Modellierung von Ein- und Zweiphotonen-Spektroskopie in Lösung mit der Coupled-Cluster-Methode CC2 in Kombination mit Kontinuums- und atomistischen Einbettungsmodellen

• Antragsteller: Professor Dr. Christof Hättig
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317213500

Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer effizienten und flexiblen Implementierung des Conductor-like screening models (COSMO) und des atomistischen polarisierbaren elektrostatischen Einbettungsmodels (PE) für die Coupled-Cluster-Methode CC2 und die verwandten Methoden ADC(2), CIS(Dinf) und CIS(D) einschließlich ihrer Spinkomponenten-skalierten SCS- und SOS-Varianten. Für die Implementierung soll ausgenutzt werden, dass beide Modelle spezielle Fälle einer selbstkonsistenten Reaktionsfeldmethode sind und im gleichen Ablaufschema dargestellt und in einer gemeinsamen Programmstruktur implementiert werden können. In beiden Modellen wird die Wechselwirkung zwischen den Elektronen und der Umgebung durch ein Reaktionsfeld- oder Einbettungspotential beschrieben, das ein Einelektronenoperator und ein Funktional der Elektronendichte des Quantumsystems ist. In beiden Fällen müssen die Änderungen des Einbettungspotentials bei einer Änderung der Elektronendichte des Quantensystems als Response auf ein äußeres elektromagnetisches Feld berücksichtigt werden. Für Kontinuumssolvationsmodelle, wie COSMO, wurde dies in Refs. [1, 2] beschrieben. Das atomistische Einbettungsmodell PE berücksichtigt diese Responsebeiträge bereits per Konstruktion in seiner ursprünglichen Formulierung [3].Die Einelektronenform des Einbettungspotentials und seine Abhängigkeit von der Dichte und ihrer Response auf äußere Felder bestimmen die Algorithmen und den Arbeitsfluss für die Berechnung der elektronischen Struktur im Einbettungspotential. Die Implementierung soll neben Grundzustands- und vertikalen elektronischen Anregungsenergien auch Intensitäten für Ein- und Zweiphotonen-UV-Übergänge auch Rotationsstärken für Ein- und Zweiphotonen-Zirkulardichroismus, Phosphoreszenzlebensdauern und Eigenschaften erster, zweiter und dritter Ordnung und Gradienten für den elektronischen Grund- und angeregte Zustände umfassen. Sie soll in die MPI- und OpenMP-parallelen Versionen des bestehenden CC2-Programmes integriert werden, um effizient Rechnungen auf Distributed- und Shared-Memory-Computersystemen durchführen zu können. Limitierungen von bereits bestehenden Programmteilen auf geschlossenschalige Hartree-Fock-Referenzfunktionen sollen entfernt werden.Zur Validierung beider Einbettungsmodelle soll ein Testsatz aus experimentellen und theoretischen Referenzdaten zusammengestellt werden und die Performance der COSMO- und PE-Einbettungsmodelle im Zusammenspiel mit den korrelierten Wellenfunktionsmethoden CC2, ADC(2), CIS(Dinf) und CIS(D) für implementierte Eigenschaften getestet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen