<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">675134</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2021.675134</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Review</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Quantum Control of Coherent &#x3c0;-Electron Dynamics in Aromatic Ring Molecules</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Mineo et&#x20;al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Quantum Control of &#x3c0;-Electron Dynamics</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Mineo</surname>
<given-names>Hirobumi</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1131454/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Phan</surname>
<given-names>Ngoc-Loan</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Yuichi</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff4">
<sup>4</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<label>
<sup>1</sup>
</label>Atomic Molecular and Optical Physics Research Group, Advanced Institute of Materials Science, Ton Duc Thang University, <addr-line>Ho Chi Minh City</addr-line>, <country>Vietnam</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<label>
<sup>2</sup>
</label>Faculty of Applied Sciences, Ton Duc Thang University, <addr-line>Ho Chi Minh City</addr-line>, <country>Vietnam</country>
</aff>
<aff id="aff3">
<label>
<sup>3</sup>
</label>Department of Physics, Ho Chi Minh City University of Education, <addr-line>Ho Chi Minh City</addr-line>, <country>Vietnam</country>
</aff>
<aff id="aff4">
<label>
<sup>4</sup>
</label>Department of Chemistry, Graduate School of Science, Tohoku University, <addr-line>Sendai</addr-line>, <country>Japan</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1071742/overview">Philip Bucksbaum</ext-link>, Stanford University, United&#x20;States</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/73652/overview">Sheng Meng</ext-link>, Institute of Physics (CAS), China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/133871/overview">Luca Evangelisti</ext-link>, University of Bologna, Italy</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Hirobumi Mineo, <email>mineo@tdtu.edu.vn</email>; Yuichi Fujimura, <email>fujimurayuichi@m.tohoku.ac.jp</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Physical Chemistry and Chemical&#x20;Physics, a section of the journal Frontiers in Physics</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>16</day>
<month>07</month>
<year>2021</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>9</volume>
<elocation-id>675134</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>02</day>
<month>03</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>23</day>
<month>06</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2021 Mineo, Phan and Fujimura.</copyright-statement>
<copyright-year>2021</copyright-year>
<copyright-holder>Mineo, Phan and Fujimura</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these&#x20;terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>Herein we review a theoretical study of unidirectional &#x3c0;-electron rotation in aromatic ring molecules, which originates from two quasi-degenerate electronic excited states created coherently by a linearly polarized ultraviolet/visible laser with a properly designed photon polarization direction. Analytical expressions for coherent &#x3c0;-electron angular momentum, ring current and ring current-induced magnetic field are derived in the quantum chemical molecular orbital (MO) theory. The time evolution of the angular momentum and the ring current are expressed using the density matrix method under Markov approximation or by solving the time-dependent Schr&#xf6;dinger equation. In this review we present the results of the following quantum control scenarios after a fundamental theoretical description of coherent angular momentum, ring current and magnetic field: first, two-dimensional coherent &#x3c0;-electron dynamics in a non-planar (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol molecule; second, localization of the coherent &#x3c0;-electron ring current to a designated benzene ring in polycyclic aromatic hydrocarbons; third, unidirectional &#x3c0;-electron rotations in low-symmetry aromatic ring molecules based on the dynamic Stark shift of two relevant excited states that form a degenerate state using the non-resonant ultraviolet lasers. The magnetic fields induced by the coherent &#x3c0;-electron ring currents are also estimated, and the position dependence of the magnetic fluxes is demonstrated.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>quantum control</kwd>
<kwd>electron dynamics</kwd>
<kwd>coherent ring current</kwd>
<kwd>ring current localization</kwd>
<kwd>angular momentum</kwd>
<kwd>quantum switching</kwd>
<kwd>Stark-induced degenerate electronic state</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Recent progress in laser science and technology has facilitated the coherent control of ultrafast charge migration dynamics in molecular systems [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]. Controlled charge migration can generate unidirectional currents and current-induced magnetic fields, which can be used as a guiding principle for the next-generation ultrafast optoelectronic devices [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>]. Laser control of &#x3c0;-electron rotations in aromatic ring molecules is a typical example. Pioneering studies on the generation of coherent &#x3c0;-electron rotations in high-symmetry ring molecules such as Mg porphyrin having degenerate excited states have been reported by the Manz group [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]. &#x3c0;-Electron rotations were induced by degenerate electronic excited states, which were coherently created by circularly polarized ultraviolet (UV) lasers. The generation mechanism of the photon angular momentum involves the photon transfer from the circularly polarized UV lasers to the &#x3c0;-electrons, thereby the left- or right-handed circular polarization of the applied laser defines the rotational direction of the angular momentum [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]. In contrast in ring molecules with low-symmetry &#x3c0;-electrons cannot be rotated by using the circularly polarized lasers, due to the absence of electronic excited states degenerate, that would receive the photon angular momentum. Thus, it was commonly understood that coherent &#x3c0;-electron&#x20;rotations could not be generated in low-symmetry aromatic&#x20;ring molecules. However, Kanno et&#x20;al. [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>] have invalidated this long-established understanding by demonstrating that &#x3c0;-electrons in oriented chiral aromatic ring molecules can be rotated by the coherent excitation of a pair of quasi-degenerate &#x3c0;-electronic excited states using a linearly polarized UV/vis laser pulse with a properly designed photon polarization direction [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>]; the polarization direction of the pulse determines the initial direction of the &#x3c0;-electron rotation, whether right- or left-handed one. The duration of the unidirectional rotation is inversely proportional to the energy difference between the two quasi-degenerate excited states, and inverse rotation begins after the duration because the coherent state is not a nonstationary state rather than an eigenstate. Pump and dump laser pulses with their properly designed polarization directions for these lasers are applied to eliminate the reverse rotation. The number of unidirectional rotations during the&#x20;duration can be estimated from the energy difference between the quasi-degenerate excited and ground states. This only applies to the ideal case in which any dephasing processes disturbing the electronic coherence are omitted. It is expected that unidirectional ring currents produce much stronger magnetic fields than traditional static magnetic fields [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>,&#x20;<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>].</p>
<p>The concept of the conventional ring current has already been established previously and plays an important role in interpreting the magnetic properties and aromaticity of conjugated molecular systems [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>]. The molecules investigated based on the ring current are in the ground state, and the current densities for evaluation of the ring current are calculated using the first-order electronic wave function in the time-independent magnetic field and in a permanent magnetic dipole. Such a conventional ring current should be called an incoherent current.</p>
<p>In this article, we present the most recent results of our theoretical studies on the quantum control of coherent &#x3c0;&#x2d7;electron rotations in low-symmetry aromatic ring molecules. Low-symmetry aromatic ring molecules are not rare, but rather common: high-symmetry aromatic molecules often become low-symmetry ones by substitution of a functional group, or under environment conditions. In the next section, the fundamental theory for the quantitative analysis of coherent &#x3c0;-electrons in a low-symmetry aromatic ring molecule is introduced. Here, the time-dependent coherent angular momentum, ring current, and ring current-induced magnetic field are analytically derived in a closed form in the quantum chemical MO theory. Time-evolutions of these quantities are derived by the density matrix method [<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>]. The temporal behavior of coherence is determined by the off-diagonal element of density matrix. Then, the Markov approximation is ultilized for considering the dephasing effects on the conherent angular momenta and ring currents. The magnitudes of the electronic angular momenta and ring currents are expressed as the summation of the expectation values of the corresponding one-electron operators in the aromatic rings. The bond current between the nearest neighbor carbon atoms, C<sub>i</sub> and C<sub>j</sub>, is defined as an electric current flowing through a half plane perpendicular to the C<sub>i</sub> <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>C<sub>j</sub> bond. The coherent bond current in an aromatic ring is defined as the average of all bond currents. The application of this theory to a nonplanar chiral aromatic molecule, (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol, is briefly described. (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol has four patterns of coherent &#x3c0;-electron rotations along with the two phenol rings because of its nonplanar geometrical structure [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]. A sequence of the four rotational patterns can be controlled through a coherent excitation of two electronic states with two requirements: the symmetry of the two electronic states, and their relative phase. Quantum switching of coherent &#x3c0;-electron rotations is proposed [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]. In <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>, the key points are summarized for the application of the quantum optimal control method for controlling coherent ring currents in polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). These molecules exhibit several localization patterns of coherent &#x3c0;-electron rotations. Therefore, how to set up the target state for a desired localization pattern is crucial [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>]. However, we demonstrate that the target state can easily be set up using the Lagrange multiplier method. As examples, two types of current localizations for the simplest PAH, anthracene, are adopted [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>]: current localization to the designated benzene ring, and the perimeter ring current. In <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>, a convenient scenario involving unidirectional &#x3c0;-electron rotations in low-symmetry aromatic ring molecules is described [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>]. The basic idea behind unidirectional electron rotations is to degenerate two nondegenerate excited states by utilizing dynamic Stark shifts. A degenerate state induced by dynamic Stark shifts is called a dynamic Stark-induced degenerate electronic state (DSIDES). Two linearly polarized continuous lasers with different frequencies and phases are used to form a DSIDES, where each laser is set to selectively interact with each electronic state through non-resonant excitation. As a result, the unidirectional &#x3c0;-electron rotation is driven by the lasers. This scenario was applied to toluene. The resulting angular momenta can be represented by a pulse train having an angular momentum. Each angular momentum pulse represents the unidirectional &#x3c0;-electrons rotation, which begins with acceleration and ends with deceleration.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Coherent &#x3c0;-electron Dynamics in Low-Symmetry Aromatic Ring Molecules</title>
<p>In this section we present the theoretical formalism for the coherent &#x3c0;-electrons in a low-symmetry aromatic ring molecule to derive analytical expressions for the coherent angular momentum, ring current and the current-induced magnetic field within the framework of the quantum chemical MO treatment [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>,&#x20;<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>].</p>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Equations of Motion for Coherent &#x3c0;-Electron Rotations Induced by Ultrashort UV/Vis Lasers</title>
<p>The expectation values of the coherent &#x3c0;&#x2212;electron angular momentum and the ring current operators in an aromatic molecule are generally expressed as<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here, <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a single-electron operator for the angular momentum or current. <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the wave function of the &#x3c0;&#x2212;electrons in laser field <bold>F</bold>(<italic>t</italic>) at time <italic>t</italic>, <italic>n</italic> denotes the number of electrons, and <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> express the <italic>i</italic>th electron coordinates. Since the optically-allowed electronic excited states of the conjugated aromatic rings are of our interest, the electronic wave function can be expanded by the two electronic configurations, i.e.,&#x20;the ground configuration <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the singly excited ones <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is defined by a single Slater determinant as <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2016;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Here, <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the occupied orbitals, <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the electronic wave function for a single electron excited configuration <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, i.e.,&#x20;the single electron transition from the occupied molecular orbital (MO) <italic>a</italic> to the unoccupied MO <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, when <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2016;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x27;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The coherent and incoherent temporal behaviors of the electrons induced by a laser field <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be obtained directly by solving the coupled electronic equations of motion expressed by the density matrix elements <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> under the initial population conditions <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>00</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, that is, there is no electronic coherence at the initial time such that<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here, <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the density matrix element, and <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the coupling matrix element between states <italic>&#x3b1;</italic> and <italic>&#x3b3; via</italic> the molecule-laser interaction <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m29">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the transition dipole moment operator, <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the dephasing constants in the Markov approximation [<xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>] and <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>is the frequency difference between the two electronic states <italic>&#x3b1;</italic> and <italic>&#x3b2;</italic>. Here, <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the non-radiative transition rate constant of the electronic state <italic>&#x3b1;</italic>(<italic>&#x3b2;</italic>), and <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m33">
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> are the pure dephasing constants induced by the elastic interaction between the heat bath and molecule of interest.</p>
<p>Because we are interested in the coherent behaviors of dipole-allowed quasi-degenerate &#x3c0;-electronic excited states in the visible or UV region of an aromatic ring molecule, <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref> can be rewritten in terms of singly excited configurations <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> if <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>Tr</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>In <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Eq. 4</xref>, the coherence between singly excited state configurations is considered, and the coherence between the ground state and the excited state is neglected because this coherence is much shorter compared to that between the singly excited state configurations. In this case, the coherence time is proportional to the inverse of the energy gap between the two electronic states.</p>
<p>The coherent &#x3c0;-electron angular momentum is formulated in the quantum chemical MO theory, and the &#x3c0;-orbital <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> associated with the optical transition is expanded in terms of a linear combination of atomic orbitals <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the atomic orbital, and <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> indicates the molecular orbital coefficient.</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Equation 4</xref> can be expressed by using the <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Eq. 5</xref> as<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here, the temporal behavior of the expectation value <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be expressed using the off-diagonal density matrix element <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The suffixes (<italic>a</italic>, <italic>a&#x2019;)</italic> ((<italic>b</italic>, <italic>b&#x2019;</italic>)) corresponds to the electronic configurations <italic>&#x3b1;</italic>(<italic>&#x3b2;</italic>), respectively.</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Coherent &#x3c0;-Electron Angular Momentum</title>
<p>Consider the spatially fixed aromatic ring molecule with <italic>N</italic> aromatic rings. The electron angular momentum operator is defined as <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a5;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Here <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>is the electronic angular momentum operator of the component perpendicular to ring <italic>K</italic>. Coordinates <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are defined on the aromatic ring <italic>K</italic>, and <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a5;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the unit vector perpendicular to the aromatic ring. The expectation value of <italic>K</italic>th&#x20;angular momentum operator is given in terms of a 2<italic>p</italic>
<sub>z</sub> carbon atomic orbitals (AOs) as<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a5;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>where <italic>n</italic>
<sub>
<italic>e</italic>
</sub> is the total number of electrons in the system.</p>
<p>Note that in <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Eq. 7</xref> the dependence of the electron angular momentum on the laser intensity is reflected in the imaginary part of the off-diagonal density matrices <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 Coherent &#x3c0;-Electron Ring Current</title>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Eq. 6</xref>, the perpendicular component of the time-dependent electric current flowing through a surface <italic>S</italic> (<italic>See</italic> <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>) is generally defined as<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>The interatomic bond current <inline-formula id="inf355">
<mml:math id="m425">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and bridge bond current <inline-formula id="inf356">
<mml:math id="m426">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are depicted. Here, <italic>i</italic> and <italic>j</italic> indicate the positions of two atomic sites in the bond C<sub>
<italic>i</italic>
</sub> &#x2212; C<sub>
<italic>j</italic>
</sub>, and each carbon atom C<sub>
<italic>p</italic>
</sub>, or C<sub>
<italic>q</italic>
</sub> belongs to a different aromatic ring <italic>P</italic> or <italic>Q</italic>, which are in neighbors.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-675134-g001.tif"/>
</fig>
<p>Here <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2190;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the current density operator. <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>(<inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2190;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) is the nabla operating on the atomic orbital on the right-hand side (left-hand side).</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Equation 8</xref> can be expressed as<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e10a">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x27;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x27;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(10a)</label>
</disp-formula>with<disp-formula id="e10b">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x22a5;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a5;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10b)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a5;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a unit vector perpendicular to a surface <italic>S</italic>, which is given as <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a5;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the surface <italic>S</italic> is set at the center of the carbon bond C<sub>
<italic>i</italic>
</sub> &#x2212; C<sub>
<italic>j</italic>
