Theoretische Chemie

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Unsere Hauptthemen in der Forschung sind die Quanten-Monte-Carlo-Methoden und die chemische Bindung. Quanten-Monte-Carlo, QMC, ist ein stochastisches Verfahren zur Lösung der Schrödingergleichung. Wir wenden QMC-Methoden vor allem auf die elektronische Schrödingergleichung an und berechnen Energiedifferenzen wie beispielsweise Reaktionsenergien, Aktivierungsbarrieren und die Abstände zwischen verschiedenen Zuständen einens Moleküls.

Das Diffusions-quanten-Monte-Carlo Verfahren, DMC, ist eine der genauesten Methoden für Elektronenstrukturrechnungen mit dem zusätzlichen Vorteil, dass das Verfahren massiv parallelen Computercode ermöglicht. Das ist eine besonders wichtige Eigenschaft weil die Computerhardware sich seit einiger Zeit und wahrscheinlich für ein weiteres Jahrzehnt in Richtung von Computersystemen mit sehr vielen Rechnerkernen entwickelt. QMC-Programme sind hoch effizient auf massiv-parallelen Architekturen mit vielen tausend Kernen.

Aufgrund der stochastischen Natur ermöglicht QMC die Konstruktion sehr genauer aber kompakter Wellenfunktionen. Durch die Analyse dieser kompakten Wellenfunktionen ergeben sich neue Wege um Einblick in die Natur der chemischen Bindung zu erhalten. Insbesondere können die Vielelektroneneigenschaften untersucht werden, die in den üblichen Orbitalnäherungen ignoriert werden, da Orbitale Einelektronenfunktionen sind.

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Unsere Gruppe entwickelt seit mehr als 10 Jahren ein eigenes QMC-Programm namens „amolqc“. Es zeichnet sich durch starke Multideterminanten- und Optimierungsfunktionalität aus.

 

A. Lüchow, Quantum Monte Carlo methods, Wiley Interdisciplinary Reviews, Comp. Mol. Sci., Vol. 1, 388-402, 2011, DOI: 10.1002/wcms.40

A. Lüchow, Maxima of |Ψ|2: A connection between quantum mechanics and Lewis structures, J. Comput. Chem., 35, 854 – 864, 2014, DOI: 10.1002/jcc.23561