Aktuelle Forschungsinteressen:
Moleküle in starken Magnetfeldern
Je stärker das Magnetfeld, desto größer auch sein Einfluss auf die Chemie. In Hochfeldlabors können Felder zerstörungsfrei bis ca. 100 T generiert werden. Auf magnetischen Weißen Zwergen (WZs) hingegen kommen viel stärkere Magnetfelder bis zu ca. 100000 T vor. Hier entsteht eine ganz neuartige Chemie, die nur mittels quantenchemischer Untersuchungen zugänglich ist. Ein Beispiel ist der paramagnetische Bindungsmechanismus (siehe Lange et al., Science 337, 327 (2012)) über den sonst ungebundene angeregte elektronische Zustände bindend und zum Grundzustand des Moleküls werden können. Da sich die Elektronenstruktur im starken Magnetfeld so drastisch ändert, ändern sich auch die Spektren magnetischer WZs derart stark, dass deren Auswertung ohne theoretische Vorhersagen unmöglich ist.
Wir befassen uns mit der Entwicklung hochgenauer quantenchemischer Coupled-Cluster Methoden zur Beschreibung von Atomen und Molekülen in starken Magnetfeldern. Neben der Erforschung neuer chemischer Effekte wollen wir über die Generierung synthetischer Spektren zur Aufklärung der Zusammensetzung der Atmosphären magnetischer WZs beitragen.
Illustration von Camilla Kottum Elmar.
Presse: AIP Pressemitteilung, JGU Pressemitteilung
Untersuchung der Magnetfeld- sowie Stromdichteabhängigkeit des universellen Dichtefunktionals
In einer Kollaboration mit Prof. A. Teale in Nottingham untersuchen wir die Eigenschaften des universellen Dichtefunktionals mithilfe des Lieb Variationsprinzips. Diese Untersuchungen sollen die Weiterenwicklung bestehender und Generierung neuer Dichtefunktionale vorantreiben um deren Beschreibung von magnetischen Eigenschaften (z.B. NMR) zu verbessern.
Weitere/frühere Forschungsinteressen:
Methodenentwicklung in der relativistischen Quantenchemie
Entwicklung und Implementierung von:
- Direkter Störungstheorie zweiter Ordnung zur Berechnung relativistischer Korrekturen zu Dipolmomenten, Quadrupolmomenten und elektrischen Feldgradienten über Ableitungstheorie für Hartree-Fock sowie für korrelierte Methoden.
- Direkter Störungstheorie vierter Ordnung: Die Störungsentwicklung der Direkten Störungstheorie ist für Hartree-Fock Methoden konvergent. Für korrelierte Methoden zeigte sich nach der niedrigsten Ordnung aber Divergenz. Ähnliche Entwicklungen jedoch können zur Berechnung von störungstheoretischen Spin-Bahn Korrekturen in Kombination mit rigorosen skalarrelativistischen Methoden eingesetzt werden, was zu sehr genauen Ergebnissen führt.
Entwicklung und Implementierung relativistischer Ein- und Zweielektronenintegrale
Solche Integrale werden für die Berechnung von Energien und elektrischen Eigenschaften innerhalb der Direkten Störungstheorie als auch innerhalb anderer relativistischer Methoden benötigt. Die Implementierung basiert auf der McMurchie-Davidson Methode.
Anwendungen: Vorhersage von Hyperfeinparametern und Kernquadrupolmomenten
Vorhersage von Kernquadrupolmomenten über hochgenaue quantenchemische Rechnungen, die relativistische Effekte berücksichtigen.
Vorhersage von Hyperfeinparametern zur Aufklärung von Rotationsspektren in Kollaboration mit Prof. C. Puzzarini and Prof. G. Cazzoli in Bologna.