</sub>. The surface integrations in <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Eqs. 8</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e10b">10b</xref> are carried out over the half-plane <italic>S</italic> (<italic>see</italic> <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>). Using Slater type AOs for <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e10b">Eq. 10b</xref> can be expressed in analytical form&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>].</p>
<p>We introduce the <italic>bridge bond current</italic> <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> which is a specific case of an interatomic bond current, and is defined as the current bridging two aromatic rings <italic>P</italic> and <italic>Q</italic>, passing from the nearest neighbor carbon atom at site <italic>p</italic> to <italic>q</italic>. Here, each carbon atom C<sub>
<italic>p</italic>
</sub>, or C<sub>
<italic>q</italic>
</sub> belongs to a different aromatic ring <italic>P</italic> or <italic>Q</italic> which are in the neighbors. (<italic>see</italic> <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>).</p>
<p>The bridge bond current is given in terms of the interatomic current, <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here, <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the dihedral angle between the two rings <italic>P</italic> and <italic>Q</italic>&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>].</p>
<p>We now define an averaged ring current along ring <italic>K</italic>, <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which is defined by taking the average of all bond currents as<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2282;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the number of bonds in ring&#x20;<italic>K</italic>.</p>
</sec>
<sec id="s2-4">
<title>2.4 Application to Nonplanar (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol</title>
<p>(<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol is one of the typical nonplanar chiral aromatic ring molecules, which has two aromatic rings connected through the C-C bridge bond. For convenience, hereafter, we denote <italic>L</italic> (<italic>R</italic>) for the left- (right-) hand side phenol ring of (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol. <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2A</xref> exhibits the geometrical structure of (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol with the transition dipole moments vectors between the ground and excited states. (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol was assumed to be fixed on a surface by a non-conjugated chemical bond or was oriented in the space by the molecular orientation techniques by laser [<xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>]. The laboratory-fixed <italic>Y</italic>-axis was set parallel to the single chemical bond bridging two phenol molecules, and the rotational axis of the molecule belonging to point group C<sub>2</sub> was set&#x20;along the laboratory-fixed <italic>Z</italic>-axis which was parallel to the surface normal. The ground state geometry of (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol was optimized using the DFT-B3LYP level theory with the 6-31G&#x2b;(d,p) basis set in the GAUSSIAN09 code [<xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>]. The dihedral angle <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> between the two phenol rings, was found to be <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>108.9</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> based on the density functional theory (DFT) calculations. The calculated geometrical structures are provided in Refs. [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>,&#x20;<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>].</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Geometrical structure of (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol belonging to point group C<sub>2</sub> and the transition dipole moments between the ground state (g) and three excited states <italic>a</italic>, <italic>b</italic>
<sub>1</sub> and <italic>b</italic>
<sub>2</sub>. <bold>(B)</bold> Three electronic excited states and the dipole allowed transitions used to create the coherent electronic states. A and B are the irreducible representations of point group C<sub>2</sub>. Dotted lines indicate the laser band widths that cover the superpositions of two electronic excited states (a b<sub>1</sub>), (a b<sub>2</sub>) and (b<sub>1</sub> b<sub>2</sub>) respectively. <bold>(C)</bold> Linearly polarized unit vector of laser <bold>e</bold>
<sub>&#x2b;</sub> (<bold>e</bold>
<sub>&#x2212;</sub>) used to generate the in-phase superposition (a&#x2b;b<sub>1</sub>) (out-of-phase superposition (a-b<sub>1</sub>)).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-675134-g002.tif"/>
</fig>
<p>To create the coherent angular momenta and ring currents in (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol, we focused on the three dipole-allowed electronic excited states (<italic>a</italic>, <italic>b</italic>
<sub>1</sub>, and <italic>b</italic>
<sub>2</sub>) as shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2B</xref>. The transition energies from the ground (g) to the <italic>a</italic>, <italic>b</italic>
<sub>1</sub>, and <italic>b</italic>
<sub>2</sub> states, which were calculated under the optimized ground state geometry using the TD-DFT B3LYP level of theory [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>] were 6.67, 6.78, and 6.84 eV, respectively.</p>
<sec id="s2-4-1">
<title>2.4.1 Generation of Two-state Electronic Coherence Using Linearly Polarized UV Pulses</title>
<p>For a creation of the coherent angular momentum and ring current using linearly polarized laser pulses, it is essential to prepare for an electronic coherence with a fixed relative phase between two electronic states, <italic>a</italic> and <italic>b</italic>
<sub>1</sub>
<italic>,</italic> i.e.<italic>,</italic> in-phase (<italic>a</italic>&#x20;&#x2b; <italic>b</italic>
<sub>1</sub>) or out-of-phase (<italic>a</italic>&#x20;- <italic>b</italic>
<sub>1</sub>). The principle behind the preparation of the electronic coherence (<italic>a</italic>&#x20;&#x2b; <italic>b</italic>
<sub>1</sub>) ((<italic>a</italic>&#x20;&#x2212; <italic>b</italic>
<sub>1</sub>)) using a linearly polarized laser with polarization unit vector <bold>e</bold>
<sub>
<bold>&#x2b;</bold>
</sub> (<bold>e</bold>
<sub>
<bold>-</bold>
</sub>) is schematically demonstrated in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2C</xref> [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>,&#x20;<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>].</p>
<p>In the frame work of the three-excited state model, there are three types of two-electronic coherent states represented as <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. At the initial time each electronic coherence can be generated by applying a linearly polarized UV laser with a properly selected laser polarized direction. Because of the non-planar geometry of the molecule, the angular momentum is two-dimensional, and the two ring currents flow are on the two different planes, the&#x20;direction of total angular momentum is dependent on the symmetry of the coherent state created by the laser: The Z-directional angular momentum (ring current) is generated for the created coherent state with the A-irreducible representation of the C<sub>2</sub> point group, while the X-directional angular momentum (ring current) is generated for the coherent state with&#x20;B.</p>
<p>It is remarkable that even though the third excited state is located between the two excited states in the three-excited states system, the coherent electronic state can still be created if the applied linearly polarized lasers satisfy the following conditions. For example, for the (<italic>a</italic>&#x20;&#xb1; <italic>b</italic>
<sub>2</sub>) electronic coherence, the conditions for the linearly polarized lasers with polarization vectors <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are given as<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">and</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>or equivalently,<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2213;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2213;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Thus, if the laser overlaps the electronic states <italic>a</italic>, <italic>b</italic>
<sub>1</sub>, and <italic>b</italic>
<sub>2</sub>, the (<italic>a</italic>&#x20;&#x2b; <italic>b</italic>
<sub>2</sub>) or (<italic>a</italic>&#x20;&#x2013; <italic>b</italic>
<sub>2</sub>) electronic coherent state can be created selectively.</p>
</sec>
<sec id="s2-4-2">
<title>2.4.2 Coherent Angular Momentum Quantum Beats and Bond Currents</title>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref> exhibits the temporal behaviors of the angular momenta calculated for three types of electronic coherences, (<italic>b</italic>
<sub>1</sub>&#x2b;<italic>b</italic>
<sub>2</sub>), (<italic>a</italic>&#x20;&#x2b; <italic>b</italic>
<sub>1</sub>) and (<italic>a</italic>&#x20;&#x2b; <italic>b</italic>
<sub>2</sub>), each of which is created by a linearly polarized UV laser pulse with a properly selected polarization direction of laser. For the (<italic>b</italic>
<sub>1</sub>&#x2b;<italic>b</italic>
<sub>2</sub>) electronic coherence, the total angular momentum parallel to the Z-axis, <italic>l</italic>
<sub>Z</sub>, is created together with two ring components <italic>l</italic>
<sub>L</sub> &#x3d; <italic>l</italic>
<sub>R</sub>, whereas for both the (<italic>a</italic>&#x20;&#x2b; <italic>b</italic>
<sub>1</sub>) and (<italic>a</italic>&#x20;&#x2b; <italic>b</italic>
<sub>2</sub>) electronic coherences, the total angular momenta parallel to the X-axis, <italic>l</italic>
<sub>X</sub>, are generated with <italic>l</italic>
<sub>L</sub> &#x3d; <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m80">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>l</italic>
<sub>R</sub>, with a &#x3c0;-phase shift. Similarly, for out-of-phase electronic coherences, (<italic>b</italic>
<sub>1</sub> &#x2212; <italic>b</italic>
<sub>2</sub>), (<italic>a</italic>&#x20;&#x2212; <italic>b</italic>
<sub>1</sub>) and (<italic>a</italic>&#x20;&#x2212; <italic>b</italic>
<sub>2</sub>), the angular momentum can be given by the corresponding in-phase electronic coherence with a &#x3c0;-phase shift. The simple sinusoidal temporal behavior originates from the coherence of two electronic states with the oscillation period corresponding to a frequency difference between the two-electronic states. This is referred to as the angular momentum quantum beats, which are similar to the fluorescence quantum beats which originate from the vibronic coherence [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>]. We note that &#x3c0;-electrons rotate a few times in a unidirectional manner within a half cycle of the oscillation. This unidirectional &#x3c0;-electron rotation can produce a unidirectional ring current and corresponding current-induced magnetic flux. In principle, this enables the design of ultrafast switching devices which consist of organic aromatic ring molecules.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Temporal behaviors of the coherent angular momenta, total values <italic>l</italic>
<sub>Z</sub> (<italic>l</italic>
<sub>X</sub>), and components, <italic>l</italic>
<sub>L</sub> (<italic>l</italic>
<sub>R</sub>) of <italic>L</italic> (<italic>R</italic>) ring for three types of the electronic coherence and the directions of the bond currents at the initial time: upper panel for (<italic>b</italic>
<sub>1</sub> &#x2b; <italic>b</italic>
<sub>2</sub>) electronic coherence excited by laser pulse with amplitude of 0.19&#xa0;TW/cm<sup>2</sup>; middle panel for (<italic>a</italic>&#x20;&#x2b; <italic>b</italic>
<sub>
<italic>1</italic>
</sub>) electronic coherence excited by laser pulse with amplitude of 0.83&#xa0;TW/cm<sup>2</sup>; lower panel for (<italic>a</italic>&#x20;&#x2b; <italic>b</italic>
<sub>2</sub>) electronic coherence excited by the laser pulse with amplitude of 3.32&#xa0;TW/cm<sup>2</sup>. The dephasing constants were set as <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>b</italic>1<italic>b</italic>2</sub> &#x3d; <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>ab</italic>1</sub>&#x3d; &#x3b3;<sub>
<italic>ab</italic>2</sub> &#x3d; 0.01&#xa0;eV (&#x223c;1/50 fs <sup>&#x2212;1</sup>). The arrows above the C &#x2013; C bonds indicate the initial directions of the currents. Note that the bridge bond current <italic>J</italic>
<sub>1,7</sub> &#x3d; 0 for the (<italic>b</italic>
<sub>1</sub> &#x2b;<italic>b</italic>
<sub>2</sub>) electronic coherence, while <italic>J</italic>
<sub>1,7</sub>
<inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m81">
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>0 for the (<italic>a</italic>&#x20;&#x2b;<italic>b</italic>
<sub>1</sub>) and (<italic>a</italic>&#x20;&#x2b;<italic>b</italic>
<sub>2</sub>) electronic coherences. Reprinted with permission from Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>] Copyright (2013) American Institute of Physics.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-675134-g003.tif"/>
</fig>
<p>The angular momenta <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref>, are obtained by the summation of the angular momenta created in the <italic>L</italic> and <italic>R</italic> aromatic rings <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> using the following relationship <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (where <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref> lists the angular momenta of (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol with the dihedral angle <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>108.9</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>where the electronic coherence is maximum at time <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, i.e<italic>.</italic>, when the magnitude of the imaginary part of the density matrix element is maximized (<inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and dephasing effects are neglected. This results in <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> or <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the (<italic>a</italic>&#x20;&#x2b; <italic>b</italic>
<sub>1</sub>) and (<italic>a</italic>&#x20;&#x2b; <italic>b</italic>
<sub>2</sub>) electronic coherences, respectively, and in <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the (<italic>b</italic>
<sub>1</sub> &#x2b; <italic>b</italic>
<sub>2</sub>) electronic coherence.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Angular momenta of the two phenol rings <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the resulting angular momenta <italic>l</italic>
<sub>X</sub> and <italic>l</italic>
<sub>Z</sub> at the maximum coherence time <italic>t</italic>&#x20;&#x3d; <italic>t</italic>
<sup>&#x2217;1)</sup>.</p>
</caption>
<table>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left"/>
<td align="center">
<inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">
<inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m103">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>1.09</td>
<td align="char" char=".">1.09</td>
<td align="char" char=".">
<inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m104">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>1.27</td>
<td align="char" char=".">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">0.17</td>
<td align="char" char=".">
<inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m106">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>0.17</td>
<td align="char" char=".">0.20</td>
<td align="char" char=".">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">
<inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m108">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>1.44</td>
<td align="char" char=".">
<inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m109">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>1.44</td>
<td align="char" char=".">0</td>
<td align="char" char=".">
<inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m110">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>2.34</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<fn>
<p>1) The maximum coherence occurs at <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.<inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.163</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.163</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the (<italic>a</italic>&#x2b;<italic>b</italic>
<sub>1</sub>) or (<italic>a</italic>&#x2b;<italic>b</italic>
<sub>2</sub>) electronic coherences; <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.627</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.627</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the (<italic>b</italic>
<sub>1</sub>&#x2b;<italic>b</italic>
<sub>2</sub>) electronic coherence with dihedral angle <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>108</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> between the two phenol&#x20;rings. Reprinted with permission from Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>] Copyright (2013) American Institute of Physics.</p>
</fn>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<p>The magnitudes of the bond current, <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> calculated at the maximum coherence time, are presented in detail in [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]. The magnitudes of the averaged ring current over the C-C bonds at the maximum coherence time, <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are on the order of tens of &#x3bc;A, i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>161</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, 86.5 and 63.4&#xa0;&#x3bc;A for (<italic>b</italic>
<sub>1</sub> &#x2b; <italic>b</italic>
<sub>2</sub>), (<italic>a</italic>&#x20;&#x2b; <italic>b</italic>
<sub>1</sub>), and (<italic>a</italic>&#x20;&#x2b; <italic>b</italic>
<sub>2</sub>) coherences, respectively.</p>
<p>Effects of dephasings on coherent &#x3c0;-electron angular momentum and ring currents were treated in the Markov approximation, and time-independent dephasing constants were used under the assumption of instantaneous interactions between the system and phonon baths. In a system such as condensed phases, the Markov approximation is broken down. Non-Markov response of coherent should be essential. Time evolution of coherent ring currents were calculated in a hierarchical master equation approach beyond the Markov approximation has been treated&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>].</p>
</sec>
<sec id="s2-4-3">
<title>2.4.3 Ultrafast Quantum Switching of Angular Momentum</title>
<p>Consider the quantum control of <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m118">
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>-electron rotations for two-dimensional angular momentum switching based on the results shown in <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>. Here, two-dimensional quantum switching is defined as a sequential pulse of the electronic angular momentum with its constant sign (positive or negative) along the <italic>Z</italic>- or <italic>X</italic>-axis. Note that any quantum switching step should be completed before the reverse rotation of the <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m119">
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>-electrons begins, because it may otherwise disturb the signal. Consider a sequential four-step control, which is expressed as <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x2192;<inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x2192;<inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x2192;<inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This indicates the switching of rotational patterns in the order CC &#x2192; AC &#x2192; AA &#x2192; CA, where the symbol C (A) means clockwise (anti-clockwise) direction, and for example, CA rotation means clockwise and anti-clockwise rotations along the phenol rings <italic>L</italic> and <italic>R</italic>, respectively. Here, <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) means the <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m126">
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>-electron angular momentum along the <italic>X</italic>- (<italic>Z</italic>-) axis with a positive (negative) sign, i.e.,&#x20;anti-clockwise (clockwise) rotation of <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m127">
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>-electrons around the corresponding&#x20;axis.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4A</xref> presents a 3D plot of the angular momentum as it switches based on the sequential four-step control scheme. From <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4A</xref>, we can see that the <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m128">
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>-electron rotations are successfully manipulated by the pulses depicted in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4B</xref>. That is, both the rotational axis parallel to the Z- or X-axis and the rotational directions around those axes, clockwise or anti-clockwise, are manipulated by the sequential four-step process. In <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4B</xref>, each switching step of control was performed using pump and dump pulses with specific polarization directions and phases. The laser pulse with an amplitude of 1.2&#xa0;GV/m (&#x3d; 1.9 &#xd7; 10<sup>11</sup>&#xa0;W/cm<sup>2</sup>) was used in the second and fourth steps. The dynamic Stark shifts between electronic states <italic>a, b</italic>
<sub>1</sub> and <italic>b</italic>
<sub>2</sub> were on the order of 0.01&#xa0;eV [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>], indicating that the Stark effects could be omitted in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4A</xref>.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Sequential four-step quantum switching of <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m129">
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>-electron rotations in (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol. <bold>(B)</bold> The sequential overlapped pump and dump laser pulses. Reprinted with permission from Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>] Copyright (2012) American Chemical Society.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-675134-g004.tif"/>
</fig>
