Groupe Korol

Domaines de recherche

Dynamique quantique

Méthodes d'intégrale de chemin, dynamique moléculaire de polymères en anneau, approches semiclassiques

Cinétique chimique

Théorie du taux de réaction, effets isotopiques, effets environnementaux sur les réactions chimiques

Systèmes quantiques ouverts

Transport quantique, interactions électron-phonon, modélisation de la densité spectrale

Collaborateurs

Daniel Stolper

Département des sciences de la Terre et des planètes, Université de Californie, Berkeley

Géochimie, géochimie isotopique

Joel Bowman

Département de chimie, Université Emory

Chimie théorique, dynamique quantique, surfaces d'énergie potentielle

Adelphine Bonneau

Département de chimie, Université de Sherbrooke

Science des matériaux, noirs de carbone, applications de l'apprentissage automatique

1. Light-Matter Interactions Beyond the Dipole Approximation in Extended Systems Without Multipole Expansion

   R Dora, R Korol, V Tiwari, R Chourasiya and I Franco*,    arXiv   2026    ,   10.48550/arXiv.2603.10271.

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   L'« approximation dipolaire » habituellement utilisée pour modéliser l'interaction de la lumière avec la matière peut s'avérer inadéquate pour des matériaux plus grands que la longueur d'onde de la lumière ou sous un éclairage non uniforme. Nous présentons un cadre de calcul, fondé sur une structure électronique ab initio et des fonctions de Wannier localisées, qui capture ces effets « au-delà du dipôle » à un coût de calcul essentiellement identique à celui d'un calcul standard. Nous montrons que l'approximation habituelle fonctionne bien pour les matériaux minces 1D et 2D uniformément éclairés, mais qu'elle échoue pour les matériaux 3D, un éclairage oblique ou un éclairage partiel—des cas de plus en plus pertinents pour les dispositifs nanométriques et les matériaux quantiques.

2. How NOT to Build Control-Target Gates in Semiconductor Quantum Dots and Beyond

   R Korol*, J Nichol and I Franco,    arXiv   2026    ,   10.48550/arXiv.2608.00733.

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   Les ordinateurs quantiques ont besoin de portes NON-contrôlées (CNOT) rapides et peu sujettes aux erreurs, mais les interactions naturelles entre qubits voisins traitent généralement les deux qubits de façon symétrique, ce qui oblige à construire la porte CNOT à partir de plusieurs opérations plus lentes. Nous montrons qu'en « logeant » deux qubits de spin voisins dans du silicium à des niveaux d'énergie différents, l'asymétrie ainsi introduite permet de réaliser une porte CNOT à l'aide d'une seule impulsion électrique. Nos simulations, tenant compte du bruit et des imperfections réalistes du dispositif, montrent que cette porte conserve une fidélité supérieure à 99 %, et que la conception proposée peut être testée sur des architectures de dispositifs existantes.

3. Robust Purely Optical Signatures of Floquet States in Laser-Dressed Crystals

   V Tiwari, R Korol and I Franco*,    Phys. Rev. Lett.   2025    135 (18) , 186901,   10.1103/5ywx-7dbs.

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   Nous décrivons une méthode simple pour détecter les états insaisissables induits par la lumière dans les matériaux optiquement excités en analysant comment ils absorbent la lumière. Ces états dits de Floquet, qui se forment lorsque les matériaux interagissent avec des champs laser intenses, sont essentiels pour contrôler les propriétés des matériaux à volonté—mais jusqu'à présent, ils ont été extrêmement difficiles à observer. Nous montrons que les états de Floquet laissent des signatures claires et détectables dans le spectre d'absorption optique, y compris de nouveaux pics d'absorption dans des régions où le matériau est normalement transparent.

4. High-Frequency Tails in Spectral Densities

   R Korol*, X Chen and I Franco*,    J. Phys. Chem. A   2025    129 (15) , 3587-3596,   10.1021/acs.jpca.5c00943.

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   Nous montrons que les calculs du taux de relaxation en solution sont très sensibles au choix de représentation de la densité spectrale de l'environnement (DS). La raison principale est que la relaxation électronique est dominée par la contribution résonante des queues de haute fréquence de la DS, qui peuvent varier considérablement entre les stratégies. Nous fournissons une transformation simple qui permet de retrouver les taux de relaxation corrects dans les simulations quantiques contraintes par des limitations algorithmiques ou physiques sur la forme de la DS.

5. Stable isotope equilibria in the dihydrogen-water-methane-ethane-propane system. Part 2: Experimental determination of hydrogen isotopic equilibrium for ethane-H₂ from 30 to 200 °C and propane-H₂ from 75 to 200 °C

   A C Turner*, R Korol, M Bill and D A Stolper,    Geochim. Cosmochim. Acta   2025    396 , 91-106,   10.1016/j.gca.2025.02.033.

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   Nous comparons l'équilibre isotopique expérimental de l'hydrogène avec des calculs théoriques de haute précision et fournissons un ajustement polynomial préféré. La comparaison de ces facteurs de fractionnement avec une compilation d'environ 500 échantillons de gaz environnementaux soutient la proposition selon laquelle de nombreux (environ 50%) de ces échantillons de gaz naturel présentent des compositions isotopiques de l'hydrogène cohérentes avec une formation ou l'atteinte d'un équilibre isotopique de l'hydrogène entre le méthane, l'éthane et le propane à des températures géologiquement pertinentes pour la formation et le stockage (50–300°C).

6. Stable isotope equilibria in the dihydrogen-water-methane-ethane-propane system. Part 1: Path-integral calculations with CCSD(T) quality potentials

   R Korol*, A C Turner, A Nandi, J M Bowman, W A Goddard and D A Stolper,    Geochim. Cosmochim. Acta   2025    396 , 71-90,   10.1016/j.gca.2025.02.028.

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   Nous analysons l'importance relative de diverses approximations couramment employées lors de l'évaluation des équilibres isotopiques. Nous constatons que les effets isotopiques agrégés peuvent être calculés à l'aide de méthodes computationnelles. En revanche, le fractionnement et les préférences de site bénéficient de l'utilisation de potentiels CCSD(T) de niveau supérieur, en tenant compte des effets anharmoniques et des corrections à l'approximation de Born-Oppenheimer.

7. Experimental and theoretical determinations of hydrogen isotopic equilibrium in the system CH₄-H₂-H₂O from 3 to 200 °C

   A C Turner, R Korol, D L Eldridge, M Bill, M E Conrad, T F Miller and D A Stolper*,    Geochim. Cosmochim. Acta   2021    314 , 223-269,   10.1016/j.gca.2021.04.026.

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   Nous fournissons des étalonnages du fractionnement d'équilibre H/D et ¹³C/¹²C basés sur des expériences et des calculs PIMC. Nous constatons que les compositions isotopiques de certains gaz microbiens provenant d'environnements sédimentaires marins, de veines de charbon et de schiste sont cohérentes avec les équilibres H et C.

8. Dimension-free path-integral molecular dynamics without preconditioning

   R Korol, J L Rosa-Raíces, N Bou-Rabee and T F Miller*,    J. Chem. Phys.   2020    152 (10) , 104102,   10.1063/1.5134810.

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   Nous améliorons davantage l'algorithme standard pour T-RPMD via une implémentation nouvelle de la modification de Cayley [R Korol et al., J. Chem. Phys. 151, 124103 (2019)]. Cela permet une augmentation substantielle de la taille du pas de temps - trois fois pour les simulations d'eau liquide - sans coût supplémentaire.

9. Comparison of Experimental vs Theoretical Abundances of ¹³CH₃D and ¹²CH₂D₂ for Isotopically Equilibrated Systems from 1 to 500 °C

   D L Eldridge, R Korol, M K Lloyd, A C Turner, M A Webb, T F Miller and D A Stolper*,    ACS Earth Space Chem.   2019    3 (12) , 2747-2764,   10.1021/acsearthspacechem.9b00244.

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   Nous étudions l'agrégation à l'équilibre des isotopes lourds dans le méthane. En utilisant l'agrégation d'isotopes lourds, on peut déterminer la température du méthane au moment de sa formation. Nous avons étendu la gamme de températures pour couvrir toutes les températures biologiquement et géologiquement pertinentes. L'étalonnage expérimental température-agrégation est confirmé par la méthode théorique de pointe - PIMC.

