Nuevos métodos informáticos para estudiar el comportamiento de los electrones
Los híbridos globales, que constituyen los ejemplos más comunes de funcionales de IC que emplean el intercambio exacto, son los funcionales de la densidad más utilizados en química cuántica. A pesar de su utilidad, no pueden reproducir el intercambio exacto en las regiones sin correlación o con correlación despreciable. Estas regiones son el núcleo, las regiones de densidad electrónica y las de un solo electrón. Hasta ahora, el diseño de los funcionales de IC sin el ajuste empírico de sus parámetros ha sido un problema muy importante. En el marco del proyecto CFMLHA (Development of modern density functional methods: Combining the correlation factor model and the local hybrid approach), los científicos compensaron la falta de dichos funcionales mediante el diseño de nuevos funcionales de IC no empíricos que son una mejor opción que los híbridos globales. El trabajo se centró en el modelo del factor de correlación, que no ha sido objeto de mucho estudio hasta el momento. Para desarrollar los funcionales a partir de dicho modelo, el equipo de trabajo presentó fórmulas nuevas para el agujero de IC que se expresan como el producto de dos factores: el agujero de intercambio y el factor de correlación. El agujero de IC es una región del espacio que rodea a un electrón en la cual la probabilidad de encontrar otro electrón es casi nula. Para simplificar el modelo del factor de correlación, el mismo se basó en un agujero de intercambio modelo que reproduce la energía de intercambio exacta por electrón. Después, se multiplicó el agujero de intercambio modelo por un factor de correlación que incluye cinco parámetros. El equipo de trabajo diseñó cuatro modelos del factor de correlación. El modelo de IC y el factor de correlación se implementaron en Mathematica y en una versión modificada de Gaussian, una serie de programas de química cuántica comerciales. Se comparó el rendimiento de todos los modelos del factor de correlación con los funcionales utilizados habitualmente. Los resultados demostraron que los estudios con el factor de correlación son lo suficientemente adaptables como para construir funcionales basados en el intercambio exacto sin un desarrollo paralelo de los híbridos locales. CFMLHA demostró que existen nuevas alternativas para la construcción bajo el primer principio de funcionales de IC basados en el intercambio exacto completo. El diseño a base del primer principio es fundamental en la teoría de los funcionales de densidad. Se trata de un método que revolucionó la química informática. Los resultados del proyecto repercuten de forma importante en diferentes campos, incluyendo la bioquímica o química medicinal, física, farmacología, ciencia de los materiales y catálisis.