الخصائص البصرية للتجمعات الجزيئية الأسطوانية الحلزونية: الحد المتجانس

باستخدام نموذج فرينكل للإكسيتون، ندرس طيف الامتصاص البصري وطيفي التباين الخطي والدائري (CD) للتجمعات الجزيئية الأسطوانية. ونبين أن هذه التجمعات يمكن دائمًا وصفها كطبقة من الحلقات الجزيئية مع حلقات الجوار الأقرب دورانًا بالنسبة لبعضها البعض بزاوية حلزونية γ. للتجمعات المتجانسة، يسمح التناظر الأسطواني بتفكيك هاميلتونيان إلى مجموعة من الهاميلتونيانات الفعالة أحادية البعد، والتي تتميز بمتجه موجي عرضي k2. تكون الطبيعة الحلزونية للأسطوانة تجعل هذه الهاميلتونيانات معقدة وغير متناظرة عكسيًا بشكل عام. فقط الفرق التي لديها k2 = 0 و k2 = ±1 مسموح لها بالأقطاب وتساهم في الأطياف الخطية المختلفة المدروسة. يسمح تفكيك k2 أيضًا بفصل مريح للتباين الدائري إلى مساهمات حلقة وحلزونية، مما يسمح لنا بشرح الحساسية الشديدة لهذا الطيف لمختلف معلمات النظام، مثل توجيهات الجزيئات ونسبة طول الاسطوانة إلى محيطها. يظهر هذا بشكل صريح من خلال دراسة الاعتماد الحجمي للأطياف لشرائح الكلور من البكتيريا الخضراء. تشير النتائج إلى أن التباين الشديد للتباين الدائري كما تم الإبلاغ عنه تجريبيًا قد يعود إلى تباينات الحجم. نقدم أيضًا نتائج تحليلية صالحة للأسطوانات الطويلة. في هذه الحالة، نجد أن ثلاث حالات سوبر راديانية مسؤولة عن الاستجابة البصرية الخطية الكاملة: واحدة عند متجه الموجة الكلي k = 0 والاثنتان الأخريان (متساويتان) عند متجهات الموجة التي تحددها المحيط وزاوية الحلزونية γ.