Descrizione del progetto
Un approccio economicamente conveniente allo studio degli spettri vibrazionali dei cristalli molecolari
Lo studio computazionale delle fasi molecolari condensate risulta un problema notoriamente difficile. L’aumento del costo informatico associato alla modellizzazione degli stati eccitati è aggravato dalla necessità di sistemi di dimensioni maggiori in questi materiali. Il progetto VibMolCryst, finanziato dall’UE, utilizzerà l’approccio ibrido costituito da meccanica quantistica/meccanica molecolare (QM/MM) per studiare gli spettri vibrazionali e le proprietà dei cristalli molecolari. Il metodo combina rispettivamente la precisione e la velocità degli approcci QM e MM. Si prevede che questo metodo conveniente a livello informatico contribuisca all’interpretazione degli spettri terahertz a bassa frequenza, che sono ad esempio impiegati nel rilevamento di esplosivi. Per di più, potrebbe migliorare il livello di precisione delle stabilità termodinamiche calcolate, il che risulta fondamentale per lo sviluppo di farmaci.
Obiettivo
By this project, the routine calculation of anharmonic vibrational spectra and properties for practically relevant molecular crystals will be enabled via the usage of a quantum-mechanical (QM:QM) embedding approach. All monomers and relevant dimers are treated with a high-level method, while the fully periodic system is considered at a lower level. Highly accurate vibrational spectra can be obtained for small molecular systems with benchmark CCSD(T) utilizing second-order vibrational perturbation theory (VPT2) only with a computational cost prohibitive for routine applications involving larger systems. Therefore, the applicant will create a diverse benchmark set of monomers and molecular dimers covering a wide range of intermolecular interactions and subsequently benchmark the performance of various dispersion-inclusive density functional approximations (DFA) against CCSD(T) for vibrational properties calculated with VPT2, independent Morse oscillators, and the harmonic approximation. Next, the QM:QM embedding approach for molecular crystals will be extended from available gradients to the calculation of harmonic vibrational spectra, which will already enable the usage of hybrid DFAs at a cost comparable to the generalized-gradient approximation. Subsequently, VPT2 calculations for monomers and dimers will be incorporated in the embedding scheme and the accuracy of the so obtained anharmonic vibrational spectra will be assessed for a variety of molecular crystals using promising DFAs identified during the first stage of the project. This methodology will be computationally affordable for practically relevant molecular crystals and is expected to aid peak assignments and interpretation of low-frequency THz spectra—used for instance for the detection of explosives. This approach is also expected to increase the accuracy of calculated thermodynamical stabilities, which is critical for drug development since existing molecular crystal polymorphs are almost degenerate.
Campo scientifico
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Coordinatore
8010 Graz
Austria