Nichtadiabatische Übergänge, Spin-Bahn-Kopplung und präreaktive Komplexe in der Dynamik polyatomaren Reaktionen

• Antragsteller: Professor Dr. Uwe Manthe
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280121752

Das Projekt soll Beiträge zum grundlegenden Verständnis elementarer chemischer Reaktionsprozesse in polyatomaren Systemen liefern. Übergänge zwischen elektronischen Zuständen, die durch die Annäherung des Reaktionspartners induziert werden, sollen für Systeme, die aus mehr als drei oder vier Atomen bestehen, detailliert untersucht werden. Vibronische und Spin-Bahn-Kopplungseffekte werden hierzu explizit in Potentialmodellierung und Quantendynamiksimulationen berücksichtigt. Die präreaktive Komplexbildung und ihre Bedeutung für den Reaktionsablauf wird detailliert beschrieben. Als Beispiele werden intensiv experimentell und theoretisch untersuchte Prototypen, die Reaktionen von Methan mit Fluor und Chlor, untersucht.Atome wie Fluor oder Chlor besitzen entartete elektronische Zustände, die in Reaktionen mit Molekülen wie z. B. Methan zu komplexen vibronischen und Spin-Bahn-Kopplungseffekten im Eingangskanal führen. Existierende Dynamiksimulationen dieser Reaktionen konnten bisher nur die adiabatische Dynamik auf einer einzelnen (adiabatischen) Potentialfläche theoretisch beschreiben und vernachlässigten nichtadiabatische Übergange aufgrund von vibronischen und Spin-Bahn-Kopplungen. Dieses Projekt will die theoretische Beschreibung erweitern und die nicht-adiabatische Dynamik im Eingangskanal der Reaktionen untersuchen. Dazu werden die Simulationsrechnungen gekoppelte diabatische Potentialflächen, welche die vibronische und Spin-Bahn-Kopplung genau beschreiben, nutzen. Resonanzen aufgrund der präreaktiven Komplexbildung werden mittels voll-dimensionaler (12D) Wellenpaketdynamikrechnungen mit der multi-layer multi-configurational time-dependent Hartree-Methode untersucht und der Effekt nichtadiabatischer Übergänge auf den Reaktionsprozess wird mittels trajectory surface hopping-Rechnungen betrachtet. Die theoretischen Resultate werden mit aktuellen experimentellen Ergebnissen, die mittels Übergangszustands-Spektroskopie oder gekreuzten Molekularstrahl-Experimenten erhalten wurden, verglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen