Skip to main content
European Commission logo print header

Boosting the performance of Quantum Chemistry for nanocatalysts, biomolecules and graphene layers by solving the fundamental drawback of van der Waals interactions in Density Functional Theory

Article Category

Article available in the following languages:

Siły słabe w dużych makrocząsteczkach

Naukowcy korzystający z dofinansowania UE rozszerzyli jedną z najważniejszych obecnie używanych metod chemii kwantowej w celu przezwyciężenia istotnego ograniczenia. Stworzone otwarte oprogramowanie pozwoli uzyskać nowe spojrzenie na duże układy, na przykład peptydy.

Technologie przemysłowe icon Technologie przemysłowe

Jedną z najbardziej zaawansowanych metod chemii kwantowej dostępnych obecnie dla naukowców jest teoria funkcjonału gęstości (DFT). Jej elegancka prostota łączy się z dostępną do bezpośredniego pomiaru wielkością, jaką jest gęstość elektronowa. Połączenie to pozwala szybciej rozwiązywać problemy oraz zajmować się wyzwaniami niedostępnymi dla innych podejść. Naukowcy pracujący przy projekcie BOOSTQUANTUMCHEM zajęli się najważniejszym niedociągnięciem tej metody. Dotychczasowa teoria funkcjonału gęstości nie pozwalała zadowalająco opisać sił van der Waalsa — uśrednionych oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych, które mają kluczowe znaczenie dla charakteru chemicznego związków. Wynikają one z korelacji kwantowodynamicznych w podlegających fluktuacjom polaryzacjach pobliskich cząsteczek. Teoria funkcjonału gęstości to obecnie jedyna metoda dająca się stosować do układów o znacznej wielkości, w tym peptydów, nanorurek i warstw grafenu. Dotychczas nie uwzględniała ona jednak z dostateczną dokładnością interakcji van der Waalsa, a szczególnie dyspersji Londona dostarczającej często kluczowych informacji o stabilności takich układów. Naukowcy opracowali nową metodę BH-DFT-D, która rozszerza teorię funkcjonału gęstości o poprawkę energetyczną wyprowadzoną z informacji nielokalnych z wykorzystaniem teorii perturbacji międzycząsteczkowych. Wielką zaletą metody jest jej nieempiryczny charakter — wartości są wyliczane na podstawie fundamentalnych praw mechaniki kwantowej. Metoda BH-DFT-D łączy w swej ostatecznej postaci komercyjne oprogramowanie do chemii kwantowej z otwartym oprogramowaniem opracowanym przez uczestników projektu. Ma ona szerokie zastosowanie do zagadnień z zakresu chemii katalizy i polimerów, chemii fizycznej i medycznej, biochemii oraz materiałoznawstwa. Wyniki projektu BOOSTQUANTUMCHEM wniosą istotny wkład w sprawne badanie i precyzyjne opisywanie charakterystyk i zachowań dużych makrocząsteczek.

Słowa kluczowe

Duże makrocząsteczki, kwantowe metody chemiczne, peptydy, teoria funkcjonału gęstości, siły van der Waalsa, nanorurki, warstwy grafenu, dyspersja Londona, teoria perturbacji międzycząsteczkowych, oprogramowanie chemiczne, materiałoznawstwo

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania