View Project

Norwegian AI Directory

Hylleraas Centre for Quantum Molecular Sciences


Description:

Det investeres i dag milliarder i nye eksperimentelle fasiliteter. Disse vil gjøre det mulig å studere molekyler og materialer på en ny måte, med intense laser-pulser og annen bestråling. Denne utviklingen åpner store muligheter, men uten hjelp fra avanserte kvantemekaniske beregninger kan de nye eksperimentelle observasjoner lett mistolkes og nye fenomener kan forbli uoppdaget. Ved Hylleraas-senteret vil vi utvikle metoder som gjøre det å simulere komplekse molekylære systemer under bestråling og dermed bidra til en revolusjon i beregningsteknologi som kan matche den pågående revolusjon i eksperimentell kjemi, fysikk og biologi. Det er i dag lett å simulere små molekyler som vekselvirker med få fotoner i svake elektromagnetiske felt. Utfordringen er å utvide denne beskrivelsen til molekyler bestående av tusenvis eller kanskje millioner av atomer i sterk stråling. I slike systemer foregår mange ulike lokale og globale prosesser og fenomener samtidig og disse må beskrives på en balansert og nøyaktig måte, uten at beregningene blir for kostbare. For å oppnå dette vil nye kvantemekaniske multiskalametoder utvikles. Slik metoder brukes allerede i dag for å studere store systemer, men ikke for systemer i sterke felt og stråling. Disse metodene benyttes ikke kun til å beskrive nye eksperimentelle prosesser - de benyttes også til å studere molekyler i atmosfæren av hvite dverger, der ekstreme magnetfelt gjør at molekylene oppfører seg på en helt annen måte enn på jorden. Det viktigste er imidlertid anvendelsene av våre metoder til å studere kjemiske og biologiske prosesser på jorden - for eksempel kjemisk katalyse og cellemembraner i biologien. Nylig har forskere ved senteret studert Grignard-reaksjonen, en sentral prosess i kjemien der et metallorganisk reagens RMgX reagerer med aldehyder og ketoner i eterløsning og danner nye karbon-karbon-bindinger. Reaksjonen, som ble oppdaget av Victor Grignard i 1900, benyttes i produksjonen av mange viktige kjemikaler ? oppdagelsen av Grignard-reaksjonen er på mange måter starten på moderne syntetisk kjemi. Det er derfor bemerkelsesverdig at den detaljerte reaksjonsmekanismen har ikke var forstått før medlemmer av Hylleraas-senteret publiserte en artikkel om dette i 2020. Ved omfattende molekyldynamiske beregninger kombinert med svært nøyaktige kvantemekaniske beregninger kunne forfatterne av artikkelen identifisere de ulike former som RMgX inntar løsningen og bestemme hvordan hver av disse formene reagerer. En prinsipiell oppdagelse i dette arbeidet var den nøkkelrolle som løsningsmiddelet spiller i prosessen, ved å befordre rask utveksling av reaktive spesies for de ulike formene av RMgX. Forskere ved Hylleraas-senteret har nylig begynt å se på hvordan maskinlæring kan gjøre kvantekjemiske undersøkelser raskere. I slike undersøkelser gjennomfører man typisk et stort antall kvantemekaniske beregninger. Hver enkelt beregning er svært kostbare, spesielt hvis man ønsker høy nøyaktighet og hvis man studerer systemer bestående av mange atomer. Ved å anvende maskinlæring vil man kunne trekke mer informasjon ut av hver beregning og således kunne gjennomføre undersøkelsene raskere, uten tap av nøyaktighet. På denne måten vil man kunne studere kjemiske systemer og fenomener som tidligere ikke var innen rekkevidde.


Project leader: Trygve Ulf Helgaker

Started: 2017

Ends: 2027

Category: Universiteter

Sector: UoH-sektor

Budget: 146000000

Institution: UNIVERSITETET I OSLO

Address: