[发明专利]一种考虑非弹性耦合的相干共振能量转移方法

说明书

本发明公开了一种考虑非弹性耦合的相干共振能量转移方法，该方法包括以下步骤：1)使用量子化学软件计算得到激发能、耦合常数模型的参数信息；2)建立能量传输模型；3)解模型的量子主方程；4)将上述模型的量子主方程转换为相互作用表象下的量子主方程，并进行求解；5)解模型的含有函数项非弹性耦合的量子主方程；6)得到模型，并将参数输入，得出结果。通过在已有理论FRET和CRET的基础上，将常数项共振耦合改为跃迁偶极之间角度函数的共振耦合项。该模型具有可以同时满足相干性和非弹性耦合的优点，使用该模型对能量转移的过程进行更加准确的研究。对扩展新型能量传输理论具有很大的意义，同时在新能源和生物学等领域都具有很好的发展前景。

技术领域

本发明提出一种新的能量转移理论模型并将其应用于实际分子中，具体通过解模型方程得到结果，属于量子动力学技术领域。

背景技术

光合作用将太阳能转换为化学能，并为地球上的生物提供了氧气，在未来还有可能为人类提供可再生能源如酒精和氢气等。因此为了开发可以高效地获得太阳能的方法，必须要了解光合作用的机制。在早期已经有通过生物活体中的能量传输的荧光实验来了解这种高效捕获能量机制的研究，其主要目标是研究能量如何从光合作用系统吸收光子的天线处传输到可将太阳能转换为化学能的反应中心，这包含了一个非常大时间尺度上的动力学过程，一直以来都是热门的研究对象。

对于光合作用中的能量传输，早在1951年Arnold等人就在研究中提出了共振能量传输的概念，对光合作用中激发能的传输研究具有重要影响。这种能量传输的理论模式是由提出的，即共振能量传输理论(简称为FRET)，该理论提供了解释耦合分子间能量传输的一种描述，获得了非相互作用的给受体分子光谱性质，已经被很多领域尤其是生物学所成功使用。最初研究人员假设在光合作用中只通过FRET能量传输，即满足分子间距离足够长，点偶极近似有效，能量传输是非相干的。但是由许多分子形成的光合作用的结构是高度有序并且相互邻近的，因此点偶极相互作用则不再有效。近年来许多研究人员对FRET进行了扩展，其中Dexter等人提出了考虑电子交换机制和库伦相互作用的高阶表示。同时，跃迁耦合由弱变强以后，需要需要引入激子理论，这一传输机制被称为相干共振能量传输理论(简称为CRET)。FRET与激子传输不同，FRET的耦合强度相对于CRET较弱一些，FRET能量传输过程(ns)相比激子传输(10-10^3fs)要慢。但是，对于FRET或CRET它们都不能同时满足相干性和非弹性耦合的情况，这就需要设计新型的模型去发展新型的理论方法，使其适用于更为广泛的体系。这里非弹性耦合指的是共振耦合不是常数，而是关于角度的函数。

发明内容

技术问题：针对上述提到的FRET和CRET中不能同时考虑非弹性耦合和相干性的问题，本发明使用考虑函数项的共振耦合进行建模，得到一种考虑非弹性耦合的相干共振能量转移方法，并将其应用到实际的给受体分子当中，与传统的FRET计算结果进行对比。

技术方案：为了实现发明目的，本发明的一种考虑非弹性耦合的相干共振能量转移方法，包括以下步骤：

1)使用量子化学软件计算得到激发能、耦合常数模型的参数信息；

2)建立能量传输模型；

3)解模型的量子主方程；

4)将上述模型的量子主方程转换为相互作用表象下的量子主方程，并进行求解；

5)解模型的含有函数项非弹性耦合的量子主方程；

6)得到模型，并将参数输入，得出结果。

其中，