Von den Grundgleichungen zu Schwingungszirkulardichroismus und Elektronischen Strömen

• Antragsteller: Dr. Sascha Jähnigen
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451539523

Schwingungszirkulardichroismus (engl. vibrational circular dichroism; VCD) ist eine aufstrebende spektroskopische Technik mit einem immer größer werdenden Anwendungshorizont sowohl im universitären als auch im industriellen Bereich. VCD beschreibt die Differenz der Absorptionen von links- und rechts-zirkular polarisiertem Licht und kann als "chirale IR-Spektroskopie" betrachtet werden. Es ist ein unverzichtbares Werkzeug in der Bestimmung von absoluten Konfigurationen, indem gemessene Spektren mit den strukturellen Informationen theoretischer Rechnungen verglichen werden. Allerdings ist VCD hochsensitiv auf supramolekulare Effekte rund um das chirale Zentrum, sei es durch die Lösungsmittelabhängigkeit von Spektren in flüssiger Phase oder der Einfluss von chiralen Packungseffekten im Kristall. Ein entscheidender Punkt ist die Verfügbarkeit von effektiven theoretischen Modellen, die für die Interpretation der experimentellen Ergebnisse konsultiert werden. Viele VCD-Anwendungen kommen nicht zum Tragen durch den Mangel an geeigneten theoretischen Modellen. Die vergangenen Jahre sahen eine stetig wachsende Vielfalt an theoretischen Methoden, gefördert durch steigende Verfügbarkeit an Rechenkapazitäten. Innovative Ansätze erlauben realistische Simulationen als "virtuelle Experimente". Dieses Projekt hat sich zum Ziel gesetzt, richtungsweisende Innovationen der Computerchemie voranzubringen, indem es ab initio Molekulardynamik (AIMD) und den NVPT-Formalismus (engl. Nuclear Velocity Perturbation Theory) kombiniert. Das theoretische Gerüst der NVPT wurde erst kürzlich in den CPMD-Code implementiert und wartet auf zahlreiche Anwendungen. AIMD+NVPT stellt eine attraktive Methode zur Berechnung von VCD-Spektren dar, da es auf einem genauen Sampling von anharmonischen freien Energien beruht; die vorangegangenen Arbeiten haben bereits die Bedeutung dieser Methode unterstrichen. Dieses Projekt wird an diesem Erfolg anknüpfen. Allerdings gibt es noch viel mehr Anwendungen in der Spektroskopie, aber auch in der organischen Chemie, sowie fundamentaler in der Quantenchemie, was die wichtige zweite Säule der vorgestellten Forschungsidee bildet. Letztere zielt auch auf eine Diversifizierung des Profils des Forschers ab, wobei es von Netzwerk und Expertise des aufnehmenden Wissenschaftlers profitiert in einem Institut, das zu den weltweit führenden in Quantenphysik und Computerchemie zählt. Um die theoretischen Ergebnisse in ein breites Publikum auf sehr anschauliche Weise zu kommunizieren, setzt dieses Projekt einen besonderen Fokus auf die Entwicklung von anschaulichen und lehrreichen Wegen der Visualisierung und auf die Verbesserung der Bedienfreundlichkeit aller Techniken mit Hilfe eines umfassenden Python-Paketes.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Gastgeber: Professor Dr. Rodolphe Vuilleumier