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有限温度下超越玻恩-奥本海默近似的单自旋交叉分子中超快系间窜越动力学的振子理论

Vibronic Theory of Ultrafast Intersystem Crossing Dynamics in a Single Spin-Crossover Molecule at Finite Temperature beyond the Born--Oppenheimer Approximation.

作者信息

Klinduhov Nikolay, Boukheddaden Kamel

机构信息

Groupe d'Etude de la Matière Condensée, Université de Versailles, CNRS UMR 8635 , 45 Avenue des Etats-Unis, 78035 Versailles Cedex, France.

Institute of Technical Acoustics, National Academy of Sciences of Belarus , 13 Lyudnikova st, 210023 Vitebsk, Belarus.

出版信息

J Phys Chem Lett. 2016 Feb 18;7(4):722-7. doi: 10.1021/acs.jpclett.6b00014. Epub 2016 Feb 5.

DOI:10.1021/acs.jpclett.6b00014
PMID:26835869
Abstract

Quantum density matrix theory is carried out to study the ultrafast dynamics of the photoinduced state in a spin-crossover (SC) molecule interacting with a heat bath. The investigations are realized at finite temperature and beyond the usual Born-Oppenheimer (BO) approach. We found that the SC molecule experiences in the photoexcited state (PES) a huge internal pressure, estimated at several gigapascals, partly released in an "explosive" way within ∼100 fs, causing large bond length oscillations, which dampen in the picosecond time scale because of internal conversion processes. During this regime, the BO approximation is not valid. Depending on the tunneling strength, the ultrafast relaxation may proceed through the thermodynamic metastable high-spin state or prevent it. Interestingly, we demonstrate that final relaxation toward the low-spin state always follows a local equilibrium pathway, where the BO approach is valid. Our formulation reconciles the nonequilibrium and the equilibrium properties of this fascinating phenomenon and opens the way to quantum studies on cluster molecules.

摘要

运用量子密度矩阵理论研究了与热浴相互作用的自旋交叉(SC)分子中光致态的超快动力学。这些研究是在有限温度下且超越通常的玻恩 - 奥本海默(BO)近似方法下进行的。我们发现,SC分子在光激发态(PES)经历了高达数吉帕斯卡的巨大内压,部分内压以“爆炸”方式在约100飞秒内释放,导致键长大幅振荡,由于内转换过程,这些振荡在皮秒时间尺度内衰减。在此期间,BO近似无效。取决于隧穿强度,超快弛豫可能通过热力学亚稳高自旋态进行,也可能阻止其形成。有趣的是,我们证明了向低自旋态的最终弛豫总是遵循局部平衡路径,在此路径上BO近似是有效的。我们的公式调和了这一迷人现象的非平衡和平衡性质,并为团簇分子的量子研究开辟了道路。

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