Heat Transport in Molecules and Reaction Kinetics: The Role of Quantum Energy Flow and Localization

Geometric Structures of Phase Space in Multidimensional Chaos: Applications to Chemical Reaction Dynamics in Complex Systems

Volumn 130, Issue , 2005, Pages 205-256

  Leitner, David M ^a  

^a UNIVERSITY OF NEVADA   (United States)

Author keywords

Anharmonic decay; Anomalous diffusion; Clusters; Conformational isomerization; Fractal; Local random matrix theory (LRMT); Localization; Proteins; Rice ramsperger kassel marcus (RRKM) theory; Thermal conduction

Indexed keywords

ASSOCIATION REACTIONS; FRACTALS; ISOMERIZATION; ISOMERS; KINETICS; MATRIX ALGEBRA; MOLECULES; PROTEINS; QUANTUM CHEMISTRY; RANDOM VARIABLES; REACTION KINETICS;

ANHARMONIC; ANOMALOUS DIFFUSION; CLUSTERS; CONFORMATIONAL ISOMERIZATION; LOCALIZATION; RANDOM MATRIX THEORY; RICE-RAMSPERGER-KASSEL-MARCUS; THERMAL CONDUCTION;

CONFORMATIONS;

EID: 78049517574     PISSN: None     EISSN: None     Source Type: Book    
DOI: 10.1002/0471712531.ch16     Document Type: Chapter

References (177)

