Exploring the ultrafast excited-state dynamics of transition metal complexes with ab-inito multiple spawning

Preiß, Julia GND

Seit ihrer Entstehung im letzten Jahrhundert hat sich die Quantenchemie weitverbreitet, mit der bereits routinemäßig eine Vielzahl von Spektren berechnet werden können. Im Gegensatz dazu ist die Modellierung von ultraschnellen photochemischen Prozessen heute noch sehr anspruchsvoll und limitiert auf kleine und mittelgroße Moleküle. Die stetig steigende Computerleistung ermöglicht nun die Berechnung großer Übergangsmetallkomplexe. Aufgrund ihrer hohen Anzahl an elektronischen Zuständen und Atomen bergen diese jedoch einige Herausforderungen für die quantenmechanischen Methoden zur Modellierung von ultraschnellen Prozessen. Daher ist es Ziel dieser Arbeit Methoden zu identifizieren, mit denen diese Herausforderungen bewältigt werden können. Dafür wurde zunächst die Methode ab-initio multiple spawning (AIMS) zur Berechnung der Atomkerndynamik basierend auf einem Vergleich von zwei vielversprechenden Methoden ausgesucht. Anschließend wurde die zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie (TDDFT) für die Beschreibung der elektronischen Struktur ausgewählt, da diese Methode einen guten Kompromiss zwischen Genauigkeit und Rechenaufwand ermöglicht. Dabei wurden anhand des Beispielkomplexes Eisenpentacarbonyl auch die Grenzen der Methode aufgezeigt. Mit den ausgewählten Methoden wurden 500 fs der Dynamik eines Übergangsmetallkomplexes mit mehr als 100 Atomen simuliert, was die bisher größte AIMS Berechnung für einen Übergangsmetallkomplex darstellt. Durch einen Vergleich mit experimentellen Ergebnissen konnte die Simulation validiert werden und weitere Erkenntnisse über den Reaktionsmechanismus des Komplexes konnten gewonnen werden. Außerdem wurde die Dynamik der angeregten Zustände eines experimentell bisher kaum untersuchten Übergangsmetallkomplexes vorhergesagt, um das Potential der hier ausgewählten Methoden aufzuzeigen. Zusammenfassend wurde damit gezeigt, dass die Kombination von AIMS und TDDFT eine effiziente Berechnung der Dynamik von Übergangsmetallkomplexen ermöglicht.

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Preiß, Julia: Exploring the ultrafast excited-state dynamics of transition metal complexes with ab-inito multiple spawning. Jena 2019.

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