Opis:
Atom lub cząsteczka mogą znajdować się w nietrwałym stanie kwantowym, który rozpada się poprzez spontaniczna emisje elektronu. Takie stany struktury elektronowej nazywamy rezonansami. Stany rezonansowe można wytworzyć w zderzeniach cząsteczki z elektronem o odpowiedniej energii lub poprzez absorpcje wysokoenergetycznego fotonu. Rezonanse elektronowe są dosyć powszechne w naturze i odgrywają ważną role w wielorakich zjawiskach z zakresu fizyki, biologii czy chemii. Przykładowo, stany rezonansowe przyczyniają
się do rozpadu cząsteczek o znaczeniu biologicznym (takich jak DNA czy RNA) powodowanym oddziaływaniem z elektronami, uszkodzenia tkanek w procesie radioterapii, czy tworzenia molekuł w przestrzeni międzygwiezdnej. Szczególnie łatwo stany rezonansowe powstają w środowiskach wysokoenergetycznych takich jak plazma czy gdy cząsteczki poddane są działaniu intensywnego promieniowania laserowego. Teoretyczny opis stanów rezonansowych jest niezwykle wymagający nawet w przypadku atomów czy małych cząsteczek. Wynika to z faktu ze stany te maja formalnie charakter rozproszeniowy a nie związany. Wciąż nie dysponujemy metodami obliczeniowymi, które pozwalałyby na przewidywanie własności stanów
rezonansowych w atomach i cząsteczkach z taka dokładnością jak to ma miejsce obecnie dla typowych elektronowych stanów związanych. Głównym celem proponowanych badan jest rozwiniecie nowych metod obliczeniowych, które ułatwia modelowanie własności stanów rezonansowych w małych i średniej wielkości cząsteczkach. Chcemy szczególnie skupić się na wytworzeniu narzędzi, które pozwolą na efektywne obliczanie zespolonych powierzchni energii potencjalnej, tj. własności, które pokazują jak zmienia się energia i czas życia danego stanu rezonansowego w funkcji geometrii cząsteczki. Te wielowymiarowe zespolone powierzchnie energii potencjalnej stanowią niezbędny wkład do obliczeń dynamiki chemicznej czy mierzalnych wielkości fizycznych takich jak stałe reakcji czy przekroje czynne. Podejście które proponujemy jest oparte na połączeniu projekcji Feshbacha z metoda równań ruchu sprzężonych klasterów (EOM-CC). Projekcja Feshbacha jest procedura zaproponowana początkowo w latach 60-tych ubiegłego wieku do opisu reakcji jądrowych. Jej zastosowanie do problemów z zakresu struktury elektronowej jak dotychczas ograniczało się do bardzo małych układów takich jak atom helu czy cząsteczka wodoru. Z kolei metoda EOM-CC jest skutecznym narzędziem teorii struktury elektronowej pozwalającym na opis wielorakich stanów wzbudzonych w cząsteczkach z dużą i kontrolowana dokładnością. Oczekujemy, ze połączenie tych dwóch narzędzi teoretycznych pozwoli na stworzenie metody obliczeniowej o istotnie szerszym zastosowaniu i korzystniejszej wydajności numerycznej aniżeli istniejące obecnie algorytmy do
opisu rezonansowych stanów elektronowych. Jeden z kluczowych elementów proponowanych rozwiązań teoretycznych będzie dotyczył opisu swobodnego elektronu, który powstaje z rozpadu stanu rezonansowego. Planujemy zastosowanie specjalnej bazy funkcyjnej w celu rozwinięcia funkcji opisującej ruch swobodnego elektronu. W ten sposób będziemy w stanie uniknąć całkowania numerycznego, co przyczyni się do znacznego zwiększenia wydajności proponowanej metody. W drugiej części projektu planujemy zastosowanie wytworzonych narzędzi teoretycznych do badan nad dynamika procesów, które dotyczą stanów rezonansowych w różnych układach molekularnych. W tym celu, obliczymy zespolone powierzchnie energii potencjalnej, a następnie będziemy rozwiązywać niezależne od czasu równanie Schrödingera dla ruchu jader. Model ten zostanie zastosowany do badan nad zjawiskami takimi jak foto-fragmentacja indukowana promieniowaniami z zakresu XUV/X czy tez jonizacja Penninga. Oczekujemy, ze zaproponowane narzędzia będą cechować się wieloma korzyściami, m.in. (i) możliwość opisu różnych klas rezonansów (stanów wysoko wzbudzonych czy tez nietrwałych anionów), (ii) łatwy i uniwersalny protokół obliczeniowy, (iii) względnie niski koszt obliczeń, (iv) implementacja w ogólnodostępnym oprogramowaniu do obliczeń kwantowo-chemicznych. Dzięki temu proponowane badania umożliwia lepsze zrozumienie własności stanów rozproszeniowych w molekułach, a także przyczynia się do interpretacji nowych eksperymentów.
|