1. J. N. Onuchic and P. G. Wolynes, J. Phys. Chem. 92, 6495 (1988).
2. B. J. Berne, M. Borcovec, and J. E. Straub, J. Phys. Chem. 92, 3711 (1988).
3. D. M. Leitner and P. G. Wolynes, Chem. Phys. Lett. 280, 411 (1997).
4. D. M. Leitner, Int. J. Quant. Chem. 75, 523 (1999).
5. S. Nordholm, Chem. Phys. 137, 109 (1989).
6. D. M. Leitner, B. Levine, J. Quenneville, T. J. Martińez, and P. G. Wolynes, J. Phys. Chem. A 107, 10706 (2003).
7. R. A. Kuharski, D. Chandler, J. A. Montgomery, F. Rabii, and S. J. Singer, J. Phys. Chem. 92, 3261 (1988).
8. J. C. Keske and B. H. Pate, Annu. Rev. Phys. Chem. 51, 323 (2000).
9. M. J. Davis and S. K. Gray, J. Chem. Phys. 84, 5389 (1986).
10. S. K. Gray, S. A. Rice, and M. J. Davis, J. Phys. Chem. 90, 3470 (1986).
11. R. E. Gillilan and G. S. Ezra, J. Chem. Phys. 94, 2648 (1991).
12. M. Toda, Adv. Chem. Phys. 123, 153 (2002).
13. D. Xu, C. H. Martin, and K. Schulten, Biophys. J. 70, 453 (1996).
14. R. J. D. Miller, Annu. Rev. Phys. Chem. 42, 581 (1991).
15. D. Antoniou and S. D. Schwartz, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94, 12360 (1997).
16. D. E. Logan and P. G. Wolynes, J. Chem. Phys. 93, 4994 (1990).
17. D. M. Leitner and P. G. Wolynes, J. Chem. Phys. 105, 11226 (1996).
18. D. M. Leitner and P. G. Wolynes, Chem. Phys. Lett. 258, 18 (1996).
19. D. M. Leitner and P. G. Wolynes, J. Phys. Chem. A 101, 541 (1997).
20. D. M. Leitner and P. G. Wolynes, Phys. Rev. Lett. 76, 216 (1996).
21. R. Bigwood, M. Gruebele, D. M. Leitner, and P. G. Wolynes, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95, 5960 (1998).
22. D. M. Leitner and P. G. Wolynes, ACH-Models in Chemistry, 134, 663 (1997).
23. M. Gruebele, Adv. Chem. Phys. 114, 193 (2000).
24. S. A. Schofield and P. G. Wolynes, in Dynamics of Molecules and Chemical Reactions, R. E. Wyatt and J. Z. H. Zhang, eds., Marcel Dekker, New York, 1996, p. 123.
25. P. Hamm, M. Lim, and R. M. Hochstrasser, J. Phys. Chem. B 102, 6123 (1998).
26. K. A. Peterson, C.W. Rella, J. R. Engholm, and H. A. Schwettman, J. Phys. Chem. B 103, 557 (1999).
27. A. Xie, L. van der Meer, W. Hoff, and R. H. Austin, Phys. Rev. Lett. 84, 5435 (2000).
28. A. Xie, A. G. F. van der Meer, R. H. Austin, Phys. Rev. Lett. 88, 018102 (2002).
29. M. D. Fayer, Annu. Rev. Phys. Chem. 52, 315 (2001).
30. C. W. Rella, K. D. Rector, A. Kwok, A.; J. R. Hill, H. A. Schwettman, D. D. Dlott, and M. D. Fayer, J. Phys. Chem. 100, 15620 (1996).
31. B. D. Ross and N. S. True, J. Am. Chem. Soc. 105, 1382, 4871 (1983).
32. D. L. Hasha, J. Eguchi, and J. Jonas, J. Am. Chem. Soc. 104, 2290 (1982).
33. D. M. Campbell, M. Mackowiak, and J. Jonas, J. Chem. Phys. 96, 2717 (1992).
34. T. Nakayama, K. Yakubo, and R. L. Orbach, Rev. Mod. Phys. 66, 381 (1994).
35. S. Havlin and D. Ben-Avraham, Adv. Phys. 36, 695 (1987).
36. T. S. Chow, Mesoscopic Physics of Complex Materials, Springer-Verlag, New York, 2000.
37. S. Alexander and R. Orbach, J. Phys. Lett. 43, L-625 (1982).
38. S. Alexander, O. Entin-Wohlman, and R. Orbach, Phys. Rev. B 34, 2726 (1986).
39. A. Jagannathan, R. Orbach, and O. Entin-Wohlman, Phys. Rev. B 39, 13465 (1989).
40. R. Orbach, Science 231, 814 (1986).
41. R. Orbach, Philos. Mag. B 65, 289 (1992).
42. P. B. Allen, J. L. Feldman, J. Fabian, F. Wooten, Philos. Mag. B 79, 1715 (1999).
43. P. Sheng and M. Zhou, Science 253, 539 (1991).
44. P. Sheng, M. Zhou, and Z. Q. Zhang, Phys. Rev. Lett. 72, 234 (1994).
45. S. N. Taraskin, S. R. Elliott, Phys. Rev. B 61, 12017, 12031 (2000).
46. P. M. Felker, W. R. Lambert, and A. H. Zewail, J. Chem. Phys. 82, 3003 (1985).
47. S. L. Schultz, J. Qian, and J. M. Jean, J. Phys. Chem. A 101, 1000 (1997).
48. K. K. Lehmann, G. Scoles and B. H. Pate, Annu. Rev. Phys. Chem. 45, 241 (1994).
49. K. S. J. Nordholm and S. A. Rice, J. Chem. Phys. 61, 203 (1974); 61, 768 (1974); 62, 157 (1975).
50. K. G. Kay, J. Chem. Phys. 72, 5955 (1980).
51. M. Kuzmin and A. A. Stuchebruckhov, in Laser Spectroscopic of Highly Vibrationally Excited Molecules, V. S. Letokhov, ed., Hilger, New York, 1989.
52. A. A. Stuchebrukhov and R. A. Marcus, J. Chem. Phys. 85, 307 (1993).
53. R. Bigwood and M. Gruebele, Chem. Phys. Lett. 235, 604 (1995).
54. M. Gruebele, J. Phys. Chem. 100, 12183 (1996).
55. T. Uzer, Phys. Rep. 199, 73 (1991).
56. T. Komatsuzaki and R. S. Berry, Adv. Chem. Phys. 123, 79 (2002).
57. T. L. Beck, D. M. Leitner, and R. S. Berry, J. Chem. Phys. 89, 1681 (1988).
58. D. M. Leitner, R. S. Berry, and R. M. Whitnell, J. Chem. Phys. 91, 3470 (1989).
59. C. Chakravarty, R. J. Hinde, D. M. Leitner, and D. J. Wales, Phys. Rev. E 56, 363 (1997).
60. C. C. Martens, M. J. Davis, and G. S. Ezra, Chem. Phys. Lett. 142, 519 (1987).
61. V. Ya. Demikhovskii, F. M. Izrailev, and A. I. Malyshev, Phys. Rev. Lett. 88, 154101 (2002); Phys. Rev. E 66, 036211 (2002).
62. D. M. Leitner and P. G.Wolynes, Phys. Rev. Lett 79, 55 (1997).
63. D. M. Leitner and P. G.Wolynes, Chem. Phys. Lett. 276, 289 (1997).
64. D. M. Leitner and P. Schmelcher, Phys. Rev. A 58, R3383 (1998).
65. M. J. Davis and E. J. Heller, J. Phys. Chem. 85, 307 (1981).
66. E. J. Heller, J. Chem. Phys. 99, 2625 (1995).
67. T. A. Brody, J. Flores, J. B. French, P. A. Mello, A. Pandey, and S. S. M.Wong, Rev. Mod. Phys. 53, 385 (1981).
68. C. E. Porter, Statistical Theories of Spectra: Fluctuations, Academic Press, New York, 1965.
69. M. L. Mehta, Random Matrices, Academic Press, New York, 1991.
70. T. Zimmermann, H. Köppel, L. S. Cederbaum, G. Persch, and W. Demtröder, Phys. Rev. Lett. 61, 3 (1988).
71. D. M. Leitner, H. Köppel, and L. S. Cederbaum, J. Chem. Phys. 104, 434 (1996).
72. R. W. Field, S. L. Coy, and S. A. B. Solina, Prog. Theor. Phys. Suppl. 116, 143 (1994).
73. R. Hernandez, W. H. Miller, C. B. Moore, and W. F. Polik, J. Chem. Phys. 99, 950 (1993).
74. E. J. Heller and S. A. Rice, J. Chem. Phys. 61, 936 (1974)
75. W. M. Gelbart, S. A. Rice, and K. F. Freed, J. Chem. Phys. 57, 4699 (1972).
76. D. M. Leitner, Phys. Rev. E 48, 2536 (1993).
77. D. M. Leitner, H. Köppel, and L. S. Cederbaum, Phys. Rev. Lett. 73, 2970 (1994).
78. O. Bohigas, S. Tomsovic, and D. Ullmo, Phys. Rep. 223, 43 (1993)
79. T. Guhr and H. A. Weidenmüller, Ann. Phys. (N.Y.) 199, 412 (1990).
80. T. Guhr, A. Muller-Groeling, and H. A. Weidenmuller, Phys. Rep. 299, 190 (1998).
81. C. Ellegaard et al., Phys. Rev. Lett. 77, 4918 (1996).
82. D. M. Leitner, Phys. Rev. E 56, 4890 (1997).
83. J. Go and D. S. Perry, J. Chem. Phys. 103, 5194 (1995).
84. D. S. Perry, G. A. Bethardy,M. J. Davis, and J. Go, Faraday Disc. Chem. Soc. 102, 215 (1995).
85. D. Burleigh and E. L. Sibert, J. Chem. Phys. 98, 8419 (1993).
86. R. E. Wyatt and C. Iung, in Dynamics of Molecules and Chemical Reactions, R. E. Wyatt and J. Z. H. Zhang, eds., Marcel Dekker, New York, 1996, p. 59.
87. R. Abou-Chacra, P. W. Anderson, and D. J. Thouless, Phys. Rev. B 36, 4135 (1987).
88. G. M. Stewart and J. D. McDonald, J. Chem. Phys. 78, 3907 (1983).
89. R. D. Levine, Adv. Chem. Phys. 70, 53 (1987).