<p>The pulses shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4B</xref> have two features. The first&#x20;feature is that the pump (dump) pulse for each step has&#x20;polarizations, <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>(<inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) or <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). Each pulse has an&#x20;energy width that is large enough to coherently excite&#x20;two quasi-degenerate electronic excited states, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref>. The second feature is that the pump and dump laser pulses partially overlap. In the creation of the CC rotation, for example, the electric field of the pump pulse&#x20;was <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, while&#x20;the electric field of the dump pulse was <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Here, <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (&#x3d; 60.9&#xa0;fs) indicates the oscillation period between <italic>b</italic>
<sub>1</sub> and <italic>b</italic>
<sub>2</sub> states, <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the amplitude of the laser pulse, <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the central frequency between the two excited states <italic>b</italic>
<sub>1</sub> and <italic>b</italic>
<sub>2</sub>; and <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (the time interval between the pump and dump laser pulses) was set to <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (Supporting information in Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>]). The angle between the two polarization vectors, <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, was 113.5&#xb0;.</p>
<p>With respect to ultrafast quantum switching, it is crucial to create the overlap of the pump and dump pulses, where the resulting electric field rotates as an elliptically polarized electric field in the overlapped time domain, and the dump laser pulse reverse the rotation that occurs during this region. As a result, the angular momentum of the <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m143">
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>-electrons is nullified.</p>
</sec>
<sec id="s2-4-4">
<title>2.4.4 Coherent Ring Current-Induced Magnetic Field</title>
<p>There have been interesting reports on the evaluation of the magnetic fields of atoms and oriented heteronuclear diatomic molecules, AlCl and BeO [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B50">50</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B51">51</xref>]. Strong and unidirectional magnetic fields are generated from the degenerate electronic states of these atoms and molecules excited by circularly polarized intense laser pulses. We estimated the magnetic fields (magnetic field flux density) generated by the coherent ring currents of (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol. The results may provide fundamental information for designing ultrafast switching devices controlled by current-induced magnetic fields as well as coherent ring currents [<xref ref-type="bibr" rid="B52">52</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B54">54</xref>].</p>
<p>As an example, consider the magnetic field induced by the ring current for the (<italic>b</italic>
<sub>1</sub> &#x2b; <italic>b</italic>
<sub>2</sub>) electronic coherence. In <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref>, <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the current-induced magnetic field along the central axis perpendicular to ring <italic>K</italic> (<italic>L</italic> or <italic>R</italic>) as a function of the height <italic>h</italic> above the Z-axis at <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> under the maximum coherence condition (when <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). An expression for the magnetic field <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> was derived by taking into account the interatomic bond currents with the 2<italic>p</italic>
<sub>
<italic>z</italic>
</sub> Slater AOs [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]. Note that <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the (<italic>b</italic>
<sub>1</sub> &#x2b; <italic>b</italic>
<sub>2</sub>) electronic coherence (<xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>). It is interesting to compare the behaviors of <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with those calculated using<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>which was derived using a simple ring loop (SRL) model. Here, <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>W</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>A</mml:mtext>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the magnetic constant, <italic>r</italic> (<italic>&#x3d; r</italic>
<sub>
<italic>ij</italic>
</sub>) is the ring radius, and <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is defined as the angle between the Z-axis and a straight line depicted from the&#x20;point on ring <italic>K</italic> that crosses the Z-axis. <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the magnetic field measured at the center of ring <italic>K</italic>. The magnitude of <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> induced by <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> &#x3d; 100&#xa0;&#x3bc;A is 448&#xa0;mT at the center of the ring <italic>K</italic> with <italic>r</italic>&#x20;&#x3d; 0.14&#xa0;nm. It can be found from <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref> that the magnitudes of <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are overestimated near the aromatic ring plane <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#xc5;, while the magnitudes are reasonable for <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> &#xc5;, although slightly different results can be observed between the two magnetic fields for large values of <italic>h</italic>. At the center of the aromatic ring, <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.66</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This can be understood from the result that the &#x3c0;-electron current density is densely distributed over the aromatic ring. A subtle difference between <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>&#x2217;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>and <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is observed for large <italic>h</italic>, although both magnetic fields <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>&#x2217;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> approach zero. This deviation originates from the approximation that the aromatic ring is not a considered to be a perfect&#x20;ring.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Induced magnetic fields for the (<italic>b</italic>
<sub>1</sub> &#x2b;<italic>b</italic>
<sub>2</sub>) electronic coherence as a function of height <italic>h</italic> measured from the center of aromatic ring <italic>K</italic> at the maximum coherence time <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the induced magnetic field calculated by a simple ring loop model, and the field calculated by the expression that explicitly takes into account the coherent ring currents, respectively. The inset panel defines the coordinate system for height <italic>h</italic> and angle <italic>&#x3b7;</italic>. <italic>R</italic>
<sub>
<italic>c</italic>
</sub> denotes the center of the phenol&#x20;ring.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-675134-g005.tif"/>
</fig>
<p>It is necessary to check whether the value of <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is larger than the one corresponding to the magnetic field <italic>B</italic>
<sub>Laser</sub> induced by the applied laser field <italic>F</italic> when the induced magnetic fields are created during an ultrasfast laser pulse excitation at the early time regime. The magnitude of magnetic field <italic>B</italic>
<sub>Laser</sub> can be estimated from a simple formula &#x7c;<italic>B</italic>
<sub>Laser</sub> &#x7c; &#x3d; &#x7c;<italic>F</italic>&#x7c;/<italic>c</italic> with <italic>c</italic>&#x20;&#x3d; 3.0 &#xd7; 10<sup>8</sup>&#xa0;ms<sup>&#x2212;1</sup>. The calculated magnitude of magnetic field <italic>B</italic>
<sub>Laser</sub> with &#x7c;<italic>F</italic>&#x7c; &#x3d; 1.0&#xa0;GV/m is approximately 7.4<inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which is on the same order as the field induced by the ring current <italic>J</italic>&#x20;&#x3d; 100&#xa0;&#x3bc;A. This implies that we need a careful examination to observe the current-induced magnetic flux, or to use the electro-magnetic device as a switching control&#x20;tool.</p>
<p>Thus far, we have taken into account the ring current-induced magnetic fields of the low-symmetry aromatic ring molecule (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol, in which nondegenerate two electronic excited states are coherently excited by the linearly polarized UV lasers. Here we briefly discuss the ring current-induced magnetic field for the <italic>degenerate</italic> electronic excited states of an aromatic molecule induced by the intense <italic>circularly polarized</italic> UV laser pulse. Yuan and Bandrauk [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>] have numerically demonstrated that the circularly polarized ultrashort pulses are generated from the molecular high-order harmonic generation using the intense linearly and circularly polarized laser pulses. This indicates a possibility for the ultrashort circularly polarized UV laser pulses to create the ring current-induced magnetic fields in high symmetric aromatic ring molecules. We can estimate the magnitude of the ring current-induced magnetic field of benzene within the SRL model using <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">Eq. 15</xref>. Here, <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the electric ring current of the degenerated electronic state. The electronic spectrum of benzene is characterized by the dipole-allowed transition from the ground state to the third singlet electronic excited state (<sup>1</sup>E<sub>1u</sub>). For an equal population between the two states at <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>874</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;mT</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is obtained using the maximum value of the coherent ring current <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>195</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;&#x3bc;A</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> evaluated under the &#x3c0;-electron approximation [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B55">55</xref>]. For comparison, we obtained <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>874</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;mT</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>579</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;mT</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>when <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>195</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;&#x3bc;A</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>for (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol. Note that the same magnitudes of the induced magnetic field <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol and <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>874</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;mT</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for benzene were obtained in the SRL model because the two parameters in the SRL model, the radius of the ring <italic>r</italic>, and the ring current <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> have the same values for both types of ring molecules. The same tendency in the magnitudes between <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is also observed for benzene.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Current Localization in Polycyclic Aromatic Hydrocarbons</title>
<p>In this section we consider a localization of coherent ring current in polyatomic aromatic hydrocarbons (PAH) [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>]. There exist various current localization patterns in PAH simply because of their geometrical structures consisting of many benzene units. Quantum optimal control method is a general and reliable one to choose a desired current localization pattern from the various patterns using control lasers. The quantum control method has successfully been applied to manipulation of molecules such as coherent control of chemical reactions [<xref ref-type="bibr" rid="B56">56</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B57">57</xref>]. After a brief introduction of quantum optimal control method [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B58">58</xref>], we demonstrate how the target state is set up for the designated ring current using the Lagrange multiplier method. Here, the &#x3c0;-electron ring current is expressed in terms of the interatomic bond currents between two adjoining C&#x2013;C atoms. At final, the target states are derived for the two types of current localization: the localized ring current, which indicates that the ring current is localized to the designated aromatic ring in linear PAH, and the perimeter ring current in linear PAH [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>,&#x20;<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>].</p>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Quantum Optimal Control Approach</title>
<p>The objective functional to be maximized, is defined as [<xref ref-type="bibr" rid="B59">59</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B61">61</xref>].<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a Hamiltonian in absence of field, and <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the time-dependent wave function in the electric field <inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Here, the target operator <inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is expressed as <inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the target state wave function at the final time <italic>T</italic>, defined as <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and is equal to <inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> under the optimal condition, <inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The penalty factor <inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is introduced to suppress the magnitude of the electric field <inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>is the time-dependent Lagrange multiplier. The third term in <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref> is added to decouple the boundary conditions of the equations for <inline-formula id="inf178">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf179">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as indicated in <xref ref-type="disp-formula" rid="e17a">Eq. 17.</xref> Taking the variational condition <inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m197">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the following coupled equations are obtained,<disp-formula id="e17a">
<mml:math id="m198">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e17b">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17b)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e17c">
<mml:math id="m200">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17c)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here, <inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m201">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> satisfies the initial condition <inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m202">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf183">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> satisfies the condition, <inline-formula id="inf184">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at final time <italic>T</italic>. Note that by solving <xref ref-type="disp-formula" rid="e17a">Eq. 17</xref>, we obtain the optimal solution <inline-formula id="inf185">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which is equal to <inline-formula id="inf186">
<mml:math id="m206">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Setup of Target Operators</title>
<p>Consider the ring current localization to a designated ring <inline-formula id="inf187">
<mml:math id="m207">
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> in a PAH, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6</xref>. From <xref ref-type="disp-formula" rid="e10a">Eqs. 10a</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">12</xref>, the ring current on ring <italic>&#x3ba;</italic> at the target time <italic>T</italic> is expressed as<disp-formula id="e18a">
<mml:math id="m208">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2282;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18a)</label>
</disp-formula>with <inline-formula id="inf188">
<mml:math id="m210">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and<disp-formula id="e18b">
<mml:math id="m211">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2282;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18b)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>&#x3c0;-Electron ring currents <inline-formula id="inf189">
<mml:math id="m212">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and bridge bond currents <inline-formula id="inf190">
<mml:math id="m213">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf191">
<mml:math id="m214">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) in a linear planar polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH). <inline-formula id="inf192">
<mml:math id="m215">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> refers to the &#x3c0;-electron ring current localized on aromatic ring <inline-formula id="inf193">
<mml:math id="m216">
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-675134-g006.tif"/>
</fig>
<p>Here, <italic>n</italic> is the number of electronic excited states. Hereafter, we write <inline-formula id="inf194">
<mml:math id="m217">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as <inline-formula id="inf195">
<mml:math id="m218">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for simplicity.</p>
<p>The target state <inline-formula id="inf196">
<mml:math id="m219">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be determined by applying the Lagrange multiplier method to the ring currents at the target time <italic>T</italic> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e18a">Eq. 18a</xref>, which provides the coupled equations in terms of the configuration interaction coefficients with {<inline-formula id="inf197">
<mml:math id="m220">
<mml:mrow>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>,<inline-formula id="inf198">
<mml:math id="m221">
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>}. The target operator is given as <inline-formula id="inf199">
<mml:math id="m222">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The coupled equations for the ring current localization to aromatic ring <inline-formula id="inf200">
<mml:math id="m223">
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> can be expressed as<disp-formula id="e19a">
<mml:math id="m224">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e19b">
<mml:math id="m225">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19b)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e19c">
<mml:math id="m226">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19c)</label>
</disp-formula>and<disp-formula id="e19d">
<mml:math id="m227">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19d)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>A brief derivation of <xref ref-type="disp-formula" rid="e19a">Eq. 19</xref> is summarized in <xref ref-type="app" rid="app1">Appendix&#x20;A</xref>.</p>
<p>The coefficients <inline-formula id="inf201">
<mml:math id="m228">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>with <inline-formula id="inf202">
<mml:math id="m229">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> included are numerically determined by applying the Newton-Raphson method to the coupled equations in <xref ref-type="disp-formula" rid="e19a">Eq. 19</xref>. The target operator for the localization is obtained as <inline-formula id="inf203">
<mml:math id="m230">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Now consider the bridge bond currents <inline-formula id="inf204">
<mml:math id="m231">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> shown in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6</xref>, and the perimeter ring current of a PAH with <italic>m</italic> aromatic rings, <inline-formula id="inf205">
<mml:math id="m232">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which is defined as the average of the &#x3c0;-electron ring currents at each aromatic ring site. For the perimeter ring current, the bridge bond currents <inline-formula id="inf206">
<mml:math id="m233">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x27;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>(<inline-formula id="inf207">
<mml:math id="m234">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) flowing among the nearest neighbor aromatic rings, should be zero at the target time. The target operators for the bridge bond currents, <inline-formula id="inf208">
<mml:math id="m235">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x27;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>(<inline-formula id="inf209">
<mml:math id="m236">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), and perimeter ring current, <inline-formula id="inf210">
<mml:math id="m237">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, can be derived from <xref ref-type="disp-formula" rid="e19a">Eq. 19</xref> by replacing <inline-formula id="inf211">
<mml:math id="m238">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf212">
<mml:math id="m239">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x27;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf213">
<mml:math id="m240">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively, because <inline-formula id="inf214">
<mml:math id="m241">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x27;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf215">
<mml:math id="m242">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be written in terms of <inline-formula id="inf216">
<mml:math id="m243">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as<disp-formula id="e20a">
<mml:math id="m244">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20a)</label>
</disp-formula>and<disp-formula id="e20b">
<mml:math id="m245">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20b)</label>
</disp-formula>respectively.</p>
<p>Similar to <xref ref-type="disp-formula" rid="e19a">Eq. 19</xref>, the coupled equations for the perimeter ring current are derived in <xref ref-type="app" rid="app2">Appendix&#x20;B</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s3-3">
<title>3.3 Application of Current Localization Control to Anthracene</title>
