Efficient algorithms for the simulation of non-adiabatic electron transfer in complex molecular systems: Application to DNA

Physical Chemistry Chemical Physics

Volumn 15, Issue 16, 2013, Pages 5794-5813

  Kubař, Tomáš ^a   Elstner, Marcus ^a  

^a KARLSRUHE INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DNA; OLIGONUCLEOTIDE;

ALGORITHM; ARTICLE; CHEMISTRY; ELECTRON; ELECTRON TRANSPORT; MOLECULAR DYNAMICS; NUCLEOTIDE SEQUENCE; QUANTUM THEORY; STATIC ELECTRICITY;

ALGORITHMS; BASE SEQUENCE; DNA; ELECTRON TRANSPORT; ELECTRONS; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; OLIGONUCLEOTIDES; QUANTUM THEORY; STATIC ELECTRICITY;

EID: 84876569963     PISSN: 14639076     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c3cp44619k     Document Type: Article

References (114)

1. R. A. Marcus Adv. Chem. Phys. 1999 106 1 6
2. H. B. Gray J. R. Winkler Annu. Rev. Biochem. 1996 65 537 561
3. M. Hervas J. A. Navarro M. A. De La Rosa Acc. Chem. Res. 2003 36 798 805
4. M. Bixon J. Jortner Adv. Chem. Phys. 1999 106 35 202
5. R. A. Marcus J. Chem. Phys. 1956 24 966 978
6. R. A. Marcus N. Sutin Biochim. Biophys. Acta 1985 811 265 322
7. V. G. Levich R. R. Dogonadze Dokl. Akad. Nauk SSSR 1959 124 123 126
8. N. S. Hush Trans. Faraday Soc. 1961 57 557 580
9. J. J. Hopfield Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1974 71 3640 3644
10. J. Jortner J. Chem. Phys. 1976 64 4860 4867
11. D. W. Small D. V. Matyushov G. A. Voth J. Am. Chem. Soc. 2003 125 7470 7478
12. M. D. Newton Chem. Rev. 1991 91 767 792
13. L. Blancafort A. Voityuk J. Phys. Chem. A 2005 110 6426 6432
14. Q. Peng Y. Yi Z. Shuai J. Shao J. Chem. Phys. 2007 126 114302
15. A. F. Izmaylov D. Mendive-Tapia M. J. Bearpark M. A. Robb J. C. Tully M. J. Frisch J. Chem. Phys. 2011 135 234106
16. R. Borrelli A. Peluso Phys. Chem. Chem. Phys. 2011 13 4420 4426
17. A. Troisi G. Orlandi Chem. Phys. Lett. 2001 344 509 518
18. K. Senthilkumar F. C. Grozema F. M. Bickelhaupt L. D. A. Siebbeles J. Chem. Phys. 2003 119 9809 9817
19. T. Kubař P. B. Woiczikowski G. Cuniberti M. Elstner J. Phys. Chem. B 2008 112 7937 7947
20. H. Oberhofer J. Blumberger Angew. Chem., Int. Ed. 2010 49 3631 3634
21. H. Oberhofer J. Blumberger Phys. Chem. Chem. Phys. 2012 14 13846 13852
22. H. Oberhofer J. Blumberger J. Chem. Phys. 2010 133 244105
23. T. Van Voorhis T. Kowalczyk B. Kaduk L.-P. Wang C.-L. Cheng Q. Wu Annu. Rev. Phys. Chem. 2010 61 149 170
24. T. Kubař M. Elstner J. Phys. Chem. B 2008 112 8788 8798
25. H. Oberhofer J. Blumberger J. Chem. Phys. 2009 131 064101
26. A. Warshel J. Phys. Chem. 1982 86 2218 2224
27. K. Schulten M. Tesch Chem. Phys. 1991 158 421 446
28. S. L. Tesar J. M. Leveritt III A. A. Kurnosov A. L. Burin Chem. Phys. 2012 393 13 18
29. J. VandeVondele M. Sulpizi M. Sprik Angew. Chem., Int. Ed. 2006 45 1936 1938
30. J. VandeVondele M. Sulpizi M. Sprik Chimia 2007 61 155 158
31. J. Blumberger Phys. Chem. Chem. Phys. 2008 10 5651 5667
32. T. Kowalczyk L.-P. Wang T. Van Voorhis J. Phys. Chem. B 2011 115 12135 12144
33. I. Muegge P. X. Qi A. J. Wand Z. T. Chu A. Warshel J. Phys. Chem. B 1997 101 825 836
34. W. W. Parson Z. T. Chu A. Warshel Biophys. J. 1998 74 182 191
35. M. Sulpizi S. Raugei J. VandeVondele P. Carloni M. Sprik J. Phys. Chem. B 2007 111 3969 3976
36. J. Blumberger G. Lamoureux Mol. Phys. 2008 106 1597 1611
37. G. King A. Warshel J. Chem. Phys. 1990 93 8682 8692
38. M. Ceccarelli M. Marchi J. Phys. Chem. B 2003 107 5630 5641
39. J. S. Bader C. M. Cortis B. J. Berne J. Chem. Phys. 1997 106 2372 2387
40. K. Ando J. Chem. Phys. 2001 114 9470 9477
41. R. G. Alden W. W. Parson Z. T. Chu A. Warshel J. Am. Chem. Soc. 1995 117 12284 12298
42. A. Warshel J.-K. Hwang J. Chem. Phys. 1986 84 4938 4957
43. M. Marchi J. N. Gehlen D. Chandler M. Newton J. Am. Chem. Soc. 1993 115 4178 4190
44. A. Warshel Z. T. Chu W. W. Parson J. Photochem. Photobiol., A 1994 82 123 128
45. D. N. Beratan S. S. Skourtis I. A. Balabin A. Balaeff S. Keinan R. Venkatramani D. Xiao Acc. Chem. Res. 2009 42 1669 1678
46. S. S. Skourtis D. H. Waldeck D. N. Beratan Annu. Rev. Phys. Chem. 2010 61 461 485
47. H. Wang S. Lin J. P. Allen J. C. Williams S. Blankert C. Laser N. W. Woodbury Science 2007 316 747 750
48. S. S. Skourtis D. N. Beratan Science 2007 316 703 704
49. P. B. Woiczikowski T. Steinbrecher T. Kubař M. Elstner J. Phys. Chem. B 2011 115 9846 9863
50. I. Rips J. Jortner J. Chem. Phys. 1987 87 2090 2104
51. F. Plasser H. Lischka J. Chem. Phys. 2011 134 034309
52. Y. A. Mantz F. L. Gervasio T. Laino M. Parrinello Phys. Rev. Lett. 2007 99 058104
53. A. L. Burin D. B. Uskov J. Chem. Phys. 2008 129 025101
54. T. Steinbrecher T. Koslowski D. A. Case J. Phys. Chem. B 2008 112 16935 16944
55. L. Blancafort M. Duran J. Poater P. Salvador S. Simon M. Solà A. A. Voityuk Theor. Chem. Acc. 2009 123 29 40
56. S. M. Kravec C. D. Kinz-Thompson E. M. Conwell J. Phys. Chem. B 2011 115 6166 6171
57. T. Kubař M. Elstner J. Phys. Chem. B 2010 114 11221 11240
58. I. V. Kurnikov G. S. M. Tong M. Madrid D. N. Beratan J. Phys. Chem. B 2002 106 7 10
59. E. M. Conwell Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005 102 8795 8799
60. F. C. Grozema S. Tonzani Y. A. Berlin G. C. Schatz L. D. A. Siebbeles M. A. Ratner J. Am. Chem. Soc. 2008 130 5157 5166
61. T. Kubař U. Kleinekathöfer M. Elstner J. Phys. Chem. B 2009 113 13107 13117
62. M. Born J. R. Oppenheimer Ann. Phys. 1927 84 457
63. C. D. Kinz-Thompson E. M. Conwell J. Phys. Chem. Lett. 2010 1 1403 1407
64. P. Ehrenfest Z. Phys. 1927 45 455
65. A. D. McLachlan Mol. Phys. 1964 8 39
66. J. C. Tully R. K. Preston J. Chem. Phys. 1971 55 562
67. O. V. Prezhdo P. J. Rossky J. Chem. Phys. 1997 107 825 834
68. J. C. Tully Faraday Discuss. 1998 110 407 419
69. K. Siriwong A. A. Voityuk M. D. Newton N. Rösch J. Phys. Chem. B 2003 107 2595 2601
70. T. Kubař M. Elstner J. Phys. Chem. B 2009 113 5653 5656
71. N. L. Doltsinis, in Quantum Simulations of Complex Many-Body Systems: From Theory to Algorithms, ed., J. Grotendorst, D. Marx, and, A. Muramatsu, John von Neumann Institute for Computing, Jülich, 2002, vol. 10, ch. Nonadiabatic Dynamics: Mean-Field and Surface Hopping, pp. 377-397
72. A. Warshel W. W. Parson Q. Rev. Biophys. 2001 34 563 679
73. W. T. Yang Phys. Rev. Lett. 1991 66 1438 1441
74. W. T. Yang T. S. Lee J. Chem. Phys. 1995 103 5674 5678
75. K. Kitaura E. Ikeo T. Asada T. Nakano M. Uebayasi Chem. Phys. Lett. 1999 313 701 706
76. M. Elstner D. Porezag G. Jungnickel J. Elsner M. Haugk T. Frauenheim S. Suhai G. Seifert Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1998 58 7260 7268
77. A. A. Voityuk K. Siriwong N. Rösch Angew. Chem., Int. Ed. 2004 43 624 627
78. S. Keinan R. Venkatramani A. Balaeff D. N. Beratan J. Phys. Chem. C 2010 114 20496 20502
79. P. O. Löwdin J. Chem. Phys. 1950 18 365 375
80. K. Senthilkumar F. C. Grozema C. F. Guerra F. M. Bickelhaupt F. D. Lewis Y. A. Berlin M. A. Ratner L. D. A. Siebbeles J. Am. Chem. Soc. 2005 127 14894 14903
81. A. A. Voityuk J. Chem. Phys. 2008 128 115101
82. P. B. Woiczikowski T. Kubař R. Gutiérrez R. A. Caetano G. Cuniberti M. Elstner J. Chem. Phys. 2009 130 215104
83. P. B. Woiczikowski T. Kubař R. Gutiérrez G. Cuniberti M. Elstner J. Chem. Phys. 2010 133 035103
84. J. VandeVondele M. Sprik Phys. Chem. Chem. Phys. 2005 7 1363 1367
85. J. Olofsson S. Larsson J. Phys. Chem. B 2001 105 10398 10406
86. S. S. Alexandre E. Artacho J. Soler H. Chacham Phys. Rev. Lett. 2003 91 108105
87. G. Hou X. Zhu M. Elstner Q. Cui J. Chem. Theory Comput. 2012 8 4293 4304
88. R. A. Kuharski J. S. Bader D. Chandler M. Sprik M. L. Klein R. W. Impey J. Chem. Phys. 1988 89 3248 3257
89. T. A. Niehaus D. Heringer B. Torralva T. Frauenheim Eur. Phys. J. D 2005 35 467 477
90. J. C. Tully J. Chem. Phys. 1990 93 1061 1071
91. G. Granucci M. Persico A. Toniolo J. Chem. Phys. 2001 114 10608 10615
92. J. Y. Fang S. Hammes-Schiffer J. Chem. Phys. 1999 110 11166 11175
93. C. Zhu S. Nangia A. W. Jasper D. G. Truhlar J. Chem. Phys. 2004 121 7658 7670
94. G. Granucci M. Persico A. Zoccante J. Chem. Phys. 2010 133 134111
95. J. E. Subotnik N. Shenvi J. Chem. Phys. 2011 134 024105
96. D. van der Spoel E. Lindahl B. Hess G. Groenhof A. E. Mark H. J. C. Berendsen J. Comput. Chem. 2005 26 1701 1718
97. R. W. Brankin, I. Gladwell and L. F. Shampine, RKSUITE: a suite of Runge-Kutta codes for the initial value problem for ODEs, technical report, 1992
98. W. D. Cornell P. Cieplak C. I. Bayly I. R. Gould K. M. Merz D. M. Ferguson D. C. Spellmeyer T. Fox J. W. Caldwell P. A. Kollman J. Am. Chem. Soc. 1995 117 5179 5197
99. J. Wang P. Cieplak P. A. Kollman J. Comput. Chem. 2000 21 1049 1074
100. A. Pérez I. Marchán D. Svozil J. Šponer T. E. Cheatham III C. A. Laughton M. Orozco Biophys. J. 2007 92 3817 3829
101. C. I. Bayly P. Cieplak W. D. Cornell P. A. Kollman J. Phys. Chem. 1993 97 10269 10280
102. J. Stroud, make-na server, 2004, http://structure.usc.edu/make-na/server. html
103. D. B. Uskov A. L. Burin Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2008 78 073106
104. G. S. Blaustein F. D. Lewis A. L. Burin J. Phys. Chem. B 2010 114 6732 6739
105. F. D. Lewis R. S. Kalgutkar Y. Wu X. Liu J. Liu R. T. Hayes S. E. Miller M. R. Wasielewski J. Am. Chem. Soc. 2000 122 12346 12351
106. M. Nonella K. Schulten J. Phys. Chem. 1991 95 2059 2067
107. T. Takada K. Kawai X. Cai A. Sugimoto M. Fujitsuka T. Majima J. Am. Chem. Soc. 2004 126 1125 1129
108. S. M. M. Conron A. K. Thazhathveetil M. R. Wasielewski A. L. Burin F. D. Lewis J. Am. Chem. Soc. 2010 132 14388 14390
109. D. P. McMahon A. Troisi ChemPhysChem 2010 11 2067 2074
110. M. A. O'Neill J. K. Barton J. Am. Chem. Soc. 2004 126 11471 11483
111. P. T. Henderson D. Jones G. Hampikian Y. Kan G. B. Schuster Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1999 96 8353 8358
112. D. D. Eley D. I. Spivey Trans. Faraday Soc. 1962 58 411
113. A. Troisi D. L. Cheung J. Chem. Phys. 2009 131 014703
114. C.-S. Liu R. Hernandez G. B. Schuster J. Am. Chem. Soc. 2004 126 2877 2884