Kursplan för Kvantkemiska beräkningsmetoder för molekyler och material

Mål

Efter godkänd kurs ska studenten kunna

• reflektera över hur kvantkemiska beräkningar kan ge unik information och förståelse om egenskaper hos molekyler och material
• redogöra för de centrala delarna av kvantkemisk beräkningsmetodik för molekyler, med tonvikt på statisk och dynamisk elektronkorrelation
• redogöra för de centrala aspekterna av kvantkemisk beräkningsmetodik för fasta material, ytor och gränssnitt, med särskilt fokus på periodiska beräkningar
• tillämpa några av ovanstående metoder och modeller i praktiska kvantkemiska beräkningar och tolka erhållna resultat
• diskutera de viktigaste för- och nackdelarna med de metoder som diskuteras på kursen och ha förmåga att välja adekvat beräkningsmetod för specifik beräkningskemisk frågeställning
• redogöra för de grundläggande principerna för några metoder som kombinerar kvantmekanik och kraftfält (QM/MM) och som kan användas för stora system, både molekyler och fasta material
• diskutera huvudaspekterna av forskningsartiklar i tillämpad kvantkemi
• diskutera några av de viktiga aktuella problem- och frågeställningarna inom området kvantkemiska metoder och beräkningar
• redogöra för, och reflektera över, några aspekter av kvantkemins roll inom modern beräkningskemi och e-vetenskap, såsom multiskalmodellering och materialdesign.

Innehåll

Kursens tonvikt ligger på hur kvantkemiska beräkningar kan tillämpas på enskilda molekyler och på kondenserade system (fast fas, ytor, nanomaterial), t.ex. för energi- och miljötillämpningar och i katalys, liksom de teoretiska grunderna för detta. Elektronkorrelerade metoder liksom beräkning av elektronstruktur "från bindningar till band" är centrala. Kursen orienterar också om kvantkemi som en byggnadssten inom multiskal-modellering. Kursen inleds med en kort översikt av de kvantmekaniska postulaten, och några viktiga begrepp och beteckningar inom kvantmekaniken.

Följande begrepp diskuteras under kursen: Potentialenergiytor, elektroniska egenskaper. Hartree-Fock-teori (restricted och unrestricted) för molekyler, DFT-teori, öppna-skal-system, Slater-determinanter, statisk och dynamisk elektronkorrelation (CI, CC, CASSCF, MPn). Periodiska DFT-beräkningar för material, basset av plana vågor, DOS (density of electronic states), kvantkemiska modeller för beskrivning av omgivningseffekter. Icke-periodiska metoder för kondenserad materia. QM/MM-metodik. Beräkning och tolkning av molekyl- och materialegenskaper.

Undervisning

Föreläsningar, datorlaborationer, litteraturuppgift.

Examination

Skriftligt prov anordnas vid slutet av kursen och motsvarar 6 hp. Laborationer och litteraturprojekt med muntlig redovisningmotsvarar tillsammans 4 hp. Slutbetyget motsvarar en sammanvägning av resultaten av det skriftliga provet, laborationerna och litteraturuppgiften.