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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

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Les forces faibles dans les grandes macromolécules

Des scientifiques financés par l'UE ont surmonté une limitation sévère de l'une des plus importantes méthodes de chimie quantique. Leur logiciel en accès libre conviendra pour de grands systèmes, comme les peptides.

Technologies industrielles

L'une des plus puissantes méthodes de chimie quantique dont disposent les scientifiques est la théorie de la fonctionnelle de densité. Elle associe une élégante simplicité et une liaison directe avec la densité électronique, une quantité accessible de manière expérimentale. Ceci lui permet de résoudre plus rapidement les problèmes, certains étant hors de portée des autres méthodes. Les scientifiques du projet BOOSTQUANTUMCHEM se sont intéressés au principal inconvénient de la théorie de la fonctionnelle de densité. Jusqu'ici, elle était incapable de décrire les forces de van der Waals, des interactions inter et intramoléculaires relativement faibles qui définissent les propriétés chimiques des composés. Elles résultent de corrélations quantiques dynamiques dans la polarisation fluctuante de particules voisines. La théorie de la fonctionnelle de densité est actuellement la seule applicable à des molécules de grande taille comme des peptides, des nanotubes et des couches de graphène. Cependant, elle ne tient pas correctement compte des interactions de van der Waals, en particulier de la dispersion de London qui est souvent un facteur déterminant de la stabilité de ces grosses molécules. Les scientifiques ont conçu une nouvelle méthode (BH-DFT-D) en ajoutant un facteur de correction d'énergie dérivé d'informations non locales via la théorie de perturbation intermoléculaire. La force de la méthode réside dans une solide base concrète, fondée sur des quantités calculées à partir des principes de base de la mécanique quantique. Dans sa forme finale, la méthode BH-DFT-D associe un logiciel commercial de chimie quantique avec le logiciel en accès libre conçu par les scientifiques du projet. Elle s'applique largement à de nombreux problèmes en catalyse, en physique, en médecine, en polymères, en biochimie et en science des matériaux. Les résultats du projet BOOSTQUANTUMCHEM seront très importants pour améliorer l'étude et la description des caractéristiques et du comportement de grosses macromolécules.

Mots‑clés

Grosses macromolécules, méthodes de chimie quantique, peptides, théorie de la fonctionnelle de densité, forces de van der Waals, nanotubes, couches de graphène, dispersion de London, théorie de la perturbation intermoléculaire, logiciel de chimie, science

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