Nichtadiabatische Exzitondynamik und Energiegradienten im Rahmen von FMO-LC-TDDFTB

Wir führen eine neuartige Methodik zur Simulation der angeregten Zustandsdynamik umfangreicher molekularer Aggregate im Rahmen der langreichweit korrigierten zeitabhängigen Dichtefunktional-Methode mit engmaschigem Bindungsfragmentmolekülorbitals (FMO-LC-TDDFTB) ein, kombiniert mit der Mittelwertfeld-Ehrenfest-Methode. Die elektronische Struktur des Systems wird in einer quasi-diabatischen Basis beschrieben, die aus lokal angeregten und Ladungsübertragungszuständen aller Fragmente besteht. Um nichtadiabatische molekulare Dynamik-Simulationen durchzuführen, leiten wir die angeregten Zustandsgradienten der lokal angeregten und Ladungsübertragungszustände ab und implementieren diese. Anschließend wird die Genauigkeit der analytischen angeregten Zustandsgradienten bewertet. Die Anwendbarkeit zur Simulation des Exzitonentransports in organischen Halbleitern wird an einem großen Cluster von Anthraquinmolekülen illustriert. Darüber hinaus heben nichtadiabatische molekulare Dynamiksimulationen eines Modell-Systems von Benzothieno-Benzothiophen-Molekülen den Nutzen der Methode zur Untersuchung der Ladungsübertragungsdynamik in organischen Materialien hervor. Unsere neue Methodik wird die Untersuchung des exzitonischen Transfers in umfangreichen biologischen Systemen, Nanomaterialien und anderen komplexen molekularen Systemen, die aus Tausenden von Atomen bestehen, erleichtern.