This item is provided by the institution :

Repository :
E-Locus Institutional Repository
see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

2016 (EN)
Κβαντικές τροχιές σε φωτοσυνθετικές αντιδράσεις ιοντικών ριζών
Quantum trajectories in photosynthetic radical-pair reactions

Τσαμπουράκης, Κωνσταντίνος Β.

Ρακιτζής, Πέτρος
Φλυτζάνης, Νικόλαος
Κομίνης, Ιωάννης

Η χημεία σπιν είναι η μελέτη μαγνητικών φαινομένων σε χημικές αντιδράσεις. Είναι γνωστό ότι τέτοια φαινόμενα προκύπτουν λόγω των ηλεκτρονικών σπιν ενδιαμέσων ριζών κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων. Έχουν παρατηρηθεί σε πολλά χημικά συστήματα και πρόσφατα σε μεταφορά ηλεκτρονίων στη φωτοσύνθεση. Το βασικό μοντέλο που έχει προταθεί για την εξήγηση τέτοιων φαινομένων είναι ο Radical Pair Mechanism (Μηχανισμός Ζεύγους Ριζών) και προσφέρει μια βάση για την ερμηνεία των σχετικών πειραμάτων. Chemically induced dynamic nuclear polarization (CIDNP- Χημικώς Επαγόμενη Δυναμική Πυρηνική Πόλωση) ονομάζεται η εμφάνιση πυρηνικής πόλωσης εκτός θερμικής ισορροπίας κατά τη διάρκεια αντιδράσεων διπλών ριζών ( radical pair reactions). Παρατηρείται μέσω φασματοσκοπίας NMR και έχει παρατηρηθεί σε μεγάλο πλήθος αντιδράσεων μεταφοράς ηλεκτρονίων στη φωτοσύνθεση. Η εξίσωση που παραδοσιακά χρησιμοποιείται για την περιγραφή της κβαντικής εξέλιξης των σπιν διπλών ριζών εισήχθη το 1976 από τον R. Haberkorn. Μια πιο γενική θεωρία που περιλαμβάνει την δυναμική των κβαντικών μετρήσεων που συμβαίνουν κατά την διάρκεια αντιδράσεων διπλών ριζών, εξήχθη από τον Ι. Κομίνη το 2008. Μέχρι τώρα τα πειράματα δεν έχουν καταφέρει να δείξουν ποιά θεωρία περιγράφει σωστά την κινητική αυτών των αντιδράσεων. Στην παρούσα εργασία, βρίσκουμε ένα τρόπο για να συγκρίνουμε την ορθότητα των δύο θεωριών. Το τεστ αυτό ελέγχει την αυτοσυνέπεια κάθε θεωρίας και βασίζεται στην περιγραφή μέσω κβαντικών τροχιών. Ο έλεγχος γίνεται στα πλαίσια του CIDNP στην φωτοσυνθετική μεταφορά ηλεκτρονίων, ένα φυσικό σύστημα ιδιαίτερα κατάλληλο για μια τέτοια σύγκριση. Δείχνουμε ότι η παραδοσιακή εξίσωση δεν είναι σε καλή συμφωνία με την περιγραφή μέσω τροχιών και άρα δεν έχει αυτοσυνέπεια. Από την άλλη βρίσκουμε ότι η καινούργια θεωρία είναι αρκετά αυτοσυνεπής και άρα είναι πιο κατάλληλη για την περιγραφή της δυναμικής των διπλών ριζών. (EL)
Spin chemistry is the study of magnetic effects in chemical reactions. They are known to occur due to the electronic spins of radical intermediates during chemical reactions. Such effects have been observed in many chemical systems and recently during electron transfer in photosynthetic systems. The basic model proposed to explain such effects is called the radical pair mechanism and provides a basic for the interpretation of the experiments. Chemically induced dynamic nuclear polarization (CIDNP) is the emergence of non-equilibrium nuclear spin polarization during radical pair reactions. It is observed using NMR spectroscopy and it has been observed in many photosynthetic electron transfer reactions. The equation that has been used traditionally in spin chemistry to de- scribe the quantum evolution of radical pair spins was introduced by R. Haberkorn in 1976. A more general theory that includes the quantum mea- surement dynamics that take place during radical pair reactions was derived by I. Kominis in 2008. Experiments so far have not been able to show which theory describes the kinetics of radical pair reactions correctly. In this work, we come up with a test to compare the correctness of the two theories. The test checks the internal consistency of each theory and is based on a description using quantum trajectories. The test is done in the framework of CIDNP during electron transfer reactions in photosynthesis, a model system that is well suited for such a comparison. We show that the traditional master equation of spin chemistry is not in good agreement with a single molecule viewpoint and thus lacks internal consistency. On the other hand we find that the newly proposed equation is fairly consistent with the corresponding quantum trajectories and is thus better suited for the description of radical pair dynamics. (EN)

Τύπος Εργασίας--Μεταπτυχιακές εργασίες ειδίκευσης

Quantum physics



Σχολή/Τμήμα--Σχολή Θετικών και Τεχνολογικών Επιστημών--Τμήμα Φυσικής--Μεταπτυχιακές εργασίες ειδίκευσης

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)