Chemistry Researches

Chemistry Researches

مطالعه دینامیک کوانتومی جفت شدگی قوی تحت میدان کاواک پلاسمونی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
زهرا جمشیدی 1
کیمیا کارگر 2
1 شیمی فیزیک، دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی شریف
2 شیمی فیزیک، دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی شریف، تهران ایران
10.22036/cr.2024.435944.1230
چکیده
نانوذرات پلاسمونی با میدان الکترومغناطیسی کوانتیده زیرموج، بستر مفیدی برای دستیابی به رژیم جفت شدگی قوی بین نور
و ماده میباشند. اخیرا ویژگی های نوری منحصر به فرد این ترکیبات زمینه کاربرد در حوزه تکنولوژی های کوانتومی را فراهم کرده است. کاواک نانوپلاسمونی میتواند تحت شرایط خاص با یک یا چند مولکول جفت شدگی قوی داشته و حالتهای پلاریتونی نور- ماده که هیبریدی از سطوح انرژی ماده و نور میباشد را در دمای اتاق ایجاد کند. این سطوح جدید با فراهم کردن امکان انتقال انرژی و بار بین سطوح مختلف ماده و نور بستری مناسب برای مهندسی مسیر واکنش میشوند. در این تحقیق با هدف بررسی خواص فتوفیزیکی و انتقالات الکترونی مولکول پیرازین تحت تاثیر کاواک پلاسمونی نقره، مدل هامیلتونین هرمیتی برای کاواک نانوپلاسمونی با تعداد 1۲۰ اتم نقره طراحی شده است. این محاسبات در چارچوب دینامیک کوانتومی با رویکرد هارتری وابسته به زمان چند پیکربندی (MCTDH) انجام گرفته است. پارامترهای مورد نیاز هامیلتونین به کمک محاسبات کوانتومی آغازین باز تولید شده است. در نهایت تاثیر قدرت جفت شدگی کاواک نقره با مولکول پیرازین بر میزان انتقالات فروپاشی غیرتابشی و طیف الکترونی پیرازین مورد ارزیابی قرار میگیرد.

چکیده تصویری

مطالعه دینامیک کوانتومی جفت شدگی قوی تحت میدان کاواک پلاسمونی
کلیدواژه‌ها
کاواک نانوپلاسمونی
دینامیک کوانتومی
هارتری وابسته به زمان چندپیکربندی
پلاریتون و حسگرهای کوانتومی

موضوعات

عنوان مقاله English

Quantum Dynamic Study of Strong Coupling with Plasmonic Cavity

نویسندگان English

Zahra Jamshidi 1
Kimia kargar 2
1 Chemistry department, Sharif University of Technology
2 Chemistry Department, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Nanoparticles with plasmonic properties in the quantum electromagnetic field provide a useful platform for achieving strong coupling regimes between light and matter. Recently, the unique optical properties of these compounds have paved the way for applications in the field of quantum technologies. Plasmonic nanocavities can exhibit strong coupling with one or more molecules under specific conditions, generating the polaritonic hybrid states of light-matter at room temperature. This new state enables the transfer of energy and charge population between the state of molecule and light, and, making a suitable platform for engineering reaction pathways. In this study, to investigate the photophysical properties of molecules under the influence of plasmonic cavities, a Hermitian Hamiltonian model has been designed for plasmonic nanocavities. These calculations have been performed within the framework of time-dependent quantum dynamics using the Multiconfigurational Time-Dependent Hartree (MCTDH) approach. The required parameters for the Hamiltonian have been generated through first-principle quantum calculations. Finally, the effect of coupling strength of silver nanocavity with pyrazine molecule on the amount of non-radiative decay and electronic spectrum of pyrazine is investigated.

