相干性在光合作用中的结构体系中对功能的影响

The discovery of quantum coherence in photosynthesis system has greatly boosted the study of microscopic mechanism of light-harvesting, especial on the capture and transfer of photon energy. Currently, the main focus is to explore the effect of existing coherence on functions of the structured light-harvesting complexes. These researches will help to understand fundamental design principal of light-harvesting, and benefit to the design of bionic devices for harvesting solar energy. The current project aims to reveal the impact of coherence in structured light-harvesting complexes. We will study the physical origin of photon anti-bunching in ring-structure photon-absorption unit, and the directional electron transfer in the two-branch reaction center. These studies will be combined with experimental progress to design bionic structures in order to validate the physical mechanism in natural counterpart.

光合作用体系中相干性的发现极大地推动了光合作用微观机理的研究，特别是对原初阶段光子的吸收和转换过程的研究。目前研究的重点是阐明相干性在有结构的光合作用体系的功能实现上的作用。结构和功能关联的研究工作不仅和光合作用的基础研究有密切联系，而且对设计新型人工光合作用期间具有指导作用。本项目旨在研究在光合作用中光能量吸收和传输载体结构中相干性的对功能建立的物理作用。项目将紧密结合实验进展，研究在吸收单元环形结构上的反聚束效应和物理起源，反应中心中电子的单向传递的物理机制，以及构造人工类光合结构的物理模型。

光合作用是自然界最重要的能源形势，可以抽想成为一个工作在高低温热源之间的热力学循环。其中量子效应以及动力学过程对能源转化的功率和效率有非常大的影响。我们重点开展了热能转换的有限时间过程对能源转化效率影响的研究，超快光谱实验方法和STM诱导发光机制等方面研究，取得一系列的研究结果。研究工作重心放在动力学过程对能源转化的效率和功率的研究课题上。其中关于能源转换动力学的成果在国内外产生积极的影响。一共发表研究论文14篇，全部属于SCI收录和标注有本项目资助，其中包括 Phys. Rev. Lett. 3篇，J. Phys. Chem. Lett. 1篇，Phys. Rev. E 4篇， New J. Phys. 2篇。获得专利1项。在此期间参加国际会议2次，国内会议6次。并于 2020 年10月在成都举办“量子精密测量的理论和实验方法培训班”，2020年12月在北京举办“超快动力学光谱培训班”，2022年7月在青岛共同举办“全国量子物理青年会议”，在该领域内取得了良好的国内影响。