90. S. A. Schofield and P. G. Wolynes, J. Chem. Phys. 98, 1123 (1993); J. Phys. Chem. 99, 2753 (1995).
91. S. A. Schofield, P. G. Wolynes, and R. E. Wyatt, Phys. Rev. Lett. 74, 3720 (1995).
92. P. J. Robinson and Holbrook, Unimolecular Reactions, John Wiley & Sons, London, 1972.
93. W. Forst, Theory of Unimolecular Reactions, Academic, New York, 1972.
94. T. Baer and W. L. Hase, Unimolecular Reaction Dynamics: Theory and Experiments, Oxford, New York, 1996.
95. S. H. Northrup and J. T. Hynes, J. Chem. Phys. 73, 2700 (1980).
96. S. J. Singer, R. A. Kuharski, and D. Chandler, J. Phys. Chem. 90, 6015 (1986).
97. K. B. Wiberg and A. Shrake, Spectrochim. Acta 29A, 584 (1973).
98. D. Madsen, R. Pearman, and M. Gruebele, J. Chem. Phys. 106, 5874 (1997).
99. R. Pearman and M. Gruebele, J. Chem. Phys. 108, 6561 (1998).
100. T. Baer and A. R. Potts, J. Phys. Chem A 104, 9397 (2000).
101. D. A. McWhorter, E. Hudspeth, and B. H. Pate, J. Chem. Phys. 110, 2000 (1999).
102. D. A. McWhorter and B. H. Pate, J. Phys. Chem. A 102, 8786, 8795 (1998).
103. J. A. Syage, W. R. Lambert, P. M. Felker, A. H. Zewail, and R. M. Hochstrasser, Chem. Phys. Lett. 88, 266 (1982).
104. P. M. Felker and A. H. Zewail, J. Phys. Chem. 89, 5402 (1985).
105. L. R. Kundkar, R. A. Marcus, and A. H. Zewail, J. Phys. Chem. 87, 2473 (1983).
106. M. W. Balk and G. R. Fleming, J. Phys. Chem. 90, 3975 (1986).
107. O. K. Rice, Z. Phys. Chem. 7, 226 (1930).
108. D. G. Cahill et al., J. Appl. Phys. 93, 793 (2003).
109. T. S. Tinghe, J. M. Worlock, and M. L.. Roukes, Appl. Phys. Lett. 70, 2687 (1997).
110. K. Schwab, E. A. Henriksen, J. M. Worlock, and M. L. Roukes, Nature (London) 404, 974 (2000).
111. D. E. Angelescu, M. C. Cross, and M. L. Roukes, Superlattices Microstruct. 23, 673 (1998).
112. M. P. Blencowe, Phys. Rev. B 59, 4992 (1999).
113. L. G. C. Rego and G. Kirczenow, Phys. Rev. Lett. 81, 232 (1998).
114. D. M. Leitner and P. G. Wolynes, Phys. Rev. E 61, 2902 (2000).
115. D. Segal, A. Nitzan, and P. Hänggi, J. Chem. Phys. 119, 6840 (2003).
116. A. Buldum, D. M. Leitner, and S. Ciraci, Europhys. Lett. 47, 208 (1999).
117. P. K. Schelling, S. R. Phillpot, and P. Keplinski, Phys. Rev. B 65, 144306 (2002).
118. P. B. Allen and J. Kelner, Am. J. Phys. 66, 497 (1998).
119. R. Elber et al., Comput. Phys. Commun. 91, 159 (1995).
120. X. Yu and D. M. Leitner, J. Phys. Chem. B 107, 1698 (2003).
121. T. Nishikawa and N. Go, Proteins: Struct. Func. Gene. 2, 308 (1987).
122. N. E. Dorsey, Properties of Ordinary Water Substance, Reinhold, New York; 1940.
123. D. R. Lide, ed. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 71st ed., CRC Press, Boston, 1992.
124. H. Frauenfelder, S. G. Sligar, and P. G. Wolynes, Science, 254, 1598 (1991).
125. I. E. T. Iben, D. Braunstein, W. Doster, H. Frauenfelder, M. K. Hong, J. B. Johnson, S. Luck, P. Ormos, A. Schulte, P. J. Steinbach, A. H. Xie, and R. D. Young, Phys. Rev. Lett. 62, 1916 (1989).
126. A. E. García, R. Blumenfeld, G. Hummer, and J. A. Krumhansl, Physica D 107, 225 (1997).
127. D. A. Lidar, D. Thirumalai, R. Elber, and R. B. Gerber, Phys. Rev. E 59, 2231 (1999).
128. T. Y. Shen, K. Tai, and J. A. McCammon, Phys. Rev. E 63, 041902 (2001).
129. P. Carlini, A. R. Bizzarri, and S. Cannistraro, Physica D 165, 242 (2002).
130. J.-P. Bouchaud and A. Georges, Phys. Rep. 195, 127 (1990).
131. H. Scher and E. W. Montroll, Phys. Rev. B 12, 2455 (1975).
132. R. Metzler and J. Klafter, Phys. Rep. 339, 1 (2000).