<p>We applied the quantum optimal control (QOC) method described in the preceding section to anthracene, one of the smallest PAHs [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>]. Anthracene (D<sub>2h</sub>) was assumed to be fixed on a surface (the XY plane), or oriented spatially by lasers The molecular geometry was optimized in the MP2/6-311&#x2b;g(d,p) level theory using the GAUSSIAN09 code [<xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>]. As demonstrated in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7A</xref>, anthracene consists of three aromatic rings, which are called <italic>L</italic>-, <italic>M</italic>-, and <italic>R</italic>- rings respectively.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Symmetry-adapted ring currents (B<sub>1g</sub>) in anthracene, perimeter ring current, and middle ring current. <bold>(B)</bold> The electronic excited states adapted for laser control of &#x3c0;-electron ring in anthracene (D<sub>2h</sub>), and the non-zero transition dipole moments between the ground/excited-excited states. The solid (dashed) arrows represent the transition dipole moments which are parallel to the X (Y)&#x20;axis.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-675134-g007.tif"/>
</fig>
<p>Consider the two types of &#x3c0;-electron localized ring currents of anthracene: the perimeter current flowing along the outside chemical bonds of anthracene, and the middle ring current localized to the <italic>M</italic>-ring. Both types of localized ring currents belong to the irreducible representation B<sub>1g</sub> of the D<sub>2h</sub> point group, which are symmetry-adapted. The excited states contributing to the two ring currents need to belong to the B<sub>3u</sub> and B<sub>2u</sub> representations, because each corresponding electronic coherence created by the two excited states belongs to the B<sub>1g</sub> representation. The excited state for the localized ring current is S<sub>3</sub> with B<sub>3u</sub> representation, and the other two excited states S<sub>5</sub> and S<sub>6</sub> with B<sub>2u</sub> representation as shown in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7B</xref>. This defines a &#x201c;symmetry-adapted ring current&#x201d; [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>,&#x20;<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>].</p>
<p>The excited state energies in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7B</xref> were calculated to be <inline-formula id="inf217">
<mml:math id="m246">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5.10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#xa0;eV, <inline-formula id="inf218">
<mml:math id="m247">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5.71</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#xa0;eV, and <inline-formula id="inf219">
<mml:math id="m248">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5.78</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#xa0;eV. Here, S<sub>4</sub> (B<sub>3u</sub>) with <inline-formula id="inf220">
<mml:math id="m249">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5.13</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#xa0;eV was excluded because the oscillator strength was negligibly small (f &#x3d; 0.0013) in our numerical simulation. The non-zero transition dipole moments relevant to the coherent &#x3c0;-electron ring current control were calculated using the time-dependent density functional theory (TDDFT) method as, <inline-formula id="inf221">
<mml:math id="m250">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>S0,S</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3.98</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0,0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf222">
<mml:math id="m251">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>S0,S</mml:mtext>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.64</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf223">
<mml:math id="m252">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>S0,S</mml:mtext>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.44</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>(in a.u.) for the ground and excited states. The vapor absorption spectrum of anthracene shows the strongest absorption peak at 5.30&#xa0;eV [<xref ref-type="bibr" rid="B62">62</xref>], which corresponds to <inline-formula id="inf224">
<mml:math id="m253">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5.10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#xa0;eV in the TDDFT calculation.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8</xref> shows the QOC results for the generation of an anti-clockwise perimeter ring current in anthracene. The target state is expressed from the results obtained using the Lagrange multiplier method as<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m254">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>AAA</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.717</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.581</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.385</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Quantum optimal control simulations for generation of the perimeter ring current in anthracene: <bold>(A)</bold> temporal behavior of the three ring currents <inline-formula id="inf225">
<mml:math id="m255">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (solid line), <inline-formula id="inf226">
<mml:math id="m256">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (broken line), and those of the two bridge bond currents <inline-formula id="inf227">
<mml:math id="m257">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (dotted line); <bold>(B)</bold> temporal behavior of the population in S<sub>0</sub>, and those in the three excited states: S<sub>3</sub>(B<sub>2u</sub>), S<sub>5</sub>(B<sub>2u</sub>), and S<sub>6</sub>(B<sub>2u</sub>); <bold>(C)</bold> optimized <italic>X</italic>- polarized laser pulse field <italic>F</italic>
<sub>X</sub>(<italic>t</italic>) <bold>(left-hand side)</bold> and <italic>Y</italic>-polarized <italic>F</italic>
<sub>Y</sub>(<italic>t</italic>) <bold>(right-hand side)</bold>; <bold>(D)</bold> Fourier transformed spectra of the two laser fields <italic>F</italic>
<sub>X</sub>(<italic>&#x3c9;</italic>) and <italic>F</italic>
<sub>Y</sub>(<italic>&#x3c9;</italic>); <bold>(E)</bold> five components of the perimeter ring current at an arbitrary time. Reprinted with permission from Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>] Copyright (2012) American Chemical Society.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-675134-g008.tif"/>
</fig>
<p>Here, the subscripts specifying the target state, for example, ACA for <inline-formula id="inf228">
<mml:math id="m258">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>ACA</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, indicates the anti-clockwise ring currents in two aromatic rings, <italic>L</italic> and <italic>R</italic>, and a clockwise ring current in aromatic ring <italic>M</italic>. It should be noted that the target state for a generation of any coherent ring current is expressed in terms of its complex form. The control target time was set to <italic>T</italic>&#x20;&#x3d; 60 fs. The matrix elements of &#x3c0;-electron ring currents <inline-formula id="inf229">
<mml:math id="m259">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3a7;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<italic>X &#x3d; L, M, R</italic>) and the bond current <inline-formula id="inf230">
<mml:math id="m260">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<italic>i</italic>&#x20;&#x3d; 1, 2), for two excited states <italic>&#x3b1;</italic>, <italic>&#x3b2;</italic> are presented in <xref ref-type="table" rid="T2">Table&#x20;2</xref>. Here the &#x3c0;-electron ring current flowing in an anticlockwise direction is defined as positive, whereas the bond current flowing toward the Y direction is defined as positive (<italic>See</italic> <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6</xref>). <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8A</xref> shows the temporal evolutions of the coherent ring currents <inline-formula id="inf231">
<mml:math id="m261">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the three aromatic rings of anthracene, <inline-formula id="inf232">
<mml:math id="m262">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and those for <italic>B</italic>1 and <italic>B</italic>2. It can be observed from <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8A</xref> that the two bond currents <inline-formula id="inf233">
<mml:math id="m263">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf234">
<mml:math id="m264">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> vanish at the target control time of <italic>T</italic>&#x20;&#x3d; 60 fs, and all ring currents in three aromatic rings exhibit positive. This indicates that the coherent &#x3c0;-electrons rotate clockwise along the outside (perimeter) of the aromatic ring. The laser-controlled &#x3c0;-electrons includes a ring current averaged over the three aromatic rings, <inline-formula id="inf235">
<mml:math id="m265">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>89.0</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;&#x3bc;A</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which is the perimeter ring current.</p>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>Matrix elements of the coherent &#x3c0;-electron ring currents for the three aromatic rings of anthracene, <inline-formula id="inf236">
<mml:math id="m266">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>(<italic>X &#x3d; L, M, R</italic>), and those of the coherent bond currents shared by the two adjacent aromatic rings, <inline-formula id="inf237">
<mml:math id="m267">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<italic>i</italic>&#x20;&#x3d; 1, 2) (<italic>see</italic> <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8E</xref>).</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">
<inline-formula id="inf238">
<mml:math id="m268">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf239">
<mml:math id="m269">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf240">
<mml:math id="m270">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (&#x3bc;A)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf241">
<mml:math id="m271">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (&#x3bc;A)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf242">
<mml:math id="m272">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (&#x3bc;A)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf243">
<mml:math id="m273">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (&#x3bc;A)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf244">
<mml:math id="m274">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (&#x3bc;A)</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">S<sub>3</sub> (B<sub>3u</sub>)</td>
<td align="center">S<sub>5</sub> (B<sub>2u</sub>)</td>
<td align="char" char=".">82.2</td>
<td align="char" char=".">80.8</td>
<td align="char" char=".">82.2</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;32.5</td>
<td align="char" char=".">32.5</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">S<sub>3</sub> (B<sub>3u</sub>)</td>
<td align="center">S<sub>6</sub> (B<sub>2u</sub>)</td>
<td align="char" char=".">65.4</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;18.0</td>
<td align="char" char=".">65.4</td>
<td align="char" char=".">49.0</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;49.0</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<fn>
<p>
<italic>L</italic> (<italic>R</italic>) indicate the left (right)-hand side ring, M corresponds to the middle ring. Here a positive current denotes that the ring current flows (the &#x3c0;-electron rotates) in an anti-clockwise (clockwise) direction. Reprinted with permission from Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>] Copyright (2017) American Institute of Physics.</p>
</fn>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8B</xref> shows the temporal behavior of the ground state S<sub>0</sub>, and three excited states S<sub>3</sub> (B<sub>3u</sub>), S<sub>5</sub> (B<sub>2u</sub>), and S<sub>6</sub> (B<sub>2u</sub>) populations during the QOC process, which are induced by the two control lasers. <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8C</xref> shows the <italic>X</italic> and <italic>Y</italic>-components of the electric field <inline-formula id="inf245">
<mml:math id="m275">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> generated by the control lasers, and <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8D</xref> shows the Fourier transformed spectra <inline-formula id="inf246">
<mml:math id="m276">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf247">
<mml:math id="m277">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the ultraviolet (UV) frequency domain. By analyzing the temporal behavior of the electric field <inline-formula id="inf248">
<mml:math id="m278">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the control lasers in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8C</xref> and the Fourier transformed spectra of the control laser fields in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8D</xref>, the mechanisms of the laser-controlled ring currents in anthracene can be clarified. It is evident that from the modulation in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8C</xref> the two linearly (<italic>Y</italic>-) polarized lasers with a relative phase zero induce the electronic coherence between the two excited states S<sub>5</sub> (B<sub>2u</sub>) and S<sub>6</sub> (B<sub>2u</sub>), and that the linearly polarized laser pulse parallel to the <italic>X</italic>-axis creates the perimeter ring current on the molecular&#x20;plane.</p>
<p>Thus far, we have considered the QOC procedure for generating an anti-clockwise perimeter current. The QOC procedure for generating a clockwise perimeter current can be carried out in the same manner as described above (<italic>See</italic> <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">Eq. 21</xref>) by considering the target state,<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m279">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>CCC</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>AAA</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.717</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.581</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.385</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We carry out the QOC procedure to generate the anticlockwise ring current localized to the middle ring of anthracene. The target state is expressed as<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m280">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>0A0</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.707</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.440</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.553</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The target state for the middle ring current with the clockwise flow is given by the relationship <inline-formula id="inf249">
<mml:math id="m281">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>0C0</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>A</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9</xref> exhibits the QOC results, where <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9A</xref> displays the temporal evolutions of ring current localization control to the three aromatic rings, indicating that <italic>J</italic>
<sub>
<italic>M</italic>
</sub> is a ring current with 64.4&#xa0;&#x3bc;A at the target control time of 60&#xa0;fs, but on the other hand the ring currents <italic>J</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub> and <italic>J</italic>
<sub>
<italic>R</italic>
</sub> of the other two aromatic rings vanish. This indicates that the ring current localized to the middle aromatic ring is created by the control laser pulses presented in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9C,D</xref>. The temporal behaviors of the populations shown in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9B</xref> are nearly the same as those of the perimeter ring currents as shown in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8B</xref>. As presented in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9C</xref>, the two linearly (<italic>Y</italic>-) polarized lasers induce the electronic coherence between the two excited states S<sub>5</sub> and S<sub>6</sub> with a definite relative phase &#x3c0;, in contrast to the results presented in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8C</xref>. In the mechanism of generation between the perimeter and the middle ring currents there is no difference except the phase difference between the two excited states S<sub>5</sub> and S<sub>6,</sub> because the temporal behavior in both <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8B</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9B</xref> and the temporal behavior in the <italic>X</italic>-polarized laser pulse in both <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8C</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9C</xref> are similar to each&#x20;other.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Quantum optimal control simulations for generation of the middle ring current in anthracene: <bold>(A)</bold> temporal behavior of the ring currents <inline-formula id="inf250">
<mml:math id="m282">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (solid line) and <inline-formula id="inf251">
<mml:math id="m283">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (broken line); <bold>(B)</bold> temporal behavior of the S<sub>0</sub> population and those of the three excited state S<sub>3</sub>(B<sub>2u</sub>), S<sub>5</sub>(B<sub>2u</sub>) and S<sub>6</sub>(B<sub>2u</sub>) populations; <bold>(C)</bold> optimized <italic>X</italic>- and <italic>Y</italic>-polarized laser pulse fields <italic>F</italic>
<sub>X</sub>(<italic>t</italic>) <bold>(left-hand side)</bold> and <italic>F</italic>
<sub>Y</sub>(<italic>t</italic>) <bold>(right-hand side)</bold>; <bold>(D)</bold> Fourier transformed spectra of the laser pulse fields <italic>F</italic>
<sub>X</sub>(<italic>&#x3c9;</italic>) and <italic>F</italic>
<sub>Y</sub>(<italic>&#x3c9;</italic>). Reprinted with permission from Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>] Copyright (2017) American Institute of Physics.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-675134-g009.tif"/>
</fig>
<p>Main difference between the temporal behaviors of the <italic>Y</italic>-polarized lasers in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8C</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9C</xref> can be explained briefly in the following. The two coherent states created by the <italic>Y</italic>-polarized lasers can be expressed as<disp-formula id="e24a">
<mml:math id="m284">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24a)</label>
</disp-formula>and<disp-formula id="e24b">
<mml:math id="m285">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24b)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For simplicity, the amplitudes of the two coherent states are assumed to have the same value, i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf252">
<mml:math id="m286">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The above expressions can then be simplified to<disp-formula id="e25a">
<mml:math id="m287">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25a)</label>
</disp-formula>and<disp-formula id="e25b">
<mml:math id="m288">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25b)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here, the frequency difference <inline-formula id="inf253">
<mml:math id="m289">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> yields an oscillation beating period of 120 fs, which is nearly the same as that of the quantum beat frequency observed in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8C</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9C</xref>.</p>
<p>Having clarified the control mechanism of the coherent ring current generation, we can semi-quantitatively reproduce the above results in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figures 8</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref> by using an analytical method [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>]. This indicates, in principle, that two types of ring current localizations, the perimeter ring current and the middle ring current in linear PAHs, can be generated in experiment using three coherent UV lasers without a sophisticated QOC device.</p>
<p>For QOC numerical simulations of the ring current localization control in anthracene, we have only considered the perimeter and the middle ring currents generations, which are symmetry-adapted, while we did not consider a ring current localization to the <italic>L</italic>- or <italic>R</italic>-ring of anthracene, which are created by a symmetry-broken procedure, as demonstrated for naphthalene in Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>]. That is, other excited state(s) with gerade symmetry must be considered in addition to the excited states with ungerade symmetry as described in the previous subsection.</p>
<p>It is important to consider how to observe the ultrafast coherent ring currents in PAHs. We proposed a method to detect the direction of the atto-second coherent ring current by tracking the femtosecond molecular vibrational motions that can induce the nonadiabatic couplings [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>]. Rodriguez and Mukamel [<xref ref-type="bibr" rid="B63">63</xref>] have proposed measuring the circular dichroism (CD) of the ring current using the pump-probe method. Recently, two methods have been proposed for the detection of the ultrafast coherent ring currents. One method, recently proposed by Yuan et&#x20;al., Bandrauk&#x2019;s group [<xref ref-type="bibr" rid="B64">64</xref>], is utilizing the atto-second detection method of the coherent electronic dynamics in molecules with the temporal and spatial resolutions using the circularly polarized ultrashort UV pump and X-ray probe laser pulses. The other method is to utilize the time-resolved scanning microscopy (STM) and the magnetic force microscopy (MFM) to detect the ring current-induced magnetic fields during the ultrashort time [<xref ref-type="bibr" rid="B65">65</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B67">67</xref>].</p>
<p>It is also expected that to apply our methods to planar or non-planar extended molecular systems, such as graphene sheets. In principle, our method can be extended to these large systems, by considering the symmetry of the molecular system and the constraints on the &#x3c0;-electron ring currents.</p>
<p>Using laser control, it is also essential to maintain the created ring current at the target region (path) at least during one vibrational period of the PAH [<xref ref-type="bibr" rid="B68">68</xref>]. Otherwise, the created ring current would dissipate quickly because of the vibronic interactions and/or the nonadiabatic couplings between the two electronic excited states [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B69">69</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B71">71</xref>].</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Dynamic Stark-Induced &#x3c0;-Electron Rotations in Low-Symmetry Aromatic Ring&#x20;Molecules</title>
