Quantendynamik an neuartigen konischen Durchschneidungen

• Antragsteller: Dr. Foudhil Bouakline
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 324648380

Es ist heute allgemein anerkannt, dass konische Durchschneidungen(Conical Intersections, CIs) allgegenwärtig sind und eine Schlüsselrolle in der nicht-adiabatischen Quantendynamiken hratomiger Moleküle spielen. Diese Singularitäten kennzeichnen sich durch ultra-schnelle strahlungslose elektronische Übergänge aus, die von Bedeutung bei physikalisch-chemischen Prozessen wie Sehen, der Lichtstabilität der DNA, der Fotosynthese, und der Fotochemie atmosphärischer und interstellarer Moleküle sind. Demzufolge ist ihr Studium relevant für verschiedene Forschungsthemen in Physik, Chemie und sogar Biologie. Bis vor Kurzem lag der Schwerpunkt auf dem Studium von herkömmlichen CIs, die zwischen zwei elektronischen Zuständen im Zustandsraum der internen molekularen (Schwingungs-) Moden zu finden sind. Kürzlich jedoch konnte gezeigt werden, dass weitere CIs in molekularen Systemen existieren, so denn sie sowohl schnelle, als auch langsame Freiheitsgraden besitzen. Beispiele für solche neuartigen Singularitäten beinhalten Vibration-CIs für einen einzelnen elektronischen Zustand. Aber auch externe CIs in Folge externer statischer Felder oder resonanter Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und lichtinduzierte CIs in zweiatomigen Molekülen sind möglich. Aufbauend auf den zahlreichen Studien der letzten Jahre über herkömmliche CIs, werden wir im aktuellen Projekt die Quantendynamik an zwei neuartigen Singularitäten untersuchen: (i) laserinduzierte CIs und (ii) CIs zwischen komplexwertigen elektronischen Potenzialenergieflächen. Solche Strukturen wurden erst kürzlich postuliert und sind weitgehend unerforscht. Man kann erwarten, dass sie eine entscheidende Rolle bei der Kontrolle chemischer Reaktionen haben. Das erste und zentrale Ziel dieses Projektes ist die Herleitung einer Theorie für die neuartigen CIs in adiabatischer Darstellung, zusätzlich zur bekannten diabatischen Darstellung. Dies ist notwendig, um das Verständnis der nicht-adiabatischen Erscheinungen zu erweitern und um die Effekte von strahlungslosen Übergängen oder der Berry-Phase zu Herleitung ist auch notwendig für weitere Studien an CIs mit quanten-klassischen Methoden mittels On-the-fly-Dynamik. Die im ersten Schritt entwickelten Theorien und Modelle des Projektes sollen dann angewendet werden, um die Wechselwirkungsdynamik von Molekülen mit intensiven Laserfeldern, oder in einer Umgebung mit einem Bad aus harmonischen Oszillatoren zu erforschen. Im Besonderen werden wir diese neuartigen CIs als Werkzeug/Hilfsmittel benutzen für die Untersuchung (i) Effekt der Berry-Phase und der nicht-adiabatischen Erscheinungen, (ii) des Einflusses der Rotationsbewegung eines zentrosymmetrischen Moleküls auf die Elektronen- und Kerndynamik (Lokalisierungsproblem in der molekularen Quantenmechanik), (iii) der Möglichkeit einer Beschreibung für die simultane molekulare Ionisation und Dissoziation durch intensive Laserfelder und (iv) von dissipativerDynamik großer Moleküle.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen