Ab initio molecular dynamics with non-adiabatic and spin-orbit effects applied to time-dependent fluorescence

Abstract

Ab initio molekulová dynamika s neadiabatickými a spin-orbitálními efekty aplikovaná na časově závislou fluorescenci Marek Pederzoli1,2 1Charles University in Prague, Faculty of Science, Department of Physical and Macromolecular Chemistry, Hlavova 8, 12840 Prague 2, Czech Republic 2J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry, Czech Academy of Sciences, Dolejškova 3, 18223 Prague 8, Czech Republic Fluorescenční sondy jsou nepostradatelné pro mnoho experimentálních technik používa- ných v biochemii a mikrobiologii. Přesné simulace těchto molekul jsou z teoretického hlediska výzvou, protože mohou zahrnovat konické intersekce a mezisystémové přechody i interakce s prostředím. Tato práce je souborem publikací týkajících se vývoje, implementace a aplikace technik ab initio molekulové dynamiky s neadiabatickými a spin-orbitálními interakcemi, které jsou použitelné pro modelování fluorescenčních sond nejen v plynné fázi, ale také v komplexním prostředí biomembrán. Úvodní část se týká studia 9H-adeninu pomocí ab initio molekulové dynamiky s neadi- abatickou vazbou na TD-DFT úrovni a s použitím dvou single-referenčních metod CC2 a ADC(2). Hlavní část práce pak popisuje implementaci spin-orbitální vazby do dynamiky s využitím Tullyho...

Ab initio molecular dynamics with non-adiabatic and spin-orbit effects applied to time-dependent fluorescence Marek Pederzoli1,2 1Charles University in Prague, Faculty of Science, Department of Physical and Macromolecular Chemistry, Hlavova 8, 12840 Prague 2, Czech Republic 2J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry, Czech Academy of Sciences, Dolejškova 3, 18223 Prague 8, Czech Republic Fluorescent probes are essential for many experimental techniques in biochemistry and microbiology. Accurate simulations of these molecules are theoretically challenging as they can involve conical intersections and intersystem crossings as well as interactions with the environment. This thesis is a compilation of papers dealing with development, implementation, and application of ab initio molecular dynamics techniques with non-adiabatic and spin-orbit interactions that can be used to model fluorescent probes not only in the gas phase but also in the complex molecular environment of biomembranes. Initial work involves a study of 9H-adenine using ab initio MD with non-adiabatic ef- fect using time-dependent density functional theory and two single reference methods CC2 and ADC(2). The central part of the thesis discusses the implementation of spin-orbit coupling into surface hopping dynamics with application to...