Quantum dynamics methods for fluctuating systems in quantum environments: Development and application

量子环境中涨落系统的量子动力学方法:开发与应用

基本信息

  • 批准号:
    1900170
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 41.58万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-07-01 至 2023-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Seogjoo J. Jang of Queens College, City University of New York, is supported by an award from the Chemical Theory, Models and Computational Methods program in the Division of Chemistry for developing and applying quantum dynamics methods for fluctuating systems in quantum environments. For example, think of a molecular substance, like sugar, dissolved in a glass of water. One could think of the electrons in the sugar molecule as the quantum system and the vibrations of the atoms in the sugar molecule as the quantum environment. The fluctuations are caused by the motions of the solvent molecules. Because of the counter-intuitive nature of quantum mechanics, it can be difficult to predict or understand the behavior of quantum systems without elaborate calculations. However, even after almost a century since the theory of quantum mechanics was founded, reliable quantum dynamics calculations beyond simple models and systems remain notoriously difficult to solve. Building on their earlier computational research, Professor Jang and coworkers are establishing systematic computational approaches appropriate for very large systems in realistic environments. Accurate descriptions of the dynamic behaviors of such quantum systems has significant implications for designing novel energy conversions, imaging, and information processing devices. Applications of these methods can elucidate quantum effects that remain important in noisy environments and can help develop new kinds of novel quantum devices. Professor Jang is working on a book on molecular excitons, which are important for solar energy conversion and imaging, and a review article on quantum dynamics methods. He is also dedicated to organizing conferences on cutting edge topics, and is developing new types of undergraduate level classes integrating experiments and computation.Professor Jang's group is developing and applying theories and computational methods for the dynamics calculation of quantum systems subject to general time dependent fluctuations while interacting with quantum environments. Accurate descriptions of the interplay of these two complicating factors has significant implications for long-range energy and charge transfer processes in complex molecular environments, and is one of central issues in quantum thermodynamics, information processing, and conductance. On one hand, this theory is pursued through master equation approaches, by combining the polaron transformation or modular coarse-graining with systematic higher order expansions. On the other hand, path-integral based theories and simulation methods are generalized for fluctuating systems. These methods are then applied and tested for the dynamics of delocalized excitons in light harvesting complexes and nanotubes, and for proton or proton-coupled electron transfer reactions in dynamic molecular environments. Outcomes of this research can elucidate spatio-temporal dynamics of delocalized excitons in complex environments and can provide key insights into the interplay between the effects of quantum environments and time dependent fluctuations in the dynamics of protons and loose electrons Professor Jang is working on a book on the dynamics of molecular excitons and a comprehensive review article on quantum master and Fokker-Planck equations. He continues organizing conferences and workshops on topical issues such as excitons, quantum information, machine learning, and chemical sensing, and is also designing new small group chemistry courses that can integrate experiments and computation/modeling.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
纽约皇后学院的Seogjoo J. Jang因开发和应用量子环境中波动系统的量子动力学方法而获得化学系化学理论、模型和计算方法项目的奖项。 例如,想象一种分子物质,如糖,溶解在一杯水中。 人们可以把糖分子中的电子看作量子系统,把糖分子中原子的振动看作量子环境。 波动是由溶剂分子的运动引起的。 由于量子力学的反直觉性质,如果没有精心的计算,很难预测或理解量子系统的行为。 然而,即使在量子力学理论建立近世纪之后,超越简单模型和系统的可靠量子动力学计算仍然难以解决。基于他们早期的计算研究,Jang教授和同事正在建立适用于现实环境中非常大的系统的系统计算方法。精确描述这种量子系统的动力学行为对于设计新型的能量转换、成像和信息处理设备具有重要意义。 这些方法的应用可以阐明在嘈杂环境中仍然重要的量子效应,并有助于开发新型量子器件。Jang教授正在撰写一本关于分子激子的书,这对太阳能转换和成像很重要,以及一篇关于量子动力学方法的评论文章。 他还致力于组织前沿课题的会议,并正在开发将实验与计算相结合的新型本科课程。张教授的研究小组正在开发和应用理论和计算方法,用于在与量子环境相互作用时受一般时间依赖波动影响的量子系统的动力学计算。 准确描述这两个复杂因素的相互作用对复杂分子环境中的长程能量和电荷转移过程具有重要意义,并且是量子热力学,信息处理和电导的中心问题之一。一方面,这个理论是通过主方程的方法,结合极化子变换或模块粗粒化与系统的高阶展开。 另一方面,将基于路径积分的理论和仿真方法推广到波动系统。然后,这些方法被应用和测试的离域激子在光捕获复合物和纳米管的动态,并在动态分子环境中的质子或质子耦合的电子转移反应。 这项研究的结果可以阐明复杂环境中离域激子的时空动力学,并可以为量子环境效应与质子和松散电子动力学中随时间变化的波动之间的相互作用提供关键见解 张教授正在撰写一本关于分子激子动力学的书,以及一篇关于量子大师和福克-普朗克方程的综合评论文章。 他继续组织关于激子、量子信息、机器学习和化学传感等热门话题的会议和研讨会,并正在设计能够整合实验和计算/建模的新的小组化学课程。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Excitons: Energetics and spatiotemporal dynamics
激子:能量学和时空动力学
  • DOI:
    10.1063/5.0075292
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jang, Seogjoo J.;Burghardt, Irene;Hsu, Chao-Ping;Bardeen, Christopher J.
  • 通讯作者:
    Bardeen, Christopher J.
Fundamental trade-off between the speed of light and the Fano factor of photon current in three-level lambda systems
三能级 lambda 系统中光速与光子电流法诺因子之间的基本权衡
Frenkel excitons in heat-stressed supramolecular nanocomposites enabled by tunable cage-like scaffolding
  • DOI:
    10.1038/s41557-020-00563-4
  • 发表时间:
    2020-11-16
  • 期刊:
  • 影响因子:
    21.8
  • 作者:
    Ng, Kara;Webster, Megan;Eisele, Dorthe M.
  • 通讯作者:
    Eisele, Dorthe M.
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Seogjoo Jang其他文献

