論文の概要: Ergotropy of a Photosynthetic Reaction Center

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.04097v1
• Date: Sat, 05 Jul 2025 16:46:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-08 15:46:35.011588
• Title: Ergotropy of a Photosynthetic Reaction Center
• Title（参考訳）: 光合成反応中心のエルゴトロピー
• Authors: Trishna Kalita, Manash Jyoti Sarmah, Javed Akhtar, Himangshu Prabal Goswami,
• Abstract要約: 理論的には、量子マスター方程式を用いた光系II反応中心の解析を行う。 エルゴトロピー(エルゴトロピー、英: ergotropy)は、エネルギー損失のない量子状態から抽出できる最大の仕事である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3374875022248865
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We theoretically analyze the Photosystem II reaction center using a quantum master equation approach, where excitonic and charge-transfer rates are computed at the Redfield and F\"orster levels with realistic spectral densities. The focus is on ergotropy, the maximum work extractable from a quantum state without energy loss. We compute the ergotropy by constructing passive states in the thermodynamic sense. Among the electron transfer pathways, those involving charge separation between $Chl_{D1}$ and $Phe_{D1}$, as well as a route passing through three sequential charge-separated states, yield higher ergotropy, suggesting greater capacity for work extraction, akin to quantum energy capacitors. A third pathway, bypassing the $Chl_{D1},Phe_{D1}$ pair, shows significantly reduced ergotropy. These differences arise from population-induced transitions between active and passive regimes. Our findings highlight how biological systems may exploit non-equilibrium population structures to optimize energy conversion, connecting quantum thermodynamic principles to biological energy harvesting.
• Abstract（参考訳）: 理論的には、量子マスター方程式を用いて光系II反応中心を解析し、励起率と電荷移動率を現実的なスペクトル密度を持つレッドフィールドおよびF\orsterレベルで計算する。 エルゴトロピー(エルゴトロピー、英: ergotropy)は、エネルギー損失のない量子状態から抽出できる最大の仕事である。 我々は熱力学的な意味で受動的状態を構築することでエルゴトロピーを計算する。 電子伝達経路のうち、$Chl_{D1}$と$Phe_{D1}$の電荷分離を含むもの、および3つの逐次電荷分離状態を通過する経路は高いエルゴトロピーを生じ、量子エネルギーコンデンサのような仕事の抽出能力が高いことを示唆する。 3番目の経路は、$Chl_{D1},Phe_{D1}$ペアをバイパスし、エルゴトロピーを著しく減少させる。 これらの違いは、アクティブな体制とパッシブな体制の間の人口によって引き起こされる遷移から生じる。 本研究は, 生物系が非平衡集団構造を利用してエネルギー変換を最適化し, 量子熱力学原理と生物エネルギー収穫を結合する方法について述べる。

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