133. R. Metzler, E. Barkai, and J. Klafter, Phys. Rev. Lett. 82, 3563 (1999).
134. H. Yang et al., Science 302, 262 (2003).
135. X. S. Xie, J. Chem. Phys. 117, 11024 (2002).
136. H. Yang and X. S. Xie, J. Chem. Phys. 117, 10965 (2002).
137. B. R. Brooks and M. Karplus, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80, 6571 (1983).
138. M. Levitt, C. Sander, P. S. Stern, J. Mol. Biol. 181, 423 (1985).
139. C. L. Brooks, M. Karplus, B. M. Pettitt, Adv. Chem. Phys. 71, 1 (1988).
140. J. A. McCammon, and S. C. Harvey, Dynamics of Proteins and Nucleic Acids, Cambridge University Press, Cambridge, 1987.
141. T. G. Dewey, Fractals in Molecular Biophysics, Oxford University Press, New York, 1997.
142. R. Elber, in The Fractal Approach to Heterogeneous Chemistry, D. Avnir, ed., John Wiley & Sons, New York, 1989, p. 345.
143. R. Elber and M. Karplus, Phys. Rev. Lett. 56, 394 (1986).
144. H. J. Stapleton, J. P. Allen, C. P. Flynn, D. G. Stinson, and S. R. Kurtz, Phys. Rev. Lett. 45, 1456 (1980).
145. A. R. Drews, B. D. Thayer, H. J. Stapleton, G. C. Wagner, G. Giugliarelli, and S. Cannistraro, Biophys. J. 57, 157 (1990).
146. D. E. Sagnella, J. E. Straub, and D. Thirumalai, J. Chem. Phys. 113, 7702 (2000).
147. D. E. Sagnella and J. E. Straub, J. Phys. Chem. B 105, 7057 (2001).
148. L. Bu and J. E. Straub, J. Phys. Chem. B 107, 12339 (2003).
149. Q.Wang, C. F.Wong and H. Rabitz, Biophys. J. 75, 60 (1998).
150. H. Matsuda and K. Ishii, Suppl. Prog. Theor. Phys. 45, 56 (1970).
151. M. Cho, G. R. Fleming, S. Saito, I. Ohmine, and R. M. Stratt, J. Chem. Phys. 100, 6672 (1994).
152. R. Rammal and G. Toulouse, J. Phys. Lett. 44, L-13 (1983).
153. X. Yu and D. M. Leitner, J. Chem. Phys. 119, 12673 (2003).
154. T. S. Chow, Mesoscopic Physics of Complex Materials, Springer-Verlag, New York, 2000, p. 90.
155. A. A. Maradudin and A. E. Fein, Phys. Rev. 128, 2589 (1962).
156. A. Roitberg, R. B. Gerber, R. Elber, and M. A. Ratner, Science 268, 1319 (1995).
157. A. Roitberg, R. B. Gerber, and M. A. Ratner, J. Phys. Chem. B 101, 1700 (1997).
158. J. Fabian, Phys. Rev. B 55, R3328 (1997).
159. J. Fabian and P. B. Allen, Phys. Rev. Lett. 79, 1885 (1997).
160. D. M. Leitner, Phys. Rev. B 64, 094201 (2001).
161. D. M. Leitner, J. Phys. Chem. A 106, 10870 (2002).
162. D. M. Leitner, Phys. Rev. Lett 87, 188102 (2001).
163. K. Moritsugu, O. Miyashita, and A. Kidera, Phys. Rev. Lett. 85, 3970 (2000).
164. K. Moritsugu, O. Miyashita, and A. Kidera, J. Phys. Chem. B 107, 3309 (2003).
165. T. Q. Lian, B. Locke, Y. Kholodenko, and R. M. Hochstrasser, J. Phys. Chem. 98, 11648 (1994).
166. M. Tesch and K. Schulten, Chem. Phys. Lett. 169, 97 (1990).
167. P.-H. Yang and J. A. Rupley, Biochemistry 18, 2654 (1979).
168. J. A. Rupley and G. Careri, Adv. Prot. Chem. 41, 37 (1991).
169. X. Yu, J. Park, and D. M. Leitner, J. Phys. Chem. B 107, 12820 (2003).
170. B. C. Dian, A. Longarte, and T. S. Zwier, Science 296, 2369 (2002).
171. D. J. Wales and I. Ohmine, J. Chem. Phys. 98, 7245 (1993).
172. A. Pohorille, L. R. Pratt, R. A. LaViolette, M. A. Wilson, and R. D. MacElroy, J. Chem. Phys. 87, 6070 (1987).
173. K. Hamad-Schifferli, et al., Nature 415, 152 (2002).
174. B. Halle, Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) 101, 4793 (2004).
175. R. Burioni, et al., Proteins: Struct, Funct and Bioinformatics 55, 529 (2004).
176. X. Yu and D. M. Leitner, J. Chem. Phys. (in press).
177. X. Yu and D. M. Leitner, Chem. Phys. Lett. 398, 480 (2004).