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用于非绝热分子动力学的自旋映射方法。

Spin-mapping approach for nonadiabatic molecular dynamics.

作者信息

Runeson Johan E, Richardson Jeremy O

机构信息

Laboratory of Physical Chemistry, ETH Zürich, 8093 Zürich, Switzerland.

出版信息

J Chem Phys. 2019 Jul 28;151(4):044119. doi: 10.1063/1.5100506.

DOI:10.1063/1.5100506
PMID:31370524
Abstract

We propose a trajectory-based method for simulating nonadiabatic dynamics in molecular systems with two coupled electronic states. Employing a quantum-mechanically exact mapping of the two-level problem to a spin-12 coherent state, we use the Stratonovich-Weyl transform to construct a classical phase space of a spin vector constrained to a spherical surface whose radius is consistent with the quantum magnitude of the spin. In contrast with the singly excited harmonic oscillator basis used in Meyer-Miller-Stock-Thoss (MMST) mapping, the theory requires no additional projection operators onto the space of physical states. When treated under a quasiclassical approximation, we show that the resulting dynamics are equivalent to those generated by the MMST Hamiltonian. What differs is the value of the zero-point energy parameter as well as the initial distribution and the measurement operators used in constructing correlation functions. For various spin-boson models, the results of the method are seen to be a significant improvement compared to both standard Ehrenfest dynamics and linearized semiclassical MMST mapping, without adding any computational complexity.

摘要

我们提出了一种基于轨迹的方法,用于模拟具有两个耦合电子态的分子系统中的非绝热动力学。通过将二能级问题进行量子力学精确映射到自旋 - 1/2 相干态,我们使用斯特拉托诺维奇 - 外尔变换来构建一个自旋矢量的经典相空间,该自旋矢量被约束在一个半径与自旋的量子大小一致的球面上。与迈耶 - 米勒 - 斯托克 - 托斯(MMST)映射中使用的单激发谐振子基不同,该理论不需要在物理态空间上额外的投影算符。当在准经典近似下处理时,我们表明所得动力学与由 MMST 哈密顿量产生的动力学等效。不同之处在于零点能量参数的值以及用于构建关联函数的初始分布和测量算符。对于各种自旋 - 玻色子模型,该方法的结果与标准埃伦费斯特动力学和线性化半经典 MMST 映射相比都有显著改进,且不增加任何计算复杂度。

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