Theoretical probing of local and ultrafast phenomena using advanced light sources

I TheoLight prosjektet utvikles coupled-cluster-teori for bruk til å beskrive ultrahurtig koblet bevegelse av kjerner og elektroner i kjemiske systemer. Kjernedynamikk vil beskrives med ab-initio-metoder, der nøyaktigheten varieres i tid og kombineres med rare-event path-sampling-metoder. Vi vil ta initielle steg i utviklingen av svært nøyaktig elektron-dynamikk-metodologi basert på de tidsavhengige coupled-cluster-likningene. For lokale spektroskopiske metoder, vil vi bruke multi-skala-modellering for å muliggjøre nøyaktige beregninger på komplekse molekylære systemer, som biomolekyler, ikke-trivielle flater og solverte systemer. Spektroskopiske egenskaper for høy-nivå-metoder, presist knyttet til lav-nivå bølgefunksjonsmetoder, vil også utvikles. Vi vil bruke molekylmekanikk og kontinuum-modeller for å ta høyde for effekter fra omgivelsene. Så langt har vi gjort signifikante fremskritt i utviklingen av multilevel-metoder og den ikke-adiabatiske coupled cluster-modellen er også godt på vei. Vi har utført flere prosjekter med internasjonale samarbeidspartnere og vi forventere flere i den neste perioden. Vi har nylig fullført implementeringen av molekylære gradienter og ikke-adiabatiske koplingselementer, som er nødvendige for dynamikk-beregninger. Videre har multilevel-metodene blitt utvidet til CCSD/CC3 og vi bruker nå denne koden til beregning av NEXAFS-spektrum for amoniakk i vann. CC3-koden har blitt videre optimert og er nå den raskeste eksisterende implementeringen. Vi har også utviklet metoder for å eksplisitt ta hensyn til fotoner og deres interaksjon med molekyler. Dette har ført til flere publikasjoner i høyt anerkjente tidsskrifter.

-

In this project, we will enable and extend the applicability range of coupled cluster theory to the description of ultrafast and coupled nuclear-electron dynamics. Nuclear dynamics will be described at the ab initio level, and also a temporal multilevel aspect will be brought in by using rare event path sampling techniques. Further, we will take the intial steps in developing electron dynamics coupled cluster methods via time-dependent equations. For the local spectroscopic methods we will employ multiscale modelling to enable accurate calculations on more complex molecular systems such as biomolecules, non-trivial surfaces and solvated systems. Spectroscopic properties for high-level methods carefully connected to lower level wave function theories will be developed, and a coupling to molecular mechanics and continuum models will be employed to be able to account for environment effects.