Processi chimici al microscopio
Il progetto QDYNCI (Quantum dynamics at conical intersections) puntava a comprendere meglio come si svolgono le reazioni chimiche in caso di effetti quantistici nucleari, come l'energia residua allo zero o gli effetti non adiabatici. Per raggiungere questo obiettivo il progetto finanziato dall'UE si è concentrato su tre semplici processi bimolecolari. La reazione di scambio di idrogeno (H + H2) era un importante punto di interesse date le piccole dimensioni che consentono calcoli di alto livello e confronti diretti specifici con lo studio. Lo studio della reazione OH + H2 presentava una sfida computazionale che richiedeva calcoli avanzati, in particolare per ottenere probabilità di reazione stato-stato. I due sistemi presentano intersezioni coniche. Il terzo processo, la reazione H + CH4, è stato scelto come reazione bimolecolare poliatomica prototipica. I ricercatori di QDYNCI hanno studiato come poter indurre stati di risonanza se la funzione d'onda è temporaneamente intrappolata nel cono superiore dell'intersezione. Chiamate risonanze di Slonczewski, avvengono in diverse reazioni chimiche. La sfida era scoprire le condizioni con cui si formano. I membri dell'equipe hanno ipotizzato che intrappolando il sistema in questo stato si potrebbero potenziare determinati pathway di reazione e generare interferenze quantiche per favorire particolari risultati di una reazione chimica. Lo studio delle reazioni chimiche ha alcuni grandi svantaggi. Uno è la crescita esponenziale del calcolo in base alla dimensionalità. Un altro è legato alla precisione e alla disponibilità di superfici di energia potenziale (PES). Per quanto riguarda il primo, i ricercatori hanno assunto un nuovo approccio alla dinamica molecolare per calcolare i tassi di reazione. Per superare il secondo ostacolo, i partner del progetto QDYNCI hanno ideato una semplice soluzione basata su PES ibride. È possibile collegare due superfici con funzioni di switching polinomiale, mentre il passaggio da una descrizione all'altra avviene in base alla regione di confidenza. La combinazione di entrambi i livelli di calcolo è un mezzo efficiente per migliorare la qualità della descrizione. I risultati di QDYNCI hanno potenziato i mezzi con cui i ricercatori possono comprendere meglio i meccanismi in gioco in processi chimici selezionati.