<p>In this section, we present a convenient method for inducing unidirectional &#x3c0;-electron rotations in aromatic ring molecules with low symmetry [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>]. The basic idea behind the induction of unidirectional electron rotations is to degenerate two nondegenerate excited states by utilizing dynamic Stark shifts, as demonstrated in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure&#x20;10</xref>. We refer to this as the dynamic Stark-induced degenerate electronic state (DSIDES) [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>]. Two linearly polarized continuous lasers operating at different frequencies and phases are used to form DSIDES: Each laser is set to selectively interact with each electronic state through non-resonant excitation. The lower and higher excited states are shifted up and down with the same population, respectively, and the DSIDES is formed at the center between them. As a result, unidirectional &#x3c0;-electron rotation is driven by two lasers. In the laser control scenario, only one input parameter out of the four possible parameters (frequency and intensity for each laser), is required to induce the DSIDES formation.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>Dynamic Stark-induced degenerate state with the Rabi frequencies (&#x3a9;<sub>1</sub> and &#x3a9;<sub>2</sub>) using two stationary linearly-polarized lasers with the frequencies, <inline-formula id="inf254">
<mml:math id="m290">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf255">
<mml:math id="m291">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and detuning frequencies <inline-formula id="inf256">
<mml:math id="m292">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and<inline-formula id="inf257">
<mml:math id="m293">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> respectively.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-675134-g010.tif"/>
</fig>
<p>First, the DSIDES formation is described in a three-electronic state model under the fixed nuclei condition, and the time-dependent expectation value of the angular momentum operator of &#x3c0;-electrons is derived and analytically expressed. Next, to demonstrate the applicability of the control scenario, the results of the DSIDES treatment for toluene, which is a typical aromatic ring molecule of low symmetry belonging to Cs point group, are presented.</p>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 Formation of Dynamic Stark-Induced Degenerate Electronic State DSIDES and the Resulting Angular Momentum</title>
<p>Consider the coherent &#x3c0;-electron angular momentum in an aromatic ring molecule with low symmetry excited by non-resonant, stationary UV/visible lasers. The molecule of our interest is one oriented in a space or attached to a surface, as mentioned in the preceding sections. We adopt a three-electronic state model in the frozen nuclei approximation. The three electronic states including the ground state specified by the energy <inline-formula id="inf258">
<mml:math id="m294">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and two excited states specified by <inline-formula id="inf259">
<mml:math id="m295">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf260">
<mml:math id="m296">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure&#x20;10</xref>. Here, DSIDES can be&#x20;formed by two stationary linearly polarized lasers with detuning frequencies <inline-formula id="inf261">
<mml:math id="m297">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf262">
<mml:math id="m298">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The frequency difference between the two excited states is expressed as <inline-formula id="inf263">
<mml:math id="m299">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The dynamic Stark shifts are denoted by the Rabi frequencies &#x3a9;<sub>1</sub> and &#x3a9;<sub>2</sub>, as presented in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure&#x20;10</xref>. The wave function of the total system in the stationary lasers is defined through laser-molecular interactions as<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m300">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here, the normalization condition for the coefficients <inline-formula id="inf264">
<mml:math id="m301">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf265">
<mml:math id="m302">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf266">
<mml:math id="m303">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are as follows,<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m304">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The system Hamiltonian interacting with the electric fields is given as<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m305">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf267">
<mml:math id="m306">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> satisfies <inline-formula id="inf268">
<mml:math id="m307">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <italic>i</italic>&#x20;&#x3d;0, 1, and 2. In <xref ref-type="disp-formula" rid="e29">Eq. 29</xref>, the interaction Hamiltonian <inline-formula id="inf269">
<mml:math id="m308">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> between the system and the two electric fields is written as<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m309">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here <inline-formula id="inf270">
<mml:math id="m310">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the electronic dipole moment operator, where <inline-formula id="inf271">
<mml:math id="m311">
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> means the electron coordinate. <inline-formula id="inf272">
<mml:math id="m312">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf273">
<mml:math id="m313">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) is the electric field with amplitude <inline-formula id="inf274">
<mml:math id="m314">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and photo-polarization vector <inline-formula id="inf275">
<mml:math id="m315">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf276">
<mml:math id="m316">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the initial phase, and <inline-formula id="inf277">
<mml:math id="m317">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the central frequency. In <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Eq. 30</xref>, the two electric fields denoted by <italic>a</italic> and <italic>b</italic> induce non-resonant transitions from the ground state to the two excited states. The selective transition conditions are set by the choice of the laser polarization vectors (<inline-formula id="inf278">
<mml:math id="m318">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf279">
<mml:math id="m319">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) satisfying <inline-formula id="inf280">
<mml:math id="m320">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>02</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22a5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf281">
<mml:math id="m321">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22a5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively.</p>
<p>The time-dependent Schr&#xf6;dinger equation can be written as<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m322">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The coefficients must satisfy the coupled differential equation<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m323">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>where the interaction Hamiltonian,<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m324">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>02</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>is applied with <inline-formula id="inf282">
<mml:math id="m325">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf283">
<mml:math id="m326">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>02</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e32">Equation 32</xref> can be rewritten in the rotating approximation (RWA) and solved under the following restriction conditions to obtain the analytical solutions for the time-dependent coefficients <inline-formula id="inf284">
<mml:math id="m327">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For this purpose, we introduce three conditions that can be set experimentally:<disp-formula id="e34a">
<mml:math id="m328">
<mml:mrow>
<mml:mtext>i.</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2009;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>02</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2009;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;&#x2009;&#x2009;&#x2009;&#x2009;&#x2009;&#x2009;&#x2009;&#x2009;&#x2009;&#x2009;&#x2009;&#x2009;&#x2009;&#x2009;for the transition magnitudes</mml:mtext>
<mml:mo>, </mml:mo>
</mml:math>
<label>(34a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e34b">
<mml:math id="m329">
<mml:mrow>
<mml:mtext>ii.</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2009;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2009;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;&#x2009;&#x2009;&#x2009;&#x2009;&#x2009;&#x2009;for detuning frequencies</mml:mtext>
<mml:mo>, </mml:mo>
</mml:math>
<label>(34b)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>And<disp-formula id="e34c">
<mml:math id="m330">
<mml:mrow>
<mml:mtext>iii.</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2009;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2009;</mml:mo>
<mml:mtext>to induce the degeneracy condition</mml:mtext>
<mml:mo>, </mml:mo>
</mml:math>
<label>(34c)</label>
</disp-formula>where the transition magnitudes are <inline-formula id="inf285">
<mml:math id="m331">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf286">
<mml:math id="m332">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>02</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>02</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>In <xref ref-type="disp-formula" rid="e34c">Eq. 34c</xref>, the two dressed states are assumed to have equal energies, i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf287">
<mml:math id="m333">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which is called the Rabi frequency [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>]. The three conditions lead to a reduction of the input parameters of the two lasers, such that the two amplitudes (<italic>F</italic>
<sub>a</sub> and <italic>F</italic>
<sub>b</sub>), and two central frequencies (<inline-formula id="inf288">
<mml:math id="m334">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf289">
<mml:math id="m335">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) are reduced to one input parameter. We take <italic>F</italic>
<sub>a</sub>
<inline-formula id="inf290">
<mml:math id="m336">
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>F</italic> hereafter. Analytical expressions for time-dependent coefficients <inline-formula id="inf291">
<mml:math id="m337">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are given in <xref ref-type="app" rid="app3">Appendix&#x20;C</xref>.</p>
<p>The time-dependent angular momentum defined as an expectation value of an angular momentum operator <inline-formula id="inf292">
<mml:math id="m338">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, can be expressed,<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m339">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here, <inline-formula id="inf293">
<mml:math id="m340">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf294">
<mml:math id="m341">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s4-1-1">
<title>4.2 Unidirectional &#x3c0;-Electron Rotations in Toluene</title>
<p>We calculate <italic>L</italic>
<sub>
<italic>Z</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) (derived in the preceding subsection) in a real molecule, toluene. The simplest three-electronic state model is applied for toluene because the quasi-degenerate states S<sub>3</sub> (A") and S<sub>4</sub> (A&#x2032;) in toluene (C<sub>s</sub>) correspond to the doubly degenerate state S<sub>3</sub> (E<sub>1u</sub>) in benzene (D<sub>6h</sub>): Note that the S<sub>3</sub> (E<sub>1u</sub>) state is a dipole-allowed excited state in benzene (D<sub>6h</sub>), whereas the other two lower excited states, S<sub>2</sub>(B<sub>1u</sub>) and S<sub>1</sub>(B<sub>2u</sub>), are dipole-forbidden. The geometry optimization of toluene was carried out with the MP2 level of theory [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>]. The C<sub>S</sub> symmetry of toluene indicates that one of the hydrogen atoms belonging to the methyl group is perpendicular to an aromatic ring plane (<xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11A</xref>).</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>FIGURE 11</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Geometrical structure of toluene molecule (C<sub>S</sub>) in the ground state (S<sub>0</sub>) with the directions of the two electronic transition dipole moments; <bold>(B)</bold> Parameters for the three electronic states adopted to induce the unidirectional angular momentum: <inline-formula id="inf295">
<mml:math id="m342">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> eV as the energy difference between S<sub>4</sub> and S<sub>3</sub>, <inline-formula id="inf296">
<mml:math id="m343">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5.27</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> D, and <inline-formula id="inf297">
<mml:math id="m344">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5.67</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> D as the transition dipole moments, <inline-formula id="inf298">
<mml:math id="m345">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>8.2</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;eV</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf299">
<mml:math id="m346">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>8.3</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;eV</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>as the vertical transition energies. The angular momentum matrix element between S<sub>3</sub> and S<sub>4</sub>, <inline-formula id="inf300">
<mml:math id="m347">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.672</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is perpendicular to the aromatic&#x20;ring.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-675134-g011.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12A</xref> shows the calculated time-dependent angular momentum expectation values <italic>L</italic>
<sub>
<italic>Z</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) with respect to the relative phase <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; &#x2212;&#x3c0;/2 (<italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; &#x2b;&#x3c0;/2) between the two lasers for the left (right) panel. These were calculated using <xref ref-type="disp-formula" rid="e35">Eq. 35</xref> combined with <xref ref-type="disp-formula" rid="e34a">Eq. 34</xref>. Here, the amplitude of the electric field <italic>F</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub> is adopted as the input parameter <italic>F</italic> (&#x2261; <italic>F</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub>). Other parameters are shown in <xref ref-type="table" rid="T3A">Table&#x20;3A</xref>, while <xref ref-type="table" rid="T3B">Table&#x20;3B</xref> shows the time-dependent populations in the three electronic states.</p>
<fig id="F12" position="float">
<label>FIGURE 12</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Expectation values of the angular momentum operator <italic>L</italic>
<sub>Z</sub>(<italic>t</italic>) for toluene, calculated with the laser input parameter values <italic>F</italic>&#x20;&#x3d; 1.0, 1.5 and 2.0&#xa0;GV/m. The left <bold>(right)</bold> panel shows <italic>L</italic>
<sub>Z</sub>(<italic>t</italic>) with respect to the relative phase between two lasers &#x3b6; &#x3d; &#x2212;&#x3c0;/2 (&#x3b6; &#x3d; &#x2b;&#x3c0;/2); <bold>(B)</bold> Temporal evolutions of the populations in S<sub>0</sub>, S<sub>3</sub>, and S<sub>4</sub> for <italic>F</italic>&#x20;&#x3d; 1.0, 1.5 and 2.0&#xa0;GV/m. Reprinted with permission from Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>] Copyright (2016) Royal Society of Chemistry.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-675134-g012.tif"/>
</fig>
<table-wrap id="T3A" position="float">
<label>TABLE 3A</label>
<caption>
<p>Input parameter <italic>F</italic> (<italic>&#x2261; F</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub>) and other parameters for a generation of unidirectional &#x3c0;-electron rotation in toluene.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">
<italic>F</italic> [GV/m] ([W/cm<sup>2</sup>])</th>
<th align="center">2&#x7c;<italic>V</italic>&#x7c; [eV]</th>
<th align="center">&#x2126; [eV]</th>
<th align="center">&#x7c;<italic>V</italic>&#x7c;/&#x2126;</th>
<th align="center">&#x394; [eV]</th>
<th align="center">
<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub> [eV]</th>
<th align="center">
<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>b</italic>
</sub> [eV]</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">1.0 (0.13 &#xd7; 10<sup>12</sup>)</td>
<td align="char" char=".">0.110</td>
<td align="char" char=".">0.084</td>
<td align="char" char=".">0.655</td>
<td align="char" char=".">0.032</td>
<td align="char" char=".">8.16</td>
<td align="char" char=".">8.33</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">1.5 (0.30 &#xd7; 10<sup>12</sup>)</td>
<td align="char" char=".">0.165</td>
<td align="char" char=".">0.157</td>
<td align="char" char=".">0.525</td>
<td align="char" char=".">0.105</td>
<td align="char" char=".">8.09</td>
<td align="char" char=".">8.40</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">2.0 (0.53 &#xd7; 10<sup>12</sup>)</td>
<td align="char" char=".">0.220</td>
<td align="char" char=".">0.260</td>
<td align="char" char=".">0.423</td>
<td align="char" char=".">0.208</td>
<td align="char" char=".">7.99</td>
<td align="char" char=".">8.51</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<fn>
<p>Reprinted with permission from Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>] Copyright (2016) Royal Society of Chemistry.</p>
</fn>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<table-wrap id="T3B" position="float">
<label>Table&#x20;3B</label>
<caption>
<p>Calculated physical properties of the unidirectional &#x3c0;-electron rotation in toluene.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">
<italic>F</italic> [GV/m]</th>
<th align="center">
<italic>T</italic> [fs]<xref ref-type="table-fn" rid="Tfn1">
<sup>a</sup>
</xref>
</th>
<th align="center">
<italic>&#x3c4;</italic> [fs]<xref ref-type="table-fn" rid="Tfn1">
<sup>a</sup>
</xref>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf301">
<mml:math id="m348">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>[<italic>&#x127;</italic>]<xref ref-type="table-fn" rid="Tfn1">
<sup>a</sup>
</xref>
</th>
<th align="center">
<italic>J</italic> [<italic>&#x3bc;</italic>A]</th>
<th align="center">
<italic>N</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">1.0</td>
<td align="char" char=".">49.2</td>
<td align="char" char=".">12.6</td>
<td align="char" char=".">0.084</td>
<td align="char" char=".">16.8</td>
<td align="char" char=".">3.90</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">1.5</td>
<td align="char" char=".">26.3</td>
<td align="char" char=".">6.40</td>
<td align="char" char=".">0.166</td>
<td align="char" char=".">33.2</td>
<td align="char" char=".">4.10</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">2.0</td>
<td align="char" char=".">15.9</td>
<td align="char" char=".">6.87</td>
<td align="char" char=".">0.155</td>
<td align="char" char=".">31.0</td>
<td align="char" char=".">2.32</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<fn id="Tfn1">
<label>a</label>
<p>Parameters V, &#x394;, &#x2126;, <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub>, and <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>b</italic>
</sub>, were calculated for three values of F using <xref ref-type="disp-formula" rid="e34a">Eq. 34</xref>. These parameters used for the calculation of the following physical quantities: <italic>T</italic> as a period of Rabi oscillation; <inline-formula id="inf302">
<mml:math id="m349">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the angular momentum averaged over one cycle period of Rabi oscillation, <inline-formula id="inf303">
<mml:math id="m350">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as the rotational period of a &#x3c0;-electron, <italic>J</italic> as a ring current, and <italic>N</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>&#x2261;<italic>T</italic>/<italic>&#x3c4;</italic> as one cycle count of &#x3c0;-electron rotations.</p>
</fn>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<p>The time-dependent angular momenta plotted in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12A</xref> are comprised of angular momentum pulse trains of the same shape for each value of <italic>F</italic>. Each angular momentum pulse corresponds to the unidirectional &#x3c0;-electron rotation, which begins with acceleration and ends with deceleration. The direction of the &#x3c0;-electron rotations is determined by the relative phase <italic>&#x3b6;</italic> between the two lasers: clockwise rotation for <italic>&#x3b6;</italic>&#x3d;&#x2b;&#x3c0;/2, and anti-clockwise rotation for <italic>&#x3b6;</italic>&#x3d;&#x2212;&#x3c0;/2. Here we discuss&#x20;how the unidirectional &#x3c0;-electron rotations are created. We first note that <italic>L</italic>
<sub>
<italic>Z</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) can be rewritten under the two conditions, <xref ref-type="disp-formula" rid="e34a">Eq. 34a</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e34a">Eq. 34b</xref>, for &#x3a9;&#x2248;&#x394; as<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m351">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e36">Equation 36</xref> expresses no unidirectional &#x3c0;-electron rotations. By introducing the third condition, <xref ref-type="disp-formula" rid="e34c">Eq. 34c</xref>, which provides for the formation of the doubly degenerate dressed states with <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; &#xb1;&#x3c0;/2, <xref ref-type="disp-formula" rid="e36">Eq. 36</xref> can be expressed as<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m352">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>This indicates a unidirectional &#x3c0;-electron rotation whose direction is determined by the relative phase &#x3b6;, that is, <italic>L</italic>
<sub>
<italic>Z</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) &#x3e; 0 for <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; &#x2212;&#x3c0;/2 and <italic>L</italic>
<sub>
<italic>Z</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) &#x3c; 0 for <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; &#x2b;&#x3c0;/2, as demonstrated in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12</xref>. The dotted line shown in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12A</xref> represents <inline-formula id="inf304">
<mml:math id="m353">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <italic>F</italic>&#x20;&#x3d; 1.5&#xa0;GV/m as calculated by <xref ref-type="disp-formula" rid="e37">Eq. 37</xref>, which well reproduces <inline-formula id="inf305">
<mml:math id="m354">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> curve calculated using <xref ref-type="disp-formula" rid="e35">Eq. 35</xref> without the approximation of &#x3a9;&#x2248;&#x394; approximation. Thus, the unidirectional &#x3c0;-electron rotation originates from the DSIDES formed by the two non-resonant lasers with a definite relative phase of &#xb1;&#x3c0;/2.</p>
<p>As demonstrated in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12A</xref>, the oscillation periods of the angular momentum pulses become shorter (higher Rabi frequency &#x3a9;), and those amplitudes decrease as <italic>F</italic> increases. These two behaviors result from the third restriction condition for degeneracy (<xref ref-type="disp-formula" rid="e35">Eq. 35c</xref>) used in the derivation of <italic>L</italic>
<sub>
<italic>Z</italic>
</sub>(<italic>t</italic>). This degeneracy condition should be satisfied for the two dressed states with equal energies to maintain their energies located at the center of the two excited states, even though the laser intensities of two lasers increase. This results in an increase in the detuning parameter &#x394; of the two lasers, that is, a decrease (increase) in <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub> (<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>b</italic>
</sub>), as shown in <xref ref-type="table" rid="T3A">Table&#x20;3A</xref>.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12A</xref> exhibits that the maximum magnitude of the angular momentum occurs in the vicinity of <italic>F</italic>&#x20;&#x3d; 1.5&#xa0;GV/m. This can be explained by noting that the constant in <xref ref-type="disp-formula" rid="e37">Eq. 37</xref>, <inline-formula id="inf306">
<mml:math id="m355">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, with Rabi frequency of <inline-formula id="inf307">
<mml:math id="m356">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, reaches its maximum at <inline-formula id="inf308">
<mml:math id="m357">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which in turn provides the maximum angular momentum. Using the relationship <inline-formula id="inf309">
<mml:math id="m358">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>for the dressed states with equal energies in <xref ref-type="disp-formula" rid="e34a">Eq. 34c</xref>, the electric field <italic>F</italic> is estimated as <inline-formula id="inf310">
<mml:math id="m359">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msqrt>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> &#x3d; 1.52&#xa0;GV/m with &#x394; &#x3d; 0.118&#xa0;eV, which is close to the <italic>F</italic>&#x20;&#x3d; 1.5&#xa0;GV/m value shown in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12A</xref>.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12B</xref> shows the <italic>F</italic>-dependence of the <inline-formula id="inf311">
<mml:math id="m360">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf312">
<mml:math id="m361">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf313">
<mml:math id="m362">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> populations in toluene, which were calculated using Eqs. (B2). The relationship between the excited state populations, <inline-formula id="inf314">
<mml:math id="m363">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is maintained because the conditions represented by <xref ref-type="disp-formula" rid="e34a">Eqs. 34a</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e34b">34b</xref>, were used for a derivation of <italic>L</italic>
<sub>
<italic>Z</italic>
</sub>(<italic>t</italic>). Inversion of populations between the ground and excited states occurs for <italic>F</italic>&#x20;&#x3d; 1.5&#xa0;GV/m and 2.0&#xa0;GV/m, as demonstrated in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12B</xref>. By comparing <xref ref-type="fig" rid="F12">Figures 12A,B</xref>, it can be observed that major components of the unidirectional angular momentum pulse are created during when the population inversion occurs.</p>
<p>We now estimate the physical constants associated with &#x3c0;-electron rotations, which are listed in <xref ref-type="table" rid="T3B">Table&#x20;3B</xref>: one cycle count of &#x3c0;-electron rotation <italic>N</italic>
<sub>r</sub>, and the magnitude of ring current <italic>J</italic> in one cycle of Rabi oscillation with periodicity <italic>T</italic>&#x20;&#x2261; 2&#x3c0;/&#x3a9;. In particular for aromatic molecules the ring current is an important physical quantity because it is directly related to the magnetic field induced by the ring current. For simplicity, we consider the classical model of &#x3c0;-electron rotation, in which <italic>N</italic>
<sub>r</sub> is defined as <italic>N</italic>
<sub>r</sub> &#x2261; <italic>T</italic>/<italic>&#x3c4;</italic>. Here <inline-formula id="inf315">
<mml:math id="m364">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the rotational period of a &#x3c0;-electron having an angular momentum averaged over one cycle period of Rabi oscillation <inline-formula id="inf316">
<mml:math id="m365">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <italic>m</italic>
<sub>e</sub> is the electron mass, and <italic>r</italic> indicates the radius of the aromatic ring. <inline-formula id="inf317">
<mml:math id="m366">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> was calculated using <xref ref-type="disp-formula" rid="e37">Eq. 37</xref> substituting for <italic>L</italic>
<sub>
<italic>Z</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) as<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m367">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The ring current can be approximately expressed as <inline-formula id="inf318">
<mml:math id="m368">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>]. Here on a single aromatic ring, <italic>J</italic>
<sub>0</sub> &#x3d; 200&#xa0;&#x3bc;A was a typical value of the ring current estimated with a unit angular momentum <italic>&#x127;</italic>. <xref ref-type="table" rid="T3B">Table&#x20;3B</xref> exhibits the calculated ring current <italic>J</italic>, cycle counts of &#x3c0;-electron rotations along the aromatic ring <italic>N</italic>
<sub>r</sub> and three values of <italic>F</italic> adopted in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12</xref>, together with the parameters used in this model calculation. In <xref ref-type="sec" rid="s3">section 3</xref>, we presented a pump-dump control procedure for the generation of sequential unidirectional ring currents in a 2,2&#x2019;-biphenol molecule having non-degenerate excited states. The same order of magnitudes of the pump- and dump- pulse lasers were applied in the vicinity of &#x223c;1&#xa0;GV/m, considering that the number of aromatic rings differs between biphenol and toluene. This can be explained by the point that the magnitudes of the ring current <italic>J</italic> or the angular momentum <inline-formula id="inf319">
<mml:math id="m369">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are proportional to that of the coherence between the two excited states, but not proportional to the number of aromatic rings. It is remarkable that in <xref ref-type="table" rid="T3B">Table&#x20;3B</xref> <italic>J</italic> is not proportional to <italic>N</italic>
<sub>r</sub>, it is actually proportional to <italic>N</italic>
<sub>r</sub>/<italic>T</italic>. This is originated from the different behaviors between <italic>J</italic> and <italic>N</italic>
<sub>r</sub> related to the <italic>F</italic>-dependence shown in <xref ref-type="table" rid="T3B">Table&#x20;3B</xref>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Summary and Perspective</title>
<p>This paper briefly provides an overview of the theoretical study of quantum laser control of coherent &#x3c0;-electron dynamics in low-symmetry aromatic ring molecules, which we have undertaken in recent several years [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B68">68</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B73">73</xref>]. The essential principles to generate the &#x3c0;-electron angular momentum and ring current in a low symmetry aromatic ring molecule are first to create a superposition of two electronic excited (coherent) states using two linearly polarized lasers, and second to select the clockwise or anticlockwise rotational component from the non-stationary time evolution of the coherent state using pump and dump lasers with properly designed polarization directions. Here, the direct product of the irreducible representations of each excited states in the molecular point group belongs to that of the molecular rotation, (Rx, Ry or Rz), and the relative phase between the two linearly polarized lasers are fixed in order to determine the initial direction of the angular momentum and ring current. In additon to the laser conditions, aromatic ring molecules also need to satisfy the follwing conditions to generate the &#x3c0;-electron angular momentum and ring current. First two electronic excited states are nearly degenerate, and second, those states can be excited from the ground states using UV lasers, i.e.,&#x20;transitions between the electronic excited states and ground states are optically allowed.</p>
<p>On the basis of the above principles, analytical expressions for coherent &#x3c0;-electron angular momentum, ring current, and ring current-induced magnetic field are derived in the quantum chemical MO theory. A coherent &#x3c0;-electron ring current is defined as the average of the bond currents. Temporal behaviors of these coherent quantities are calculated using the density matrix method within the Markov approximation. Quantum simulations of the coherent quantuities have been performed for (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol. Based on the simulation results a new quantum control method for two-dimensional ultrafast angular momentum switching was proposed. The essential point of the quantum control is to use a sequence of the overlapped pump and dump pulses with a selected relative phase and selected polarization directions between the two lasers. The results for the (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol indicate that this new control scheme can potentially be used for the design and realization of ultrafast multi-dimensional electronic switching devices, or field-effect transistor devices.</p>
<p>The familiar quantum optimal control procedure was applied to an optiaml control of the coherent &#x3c0;-electron ring currents in planar PAHs with D<sub>2h</sub> symmetry. For this purpose, we have to set up the target state for a desired ring current pattern. The final target wave functions are determined <italic>via</italic> the Lagrange multiplier method by solving the coupled equations of motion under the constraints that the ring currents must satisfy. The method was applied to anthracene. The creation of the perimeter current and the middle ring current in anthracene were successfully realized. The control mechanisms were elucidated by analyzing the time-dependent behaviors of the control laser puses and the populations of the relevant electronic states. Concerning the types of molecules used in the above laser control studies, polycyclic planar aromatic molecules like PAHs, coronene and benzoic acids dimers are applicable for a laser control of perimeter or localized ring currents.</p>
<p>Another laser control method for the &#x3c0;-electrons unidirectional rotation in low symmetric aromatic rings was presented. The basic idea of the control method is to degenerate two nondegenerate excited states by using dynamic Stark shifts. Doubly degenerate excited state was created by the Stark shift using the two linearly polarized non-resonant lasers with a definite relative phase of <inline-formula id="inf320">
<mml:math id="m370">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which determines the angular momentum direction (clockwise or anti-clockwise &#x3c0;-electron rotation). Applying the RWA, the coherent &#x3c0;-electron angular momentum in a three-electronic state model was analytically expressed in a closed form, and the proposed control theory have been applied to toluene (Cs). The numerical simulations indicated that the resulting angular momentum comprised sequential angular momentum pulses with a positive or negative value depending on the relative phases between the two lasers.</p>
<p>Some theoretical studies on laser control of the coherent &#x3c0;-electron rotations that were not included in this review are noteworthy. Probing molecular chirality, right-handed or left-handed chiral molecules, is a central issue in natural science. E.x., Phenylalanine is an essential amino acid, and L-enantiomer is found in natural system. On the other hand, D-enantiomer is synthesized artificially, and racemate phenylalanine is used for dietary supplement. However, in conventional methods such as CD spectroscopy and optical rotatory dispersion (ORD) spectroscopy [<xref ref-type="bibr" rid="B74">74</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B75">75</xref>], the signals are very week because these processes involve second-order evaluations. As a possible of laser control scheme of the unidirectional &#x3c0;-electron rotations in low symmetric aromatic ring molecules, we previously proposed an efficient enantiomer-probing scenario for chiral aromatic molecule [<xref ref-type="bibr" rid="B71">71</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B72">72</xref>]. A pair of nondegenerate excited states becomes degenerate by applying the dynamic Stark shift in the presence of two non-resonant UV lasers, producing an enantiomer-specific angular momentum. In that study, phenylalanine was adopted as an example for the numerical simulation. The resulting enantiomer-specific magnetic fluxes were on the order of a few Tesla, with periods of several tens of femtoseconds.</p>
<p>The contribution of vibrational motion to coherent &#x3c0;-electron rotations is also an important research topic that was not discussed in this review. In our previous research, vibrational effects on the coherent &#x3c0;-electron rotations in (<italic>P</italic>)-2,2&#x2019;-biphenol were theoretically studied in the adiabatic approximation [<xref ref-type="bibr" rid="B73">73</xref>]. It was found that the low-frequency torsion mode around the bridge causes modulations in the beat of the ring current [<xref ref-type="bibr" rid="B73">73</xref>]. The vibrational effects on dynamic Stark-induced &#x3c0;-electron rotations in aromatic ring molecules with low symmetry were also studied using the displaced harmonic oscillator (DHO) model in the adiabatic approximation [<xref ref-type="bibr" rid="B72">72</xref>]. A pair of the lowest vibronic state in the two electronic excited states was degenerated using the two linearly polarized UV lasers. The two potential displacements between the ground state and the two electronic excited states were used as the parameters. The shapes of the sequential angular momentum pulses were affected by the potential displacements.</p>
<p>From one perspective, theoretical treatments beyond the adiabatic approximation [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B74">74</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B77">77</xref>] are expected to be incorporated such that other electronic excited states interact with the two relevant excited states through nonadiabatic couplings. It is crucial to clarify the effect of nonadiabatic couplings to the unidirectional &#x3c0;-electron rotations and determine how to maintain &#x3c0;-electron rotations by way of quantum optimal control techniques. In large PAHs, once &#x3c0;-electron rotation is realized at a localized ring site and once a site-selective coherent ring current is generated, the localized ring current is transferred from site to site using the laser pulses, i.e.,&#x20;transferred ring currents, which allow for an ultrafast switching function at the selected local site. Furthermore, the site-selective coherent ring current and transferred ring current can create the induced magnetic fields. These electromagnetic fields are expected to provide ultrafast probing of local sites in large molecular systems, biomolecules with chiral aromatic ring molecules, and PAHs. Further development of theoretical treatments involving photon-induced electronic coherence in molecular systems would be promising in the near future.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s6">
<title>Author Contributions</title>
<p>The authors made a substantial, direct, and intellectual contribution to the work and approved it for publication. Original draft preparation, software, formal analysis, and funding acquisition, HM; Conceptualization, supervision, project administration, and validation, YF; Writing&#x2014;original draft preparation, HM and YF; Investigation, writing&#x2014;review and editing, HM, N-LP, and&#x20;YF.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s7">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<ack>
<p>HM and YF are grateful to Dr. M. Yamaki, and Professors Y. Teranishi, G-S. Kim, Y.J.&#x20;Yan, and H. Nakamura for their contribution in earlier works. YF would like to thank Professor S. H. Lin for his critical comments and financial support.</p>
</ack>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Goulielmakis</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Loh</surname>
<given-names>Z-H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wirth</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Santra</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rohringer</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yakovlev</surname>
<given-names>VS</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Real-time Observation of Valence Electron Motion</article-title>. <source>Nature</source> (<year>2010</year>) <volume>466</volume>:<fpage>739</fpage>&#x2013;<lpage>43</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature09212</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>K-J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bandrauk</surname>
<given-names>AD</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Circularly Polarized Attosecond Pulses from Molecular High-Order Harmonic Generation by Ultrashort Intense Bichromatic Circularly and Linearly Polarized Laser Pulses</article-title>. <source>J&#x20;Phys B: Mol Opt Phys</source> (<year>2012</year>) <volume>45</volume>:<fpage>074001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0953-4075/45/7/074001</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gilbertson</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chini</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khan</surname>
<given-names>SD</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Attosecond Pulse Generation, Characterization and Application</article-title>. <source>Adv Multiphoton Process. Spectrosc</source> (<year>2011</year>) <volume>20</volume>:<fpage>127</fpage>&#x2013;<lpage>74</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/9789814343992_0004</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Remacle</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Levine</surname>
<given-names>RD</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Attosecond Pumping of Nonstationary Electronic States of LiH: Charge Shake-Up and Electron Density Distortion</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2011</year>) <volume>83</volume>:<fpage>013411</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevA.83.013411</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tzallas</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Skantzakis</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kruse</surname>
<given-names>JE</given-names>
</name>
<name>
<surname>Charalambidis</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>On the Generation of Intense Isolated Attosecond Pulses by Many-Cycle Laser Fields</article-title>. In: <source>Progress in Ultrafast Intense Laser Science</source>. <publisher-loc>Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2011</year>). p. <fpage>163</fpage>&#x2013;<lpage>90</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-642-18327-0_8</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ulusoy</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nest</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Correlated Electron Dynamics: How Aromaticity Can Be Controlled</article-title>. <source>J&#x20;Am Chem Soc</source> (<year>2011</year>) <volume>133</volume>:<fpage>20230</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/ja206193t</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sakai</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group> <source>Electronic and Nuclear Dynamics in Molecular Systems</source>. <publisher-loc>Singapore</publisher-loc>: <publisher-name>World Scientific</publisher-name> (<year>2011</year>). p. <fpage>117</fpage>&#x2013;<lpage>32</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Singh</surname>
<given-names>KP</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ranitovic</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cao</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>De</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ray</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Control of Electron Localization in Deuterium Molecular Ions Using an Attosecond Pulse Train and a Many-Cycle Infrared Pulse</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2010</year>) <volume>104</volume>:<fpage>023001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.104.023001</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Krausz</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ivanov</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Attosecond Physics</article-title>. <source>Rev Mod Phys</source> (<year>2009</year>) <volume>81</volume>:<fpage>163</fpage>&#x2013;<lpage>234</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/RevModPhys.81.163</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Nest</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Remacle</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Levine</surname>
<given-names>RD</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Pump and Probe Ultrafast Electron Dynamics in LiH: A Computational Study</article-title>. <source>New J&#x20;Phys</source> (<year>2008</year>) <volume>10</volume>:<fpage>025019</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/10/2/025019</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kling</surname>
<given-names>MF</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vrakking</surname>