10. Cayley modification for strongly stable path-integral and ring-polymer molecular dynamics

    R Korol, N Bou-Rabee and T F Miller*,    J. Chem. Phys.   2019    151 (12) , 124103,   10.1063/1.5120282.

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    Nous montrons que l'algorithme standard pour faire évoluer les trajectoires PIMD conduit à des artefacts numériques à certains pas de temps (de résonance). Nous proposons donc la modification de Cayley, qui fournit une forte stabilité symplectique à PIMD, RPMD et CMD et l'ergodicité pour T-RPMD sans coût supplémentaire. Cela permet l'utilisation de pas de temps plus grands dans ces simulations.

11. Machine Learning Prediction of DNA Charge Transport

    R Korol and D Segal*,    J. Phys. Chem. B   2019    123 (13) , 2801-2811,   10.1021/acs.jpcb.8b12557.

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    Nous présentons un modèle d'apprentissage automatique qui permet la prédiction peu coûteuse de la conductance électrique de millions de longues séquences d'ADN double brin (ADNdb), réduisant les coûts de calcul de plusieurs ordres de grandeur. L'algorithme est entraîné sur de courtes nano-jonctions d'ADN avec n = 3-7 paires de bases.

12. From Exhaustive Simulations to Key Principles in DNA Nanoelectronics

    R Korol and D Segal*,    J. Phys. Chem. C   2018    122 (8) , 4206-4216,   10.1021/acs.jpcc.7b12744.

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    La conductance des molécules d'ADN n'est pas bien comprise à la lumière des résultats expérimentaux contradictoires. La situation est également compliquée, car il existe un nombre exponentiel de séquences différentes, et beaucoup d'entre elles conduisent le courant de manière radicalement différente. Ici, nous étudions la conductance des molécules d'ADN par simulation et identifions plusieurs principes généraux qui pourraient guider les expériences.

13. ProbeZT: Simulation of transport coefficients of molecular electronic junctions under environmental effects using Büttiker's probes

    R Korol, M Kilgour and D Segal*,    Comput. Phys. Commun.   2018    224 , 396-404,   10.1016/j.cpc.2017.10.005.

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    Notre logiciel maison de transport quantique, ProbeZT, calcule avec quelle facilité l'électricité et la chaleur se déplacent à travers un système donné. On peut l'utiliser pour identifier des molécules qui sont : de bons conducteurs, des isolants parfaits, d'excellents thermoélectriques et bien plus encore. En particulier, nous présentons une application du logiciel à une chaîne conductrice linéaire (comme un polymère) et à une molécule d'ADN double brin.

14. Thermopower of molecular junctions: Tunneling to hopping crossover in DNA

    R Korol, M Kilgour and D Segal*,    J. Chem. Phys.   2016    145 (22) , 224702,   10.1063/1.4971167.

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    Nous examinons les molécules d'ADN, qui montrent un changement de comportement dans la conductance et le pouvoir thermoélectrique au-delà d'une certaine longueur, étudiées expérimentalement dans Li et al. Nous montrons que le changement dans les tendances thermoélectriques est causé par un changement du mécanisme par lequel une molécule conduit le courant, passant de l'effet tunnel quantique au saut classique.

15. Reactions of Boron-Derived Radicals with Nucleophiles

    L E Longobardi, P Zatsepin, R Korol, L Liu, S Grimme and D W Stephan*,    J. Am. Chem. Soc.   2016    139 (1) , 426-435,   10.1021/jacs.6b11190.

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    Nous utilisons une série de radicaux borocycliques qui sont à la fois volumineux et avec leur densité SOMO délocalisée. Leur réactivité électrophile combinée avec leur encombrement stérique considérable nous permet de fabriquer plusieurs beaux composés zwitterioniques avec des phosphines et d'autres nucléophiles en utilisant la chimie des paires de Lewis frustrées.

16. Size Stabilizers in Two-electrode Synthesis of ZnO Nanorods

    R V Korol*, O M Yanchuk, O V Marchuk, V F Orlov, I A Moroz and O A Vyshnevskyi,    Phys. Chem. Solid St.   2021    22 (2) , 380-387,   10.15330/pcss.22.2.380-387.

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    Nous modifions et optimisons une synthèse de nanoparticules de ZnO par électrodéposition en ajoutant des stabilisateurs auxiliaires pour réduire la taille et rétrécir la distribution des tailles dans le produit cible.