CCI Phase 1: NSF Center for Quantum Electrodynamics for Selective Transformations (QuEST)
CCI 第一阶段:NSF 选择性转变量子电动力学中心 (QuEST)
基本信息
- 批准号:2124398
- 负责人:
- 金额:$ 180万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-09-01 至 2024-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The NSF Center for Quantum Electrodynamics for Selective Transformations (QuEST) is supported by the Centers for Chemical Innovation (CCI) Program of the Division of Chemistry. QuEST is directed by Todd Krauss at the University of Rochester, with a team that includes Pengfei Huo, William Jones and Nick Vamivakas all from the University of Rochester, Jillian Dempsey at the University of North Carolina-Chapel Hill, Nicolas Large and Zachary Tonzetich from the University of Texas-San Antonio, Teri Odom from Northwestern University and Daniel Weix from the University of Wisconsin-Madison. The development of better drugs to treat diseases, new materials that are both affordable and sustainable, and new ways to harness renewable energy all depend upon the synthesis of new molecules. When making new molecules, chemists are generally bound by a well-established set of “rules” for how a given molecule will and will not react. A limited number of tools exist to tune the result of a chemical synthesis, such as by varying the temperature, shining light on the reaction, or using a metal catalyst. However, the outcomes of a chemical reaction are largely pre-determined by the fundamental nature of the reacting molecules themselves. The goal of QuEST is to discover a new tool that will allow the development of new chemical reactions that are not currently possible. QuEST will do this by performing chemical reactions inside an optical cavity. In an optical cavity, light is best described as consisting of discrete quanta called photons. When such quantum-light from inside the cavity strongly interacts with the reactant molecules in a chemical reaction, the molecules are fundamentally altered in a manner that should unlock new types of chemical reactions. The ability to direct the outcomes of chemical reactions by simply changing properties of light delivered to the system represents a completely new way to tune a particular chemical synthesis, which, in turn, has the potential to transform approaches to chemical synthesis and have broad benefits to society. QuEST will also train future leaders in the field, ensuring that they are well-prepared to communicate the excitement of quantum science applied to chemistry to a broad audience, and striving to build a cohort of developing quantum chemistry researchers that is truly diverse.The CCI Phase I NSF Center for Quantum Electrodynamics for Selective Transformations aims to discover uniquely selective chemical functionalizations that are enabled by the strong interaction of matter and the quantum light of an optical cavity. QuEST is exploring a fundamentally new tool for the development of selective organic chemistry by utilizing optical cavity polaritons, hybrid light-matter quasiparticles, in a manner similar to chemical catalysts. QuEST brings together methods and approaches from across organic, inorganic, materials, theoretical, and physical chemistry as well as quantum optics. QuEST aims to establish a clear understanding of how polaritons influence properties of molecules relevant for chemistry--such as potential energy surfaces--and develop effective methods to create polaritons for a broad array of molecules in solution. Model chemical reactions in Phase I have been chosen to test the fundamental mechanism and basic principles of polariton chemistry. In addition to rigorous scientific training, QuEST will instruct students in best practices for bringing quantum-chemical science to a broad audience. Efforts will be directed toward increasing diversity in the scientific pipeline through science experiences for underrepresented undergraduate students, as well as translating QuEST science into high-school laboratory activities, social media dialogues, and portable museum exhibits appropriate for all ages. This CCI presents a bold vision for facilitating the growth of an entirely new and emerging field: using quantum electrodynamics principles to enable selective chemistry.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.
NSF选择性转化量子电动力学中心(QuEST)由化学部化学创新中心(CCI)计划支持。QuEST由罗切斯特大学的托德克劳斯(Todd Krauss)负责,团队成员包括罗切斯特大学的霍鹏飞(Pengfei Huo)、威廉·琼斯(William Jones)和尼克·瓦米瓦卡斯(Nick Vamivakas),北卡罗来纳大学教堂山分校的吉利安·邓普西(Jillian Dempsey),德克萨斯大学圣安东尼奥分校的尼古拉斯·拉格尔(Nicolas Large)和扎卡里·汤泽蒂奇(Zachary Tonzetich),西北大学的泰瑞·奥多姆(Teri Odom)和威斯康星大学麦迪逊分校的丹尼尔·韦克斯(Daniel Weix)。开发更好的药物来治疗疾病,开发既负担得起又可持续的新材料,以及开发利用可再生能源的新方法,都取决于新分子的合成。在制造新分子时,化学家通常受到一套既定的“规则”的约束,这些规则规定了给定分子将如何反应,以及将如何不反应。有限数量的工具存在调整化学合成的结果,例如通过改变温度,照射反应,或使用金属催化剂。然而,化学反应的结果在很大程度上是由反应分子本身的基本性质预先确定的。QuEST的目标是发现一种新的工具,允许开发目前不可能的新化学反应。QuEST将通过在光学腔内进行化学反应来实现这一点。在光学腔中,光最好描述为由称为光子的离散量子组成。当来自腔体内的这种量子光在化学反应中与反应物分子强烈相互作用时,分子会以一种应该解锁新型化学反应的方式发生根本性的改变。通过简单地改变传递到系统的光的性质来指导化学反应的结果的能力代表了一种全新的方式来调整特定的化学合成,这反过来又有可能改变化学合成的方法,并对社会产生广泛的利益。QuEST还将培训该领域未来的领导者,确保他们做好充分准备,将量子科学应用于化学的兴奋传达给广大受众,并努力建立一个真正多样化的量子化学研究人员队伍。CCI第一阶段NSF选择性转换量子电动力学中心旨在发现由强相互作用实现的独特选择性化学功能化物质和光腔中的量子光。QuEST正在探索一种全新的工具,通过利用光学腔极化激元,混合轻物质准粒子,以类似于化学催化剂的方式发展选择性有机化学。QuEST汇集了来自有机,无机,材料,理论和物理化学以及量子光学的方法和途径。QuEST旨在明确了解极化激元如何影响与化学相关的分子性质-例如势能表面-并开发有效的方法来为溶液中的各种分子创建极化激元。选择第一阶段的模型化学反应来检验极化激元化学的基本机制和基本原理。除了严格的科学培训,QuEST将指导学生将量子化学科学带给广大观众的最佳实践。努力将通过科学经验,为代表性不足的本科生,以及翻译QuEST科学到高中实验室活动,社交媒体对话,并适合所有年龄的便携式博物馆展览增加科学管道的多样性。这个CCI为促进一个全新的新兴领域的发展提出了一个大胆的愿景:利用量子电动力学原理实现选择性化学。这个奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识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(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Incorporating Lindblad Decay Dynamics into Mixed Quantum-Classical Simulations
将 Lindblad 衰变动力学纳入混合量子经典模拟
- DOI:10.1063/5.0099922
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Koessler, Eric R;Mandal, Arkajit;Huo, Pengfei
- 通讯作者:Huo, Pengfei
Resolving ambiguities of the mode truncation in cavity quantum electrodynamics
解决腔量子电动力学中模式截断的模糊性
- DOI:10.1364/ol.450228
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:3.6
- 作者:Taylor, Michael A. D.;Mandal, Arkajit;Huo, Pengfei
- 通讯作者:Huo, Pengfei
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Todd Krauss其他文献
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