Model of coherent electron dynamics in molecules
| Thesis title in Czech: | Model koherentní elektronové dynamiky v molekulách |
|---|---|
| Thesis title in English: | Model of coherent electron dynamics in molecules |
| Key words: | koherence|dekoherence|matice hustoty|elektronová dynamika|vibrační dynamika |
| English key words: | coherence|decoherence|density matrix|electron dynamics|vibrational dynamics |
| Academic year of topic announcement: | 2021/2022 |
| Thesis type: | diploma thesis |
| Thesis language: | angličtina |
| Department: | Institute of Theoretical Physics (32-UTF) |
| Supervisor: | doc. RNDr. Přemysl Kolorenč, Ph.D. |
| Author: | hidden - assigned and confirmed by the Study Dept. |
| Date of registration: | 22.11.2021 |
| Date of assignment: | 06.12.2021 |
| Confirmed by Study dept. on: | 07.01.2022 |
| Date and time of defence: | 09.06.2023 10:00 |
| Date of electronic submission: | 03.05.2023 |
| Date of submission of printed version: | 09.05.2023 |
| Date of proceeded defence: | 09.06.2023 |
| Opponents: | doc. RNDr. Karel Houfek, Ph.D. |
| Guidelines |
| Student se seznámí s obecným problémem dekoherence a jeho popisem ve formalismu operátoru/matice hustoty a provede rešerši dostupné literatury na téma elektronová koherence v molekulách. Následně implementuje numerické řešení jednoduchého jedno-částicového modelu, ve kterém bude částice (elektron) vystaven působení dvou potenciálových jam (atomů) a tyto jámy budou interagovat harmonickou interakcí (vibrační mód). Numerické řešení bude založeno na přesném vývoji plné matice hustoty systému. Tato bude využita ke studiu čaového vývoje čistoty odpovídající elektronové redukované matice hustoty a k simulaci časové závislosti vhodné pozorovatelné veličiny, citlivé pouze na elektronové stupně volnosti. Následně bude studovat rychlost dekoherence v závislosti na parametrech modelu. |
| References |
| 1) M.J.J. Vrakking, F. Lepine, Attosecond Molecular Dynamics, Theoretical and Computational Chemistry Series (The Royal Society of Chemistry, 2019)
2) L. Marchildon, Quantum Mechanics (Springer, 2002) 3) R. Balian, From Microphysics to Macrophysics, Vol. I (Springer, 2007) 3) L.S. Cederbaum, J. Zobeley, Ultrafast charge migration by electron correlation, Chem. Phys. Lett. 307, 205 (1999) 4) C. Arnold, O. Vendrell, R. Santra, Electronic decoherence following photoionization: Full quantum-dynamical treatment of the influence of nuclear motion, Phys. Rev. A 95, 033425 (2017) |
| Preliminary scope of work |
| Kvantová koherence mezi molekulárními elektronovými stavy excitovanými v procesu fotoionizace a s ní spojený proces rychlého přenosu náboje v rámci molekuly je jedním z aktuálních témat attosekundové fyziky, neboť se předpokládá, že představuje významný mechanismus v procesu fotodisociace a může být využit k ovlivnění reaktivity molekul. Dostupná pozorování naznačují, že elektronová koherence indukovaná fotoionizací může přežít až desítky femtosekund i v komplexních molekulách, zatímco některé teoretické studie předpovídají mnohem rychlejší dekoherenci způsobenou dynamikou jader i samotnou neurčitostí v polohách atomů. Tento rozpor může být způsoben jak závislostí rychlosti dekoherence na konkrétním systému, tak i skutečností, že studium těchto jevů je na hranici možností dostupných experimentálních i teoretických metod. Cílem práce bude vytvořit co nejjednodušší, numericky exaktně řešitelný jedno- až dvou-elektronový model zahrnující také vibrační stupeň volnosti, který bude umožňovat popis dekoherence v elektronových stupňích volnosti v důsledku vazby na vibrační módy. Model bude využit k demonstraci a studiu základních mechanismů tohoto procesu včetně závislosti rychlosti dekoherence na parametrech "molekuly". Zároveň bude možné na modelu testovat aproximace používané pro simulace reálných systémů. |