論文の概要: Chemical hydrodynamics of nuclear spin states

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.02085v1
• Date: Sun, 04 May 2025 12:38:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-06 18:49:35.419763
• Title: Chemical hydrodynamics of nuclear spin states
• Title（参考訳）: 核スピン状態の化学流体力学
• Authors: Anupama Acharya, Madhukar Said, Sylwia J. Barker, Marcel Utz, Bruno Linclau, Ilya Kuprov,
• Abstract要約: 原子核スピンダイナミクスの時間領域量子力学的記述のための数値的に安定な定式化を報告する。 この形式は、オープンソースのSpinachライブラリのバージョン2.11以降で実装されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum mechanical equations of motion are strictly linear in state descriptors, such as wavefunctions and density matrices, but equations describing chemical kinetics and hydrodynamics may be non-linear in concentrations. This incompatibility is fundamental, but special cases can be handled - for example, in magnetic resonance where nuclear spin interactions may be too weak influence concentration dynamics. For processes involving single spins and first-order chemical reactions, this is a well-researched topic, but time evolution of complex nuclear spin systems in the presence of second-order kinetics, diffusion, and flow has so far remained intractable. This creates obstacles in microfluidics, homogeneous catalysis, and magnetic resonance imaging of metabolic processes. In this communication we report a numerically stable formalism for time-domain quantum mechanical description of nuclear spin dynamics and decoherence in the simultaneous presence of diffusion, flow, and second-order chemical reactions. The formalism is implemented in versions 2.11 and later of the open-source Spinach library. As an illustration, we use Diels-Alder cycloaddition of acrylonitrile to cyclopentadiene, yielding endo- and exo-norbornene carbonitrile, in the presence of diffusion and flow in the detection chamber of a microfluidic NMR probe (a finite element model with thousands of Voronoi cells) with a spatially localised stripline radiofrequency coil.
• Abstract（参考訳）: 運動の量子力学方程式は、波動関数や密度行列のような状態記述子では厳密に線形であるが、化学動力学や流体力学を記述する方程式は濃度において非線形である。 この不和合性は基本的なものであるが、特別な場合(例えば、核スピン相互作用が弱影響集中のダイナミックスであるかもしれない磁気共鳴)を扱うことができる。 単一スピンと一階化学反応を含むプロセスでは、これはよく研究されているトピックであるが、二次運動学、拡散、流れの存在下での複雑な核スピン系の時間進化は、これまでも難解なままである。 これにより、微小流体学、均質触媒学、代謝過程の磁気共鳴イメージングの障害が生じる。 本報告では,核スピン力学の時間領域量子力学的記述と拡散・流動・二階化学反応の同時進行におけるデコヒーレンスについて,数値的に安定な定式化を報告する。 この形式は、オープンソースのSpinachライブラリのバージョン2.11以降で実装されている。 本研究では, マイクロ流体NMRプローブ (数千個のボロノイセルを持つ有限要素モデル) の検出室における拡散と流れの存在下で, アクリロニトリルをシクロペンタジエンにシクロペンタジエンに付加し, エキソ-ノルボーンカルボニトリルとエンド-シクロペンタジエンを合成した。

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