Seogjoo Jang的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Seogjoo Jang', 18)}}的其他基金

Development of next generation quantum master equation and generalized master equation approaches
下一代量子主方程和广义主方程方法的开发
  • 批准号:
    1362926
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 41.58万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Synergistic theory development and computational modeling of the energy flow dynamics in soft optoelctronic molecules
职业:软光电分子能量流动力学的协同理论发展和计算建模
  • 批准号:
    0846899
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 41.58万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

发展基因编码的荧光探针揭示趋化因子CXCL10的时空动态及其调控机制
  • 批准号:
    32371150
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
β-arrestin2- MFN2-Mitochondrial Dynamics轴调控星形胶质细胞功能对抑郁症进程的影响及机制研究
  • 批准号:
    n/a
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
钱江潮汐影响下越江盾构开挖面动态泥膜形成机理及压力控制技术研究
  • 批准号:
    LY21E080004
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
磁性薄膜和磁性纳米结构中的自旋动力学研究
  • 批准号:
    11174131
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
星系结构基本单元星团的研究
  • 批准号:
    11043006
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
星系恒星与气体的动力学演化
  • 批准号:
    11073025
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
在我们的门前发掘化石——利用中国即将开展的巡天来研究银河系的演化
  • 批准号:
    11043005
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
物体运动对流场扰动的数学模型研究
  • 批准号:
    51072241
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
弦场论及Tachyon动力学
  • 批准号:
    10705008
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    15.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
微分遍历理论和廖山涛的一些方法的应用
  • 批准号:
    10671006
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

CAREER: Nonlinear Dynamics of Exciton-Polarons in Two-Dimensional Metal Halides Probed by Quantum-Optical Methods
职业:通过量子光学方法探测二维金属卤化物中激子极化子的非线性动力学
  • 批准号:
    2338663
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 41.58万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Improved optimization of covalent ligands using a novel implementation of quantum mechanics suitable for large ligand/protein systems.
使用适用于大型配体/蛋白质系统的量子力学的新颖实现改进了共价配体的优化。
  • 批准号:
    10601968
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 41.58万
  • 项目类别:
Next generation free energy perturbation (FEP) calculations--enabled by a novel integration of quantum mechanics (QM) with molecular dynamics allowing a large QM region and no sampling compromises
下一代自由能微扰 (FEP) 计算——通过量子力学 (QM) 与分子动力学的新颖集成实现,允许较大的 QM 区域且不会影响采样
  • 批准号:
    10698836
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 41.58万
  • 项目类别:
Development of numerical methods for simulating quantum dynamics towards the control of quantum computers
开发用于模拟量子动力学以控制量子计算机的数值方法
  • 批准号:
    23K13042
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 41.58万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Quantum Molecular Dynamics: Theory, methods, and applications
量子分子动力学:理论、方法与应用
  • 批准号:
    RGPIN-2022-03725
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 41.58万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Quantum Molecular Dynamics: Theory, methods, and applications
量子分子动力学:理论、方法与应用
  • 批准号:
    RGPIN-2016-04403
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 41.58万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Allosteric Drug Discovery using Quantum Cascade Laser based Anisotropic THz Microscope (QCL-ATM)
使用基于量子级联激光的各向异性太赫兹显微镜 (QCL-ATM) 进行变构药物发现
  • 批准号:
    10259392
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 41.58万
  • 项目类别:
Ab Initio molecular Dynamics with Quantum Nuclear Effects: Potential Surfaces and Gradients from on-the-fly Graph-Theory-Based Molecular Fragmentation Methods
具有量子核效应的从头算分子动力学:基于动态图论的分子断裂方法的势表面和梯度
  • 批准号:
    2102610
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 41.58万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Analysis of dynamic factors controlling photochemical reaction pathways using a combination of quantum mechanical and molecular dynamics methods
结合量子力学和分子动力学方法分析控制光化学反应途径的动态因素
  • 批准号:
    20K05423
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 41.58万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Quantum Molecular Dynamics: Theory, methods, and applications
量子分子动力学:理论、方法与应用
  • 批准号:
    RGPIN-2016-04403
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 41.58万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了