<given-names>MJJ</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Attosecond Electron Dynamics</article-title>. <source>Annu Rev Phys Chem</source> (<year>2008</year>) <volume>59</volume>:<fpage>463</fpage>&#x2013;<lpage>92</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1146/annurev.physchem.59.032607.093532</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Skourtis</surname>
<given-names>SS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Beratan</surname>
<given-names>DN</given-names>
</name>
<name>
<surname>Naaman</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nitzan</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Waldeck</surname>
<given-names>DH</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Chiral Control of Electron Transmission through Molecules</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2008</year>) <volume>101</volume>:<fpage>238103</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.101.238103</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>NabekawaMidorikawa</surname>
<given-names>YK</given-names>
</name>
<name>
<surname>Midorikawa</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Nonlinear Optics for Characterizing XUV/Soft X-ray High-Order Harmonic Fields in Attosecond Regime</article-title>. <source>Adv Multiphoton Process. Spectrosc</source> (<year>2008</year>) <volume>18</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>67</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/9789812791740_0001</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lein</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chiril&#x103;</surname>
<given-names>CC</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Signatures of Molecular Structure and Dynamics in High-Order Harmonic Generation</article-title>. <source>Adv Multiphoton Process. Spectrosc</source> (<year>2008</year>) <volume>18</volume>:<fpage>69</fpage>&#x2013;<lpage>106</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/9789812791740_0002</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Corkum</surname>
<given-names>PB</given-names>
</name>
<name>
<surname>Krausz</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Attosecond Science</article-title>. <source>Nat Phys</source> (<year>2007</year>) <volume>3</volume>:<fpage>381</fpage>&#x2013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys620</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Remacle</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nest</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Levine</surname>
<given-names>RD</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Laser Steered Ultrafast Quantum Dynamics of Electrons in LiH</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2007</year>) <volume>99</volume>:<fpage>183902</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.99.183902</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>R&#xe4;s&#xe4;nen</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Castro</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Werschnik</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rubio</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gross</surname>
<given-names>EKU</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Optimal Control of Quantum Rings by Terahertz Laser Pulses</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2007</year>) <volume>98</volume>:<fpage>157404</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.98.157404</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Klamroth</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Optimal Control of Ultrafast Laser Driven many-electron Dynamics in a Polyatomic Molecule: N-Methyl-6-Quinolone</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>2006</year>) <volume>124</volume>:<fpage>144310</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.2185633</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pershin</surname>
<given-names>YV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Piermarocchi</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Laser-controlled Local Magnetic Field with Semiconductor Quantum Rings</article-title>. <source>Phys Rev B</source> (<year>2005</year>) <volume>72</volume>:<fpage>245331</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.72.245331</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Niikura</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>L&#xe9;gar&#xe9;</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hasbani</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ivanov</surname>
<given-names>MY</given-names>
</name>
<name>
<surname>Villeneuve</surname>
<given-names>DM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Corkum</surname>
<given-names>PB</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Probing Molecular Dynamics with Attosecond Resolution Using Correlated Wave Packet Pairs</article-title>. <source>Corkum PBNature</source> (<year>2003</year>) <volume>421</volume>:<fpage>826</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature01430</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Haruyama</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>kono</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kawata</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bandrauk</surname>
<given-names>AD</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Intense Laser-Field Ionization of H2 Enhanced by Two-Electron Dynamics</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2002</year>) <volume>66</volume>:<fpage>043403</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevA.66.043403</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Anthony</surname>
<given-names>JE</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Functionalized Acenes and Heteroacenes for Organic Electronics</article-title>. <source>Chem Rev</source> (<year>2006</year>) <volume>106</volume>:<fpage>5028</fpage>&#x2013;<lpage>48</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/cr050966z</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bonifas</surname>
<given-names>AP</given-names>
</name>
<name>
<surname>McCreery</surname>
<given-names>RL</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>&#x27;Soft&#x27; Au, Pt and Cu Contacts for Molecular Junctions through Surface-Diffusion-Mediated Deposition</article-title>. <source>Nat Nanotech</source> (<year>2010</year>) <volume>5</volume>:<fpage>612</fpage>&#x2013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nnano.2010.115</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>BarthManz</surname>
<given-names>IJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Manz</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Periodic Electron Circulation Induced by Circularly Polarized Laser Pulses: Quantum Model Simulations for Mg Porphyrin</article-title>. <source>Angew Chem Int Ed</source> (<year>2006</year>) <volume>45</volume>:<fpage>2962</fpage>&#x2013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/anie.200504147</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Barth</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Manz</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shigeta</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yagi</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Unidirectional Electronic Ring Current Driven by a Few Cycle Circularly Polarized Laser Pulse: Quantum Model Simulations for Mg&#x2212;Porphyrin</article-title>. <source>J&#x20;Am Chem Soc</source> (<year>2006</year>) <volume>128</volume>:<fpage>7043</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/ja057197l</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Barth</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Manz</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Quantum Switching of Magnetic Fields by Circularly Polarized Re-optimized &#x3c0; Laser Pulses: From One-Electron Atomic Ions to Molecules</article-title>. In: <source>Progress in Ultrafast Intense Laser Science VI</source>. <publisher-loc>Berlin, Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2010</year>). p. <fpage>21</fpage>&#x2013;<lpage>44</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-642-15054-8_2</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Nobusada</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yabana</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Photoinduced Electric Currents in Ring-Shaped Molecules by Circularly Polarized Laser Pulses</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2007</year>) <volume>75</volume>:<fpage>032518</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevA.75.032518</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kanno</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kono</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Control of &#x3c0;-Electron Rotation in Chiral Aromatic Molecules by Nonhelical Laser Pulses</article-title>. <source>Angew Chem Int Ed</source> (<year>2006</year>) <volume>45</volume>:<fpage>7995</fpage>&#x2013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/anie.200602479</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kanno</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hoki</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kono</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Quantum Optimal Control of Electron Ring Currents in Chiral Aromatic Molecules</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>2007</year>) <volume>127</volume>:<fpage>204314</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.2806180</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kanno</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kono</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>SH</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Nonadiabatic Response Model of Laser-Induced Ultrafast&#x3c0;-Electron Rotations in Chiral Aromatic Molecules</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2010</year>) <volume>104</volume>:<fpage>108302</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.104.108302</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kanno</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kono</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Control of &#x3c0;-Electron Rotations in Chiral Aromatic Molecules Using Intense Laser Pulses</article-title>. In: <source>Progress in Ultrafast Intense Laser Science VII</source>. <publisher-loc>Berlin, Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2011</year>). p. <fpage>53</fpage>&#x2013;<lpage>78</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-642-18327-0_3</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Barth</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Manz</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Serrano-Andr&#xe9;s</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Quantum Simulations of Toroidal Electric Ring Currents and Magnetic fields in Linear Molecules Induced by Circularly Polarized Laser Pulses</article-title>. <source>Chem Phys</source> (<year>2008</year>) <volume>347</volume>:<fpage>263</fpage>&#x2013;<lpage>71</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chemphys.2007.09.037</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>K-J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bandrauk</surname>
<given-names>AD</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Attosecond-magnetic-field-pulse Generation by Coherent Circular Molecular Electron Wave Packets</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2015</year>) <volume>91</volume>:<fpage>042509</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevA.91.042509</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Steiner</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fowler</surname>
<given-names>PW</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Patterns of Ring Currents in Conjugated Molecules: A Few-Electron Model Based on Orbital Contributions</article-title>. <source>J&#x20;Phys Chem A</source> (<year>2001</year>) <volume>105</volume>:<fpage>9553</fpage>&#x2013;<lpage>62</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/jp011955m</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lazzerretti</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Ring Currents</article-title>. <source>Prog Nucl Magn Reson Spectrosc</source> (<year>2000</year>) <volume>36</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>88</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0079-6565(99)00021-7</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Redfield</surname>
<given-names>AG</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>The Theory of Relaxation Processes</article-title>. <source>Adv Magn Reson</source> (<year>1965</year>) <volume>1</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>32</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/B978-1-4832-3114-3.50007-6</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lindblad</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>On the Generators of Quantum Dynamical Semigroups</article-title>. <source>Commun.Math Phys</source> (<year>1976</year>) <volume>48</volume>:<fpage>119</fpage>&#x2013;<lpage>30</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF01608499</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>SH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chang</surname>
<given-names>CH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liang</surname>
<given-names>KK</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chang</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shiu</surname>
<given-names>YJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Ultrafast Dynamics and Spectroscopy of Bacterial Photosynthetic Reaction Centers</article-title>. <source>Adv Chem Phys</source> (<year>2002</year>) <volume>12</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>88</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/0471264318.ch1</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mineo</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>SH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Coherent &#x3c0;-electron Dynamics of (P)-2,2&#x2032;-biphenol Induced by Ultrashort Linearly Polarized UV Pulses: Angular Momentum and Ring Current</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>2013</year>) <volume>138</volume>:<fpage>074304</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4790595</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mineo</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yamaki</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Teranishi</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hayashi</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>SH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Quantum Switching of &#x3c0;-Electron Rotations in a Nonplanar Chiral Molecule by Using Linearly Polarized UV Laser Pulses</article-title>. <source>J&#x20;Am Chem Soc</source> (<year>2012</year>) <volume>134</volume>:<fpage>14279</fpage>&#x2013;<lpage>82</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/ja3047848</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mineo</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Quantum Design of &#x3c0;-Electron Ring Currents in Polycyclic Aromatic Hydrocarbons: Parallel and Antiparallel Ring Currents in Naphthalene</article-title>. <source>J&#x20;Phys Chem Lett</source> (<year>2017</year>) <volume>8</volume>:<fpage>2019</fpage>&#x2013;<lpage>25</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/acs.jpclett.7b00704</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mineo</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Quantum Control of Coherent &#x3c0;-electron Ring Currents in Polycyclic Aromatic Hydrocarbons</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>2017</year>) <volume>147</volume>:<fpage>224301</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.5004504</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mineo</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yamaki</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kim</surname>
<given-names>G-S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Teranishi</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>SH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Induction of Unidirectional &#x3c0;-electron Rotations in Low-Symmetry Aromatic Ring Molecules Using Two Linearly Polarized Stationary Lasers</article-title>. <source>Phys Chem Chem Phys</source> (<year>2016</year>) <volume>18</volume>:<fpage>26786</fpage>&#x2013;<lpage>95</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1039/C6CP04254F</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B44">
<label>44.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Oda</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hita</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Minemoto</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sakai</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>All-Optical Molecular Orientation</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2010</year>) <volume>104</volume>:<fpage>213901</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.104.213901</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B45">
<label>45.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Stapelfeldt</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Seideman</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Colloquium: Aligning Molecules With strong Laser Pulses</article-title>. <source>Rev Mod Phys</source> (<year>2003</year>) <volume>75</volume>:<fpage>543</fpage>&#x2013;<lpage>57</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/RevModPhys.75.543</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B46">
<label>46.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kanai</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Minemoto</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sakai</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Quantum Interference during High-Order Harmonic Generation From Aligned Molecules</article-title>. <source>Nature</source> (<year>2005</year>) <volume>435</volume>:<fpage>470</fpage>&#x2013;<lpage>4</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature03577</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B47">
<label>47.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Frisch</surname>
<given-names>MJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Trucks</surname>
<given-names>GW</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schlegel</surname>
<given-names>HB</given-names>
</name>
<name>
<surname>Scuseria</surname>
<given-names>GE</given-names>
</name>
<name>
<surname>Robb</surname>
<given-names>MA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cheeseman</surname>
<given-names>JR</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <source>Gaussian 09, Revision E.01</source>. <publisher-loc>Wallingford, CT</publisher-loc>: <publisher-name>Gaussian, Inc.</publisher-name> (<year>2009</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B48">
<label>48.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Baskin</surname>
<given-names>JS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Felker</surname>
<given-names>PM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zewail</surname>
<given-names>AH</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Doppler&#x2010;free Time&#x2010;resolved Polarization Spectroscopy of Large Molecules: Measurement of Excited State Rotational Constants</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>1986</year>) <volume>84</volume>:<fpage>4708</fpage>&#x2013;<lpage>10</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.449998</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B49">
<label>49.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mineo</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>SH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>RX</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yan</surname>
<given-names>YJ</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Non-Markovian Response of Ultrafast Coherent Electronic Ring Currents in Chiral Aromatic Molecules in a Condensed Phase</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>2013</year>) <volume>139</volume>:<fpage>214306</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4834035</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B50">
<label>50.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Barth</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Manz</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Electric Ring Currents in Atomic Orbitals and Magnetic Fields Induced by Short Intense Circularly Polarized&#x3c0;laser Pulses</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2007</year>) <volume>75</volume>:<fpage>012510</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevA.75.012510</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B51">
<label>51.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Barth</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Serrano-Andr&#xe9;s</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Seideman</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Nonadiabatic Orientation, Toroidal Current, and Induced Magnetic Field in BeO Molecules</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>2008</year>) <volume>129</volume>:<fpage>164303</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.2994737</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B52">
<label>52.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Acremann</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Buess</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Back</surname>
<given-names>CH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dumm</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bayreuther</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pescia</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>A Single Ion as a Nanoscopic Probe of an Optical Field</article-title>. <source>Nature</source> (<year>2001</year>) <volume>414</volume>:<fpage>49</fpage>&#x2013;<lpage>51</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/35102129</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B53">
<label>53.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kruglyak</surname>
<given-names>VV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Portnoi</surname>
<given-names>ME</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hicken</surname>
<given-names>RJ</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Use of the Faraday Optical Transformer for Ultrafast Magnetization Reversal of Nanomagnets</article-title>. <source>J&#x20;Nanophoton</source> (<year>2007</year>) <volume>1</volume>:<fpage>013502</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1117/1.2516174</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B54">
<label>54.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kirilyuk</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kimel</surname>
<given-names>AV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rasing</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Ultrafast Optical Manipulation of Magnetic Order</article-title>. <source>Rev Mod Phys</source> (<year>2010</year>) <volume>82</volume>:<fpage>2731</fpage>&#x2013;<lpage>84</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/RevModPhys.82.2731</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B55">
<label>55.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kanno</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ono</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kono</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Laser-Polarization Effects on Coherent Vibronic Excitation of Molecules with Quasi-Degenerate Electronic States</article-title>. <source>J&#x20;Phys Chem A</source> (<year>2012</year>) <volume>116</volume>:<fpage>11260</fpage>&#x2013;<lpage>72</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/jp305284w</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B56">
<label>56.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bandrauk</surname>
<given-names>AD</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gordon</surname>
<given-names>RJ</given-names>
</name>
</person-group> <source>Laser Control and Manipulation of Molecules</source>. <publisher-loc>Washington, DC</publisher-loc>: <publisher-name>American Chemical Society</publisher-name> (<year>2002</year>). p. <fpage>821</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/bk-2002-0821.fw001</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B57">
<label>57.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gordon</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>LC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Seideman</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Coherent Control of Chemical Reactions</article-title>. <source>Acc Chem Res</source> (<year>1999</year>) <volume>12</volume>:<fpage>1007</fpage>&#x2013;<lpage>16</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/ar970119l</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B58">
<label>58.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Krause</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Klamroth</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Saalfrank</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Time-dependent Configuration-Interaction Calculations of Laser-Pulse-Driven Many-electron Dynamics: Controlled Dipole Switching in Lithium Cyanide</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>2005</year>) <volume>123</volume>:<fpage>074105</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.1999636</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B59">
<label>59.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Botina</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rabitz</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Rapidly Convergent Iteration Methods for Quantum Optimal Control of Population</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>1998</year>) <volume>108</volume>:<fpage>1953</fpage>&#x2013;<lpage>63</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.475576</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B60">
<label>60.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rabitz</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>A Rapid Monotonically Convergent Iteration Algorithm for Quantum Optimal Control over the Expectation Value of a Positive Definite Operator</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>1998</year>) <volume>109</volume>:<fpage>385</fpage>&#x2013;<lpage>91</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.476575</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B61">
<label>61.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ohtsuki</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rabitz</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Monotonically Convergent Algorithm for Quantum Optimal Control with Dissipation</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>1999</year>) <volume>110</volume>:<fpage>9825</fpage>&#x2013;<lpage>32</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.478036</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B62">
<label>62.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ferguson</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Reeves</surname>
<given-names>LW</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schneider</surname>
<given-names>WG</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>VAPOR ABSORPTION SPECTRA AND OSCILLATOR STRENGTHS OF NAPHTHALENE, ANTHRACENE, AND PYRENE</article-title>. <source>Can J&#x20;Chem</source> (<year>1957</year>) <volume>35</volume>:<fpage>1117</fpage>&#x2013;<lpage>36</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1139/v57-152</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B63">
<label>63.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rodriguez</surname>
<given-names>JJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mukamel</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Probing Ring Currents in Mg-Porphyrins by Pump-Probe Spectroscopy</article-title>. <source>J&#x20;Phys Chem A</source> (<year>2012</year>) <volume>116</volume>:<fpage>11095</fpage>&#x2013;<lpage>100</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/jp3035874</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B64">
<label>64.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>K-J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shu</surname>
<given-names>C-C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dong</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bandrauk</surname>
<given-names>AD</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Attosecond Dynamics of Molecular Electronic Ring Currents</article-title>. <source>J&#x20;Phys Chem Lett</source> (<year>2017</year>) <volume>8</volume>:<fpage>2229</fpage>&#x2013;<lpage>35</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/acs.jpclett.7b00877</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B65">
<label>65.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rugar</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Budakian</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mamin</surname>
<given-names>HJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chui</surname>
<given-names>BW</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Single Spin Detection by Magnetic Resonance Force Microscopy</article-title>. <source>Nature</source> (<year>2004</year>) <volume>430</volume>:<fpage>329</fpage>&#x2013;<lpage>32</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature02658</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B66">
<label>66.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Repp</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Meyer</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stojkovi&#x107;</surname>
<given-names>SM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gourdon</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Joachim</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Molecules on Insulating Films: Scanning-Tunneling Microscopy Imaging of Individual Molecular Orbitals</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2005</year>) <volume>94</volume>:<fpage>026803</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.94.026803</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B67">
<label>67.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sloan</surname>
<given-names>PA</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Time-resolved Scanning Tunnelling Microscopy for Molecular Science</article-title>. <source>J&#x20;Phys Condens Matter</source> (<year>2010</year>) <volume>22</volume>:<fpage>264001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0953-8984/22/26/264001</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B68">
<label>68.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yamaki</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Teranishi</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nakamura</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>SH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>The Generation of Stationary &#x3c0;-electron Rotations in Chiral Aromatic Ring Molecules Possessing Non-degenerate Excited States</article-title>. <source>Phys Chem Chem Phys</source> (<year>2016</year>) <volume>18</volume>:<fpage>1570</fpage>&#x2013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1039/C5CP05467B</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B69">
<label>69.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mineo</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>SH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Vibrational Effects on UV/Vis Laser-Driven &#x3c0;-electron Ring Currents in Aromatic Ring Molecules</article-title>. <source>Chem Phys</source> (<year>2014</year>) <volume>442</volume>:<fpage>103</fpage>&#x2013;<lpage>10</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chemphys.2014.02.011</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B70">
<label>70.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mineo</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Phan</surname>
<given-names>N-L</given-names>
</name>
<name>
<surname>La</surname>
<given-names>D-K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Theoretical Study of Dynamic Stark-Induced &#x3c0;-Electron Rotations in Low-Symmetry Aromatic Ring Molecules Beyond the Frozen Nuclear Approximation</article-title>. <source>J&#x20;Phys Chem A</source> (<year>2021</year>) <volume>125</volume>:<fpage>1476</fpage>&#x2013;<lpage>89</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/acs.jpca.0c10216</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B71">
<label>71.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mineo</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kim</surname>
<given-names>G-S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>SH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Dynamic Stark-Induced Coherent &#x3c0;-Electron Rotations in a Chiral Aromatic Ring Molecule: Application to Phenylalanine</article-title>. <source>J&#x20;Phys Chem A</source> (<year>2019</year>) <volume>123</volume>:<fpage>6399</fpage>&#x2013;<lpage>410</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/acs.jpca.9b03083</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B72">
<label>72.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mineo</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kim</surname>
<given-names>G-S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>SH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Quantum Design for Ultrafast Probing of Molecular Chirality through Enantiomer-specific Coherent &#x3c0;-Electron Angular Momentum</article-title>. <source>J&#x20;Phys Chem Lett</source> (<year>2018</year>) <volume>9</volume>:<fpage>5521</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/acs.jpclett.8b02137</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B73">
<label>73.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mineo</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kanno</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kono</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chao</surname>
<given-names>SD</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>SH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Ultrafast Coherent Dynamics of Nonadiabatically Coupled Quasi-Degenerate Excited States in Molecules: Population and Vibrational Coherence Transfers</article-title>. <source>Chem Phys</source> (<year>2012</year>) <volume>392</volume>:<fpage>136</fpage>&#x2013;<lpage>42</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chemphys.2011.11.004</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B74">
<label>74.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Barron</surname>
<given-names>LD</given-names>
</name>
</person-group> <source>Molecular Light Scattering and Optical Activity</source>. <publisher-loc>Cambridge, UK</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name> (<year>1982</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B75">
<label>75.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="editor">
<name>
<surname>Hicks</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
</person-group>, eds. <source>Chirality: Physical Chemistry</source>. <publisher-loc>Washington, DC</publisher-loc>; <publisher-name>American Chemical Society</publisher-name>, (<year>2002</year>) <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>16</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B76">
<label>76.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Nakamura</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group> <source>Nonadiabatic Transition Concept, Basic Theories and Applications, Chapter 10. Multi-Dimensional Problems</source>. <publisher-loc>Singapore</publisher-loc>: <publisher-name>World Scientific</publisher-name> (<year>2012</year>) <fpage>212</fpage>&#x2013;<lpage>44</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B77">
<label>77.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>de Vivie-Riedle</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hofmann</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Nonadiabatic Quantum Dynamics and Control Strategies</article-title>. In: <person-group person-group-type="editor">
<name>
<surname>Domcke</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yarkony</surname>
<given-names>DR</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ko&#x308;ppel</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>, eds. <source>Conical Intersections, Electronic Structure, Dynamics &#x26; Spectroscopy</source>. <publisher-loc>New Jersey</publisher-loc>: <publisher-name>World Scientific</publisher-name>, (<year>2004</year>) <fpage>803</fpage>&#x2013;<lpage>27</lpage>. </citation>
</ref>
</ref-list>
<app-group>
<app id="app1">
<title>Appendix</title>
</app>
<app id="app2">
<title>A Brief derivation of target operators, calculated using the coupled equations for the ring current localization (<xref ref-type="disp-formula" rid="e19a">Eq.&#x20;19</xref>).</title>
<p>In general, the Lagrange function <inline-formula id="inf321">
<mml:math id="m371">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> consists of &#x201c;the function to be maximized or minimized&#x201d; and &#x201c;all related constraint conditions of the system,&#x201d; For the localization of the &#x3c0;-electron ring current, <inline-formula id="inf322">
<mml:math id="m372">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in PAHs, <inline-formula id="inf323">
<mml:math id="m373">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be rewritten as<disp-formula id="eA2">
<mml:math id="m374">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A1)</label>
</disp-formula>Where the first term <inline-formula id="inf324">
<mml:math id="m375">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the target ring current to be maximized, while the other terms with Lagrange multiplier <inline-formula id="inf325">
<mml:math id="m376">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf326">
<mml:math id="m377">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, are irrelevant to the localization under the constraint conditions, such that <inline-formula id="inf327">
<mml:math id="m378">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf328">
<mml:math id="m379">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which indicates the number conservation of the &#x3c0;-electrons associated with the ring current.</p>
<p>The partial derivatives of <xref ref-type="disp-formula" rid="e19a">Eq. 19</xref> with respect to <inline-formula id="inf329">
<mml:math id="m380">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf330">
<mml:math id="m381">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf331">
<mml:math id="m382">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are then<disp-formula id="eA3">
<mml:math id="m383">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A2a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="eA4">
<mml:math id="m384">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A2b)</label>
</disp-formula>And<disp-formula id="eA5">
<mml:math id="m385">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A2c)</label>
</disp-formula>Respectively, where <inline-formula id="inf332">
<mml:math id="m386">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>(i.e.,<inline-formula id="inf333">
<mml:math id="m387">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>and <inline-formula id="inf334">
<mml:math id="m388">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) can be rewritten in terms of <inline-formula id="inf335">
<mml:math id="m389">
<mml:mrow>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf336">
<mml:math id="m390">
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as<disp-formula id="eA6">
<mml:math id="m391">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A3)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>By substituting the partial derivatives of <inline-formula id="inf337">
<mml:math id="m392">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eA3">Eq. (A3)</xref>, with respect to <inline-formula id="inf338">
<mml:math id="m393">
<mml:mrow>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf339">
<mml:math id="m394">
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eA3">Eq. (A2a)</xref>, we obtain 2<italic>n</italic>&#x2b;<italic>m</italic> coupled equations with 2<italic>n</italic>&#x2b;<italic>m</italic> variables as<disp-formula id="eA7">
<mml:math id="m395">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(A4a)</label>
</disp-formula>And<disp-formula id="eA8">
<mml:math id="m396">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A4b)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="eA3">Equations (A2b)</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="eA5">(A2c)</xref> can be expressed as<disp-formula id="eA9">
<mml:math id="m397">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A4c)</label>
</disp-formula>And<disp-formula id="eA10">
<mml:math id="m398">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A4d)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="eA4">Equation (A4)</xref> contains the final equations, which are the same as those in <xref ref-type="disp-formula" rid="e19a">Eq.&#x20;19</xref>.</p>
</app>
<app id="app3">
<title>B Brief derivation of target operators, calculated using the coupled equations for the perimeter ring current (<xref ref-type="disp-formula" rid="e20a">Eq.&#x20;20</xref>).</title>
<p>Similar to the ring current localization, the Lagrange functional for the perimeter ring current is given as<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="m399">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(B1)</label>
</disp-formula>Where <inline-formula id="inf340">
<mml:math id="m400">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the perimeter ring current (<xref ref-type="disp-formula" rid="e20a">Eq. 20a</xref>) to be maximized, and <inline-formula id="inf341">
<mml:math id="m401">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the bridge bond currents (<italic>see</italic> <xref ref-type="disp-formula" rid="e20b">Eq. 20b</xref>), which should be zero at the target time <italic>t</italic>&#x20;&#x3d; <italic>T</italic>, <inline-formula id="inf342">
<mml:math id="m402">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> where <inline-formula id="inf343">
<mml:math id="m403">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The last term indicates the normalization condition for the total target wave function <inline-formula id="inf344">
<mml:math id="m404">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>In the same manner as the ring current is localized to a designated ring, the coupled equations for the perimeter ring current are obtained by taking partial derivatives of the Lagrange functional <inline-formula id="inf345">
<mml:math id="m405">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (Eq. (B1)) with respect to <inline-formula id="inf346">
<mml:math id="m406">
<mml:mrow>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf347">
<mml:math id="m407">
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf348">
<mml:math id="m408">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The coupled equations for the perimeter ring current can then be expressed as<disp-formula id="eB2">
<mml:math id="m409">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msubsup>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(B2a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="eB3">
<mml:math id="m410">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msubsup>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(B2b)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="eB4">
<mml:math id="m411">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(B2c)</label>
</disp-formula>And<disp-formula id="eB2d">
<mml:math id="m412">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Re</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(B2d)</label>
</disp-formula>
</p>
</app>
<app id="app4">
<title>C Calculated results of time-dependent coefficients <inline-formula id="inf354">
<mml:math id="m424">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">Eq.&#x20;31</xref>.</title>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e32">Equation 32</xref> can be rewritten in the rotating approximation (RWA) as<disp-formula id="eC1">
<mml:math id="m413">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>02</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(C1a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="eC2">
<mml:math id="m414">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(C1b)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="eC3">
<mml:math id="m415">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>02</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(C1c)</label>
</disp-formula>Where <inline-formula id="inf349">
<mml:math id="m416">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the laser relative phase between the two lasers. Note that the laser phases <inline-formula id="inf350">
<mml:math id="m417">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf351">
<mml:math id="m418">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are transferred to the electronic states.</p>
<p>The coupled differential equations in Eq. (B1) are analytically solved under the two conditions described by <xref ref-type="disp-formula" rid="e34a">Eqs. 34a</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e34b">34b</xref> by setting the initial condition: <inline-formula id="inf352">
<mml:math id="m419">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf353">
<mml:math id="m420">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>] such that<disp-formula id="eC4">
<mml:math id="m421">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(C2a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="eC5">
<mml:math id="m422">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(C2b)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="eC6">
<mml:math id="m423">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(C2c)</label>
</disp-formula>
</p>
</app>
</app-group>
</back>
</article>