionally accounting for the interaction with external electric fields within the semiclassical dipole approximation, WavePacket can be used to simulate experiments involving tailored light pulses in photo-induced physics or chemistry. The graphical capabilities allow visualization of quantum dynamics ‘on the fly’, including Wigner phase space representations. Being easy to use and highly versatile, WavePacket is well suited for the teaching of quantum mechanics as well as for research projects in atomic, molecular and optical physics or in physical or theoretical chemistry. The present Part I deals with the description of closed quantum systems in terms of Schrödinger equations. The emphasis is on discrete variable representations for spatial discretization as well as various techniques for temporal discretization. The upcoming Part II will focus on open quantum systems and dimension reduction; it also describes the codes for optimal control of quantum dynamics. The present work introduces the MATLAB version of WavePacket 5.2.1 which is hosted at the Sourceforge platform, where extensive Wiki-documentation as well as worked-out demonstration examples can be found. KW - Schrodinger equation KW - Quantum dynamics KW - Numerical propagation KW - Bound states KW - Discrete variable representation KW - Non-adiabatic transitions Y1 - 0207 U6 - https://doi.org/10.1016/j.cpc.2016.12.007 SN - 0010-4655 SN - 1879-2944 VL - 213 SP - 223 EP - 234 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - THES A1 - Zenichowski, Karl T1 - Quantum dynamical study of Si(100) surface-mounted, STM-driven switches at the atomic and molecular scale T1 - Quantendynamische Untersuchung von Si(100) Oberflächen-gebundenen, STM-gesteuerten atomaren und molekularen Schaltern N2 - The aim of this thesis is the quantum dynamical study of two examples of scanning tunneling microscope (STM)-controllable, Si(100)(2x1) surface-mounted switches of atomic and molecular scale. The first example considers the switching of single H-atoms between two dangling-bond chemisorption sites on a Si-dimer of the Si(100) surface (Grey et al., 1996). The second system examines the conformational switching of single 1,5-cyclooctadiene molecules chemisorbed on the Si(100) surface (Nacci et al., 2008). The temporal dynamics are provided by the propagation of the density matrix in time via an according set of equations of motion (EQM). The latter are based on the open-system density matrix theory in Lindblad form. First order perturbation theory is used to evaluate those transition rates between vibrational levels of the system part. In order to account for interactions with the surface phonons, two different dissipative models are used, namely the bilinear, harmonic and the Ohmic bath model. IET-induced vibrational transitions in the system are due to the dipole- and the resonance-mechanism. A single surface approach is used to study the influence of dipole scattering and resonance scattering in the below-threshold regime. Further, a second electronic surface was included to study the resonance-induced switching in the above-threshold regime. Static properties of the adsorbate, e.g., potentials and dipole function and potentials, are obtained from quantum chemistry and used within the established quantum dynamical models. N2 - Die vorliegende Doktorarbeit befasst sich mit kleinsten schaltbaren Einheiten in Form des Moleküls Cyclooctadien (COD) und dem Wasserstoff-Atom, die chemisch fest mit einer Oberfläche aus kristallinem Silizium verbunden sind. Jeder dieser Schalter kann mittels einer winzigen Spitze, eines so genannten Rastertunnelmikroskops (RTM), von atomarem Durchmesser in zwei unterscheidbare und stabile Schaltpositionen gebracht werden. Dabei besteht das Schalten entweder in einer Änderung der Geometrie des molekularen Schalters oder im Brechen und Neu-knüpfen chemischer Bindungen. Dabei ist es entscheidend, dass durch die geringe Grösse dieser Schalter eine hohe Anzahl dieser Schalter auf einer Oberfläche deponiert werden können. Mit der in den Schaltern speicherbaren Informationen an oder aus, 0 oder 1 ließen sich sehr hohe Speicherkapazitäten erreichen. Vor einer Anwendung dieser Art ist es wichtig zunächst ein grundlegendes Verständnis der Schaltprozesse auf der Oberfläche zu gewinnen. Wenn alle wesentlichen Faktoren berücksichtigt wurden und der Mechanismus des Schaltens verstanden ist, kann das Ergebnis des Experiments mit Hilfe eines theoretischen Modells vorhergesagt werden. Für die Handhabbarkeit muss sich das theoretisches Modell auf wesentliche Einflüsse beschränken und diese so einfach wie möglich beschreiben. So wurde die simultane Bewegung der 12 Atome des COD in die Bewegung eines gemittelten Massenpunktes entlang von einer oder von zwei räumlichen Freiheitsgraden übersetzt. Dabei kann der Massenpunkt im klassischen Bild anschaulich als eine rollende Kugel beschrieben werden, die in einer Seite einer Doppelmulde gefangen ist. Die Kugel kann durch äußere Anregung zum Schwingen gebracht werden und schließlich über eine Barriere in die benachbarte Mulde schalten. Nun muss die Schwingung der Kugel gebremst werden, um ein Zurück-Schwingen der Kugel zu verhindern. Die Anregung erfolgt durch elektrische Ladungen die von der Spitze des RTM zur Oberfläche wandern oder durch eine schwingende, d.h. warme Oberfläche. Das Bremsen wird über die elastische Bindung zu einer kalten Oberfläche vermittelt. Um Quanteneffekte wie das Tunneln der Kugel durch die Barriere zu beschreiben wurde die Kugel durch ein Wellenpaket beschrieben und dessen Aufenthaltswahrscheinlichkeit in der Doppelmulde untersucht. Im Fall des Wasserstoffatoms war die experimentelle Prüfung des entworfenen Modells für ein Schalten bei starkem Strom leider nicht möglich. Für das COD Molekül konnte jedoch nicht nur die Übereinstimmung mit den experimentellen Befunden, sondern im Fall des Schaltens in Abhängigkeit der Oberflächentemperatur auch die Vorhersagefähigkeit des Modells unter Beweis gestellt werden. KW - Kerndynamik KW - molekulare Schalter KW - Nanotechnologie KW - STM KW - Oberflächen KW - Quantum dynamics KW - molecular switches KW - nanotechnology KW - STM KW - surfaces Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-62156 ER -