Kohärente Elektronen- und Kernflussdichten bei adiabatischen unimolekularen Prozessen von zweiatomigen Molekülen

• Antragsteller: Professor Dr. Jörn Manz; Dr. Jhon Fredy Pérez Torres
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258798244

Es ist intuitiv klar, dass Elektronen und Kerne bei adiabatischen unimolekularen Prozessen, z. B. bei chemischen Reaktionen, Schwingungen oder Dissoziationen im elektronischen Grundzustand, gemeinsam fließen. Experimentelle Fortschritte der Femto- und Attosekundenchemie fordern hier zur quantendynamischen Beschreibung der charakteristischen kohärenten Elektronen- und Kernflussdichten (EKFD) heraus. Seit der Einführung der zeitabhängigen Schrödingergleichung 1926 gab es auf diesem Gebiet allerdings bis vor Kurzem keine durchschlagenden Fortschritte. Das Haupthindernis dabei war die Born-Oppenheimer-Näherung (BOA), obwohl die BOA für die Quantenchemie und andere Gebiete der Quanten-Reaktionsdynamik ausgesprochen nützlich ist. Soeben gelang uns gemeinsam mit Prof. Dr. Dennis J. Diestler als US-amerikanischer Gastprofessor sowie mit Frau Prof. Beate Paulus (FU Berlin) ein Durchbruch zur Berechnung der EKFD für das aller-einfachste molekulare System, das ausgerichtete schwingende H2+-Ion. Die Ergebnisse wurden mit Hilfe zweier unabhängiger Methoden erhalten: Einer Spektralmethode, die die Wellenfunktion als Linearkombination der vibronischen Eigenfunktionen des vollen Hamiltonoperators ausdrückt, und der gemeinsam mit Prof. Diestler entwickelten 'scaled coupled channels' (SCCh) Methode, die die BOA-Wellenfunktion als Input in einem hierarchischen Verfahren ausnutzt. Die Spektralmethode liefert exakte EKFD, die als Referenz für die Qualität der'scaled coupled channels' Methode dienen. Beide Methoden stimmen exzellent für H2+ überein. Ziel des Projektes ist es, diesen Durchbruch auszubauen, und zwar für anspruchsvollere unimolekulare adiabatischer Prozesse und für linear ausgerichtete oder isotrop verteilte zweiatomige Systeme. Dazu zählen Schwingungs-'Revivals', Dissoziation und konkurrierende Prozesse (Dissoziation versus Schwingung) von H2+, von asymmetrischen Ein-Elektronensystemen z. B. HD+ und von symmetrischen und asymmetrischen Systemen mit einem Valenzelektron z. B. Na2+ oder LiH+; darauf aufbauend sollen analoge Prozesse in Zwei-Elektronensystemen wie H2 als Prototyp und in Systemen mit zwei (wie Na2 und LiH) oder mehr (wie F2) aktiven Valenzelektronen untersucht werden. Diese Beispiele werden zum ersten Mal den Einfluss der Elektron-Elektron-Abstoßung auf die EKFD zeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen