Electronic and Magnetic Structure Calculations of Diiron Enzymes

We have studied electronic and magnetic structure of 2 kinds of diiron molecules using OpenMX method based on density functional method. The calculated density of states of diiron-2 is similar with that of diiron-4 because of equal number of 6 ligand atoms. The calculated total energy with antiferromagnetic spin configuration is lower than those of ferromagnetic configurations for both of them. The exchange interaction J of diiiron-4 between $Fe^{+3}$ atoms is one order larger than that of diiron-2, and the calculated J matches well with the experimental one. That comes from the short distance of Fe-O and the high O 2p energy levels. It derives a strong super exchange interaction. The angle of diiron-4 between Fe atoms is bigger than that of diiron-2. It also derives a strong super exchange interaction because of the ${\sigma}$-bond between Fe and O atoms.

이중 철 효소의 전자구조 및 자기구조 계산

Fe 원자 2개를 포함한 2종류의 이중 철 효소의 전기구조 및 자기적 성질을 제1원리의 범밀도함수법을 이용하여 계산하였다. 계산 된 결과, 전자구조는 주위 6개의 배위 원자로 인해 비슷한 모습을 보이고 있었다. 총 에너지 계산에서는 두 종류 모두 반강자성적 상호작용이 낮은 에너지를 가지고 있었다. 계산 된 $Fe^{+3}$ 원자 사이의 교환상호작용 크기는 diiron-4가 diiron-2보다 한 단위 큰 값을 얻었고, 실험과 잘 일치하였다. 이 원인은 diiron-4가 더 가까운 Fe-O 원자거리를 가지고 있었고, Fe 사이 산소 매개 원자의 2p 준위가 높아 강한 초교환상호작용을 일으켰다. 또한, 직각에 가까운 diiron-2 Fe-O-Fe 각도보다 커서 Fe-O의 강한 ${\sigma}$ 결합으로 인한 초교환상호작용의 결과이다.