論文の概要: Geometric Phase Effect in Thermodynamic Properties and in the Imaginary-Time Multi-Electronic-State Path Integral Formulation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.26151v2
- Date: Mon, 30 Mar 2026 02:34:11 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-31 13:48:18.840981
- Title: Geometric Phase Effect in Thermodynamic Properties and in the Imaginary-Time Multi-Electronic-State Path Integral Formulation
- Title（参考訳）: 熱力学特性における幾何学的位相効果と等時多電子状態経路積分定式化
- Authors: Yu Zhai, Youhao Shang, Jian Liu,
- Abstract要約: 幾何位相(GP)は円錐交叉(CI)から生じる量子効果である
標準的な想像時間経路積分分子動力学(PIMD)はGPを考慮しない。
MES-PIMDは、連続する想像時間スライス間の重み付け重なり行列の積の電子的トレースを通じてGP効果をキャプチャする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.144954885974916
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The geometric phase (GP) is a fundamental quantum effect arising from conical intersections (CIs), with profound consequences for vibronic energy levels. Standard imaginary-time path integral molecular dynamics (PIMD) based on the Born-Oppenheimer approximation does not account for the GP, potentially leading to significant errors in low-temperature thermodynamic properties. In this Perspective, we demonstrate that the multi-electronic-state path integral (MES-PI) formulation in imaginary time (developed in J. Chem. Phys. 2018, 148, 102319) naturally captures the GP effect through the electronic trace of the product of statistically weighted overlap matrices between successive imaginary-time slices. This crucial capability was already implicit in the benchmark MES-PIMD simulations in that foundational work. To isolate this topological effect from other nonadiabatic effects, we introduce a geometric signature matrix (for the CI) and a winding-number-induced phase factor, constructing an ad hoc GP-excluded MES-PI method. Comparing this ad hoc baseline against the rigorous MES-PI approach allows us to unambiguously quantify the impact of the GP on thermodynamic properties. While simpler approximations exist when only the ground electronic-state is considered, MES-PIMD is the most general and accurate approach applicable to real complex systems where the location and topology of CI seams are often not known a priori.
- Abstract（参考訳）: 幾何相(GP)は円錐交叉(CI)から生じる基本量子効果であり、ビブロニックエネルギー準位に大きな影響を与える。
ボルン・オッペンハイマー近似に基づく標準虚路積分分子動力学(PIMD)はGPを考慮せず、低温熱力学特性に重大な誤差をもたらす可能性がある。
本稿では,複数電子状態経路積分(MES-PI)の虚数時間での定式化(J. Chem. Phys. 2018, 148, 102319)が,連続する虚数時間スライス間の統計的重み付き重なり行列の積の電子的トレースを通じて,GP効果を自然に捉えることを実証する。
この重要な機能は、その基礎研究におけるベンチマークMES-PIMDシミュレーションですでに暗示されていた。
このトポロジカル効果を他のノアナディバティック効果から分離するために,アドホックGPを除いたMES-PI法を構成する幾何学的シグネチャ行列(CI用)と巻数誘導位相因子を導入する。
このアドホックベースラインを厳密なMES-PIアプローチと比較することにより、GPが熱力学特性に与える影響を明白に定量化することができる。
地上の電子状態のみを考慮した場合、より単純な近似は存在するが、MES-PIMDは、CIシームの位置とトポロジが事前に知られていない実複雑なシステムに適用できる最も一般的で正確なアプローチである。
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