論文の概要: Cavity-Altered Thermal Isomerization Rates and Dynamical Resonant
Localization in Vibro-Polaritonic Chemistry
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2109.13574v3
- Date: Thu, 4 Nov 2021 10:23:21 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-13 07:46:36.471043
- Title: Cavity-Altered Thermal Isomerization Rates and Dynamical Resonant
Localization in Vibro-Polaritonic Chemistry
- Title（参考訳）: ビブロ-ポーラリトニック化学におけるキャビティ交換熱異性化速度と動的共振局在
- Authors: Eric W. Fischer, Janet Anders, Peter Saalfrank
- Abstract要約: マイクロ流体光学キャビティに埋め込まれた分子の反応速度は、「通常」反応条件下で観察される速度と比較して変化する。
光学キャビティモードと分子振動の強い結合が反応性に与える影響と共振挙動の出現について検討した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: It has been experimentally demonstrated that reaction rates for molecules
embedded in microfluidic optical cavities are altered when compared to rates
observed under "ordinary" reaction conditions. However, precise mechanisms of
how strong coupling of an optical cavity mode to molecular vibrations affect
the reactivity and how resonance behavior emerges are still under dispute. In
the present work, we approach these mechanistic issues from the perspective of
a thermal model reaction, the inversion of ammonia along the umbrella mode, in
presence of a single cavity mode of varying frequency and coupling strength. A
topological analysis of the related cavity Born-Oppenheimer potential energy
surface in combination with quantum mechanical and transition state theory rate
calculations reveals two quantum effects, leading to decelerated reaction rates
in qualitative agreement with experiments: The stiffening of quantized modes
perpendicular to the reaction path at the transition state, which reduces the
number of thermally accessible reaction channels, and the broadening of the
barrier region which attenuates tunneling. We find these two effects to be very
robust in a fluctuating environment, causing statistical variations of
potential parameters such as the barrier height. Further, by solving the
time-dependent Schr\"odinger equation in the vibrational strong coupling
regime, we identify a resonance behavior, in qualitative agreement with
experimental and earlier theoretical work. The latter manifests as reduced
reaction probability, when the cavity frequency $\omega_c$ is tuned resonant to
a molecular reactant frequency. We find this effect to be based on the
dynamical localization of the vibro-polaritonic wavepacket in the reactant
well.
- Abstract（参考訳）: マイクロ流体光学キャビティに埋め込まれた分子の反応速度は、「通常」反応条件下で観察される速度と比較して変化することが実験的に実証されている。
しかし、光学キャビティモードと分子振動の強い結合が反応性にどのように影響するかの正確なメカニズムや共鳴挙動はいまだに議論されている。
本研究では, 熱モデル反応, 傘モードに沿ったアンモニアの反転, 周波数および結合強度の異なる単一キャビティモードの存在から, これらの機械論的問題にアプローチする。
A topological analysis of the related cavity Born-Oppenheimer potential energy surface in combination with quantum mechanical and transition state theory rate calculations reveals two quantum effects, leading to decelerated reaction rates in qualitative agreement with experiments: The stiffening of quantized modes perpendicular to the reaction path at the transition state, which reduces the number of thermally accessible reaction channels, and the broadening of the barrier region which attenuates tunneling.
この2つの効果は変動環境において非常に頑健であり,バリア高さなどの潜在的パラメータの統計的変動を引き起こす。
さらに,振動強結合系における時間依存schr\"odinger方程式を解くことにより,実験および初期の理論研究と定性的に一致した共振挙動を同定する。
後者は、空洞周波数$\omega_c$が分子反応周波数に共振するときに、還元反応確率として現れる。
この効果は, 反応井戸中のビブロ偏光波束の動的局在に基づくものと考えられる。
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