Computational methodologies and physical insights into electronic energy transfer in photosynthetic light-harvesting complexes

Physical Chemistry Chemical Physics

Volumn 14, Issue 29, 2012, Pages 10094-10108

  Pachón, Leonardo A ^a,b   Brumer, Paul ^b  

^a UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA   (Colombia)

^b UNIVERSITY OF TORONTO   (Canada)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHEMISTRY; COMPUTER SIMULATION; ELECTRON; ENERGY TRANSFER; LIGHT HARVESTING SYSTEM; METABOLISM; PHOTOSYNTHESIS; QUANTUM THEORY; REVIEW;

COMPUTER SIMULATION; ELECTRONS; ENERGY TRANSFER; LIGHT-HARVESTING PROTEIN COMPLEXES; PHOTOSYNTHESIS; QUANTUM THEORY;

EID: 84863648389     PISSN: 14639076     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c2cp40815e     Document Type: Review

References (150)

1. J. Jortner, S. A. Rice and R. Silbey, in Excitons and Energy Transfer in Molecular Crystals, ed., O. Sinanoglu, Academic Press, New York, 1965, p. 139
2. A. Gedanken J. Jortner B. Raz A. Szöke J. Chem. Phys. 1972 57 3456 3469
3. N. Schwentner, E.-E. Koch and J. Jortner, Electronic Excitations in Condensed Rare Gases, Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York, 1985, vol. 107
4. J. Moll S. Daehne J. R. Durrant D. A. Wiersma J. Chem. Phys. 1995 102 6362 6370
5. T. Renger V. May O. Kühn Phys. Rep. 2001 343 137 254
6. V. May and O. Kühn, Charge and energy transfer dynamics in molecular systems, Wiley-VCH, Weinheim, 3rd edn, 2011
7. V. Sundström T. Pullerits R. van Grondelle J. Phys. Chem. B 1999 103 2327 2346
8. H. van Amerongen, L. Valkunas and R. van Grondelle, Photosynthetic Excitons, World Scientific, Singapore, 2000
9. J. M. Salverda M. Vengris B. P. Krueger G. D. Scholes A. R. Czarnoleski V. Novoderezhkin H. van Amerongen R. van Grondelle Biophys. J. 2003 84 450 465
10. H. Lee Y.-C. Cheng G. R. Fleming Science 2007 316 1462 1465
11. G. S. Engel T. R. Calhoun E. L. Read T.-K. Ahn T. Mančal Y.-C. Cheng R. E. Blankenship G. R. Fleming Nature 2007 446 782 786
12. I. P. Mercer Y. C. El-Taha N. Kajumba J. P. Marangos J. W. G. Tisch M. Gabrielsen R. J. Cogdell E. Springate E. Turcu Phys. Rev. Lett. 2009 102 057402
13. E. Collini C. Y. Wong K. E. Wilk P. M. G. Curmi P. Brumer G. D. Scholes Nature 2010 463 644 647
14. G. Panitchayangkoon D. Hayes K. A. Fransted J. R. Carama E. Harel J. Wen R. E. Blankenship G. S. Engel Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 12766 12770
15. Y.-C. Cheng G. R. Fleming Annu. Rev. Phys. Chem. 2009 60 241 262
16. L. A. Pachón P. Brumer J. Phys. Chem. Lett. 2011 2 2728 2732
17. V. I. Novoderezhkin R. van Grondelle Phys. Chem. Chem. Phys. 2010 12 7352 7365
18. A. Ishizaki T. R. Calhoun G. S. Schlau-Cohen G. R. Fleming Phys. Chem. Chem. Phys. 2010 12 7319 7337
19. A. Olaya-Castro G. D. Scholes Int. Rev. Phys. Chem. 2011 30 49 77
20. B. Mennucci C. Curutchet Phys. Chem. Chem. Phys. 2011 13 11538 11550
21. G. S. Schlau-Cohen A. Ishizaki G. R. Fleming Chem. Phys. 2011 386 1 22
22. C. König J. Neugebauer ChemPhysChem 2012 13 386 425
23. Th. Förster Ann. Phys. 1948 437 55 75
24. Th. Förster, in Delocalized excitation and excitation transfer, ed., O. Sinanoglu, Academic Press, New York, 1965, p. 93
25. A. G. Redfield IBM J. Res. Dev. 1957 1 19 31
26. A. Olaya-Castro C. F. Lee F. F. Olsen N. F. Johnson Phys. Rev. B 2008 78 085115