کلیدواژه‌ها English

Nanoplasmonic cavity
Quantum dynamics
Time-dependent Multi Configuration Hartree
Polarity and Quantum sensor
[1] W. L. Mochán, In Reference Module in Materials Science and Materials Engineering; Elsevier, (2016).
[2] S. Bernadotte, F. Evers, C. R. Jacob, C. R, J. Phys. Chem. C, 117 (2013)1863. 
[3] T. Rossi, Simulating Electric Field Enhancement in Plasmonic Nanomaterials. Aalto University, Finland, (2013).
[4] A. Agrawal, I. Kriegel, D. J. Milliron, J. Phys. Chem. C, 119 (2015) 6227. 
[5] N. Asadi-Aghbolaghi, R. Rüger, Z. Jamshidi, L. Visscher, J. Phys. Chem. C, 124 (2020) 7946.
[6] M. S. Tame, K. R. McEnery, S. K. Özdemir, J. Lee, S. A. Maier, M. S. Kim, Nature Phys., 9 (2013) 329. 
[7] S. I. Martin-Moreno, L. Garcia-Vidal, F. Eds.; Springer Series in Solid-State Sciences; Springer
International Publishing, (2017).
[8] J. M. Fitzgerald, S. Azadi, V. Giannini, Phys. Rev. B, 95 (2017) 235414.
[9] C. Monroe, Nature, 416 (2002) 238. 
[10] C. You, A. C. Nellikka, I. De Leon, O. S. Magaña Loaiza, Nanophotonics, 9 (2020) 1243. 
[11] Z. Jamshidi, N. Asadi-Aghbolaghi, R. Morad, E. Mahmoudi, S. Sen, M. Maaza, L. Visscher, J. Chem. Phys., 156 (2022) 074102. 
[12] J. Fregoni, F. J. Garcia-Vidal, J. Feist, ACS Photonics, 9 (2022) 1096.
[13] J. J. Hopfield, Phys. Rev., 112 (1958) 1555.
[14] M. Sánchez-Barquilla, A. I. Fernández Domínguez, J. Feist, F. J. García-Vidal, ACS Photonics,
9 (2022) 1830.
[15] T. K. Hakala, H. T. Rekola, A. I. Väkeväinen, J. P. Martikainen, M. Nečada, A. J. Moilanen, P. Törmä, Nat. Commun., 8 (2017) 13687.
[16] V. Kumar, A. W. Rossi, Z. R. Lawson, R. D. Neal, J. A. Hachtel, S. Neretina, D. J. Masiello, J. P. Camden, J. Phys. Chem. C, 127 (2023) 6777.
[17] R. Liu, Z. -K. Zhou, Y. -C. Yu, T. Zhang, H.  Wang, G. Liu, Y. Wei, H. Chen, X. -H. Wang, Phys. Rev. Lett., 118 (2017) 237401.
[18] I. S. Ulusoy, O. Vendrell, J. Chem. Phys., 153 (2020) 044108.
[19] F. Francica, S. Maniscalco, J. Piilo, F. Plastina, K. -A. Suominen, Phys. Rev. A, 79 (2009) 032310.
[20] D. G. Lidzey, D. D. C. Bradley, T. Virgili, A. Armitage, M. S. Skolnick, S. Walker, Phys. Rev. Lett.,
82 (1999) 3319.
 [21] M. Kowalewski, K. Bennett, S. Mukamel, J. Phys. Chem. Lett., 7 (2016) 2050.
[22] Y. Liu, Y. Ma, Front. Phys., 8 (2020) 312. 
[23] S. M. Morton, D. W. Silverstein, L.  Jensen, Chem. Rev., 111 (2011) 3962.
[24] H. -D. Meyer, G. A. Worth, Theor Chem Acc., 109 (2003) 251.                                                                                
[25] G. A. Worth, H. -D. Meyer, H. Köppel, L. S. Cederbaum, I. Burghardt, Int. Rev. Phys. Chem., 27
(2008) 569.
[26] M. H. Beck, A. Jäckle, G.A. Worth, H.-D. Meyer, Physics Reports, 324 (2000) 1. 
[27] P. A. M. Dirac, Math. Proc. Camb. Phil. Soc., 26 (1930) 376.                                                                 
[28] Z. Jamshidi, K. Kargar, D. Mendive-Tapia, O. Vendrell, J. Phys. Chem. Lett., 14 (2023) 11367.
[29] D. P. Chong, Ed.; Recent advances in computational chemistry; World Scientific: Singapore;
River Edge, N.J, (1995).
[30] R. Rüger, E. van Lenthe, T. Heine, L. Visscher, J. Chem, Phys., 144 (2016) 184103.                                       
[31] F. Neese, WIREs Comput. Mol. Sci., 2 (2012) 73.
[32] H. -D. Meyer, U. Manthe, L. S. Cederbaum, Chem. Phys. Lett., 165 (1990) 73. 
[33] C. M. Aikens, S. Li, G. C. J. Phys. Chem. C, 112 (2008) 30

  • تاریخ دریافت 08 بهمن 1402
  • تاریخ بازنگری 31 فروردین 1403
  • تاریخ پذیرش 09 اردیبهشت 1403