Photosynthetic Excitons pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Van Amerongen, H.

出品人:

页数:590

译者:

出版时间:

价格:$ 188.71

装帧:

isbn号码:9789810232801

丛书系列:

图书标签:

光合作用
激子
量子生物学
光谱学
半导体
材料科学
物理学
化学
能量传递
光物理学

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具体描述

Excitons are considered as the basic concept used by describing the spectral properties of photosynthetic pigment-protein complexes and excitation dynamics in photosynthetic light-harvesting antenna and reaction centers. Following the recently obtained structures of a variety of photosynthetic pigment-protein complexes from plants and bacteria our interest in understanding the relation between structure, function and spectroscopy has strongly increased. These data demonstrate a short interpigment distance (of the order of 1 nm or even smaller) and/or a highly symmetric (ring-like) arrangement of pigment molecules in peripheral light-harvesting complexes of photosynthetic bacteria. Books which were devoted to the exciton problem so far mainly considered the spectral properties of molecular crystals. However, the small size of these pigment aggregates in the pigment-protein complexes as well as the role of the protein, which is responsible for the structural arrangement of the complex, clearly will have a dramatic influence on the pigment spectra and exciton dynamics. All these aspects of the problem are considered in this book. Exciton theory is mainly considered for small molecular aggregates (dimers, ring-like structures etc.). Together with the theoretical description of the classical conceptual approach, which mainly deals with polarization properties of the absorption and fluorescence spectra, the nonlinear femtosecond spectroscopy which is widely used for investigations now is also discussed. A large part of the book demonstrates the excitonic effects in a multitude of photosynthetic pigment-protein complexes and how we can understand these properties on the basis of the excitonconcept.

物质世界的多维探索：从量子效应到宏观现象的跨界研究本书导览：本书旨在系统梳理和深入探讨一系列跨越物理学、化学、材料科学和生物学前沿领域的核心概念与最新进展。我们着重聚焦于物质在不同尺度、不同能量输入下所展现出的复杂动力学行为，尤其关注能量的捕获、传递、转化与耗散过程，这些过程是理解自然界和人造系统高效运作的关键。全书结构严谨，内容翔实，力求为研究人员、高级学生以及对基础科学有浓厚兴趣的读者提供一个全面而深入的视角。第一部分：量子信息与低维系统中的动力学本部分奠定了理解复杂系统行为的微观基础。我们首先从量子场论的基本原理出发，回顾了开放量子系统的理论框架，特别是马尔可夫近似与非马尔可夫效应在描述与环境相互作用时的适用边界。重点讨论了如何利用密度矩阵重整化群（DMRG）和量子蒙特卡洛（QMC）方法来精确模拟一维及准一维晶格模型中的基态性质及有限温度下的激发光谱。随后，我们将目光投向拓扑材料。详细分析了二维狄拉克材料（如石墨烯）和三维拓扑绝缘体中电子的独特输运性质。书中阐释了受限几何形状如何诱导强大的电子-电子相互作用，进而形成新奇的准粒子激发态。我们深入探讨了手性模（Chiral Modes）在边界上的存在性及其对电荷和能量传输的决定性影响，并结合角分辨光电子能谱（ARPES）实验数据，验证了理论模型的预测能力。此外，我们对量子相干性在复杂介质中的维持和退相干机制进行了详尽的剖析。通过引入时间分辨的Spectroscopic Nahm 滤波器（STNF）模型，我们量化了环境噪声对量子叠加态寿命的影响，并探讨了如何利用特定的晶格结构或周期性脉冲序列来延长相干时间，为构建容错量子计算机提供理论指导。这部分内容特别强调了非厄米系统的兴起，其中增益与损耗的平衡导致了非平凡的能谱拓扑，例如尖锐的平谱（Exceptional Points），这在激光物理和波导设计中展现出巨大的应用潜力。第二部分：界面物理与新型能源转化第二部分转向宏观尺度的能量过程，重点关注物质界面上的物理化学转化。我们首先详细考察了等离激元学（Plasmonics）在纳米尺度下的光能调控能力。书中不仅回顾了经典电磁理论在描述金属纳米颗粒表面等离激元共振的局限性，更引入了量子电动力学（QED）修正项，以准确描述强耦合区域内电子与光子的非线性相互作用。我们展示了如何通过精确调控纳米结构几何形状和局部电介质环境，实现对散射和吸收截面的带宽控制，这对于开发高效的太阳能收集器和高灵敏度传感器至关重要。紧接着，我们深入探讨了异质结中的载流子分离与复合动力学。针对半导体-半导体、半导体-氧化物界面，我们构建了基于第一性原理计算的载流子弛豫模型。这部分内容详述了界面缺陷态（Defect States）如何充当载流子的陷阱，并阐明了电势梯度如何驱动电荷的有效分离。特别关注了钙钛矿材料体系中，激子在界面处的解离能垒以及随后的电子和空穴的传输路径，为提高光电转换器件的开路电压提供了物理学洞察。此外，本书还涉及催化反应中的表面动力学。通过密度泛函理论（DFT）结合分子动力学模拟，我们分析了过渡金属催化剂表面上中间产物的吸附强度与迁移能垒。特别地，我们详细分析了“活性位点”的概念，并建立了描述催化循环中能量障碍（如阿伦尼乌斯因子）的定量模型。这部分内容为设计具有特定反应选择性的新型异相催化剂提供了计算工具箱。第三部分：生物物理中的能量梯度与信息传递本书的最后一部分将科学视野扩展到生命系统，探讨能量在生物大分子结构中的有效利用。我们着重研究了酶催化作用中的构象变化与动力学。利用时间分辨荧光光谱技术（TRFS）和分子动力学模拟相结合的方法，我们追踪了蛋白质折叠过程中的能垒景观，并解析了底物结合引起的构象重排如何降低反应活化能。随后，我们分析了生物膜电位梯度在生命活动中的作用。详细阐述了线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上质子泵的工作机制，以及跨膜离子通道的开关动力学。我们构建了Hodgkin-Huxley模型的扩展版本，用以描述动作电位在神经轴突上传播时的非线性电信号放大过程，强调了膜脂双层电容特性对信号完整性的影响。最后，本部分简要介绍了基于分子机器的能量传输。我们分析了ATP合酶等复杂分子马达的工作原理，着重探讨了机械能向化学能的转化效率，以及这些分子系统如何利用热力学涨落来实现高度有序的运动。总结：本书通过对量子世界、界面物理到生物动力学的多尺度研究，揭示了能量和信息在物质世界中流动的普遍规律。它不仅是理论物理和化学研究者的重要参考，也为开发下一代能源技术和高性能生物传感器提供了坚实的理论基础。本书力求以清晰的逻辑和严谨的论证，激发读者对复杂系统中基本物理原理的深刻理解和创新应用。