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物理学 > 化学物理

arXiv:2505.04770 (physics)
[提交于 2025年5月7日 ]

标题: 非绝热环聚合物瞬态速率理论:广义分界面方法

标题: Nonadiabatic ring-polymer instanton rate theory: a generalised dividing-surface approach

Authors:Rhiannon A. Zarotiadis, Joseph E. Lawrence, Jeremy O. Richardson
摘要: 构建一个在任意电子耦合值下都准确的非绝热速率理论近似方法,长期以来一直是理论化学中的一个重大挑战。 环聚合物瞬子理论提供了一种非常有前景的解决此问题的方法,因为它们可以通过半经典近似严格推导出来,并且能够以接近经典计算的成本捕捉核量子效应(如隧穿和零点能量)。 在玻恩-奥本海默近似中已经存在一个成功的瞬子速率理论,其中最优隧穿路径位于单一绝热表面上。 基于费米黄金规则,在两个弱耦合的二绝热面内也已开发出一种相关的瞬子理论,用于非绝热反应。 然而,许多化学反应并不满足这两个极限条件。 通过采用可调的分割面来测量核坐标以及电子态之间的通量,我们发展了一种广义的非绝热瞬子速率理论,连接了这两种极限。 该理论对于所研究的系统很好地近似了量子力学精确的速率,并且还为非绝热反应提供了新颖的机制视角。
摘要: Constructing an accurate approximation to nonadiabatic rate theory which is valid for arbitrary values of the electronic coupling has been a long-standing challenge in theoretical chemistry. Ring-polymer instanton theories offer a very promising approach to solve this problem, since they can be rigorously derived using semiclassical approximations and can capture nuclear quantum effects such as tunnelling and zero-point energy at a cost similar to that of a classical calculation. A successful instanton rate theory already exists within the Born--Oppenheimer approximation, for which the optimal tunnelling pathway is located on a single adiabatic surface. A related instanton theory has also been developed for nonadiabatic reactions using two weakly-coupled diabatic surfaces within the framework of Fermi's golden rule. However, many chemical reactions do not satisfy the conditions of either limit. By employing a tunable dividing surface which measures the flux both along nuclear coordinates as well as between electronic states, we develop a generalised nonadiabatic instanton rate theory that bridges between these two limits. The resulting theory approximates the quantum-mechanically exact rates well for the systems studied and, in addition, offers a novel mechanistic perspective on nonadiabatic reactions.
评论: 15页,7幅图
主题: 化学物理 (physics.chem-ph) ; 计算物理 (physics.comp-ph); 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2505.04770 [physics.chem-ph]
  (或者 arXiv:2505.04770v1 [physics.chem-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.04770
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Rhiannon A. Zarotiadis [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 5 月 7 日 19:47:59 UTC (495 KB)
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