Wykorzystanie metod mechaniki kwantowej i uczenia maszynowego do przewidywania wydajności kwantowej fluorescencji
Grant ID: PT01173
Project leader: Patryk Jasik
Implementers:
- Patryk Jasik
- Anna Kaczmarek-Kędziera
- Anderson Exlonk Gil Peláez
- Piotr Żuchowski
- Niyazi Bulut
- Hamid Berriche
- Jan Wolski
- Milosz Grunwald
Politechnika Gdańska
Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej
Gdańsk
Start date: 2024-06-05
Planned end date: 2027-06-05
Project summary
Fluorescencja jest zjawiskiem, w którym substancja emituje światło po jej wzbudzeniu. Jest ona kluczowa w różnych dziedzinach nauki, zwłaszcza w biochemii i biofizyce. Zrozumienie wydajności kwantowej fluorescencji (PLQY) jest niezbędne np. do charakterystyki fluoroforów. PLQY, obok czasu życia fluorescencji oraz długości fal emisji i absorpcji, stanowi podstawę do określania właściwości i zachowania fluoroforów w różnych zastosowaniach.
Jednak dokładne przewidywanie PLQY stawia poważne wyzwania ze względu na złożone współwystępowanie procesów radiacyjnych i nieradiacyjnych podczas fluorescencji. Procesy radiacyjne obejmują emisję fotonów, co przyczynia się do fluorescencji, podczas gdy procesy nieradiacyjne obejmują mechanizmy takie jak rozpraszanie energii poprzez wibracje cząsteczkowe lub reakcje chemiczne, które zmniejszają wydajność fluorescencji. Dynamika tych procesów zachodzi w skali czasowej, zazwyczaj obejmującej nanosekundy, co sprawia, że ich symulacja jest obliczeniowo intensywna i trudna.
Niniejszy projekt ma na celu wykorzystanie synergicznego podejścia łączącego techniki uczenia maszynowego (ML) z mechaniką kwantową, aby przezwyciężyć wyzwania związane z przewidywaniem wydajności kwantowej fluorescencji. Zamierzamy stworzyć unikatowe rozwiązanie teoretyczno-obliczeniowe, które pozwoli wykorzystać podstawowe zasady fizyki rządzące dynamiką fluorescencji w modelach predykcyjnych, integrując metody mechaniki kwantowej z algorytmami ML.
Jednak dokładne przewidywanie PLQY stawia poważne wyzwania ze względu na złożone współwystępowanie procesów radiacyjnych i nieradiacyjnych podczas fluorescencji. Procesy radiacyjne obejmują emisję fotonów, co przyczynia się do fluorescencji, podczas gdy procesy nieradiacyjne obejmują mechanizmy takie jak rozpraszanie energii poprzez wibracje cząsteczkowe lub reakcje chemiczne, które zmniejszają wydajność fluorescencji. Dynamika tych procesów zachodzi w skali czasowej, zazwyczaj obejmującej nanosekundy, co sprawia, że ich symulacja jest obliczeniowo intensywna i trudna.
Niniejszy projekt ma na celu wykorzystanie synergicznego podejścia łączącego techniki uczenia maszynowego (ML) z mechaniką kwantową, aby przezwyciężyć wyzwania związane z przewidywaniem wydajności kwantowej fluorescencji. Zamierzamy stworzyć unikatowe rozwiązanie teoretyczno-obliczeniowe, które pozwoli wykorzystać podstawowe zasady fizyki rządzące dynamiką fluorescencji w modelach predykcyjnych, integrując metody mechaniki kwantowej z algorytmami ML.
Publications
- Masato Morita, Maciej B. Kosicki, Piotr S. Żuchowski, Paul Brumer, and Timur V. Tscherbul, Magnetic Feshbach resonances in ultracold atom-molecule collisions, Phys. Rev. A 110, (2024) L021301
- Joanna Kujawa, Sławomir Boncel, Samer Al-Gharabli, Stanisław Koter, Anna Kaczmarek–Kędziera, Emil Korczeniewski, Artur P. Terzyk, Current and future applications of PVDF-carbon nanomaterials in energy and sensing, Chemical Engineering Journal 492, (2024) 151856
- Patryk Jasik, Dariusz Kędziera, Józef E. Sienkiewicz, Matrix elements for spin-orbit couplings in KRb, Atomic Data and Nuclear Data Tables 1, (2024) 1
- P. Jasik, D. Kȩdziera, J.E. Sienkiewicz, Matrix elements for spin-orbit couplings in KRb, Atomic Data and Nuclear Data Tables 162, (2025) 1-67
- Serhat Keser, Aykut Yıldız, Azeez A. Barzinjy, Rebaz Obaid Kareem, Bahroz Kareem Mahmood, Riyadh Saeed Agid, Tankut Ates, Mehmet Mürşit Temüz, Suleyman Koytepe, Turan İnce, Omer Kaygili, Józef E. Sienkiewicz, Patryk Jasik & Niyazi Bulut, Effects of pyrocatechol on the computational, structural, spectroscopic and thermal properties of silver-modified hydroxyapatite, Journal of the Australian Ceramic Society 61, (2025) 1681-1694
- Niyazi Bulut, Serhat Keser, Alexandre Zanchet, Piotr S. Żuchowski, Tankut Ates, İrfan Kilic, Omer Kaygili, A comprehensive study of cytosine-ZnO interactions: Theoretical and experimental insights, Physica B: Condensed Matter 697, (2025) 416732
- Benjamin Ikuesan, Patryk Jasik, Niyazi Bulut, Józef E. Sienkiewicz, Rovibrational and Electronic Structures of Selected Excited States of CO Molecule (Preliminary Results), Training School. Fundamental insights to weak interactions: interplay of theory and spectroscopic experiments Iława, (2025) 16-17.06.2025
- Benjamin Ikuesan, Patryk Jasik, Niyazi Bulut, Józef E. Sienkiewicz, Selected Excited-State Rovibrational and Electronic Structures of the Carbon Monoxide Molecule, New Challenges for Ab Initio Theory in Molecular Science Warszawa, (2025) 01-05.07.2025
- Benjamin Ikuesan, Patryk Jasik, Niyazi Bulut, Józef E. Sienkiewicz, Highly accurate potential energy curves and permanent dipole moments of CO (first asymptote): implications for molecular interactions, Symposium "Interactions" Toruń, (2025) 28-29.11.2025
Contact
Traugutta 75, Street, 80-221 Gdańsk
tel.: + 48 58 347 24 11
email: office@task.gda.pl
NIP: 584-020-35-93
REGON: 000001620
Opening hours: Monday-Friday 08.00 am – 03.00 pm