27. M. B. Plenio S. F. Huelga New J. Phys. 2008 10 113019
28. P. Rebentrost M. Mohseni I. Kassal S. Lloyd A. Aspuru-Guzik New J. Phys. 2009 11 033003
29. P. Huo D. F. Coker J. Chem. Phys. 2010 133 184108
30. G. Tao W. H. Miller J. Phys. Chem. Lett. 2010 1 891 894
31. P. Huo D. F. Coker J. Phys. Chem. Lett. 2011 2 825 833
32. P. Huo D. F. Coker J. Chem. Phys. 2011 135 201101
33. J. Moix J. Wu P. Huo D. Coker J. Cao J. Phys. Chem. Lett. 2011 2 3045 3052
34. P. Nalbach D. Braun M. Thorwart Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2011 84 041926
35. S. Shim P. Rebentrost S. Valleau A. Aspuru-Guzik Biophys. J. 2012 102 649 660
36. G. D. Scholes J. Phys. Chem. Lett. 2010 1 2 8
37. J. Adolphs T. Renger Biophys. J. 2006 91 2778 2797
38. D. Tronrud J. Wen L. Gay R. Blankenship Photosynth. Res. 2009 100 79 87
39. M. Schmidt am Busch F. Müh M. El-Amine Madjet T. Renger J. Phys. Chem. Lett. 2011 2 93 98
40. T. Mirkovic A. B. Doust J. Kim K. E. Wilk C. Curutchet B. Mennucci R. Cammi P. M. G. Curmi G. D. Scholes Photochem. Photobiol. Sci. 2007 6 964 975
41. M. A. Ratner J. Phys. Chem. 1990 94 4877 4883
42. O. V. Prezhdo P. J. Rossky J. Chem. Phys. 1997 107 5863 5878
43. O. V. Prezhdo P. J. Rossky Phys. Rev. Lett. 1998 81 5294 5297
44. M. Shapiro and P. Brumer, Quantum Control of Molecular Processes, Wiley-VCH, Weinheim, 2nd edn, 2011
45. H. Hwang P. J. Rossky J. Phys. Chem. B 2004 108 6723 6732
46. I. Franco P. Brumer J. Chem. Phys. 2008 128 244905
47. I. Franco P. Brumer J. Chem. Phys. 2012 136 144501
48. M. Schlosshauer, Decoherence and the Quantum-To-Classical Transition, Springer-Verlag, Berlin, 2007
49. A. Nazir Phys. Rev. Lett. 2009 103 146404
50. F. Fassioli A. Nazir A. Olaya-Castro J. Phys. Chem. Lett. 2010 1 2139 2143
51. P. Nalbach J. Eckel M. Thorwart New J. Phys. 2010 12 065043
52. J. Strümpfer K. Schulten J. Chem. Phys. 2011 134 095102
53. A. O. Caldeira A. L. Leggett Phys. A 1983 121 587
54. H. Grabert P. Schramm G. L. Ingold Phys. Rep. 1988 168 115
55. G.-L. Ingold, Coherent Evolution in Noisy Environments, Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York, 2002, vol. 611
56. U. Weiss, Quantum Dissipative Systems, World Scientific, Singapore, 3rd edn, 2008
57. S. Mukamel, Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy, Oxford University Press, New York, 1999
58. C. Olbrich J. Strümpfer K. Schulten U. Kleinekathöfer J. Phys. Chem. Lett. 2011 2 1771 1776
59. J. B. Gilmore R. H. McKenzie J. Phys.: Condens. Matter 2005 17 1735 1746
60. A. J. Leggett S. Chakravarty A. T. Dorsey M. P. A. Fisher A. Garg W. Zwerger Rev. Mod. Phys. 1987 59 1 85
61. J. B. Gilmore R. H. McKenzie Chem. Phys. Lett. 2006 421 266
62. A. Nemeth F. Milota T. Mančal V. LukeŠ H. F. Kauffmann J. Sperling Chem. Phys. Lett. 2008 459 94 99
63. X.-P. Jiang P. Brumer J. Chem. Phys. 1991 94 5833
64. H. Hoki P. Brumer Chem. Phys. Lett. 2009 468 27
65. T. Mančal L. Valkunas New J. Phys. 2010 12 065044
66. H. Hoki P. Brumer Procedia Chem. 2011 3 122
67. P. Brumer and M. Shapiro, Molecular Response in One Photon Absorption: Coherent Pulsed Laser vs. Thermal Incoherent Source, 2011
68. L. A. Pachón and P. Brumer, Incoherent Excitation of Open Quantum Systems, in preparation
69. G. W. Ford J. T. Lewis R. F. O'Connell Phys. Rev. Lett. 1985 55 2273
70. G. W. Ford J. T. Lewis R. F. O'Connell Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys. 1987 36 1466
71. G. W. Ford J. T. Lewis R. F. O'Connell Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys. 1988 37 4419
72. P. M. V. B. Barone A. O. Caldeira Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys. 1991 43 57
73. G. W. Ford R. F. O'Connell Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys. 1998 57 3112
74. G. Lindblad Commun. Math. Phys. 1976 48 119
75. V. Gorini A. Frigerio M. Verri A. Kossakowski E. C. G. Sudarshan Rep. Math. Phys. 1978 13 149
76. Y. C. Cheng R. J. Silbey J. Phys. Chem. B 2005 109 21399 21405
77. A. Ishizaki G. R. Fleming J. Chem. Phys. 2009 130 234111
78. S. Jang M. D. Newton R. J. Silbey Phys. Rev. Lett. 2004 92 218301
79. G. R. Fleming M. Cho Annu. Rev. Phys. Chem. 1996 47 109 134
80. H.-P. Breuer E.-M. Laine J. Piilo Phys. Rev. Lett. 2009 103 210401
81. A. Rivas S. F. Huelga M. B. Plenio Phys. Rev. Lett. 2010 105 050403
82. L. A. Pachón and P. Brumer, 2012
83. H.-P. Breuer and F. Petruccione, The Theory of Open Quantum Systems, Oxford University Press, Oxford, 2002
84. A. Ishizaki G. R. Fleming Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009 106 17255 17260
85. S. Nakajima Prog. Theor. Phys. 1958 20 948 959
86. R. Zwanzig J. Chem. Phys. 1960 33 1338 1341
87. R. Zwanzig Phys. Rev. 1961 124 983 992
88. H. Grabert, Projection Operator Techniques in Nonequilibrium Statistical Mechanics, Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York, 1982, vol. 95
89. N. Singh P. Brumer Faraday Discuss. 2011 153 41 50
90. F. Shibata T. Arimitsu J. Phys. Soc. Jpn. 1980 49 891 897
91. G. Ritschel J. Roden W. T. Strunz A. Eisfeld New J. Phys. 2011 13 113034
92. J. Zhu S. Kais P. Rebentrost A. Aspuru-Guzik J. Phys. Chem. B 2011 115 1531 1537
93. H.-D. Meyera W. H. Miller J. Chem. Phys. 1979 70 3214 3223
94. G. Stock M. Thoss Phys. Rev. Lett. 1997 78 578 581
95. M. Thoss G. Stock Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys. 1999 59 64 79
96. S. Bonella D. Montemayor D. F. Coker Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005 102 6715 6719
97. S. Bonella D. F. Coker J. Chem. Phys. 2005 122 194102
98. E. R. Dunkel S. Bonella D. F. Coker J. Chem. Phys. 2008 129 114106
99. T. Dittrich L. A. Pachón Phys. Rev. Lett. 2009 102 150401
100. T. Dittrich E. A. Gómez L. A. Pachón J. Chem. Phys. 2010 132 214102
101. L. A. Pachón G.-L. Ingold T. Dittrich Chem. Phys. 2010 375 209 215
102. N. Makri D. E. Makarov J. Chem. Phys. 1995 102 4600 4610
103. N. Makri D. E. Makarov J. Chem. Phys. 1995 102 4611 4618
104. M. Thorwart, Tunneling and vibrational relaxation in driven multilevel systems in driven multilevel systems, Shaker Verlag, 2000
105. M. Thorwart J. Eckel J. Reina P. Nalbach S. Weiss Chem. Phys. Lett. 2009 478 234 237
106. P. Nalbach A. Ishizaki G. R. Fleming M. Thorwart New J. Phys. 2011 13 063040
107. R. Hanson L. P. Kouwenhoven J. R. Petta S. Tarucha L. M. K. Vandersypen Rev. Mod. Phys. 2007 79 1217 1265
108. H. Grabert U. Weiss P. Talkner Z. Phys. B: Condens. Matter 1984 55 87
109. F. Haake R. Reibold Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys. 1985 32 2462 2475
110. J. Wu F. Liu Y. Shen J. Cao R. J. Silbey New J. Phys. 2010 12 105012
111. F. Wu, J. Liu, J. Ma, X. Wang, R. Silbey and J. Cao, 2011
112. H. Haken G. Strobl Z. Phys. A Hadron Nucl. 1973 262 135 148
113. J. Cao J. Chem. Phys. 1997 107 3204 3209
114. H. Dekker Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys. 1987 35 1436 1437
115. C. Aslangul N. Pottier D. Saint-James J. Phys. 1986 47 1657 1661
116. J. Eckel J. H. Reina M. Thorwart New J. Phys. 2009 11 085001
117. G. D. Scholes C. Curutchet B. Mennucci R. Cammi J. Tomasi J. Phys. Chem. B 2007 111 6978 6982
118. Y. Jing R. Zheng H.-X. Li Q. Shi J. Phys. Chem. B 2012 116 1164 1171
119. J. Tomasi B. Mennucci R. Cammi Chem. Rev. 2005 105 2999 3094
120. C. Curutchet J. Kongsted A. Muñoz Losa H. Hossein-Nejad G. D. Scholes B. Mennucci J. Am. Chem. Soc. 2011 133 3078 3084
121. A. Damjanović I. Kosztin U. Kleinekathöfer K. Schulten Phys. Rev. E: Stat. Phys., Plasmas, Fluids, Relat. Interdiscip. Top. 2002 65 031919
122. C. Curutchet A. Muñoz Losa S. Monti J. Kongsted G. D. Scholes B. Mennucci J. Chem. Theory Comput. 2009 5 1838 1848
123. C. Olbrich U. Kleinekathöfer J. Phys. Chem. B 2010 114 12427 12437
124. C. Olbrich J. Strümpfer K. Schulten U. Kleinekathöfer J. Phys. Chem. B 2011 115 758 764
125. F. Müh M. E.-A. Madjet J. Adolphs A. Abdurahman B. Rabenstein H. Ishikita E.-W. Knapp T. Renger Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007 104 16862 16867
126. T. Yu L. Diósi N. Gisin W. T. Strunz Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys. 1999 60 91 103
127. J. T. Stockburger H. Grabert Phys. Rev. Lett. 2002 88 170407
128. G. Ritschel J. Roden W. T. Strunz A. Aspuru-Guzik A. Eisfeld J. Phys. Chem. Lett. 2011 2 2912 2917
129. G. Ritschel J. Roden W. T. Strunz A. Eisfeld New J. Phys. 2011 13 113034
130. J. M. Moix, Y. Zhao and J. Cao, 2012
131. C. Olbrich U. Kleinekathöfer J. Phys. Chem. B 2010 114 12427 12437
132. H. Pengfei D. F. Coker J. Chem. Phys. 2012 136 115102
133. N. Christensson, H. F. Kauffmann, T. Pullerits and T. Mancal, 2012
134. D. B. Turner R. Dinshaw K.-k. Lee M. Belsley K. E. Wilk P. M. G. Curmi G. Scholes Phys. Chem. Chem. Phys. 2012 14 4857 4874
135. Y. Elran P. Brumer J. Chem. Phys. 2004 121 2673 2684
136. H. Hwang P. J. Rossky J. Chem. Phys. 2004 120 11380
137. J. B. Gilmore R. H. McKenzie J. Phys. Chem. A 2008 112 2162 2176
138. J. S. Briggs A. Eisfeld Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2011 83 051911
139. U. Weiss M. Wollensak Phys. Rev. Lett. 1989 62 1663
140. M. Thoss H. Wang W. H. Miller J. Chem. Phys. 2001 115 2991
141. J. R. Petta A. C. Johnson J. M. Taylor E. A. Laird A. Yacoby M. D. Lukin C. M. Marcus M. P. Hanson A. C. Gossard Science 2005 309 2180 2184
142. B. F. Habenicht H. Kamisaka K. Yamashita O. V. Prezhdo Nano Lett. 2007 7 3260 3265
143. S. Hoyer M. Sarovar K. B. Whaley New J. Phys. 2010 12 065041
144. R. E. Blankenship D. M. Tiede J. Barber G. W. Brudvig G. Fleming M. Ghirardi M. R. Gunner W. Junge D. M. Kramer A. Melis T. A. Moore C. C. Moser D. G. Nocera A. J. Nozik D. R. Ort W. W. Parson R. C. Prince R. T. Sayre Science 2011 332 805 809
145. S. Hoyer, A. Ishizaki and K. B. Whaley, 2011
146. F. Galve L. A. Pachón D. Zueco Phys. Rev. Lett. 2010 105 180501
147. V. Vedral Nature 2010 468 769 770
148. M. A. Martín-Delgado J. Rodriguez-Laguna G. Sierra Phys. Rev. B: Condens. Matter 2002 65 155116
149. J. Prior A. W. Chin S. F. Huelga M. B. Plenio Phys. Rev. Lett. 2010 105 050404
150. A. W. Chin, J. Prior, R. Rosenbach, F. Caycedo-Soler, S. F. Huelga and M. B. Plenio, Vibrational structures and long-lasting electronic coherence, 2012