Superexchange mechanism and quantum many body excitations in the archetypal di-Cu oxo-bridge

Superexchange mechanism and quantum many body excitations in the archetypal di-Cu oxo-bridge
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典型二铜氧桥中的超交换机制和量子多体激发

DOI:
10.1038/s42005-019-0270-1
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发表时间:
2020
影响因子:
5.5
通讯作者:
Al-Badri M
Al-Badri M
中科院分区:
物理与天体物理1区
文献类型:
--
作者:
Al-Badri M

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血蓝蛋白通过其核心的两个铜原子结合并运输分子氧。核心的单线态被认为是通过超交换途径稳定的,但详细的原位计算分析由于电子基态的多参考特性而变得复杂。在这里,使用一种新方法研究了血蓝蛋白功能位点中的电子关联效应,用簇动态平均场理论处理局域铜 3d 电子。这使我们能够解释动态和多参考量子力学,捕获 3d 电子的价态和自旋涨落。我们的方法解释了实验观察到的蝶形核心二铜单线态的稳定性,其具有局部电荷和穿过氧化桥的不相干散射过程,防止了长寿命的电荷激发。这表明血蓝蛋白的磁性结构在很大程度上受到多体校正的影响。
The hemocyanin protein binds and transports molecular oxygen via two copper atoms at its core. The singlet state of thecore is thought to be stabilised by a superexchange pathway, but detailed in situ computational analysis is complicated by the multi-reference character of the electronic ground state. Here, electronic correlation effects in the functional site of hemocyanin are investigated using a novel approach, treating the localised copper 3d electrons with cluster dynamical mean field theory. This enables us to account for dynamical and multi-reference quantum mechanics, capturing valence and spin fluctuations of the 3d electrons. Our approach explains the stabilisation of the experimentally observed di-Cu singlet for the butterfliedcore, with localised charge and incoherent scattering processes across the oxo-bridge that prevent long-lived charge excitations. This suggests that the magnetic structure of hemocyanin is largely influenced by the many-body corrections.
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