《光合作用集光過程中能量轉移的量子效應》是依託浙江大學，由吳建瀾擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：光合作用集光過程中能量轉移的量子效應
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：吳建瀾
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近期的二維電子光譜實驗成功發現了生物光合作用的集光過程有持續的量子相干。本項目擬通過發展新的理論、數值模擬方法，研究複雜蛋白質環境下集光體系高效的量子相干能量轉移，量子糾纏的時間演化，並將其套用到有機太陽能材料。（1）我們將發展一種新的含非馬爾科夫效應的廣義量子主方程，研究FMO, LH1，LH2等色素蛋白複合物中能量轉移的動力學過程，定量計算能量轉移效率最最佳化的條件，分析非局域量子相干對能量轉移的貢獻。（2）我們將計算量子糾纏的時間演化，考察它與系統、環境的依賴關係，分析量子信息與能量轉移的關聯性，得出高效能量轉移的微觀機理。（3）我們將輔以動力學蒙特卡洛模擬，研究PSI、PSII複合物， LH1、LH2的集合，以及有機共軛聚合物的能量、電子轉移過程。分析如何最佳化有機共軛聚合物的形態結構來提高光電轉換和能量轉移的效率。
結題摘要
針對自然捕光蛋白複合物中的高效能量轉移，本項目從量子耗散動力學框架出發，進行了深入、系統的理論研究。（1）提出了“束縛自由子空間”的理論概念，給出了在弱耗散極限下噪聲增強能量轉移的微觀機理，進而說明了環境引發的能量轉移最最佳化的普遍性。該研究成果以第一作者發表在《物理評論快報》。（2）利用布局流網路分析的方法，確定了經典理論和量子理論描述能量轉移的差異。並套用量子動力學展開方法逐項分析高階效應，理解環境弛豫，多體量子相干，量子相位干涉等的影響。（3）獨立發展了基於團簇的廣義量子動力學展開方法，在國際上首次建立了團簇量子動力學的嚴格理論框架。確定了多色素分子Forster理論以外的修正效應。在系統-環境分離初態下，廣義量子動力學展開方法能同時得到團簇內與團簇間的嚴格量子動力學行為。該理論方法可在未來套用在大尺度的複雜體系中（如PSII，有機半導體材料等）。（4）獨立提出了極小模型分析方法，確定了能量轉移網路的最約化團簇結構，刻畫了多色素分子協同的能量轉移行為。將極小模型分析方法套用在FMO和LHCII的工作以第一及通訊作者發表在《物理化學雜誌快報》上。（5）針對自旋-玻色系統的量子動力學行為，我們拓展了量子動力學展開方法，提出了連分重求和方法，通過系統性引入高階修正，可準確預言不同溫度、不同噪聲強度下的量子耗散動力學行為。（6）將級聯方程拓展到一般的環境譜密度上，可準確預言不同溫度下（特別是零溫的）自旋-玻色系統的量子動力學。
