Project Details
Projekt
One- to four-component correlated relativistic electronic structure methods based on density matrix renormalization group techniques
Applicant
Professor Dr. Markus Reiher
Subject Area
Theoretical Chemistry: Electronic Structure, Dynamics, Simulation
Term
from 2003 to 2009
Project identifier
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5412531
Relativistic ab initio methods for molecular systems, which take the correlation of electrons into account (such as the standard configuration interaction or coupled cluster models), have become available during the last decade. It has soon been realized that these highly accurate relativistic methods are extremely computer resource demanding and are presently only applicable for molecules consisting of not more than two heavy atoms. From a different field, namely theoretical solid state physics, a new correlation technique, which is called the Density Matrix Renormalization Group (DMRG) algorithm, was established. It is based on an iterative renormalization of the Hilbert space describing the system under consideration. Only in recent years this technique has been applied to light 'non-relativistic' diatomics. It is planned to extend and improve on these results in order to tackle a large number of active electrons and orbitals as they occur in 'relativistic' molecules. The first step shall be undertaken in a one-component framework as defined by the Douglas-Kroll (DK) approach. In the second step the standard DK frame is extended to include spin-orbit coupling (to higher orders) in combination with DMRG: it is planned to set up an efficient two-component method, which can challenge four-component theories. But also four-component methods shall be tested in (a third step) in combination with the DMRG algorithm. Relativistische ab-initio-Methoden für molekulare Systeme, die Elektronenkorrelationseffekte berücksichtigen (z.B. im Rahmen von Konfigurationswechselwirkungs- oder Coupled-Cluster-Verfahren), wurden im letzten Jahrzehnt intensiv entwickelt. Es stellte sich schnell heraus, dass diese hoch-korrelierten relativistischen Methoden sehr viel an Computerresourcen (Rechenzeit und Speicherplatz) benötigen und daher zur Zeit nur auf sehr kleine Moleküle anwendbar sind, die nicht mehr als zwei Schweratome enthalten. In der theoretischen Festkörperphysik, wurde unterdessen eine völlig neuartige Korrelationsmethode entwickelt, die Density-Matrix-Renormalization-Group-(DMRG)Technik genannt wird. Sie basiert auf einer iterativen Renormierung des Hilbert-Raums, der das zu untersuchende System beschreibt. Erst kürzlich wurde diese Technik auch in der (nicht-relativistischen) Quantenchemie eingesetzt. Es ist geplant, auf diesen Ergebnissen aufzubauen, um so das Korrelationsproblem, das sich in der grossen Zahl an aktiven Elektronen und aktiven Orbitalen manifestiert, für `relativistische' Moleküle zu bearbeiten. Der erste Schritt soll dabei im Rahmen der ein-komponentigen Douglas-Kroll-(DK)-Theorie erfolgen. In einem zweiten Schritt soll dann der Rahmen der Standard-DKTransformation um die Spin-Bahn-Kopplung innerhalb des DMRG-Algorithmus erweitert werden. Es ist geplant, eine effiziente zwei-komponentige Methode zu implementieren, die die Genauigkeit vier-komponentiger Methoden erreichen kann. Danach sollen dann auch vier-komponentige Methoden im Rahmen des DMRG-Ansatzes getestet werden.
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