Vibrations – Forschungssoftware für die quantenchemische Berechnung von anharmonischen Schwingungsspektren

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Jacob
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation ; Softwaretechnik und Programmiersprachen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443177908

Die quantenchemische Berechnung von Schwingungsspektren und Schwingungsenergieniveaus ist in vielen Bereichen der Chemie von entscheidender Bedeutung. Beispiele sind die Interpretation von Infrarot- und Raman-Spektren, die Aufklärung von Strukturinformationen durch den Vergleich von gemessenen und berechneten Spektren, sowie die Berücksichtigung von Schwingungsbeiträgen in der Berechnung thermodynamischer Größen. Methoden für solche Berechnungen in der harmonischen Näherung sind in allen quantenchemischen Programmpaketen verfügbar, allerdings erfordern viele Anwendungen die Berücksichtigung anharmonischer Beiträge. Für solche anharmonischen Berechnungen von Schwingungsspektren sind aber aktuell nur wenige Programmpakete verfügbar. Aufgrund des höheren Rechenaufwandes und der großen methodischen Komplexität werden solche Berechnungen aktuell nur in wenigen, spezialisierten Arbeitsgruppen durchgeführt, obwohl es einen hohen Bedarf in allen Bereichen der Chemie gibt.Die in meiner Arbeitsgruppe entwickelte Forschungssoftware Vibrations hat das Potential, diese Lücke zu schließen. Sie bietet eine flexible Open-Source-Implementierung von Methoden der anharmonischen theoretischen Schwingungsspektroskopie, mit einer Schwerpunkt auf effizienten, auch für große Moleküle anwendbaren Näherungen. In diesem Projekt werden wir etablierte Best Practices der wissenschaftlichen Softwareentwicklung anwenden um die Qualität von Vibrations sicherzustellen und eine interne und externe Validierung der implementieren Methoden zu ermöglichen. Weiterhin werden wir Standards für die Archivierung von Forschungsdaten in der anharmonischen theoretischen Schwingungsspektroskopie etablieren, um so die Reproduzierbarkeit der Berechnungen sicherzustellen. Durch Maßnahmen zur Verbesserung der Benutzbarkeit der Forschungssoftware Vibrations möchten wir diese einem breiten Kreis von Anwendern aus theoretischen und experimentellen Arbeitsgruppen aus allen Bereichen der Chemie zugänglich machen. Schließlich soll Vibrations zu einer erweiterteren Entwicklungsplattform für die Erprobung neuer Methoden in der anharmonischen theoretischen Schwingungsspektroskopie ausgebaut werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen