論文の概要: Diagonal Born-Oppenheimer Corrections in Condensed-Phase Ring Polymer Surface Hopping
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.10629v1
- Date: Fri, 12 Sep 2025 18:21:39 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-16 17:26:22.698967
- Title: Diagonal Born-Oppenheimer Corrections in Condensed-Phase Ring Polymer Surface Hopping
- Title（参考訳）: 縮合型環高分子表面ホッピングにおける対角型ボルン・オッペンハイマー補正
- Authors: Dil K. Limbu, Sandip Bhusal, Diana M. Castaneda-Bagatella, Farnaz A. Shakib,
- Abstract要約: リングポリマー表面ホッピング(RPSH)は、ユニークな混合量子古典力学法である。
センチロイドおよびビーズ近似のフレームワークにおけるRPSHのいくつかの変種について検討した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Ring-polymer surface hopping (RPSH) is a unique mixed quantum-classical dynamics method that seamlessly incorporates nuclear quantum effects (NQEs) into non-adiabatic dynamics simulations via the extended phase-space of a classical ring polymer. Here, we systematically investigate several variants of RPSH in the frameworks of centroid and bead approximations (RPSH-CA and RPSH-BA) in modeling the dynamics of the spin-boson system across different reaction regimes, reorganization energies, and temperatures. Moreover, the effects of including the diagonal Born-Oppenheimer correction (DBOC) on the performance of the RPSH-CA and RPSH-BA methods are investigated. Our results show that the RPSH-CA method, where non-adiabatic transitions are handled at the centroid level, reliably captures NQEs and remains robust across different reaction regimes. Adding DBOC improves the method's accuracy in specific intermediate and non-adiabatic reaction regimes at low temperature. Conversely, adding DBOC to the conventional fewest-switches surface hopping method was found to over-damp the dynamics significantly and reduce accuracy, especially at low temperatures. On the other hand, RPSH-BA results, where non-adiabatic transitions are handled at the level of individual beads of the ring polymers, are generally unreliable unless in the adiabatic reaction regime and at high temperature. The inclusion of DBOC is not particularly helpful in remedying this erratic behavior. As such, RPSH-BA is not recommended for including NQEs in condensed-phase non-adiabatic dynamics simulations despite its early successful reports in 1D scattering models. Our findings clarify when geometric corrections are beneficial or detrimental to non-adiabatic simulations using RPSH, providing practical guidance for atomistic condensed-phase applications.
- Abstract（参考訳）: リング-ポリマー表面ホッピング (RPSH) は、核量子効果(NQE)を古典環ポリマーの拡張位相空間を介して非断熱動的シミュレーションにシームレスに組み込む、ユニークな混合量子-古典力学法である。
本稿では, 各種反応系, 再組織エネルギー, 温度のスピンボソン系の力学をモデル化するために, センチロイドおよびビーズ近似(RPSH-CA, RPSH-BA)のフレームワークにおけるRPSHのいくつかの変種を系統的に検討した。
さらに, 対角方向ボルン・オッペンハイマー補正(DBOC)がRPSH-CA法およびRPSH-BA法の性能に及ぼす影響について検討した。
以上の結果から,非断熱遷移をセンチロイドレベルで処理するRPSH-CA法は,NQEを確実に捕捉し,反応系間で安定に維持できることがわかった。
DBOCを追加することで、低温での特定の中間反応と非断熱反応の精度が向上する。
逆に, 従来の最薄面ホッピング法にDBOCを添加すると, 特に低温では, 力学を著しくオーバーダンプし, 精度を低下させることがわかった。
一方、RPSH-BAは、環ポリマーの個々のビーズレベルで非断熱遷移が処理されるが、非断熱反応系と高温でない限り、一般に信頼性が低い。
DBOCの内包は、この不規則な行動を改善するのに特に役に立たない。
そのため、RPSH-BAは1次元散乱モデルにおける早期に成功した報告にもかかわらず、凝縮相非断熱動力学シミュレーションにNQEを組み込むことは推奨されない。
RPSHを用いた非断熱シミュレーションでは,幾何補正が有用か,あるいは有害かが明らかとなり,原子性凝縮相の実用的ガイダンスが得られた。
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