Un grupo de investigadores de la Universidad Estatal de Michigan que se especializa en cálculos cuánticos ha propuesto un enfoque computacional radicalmente nuevo para resolver la compleja ecuación de Schrödinger de muchas partículas, que es la clave para explicar el movimiento de los electrones en los átomos y las moléculas.
Al comprender los detalles de este movimiento, se puede determinar la cantidad de energía necesaria para transformar los reactivos en productos en una reacción química, o el color de la luz absorbida por una molécula, y finalmente acelerar el diseño de nuevos medicamentos y materiales, mejorcatalizadores y fuentes de energía más eficientes.
El trabajo, dirigido por Piotr Piecuch, profesor universitario distinguido en el Departamento de Química y profesor adjunto en el Departamento de Física y Astronomía en la Facultad de Ciencias Naturales, se publicó recientemente en Cartas de revisión física . También participan en el trabajo el estudiante de posgrado de cuarto año J. Emiliano Deustua y el asociado posdoctoral senior Jun Shen. El grupo proporciona detalles sobre una nueva forma de obtener energías electrónicas altamente precisas al fusionar el grupo acoplado determinista y el estocástico al azardeterminado Se acerca Quantum Monte Carlo.
"En lugar de insistir en una filosofía única al resolver la ecuación electrónica de Schrödinger, que históricamente ha sido determinista o estocástica, hemos elegido una tercera vía", dijo Piecuch. "Como señaló uno de los revisores, la esencia de esto esnotablemente simple: use el enfoque estocástico para determinar lo que es importante y el enfoque determinista para determinar lo importante, mientras corrige la información perdida por el muestreo estocástico ".
Resolver la ecuación de Schrödinger para la función de onda de muchos electrones ha sido un desafío clave en la química cuántica durante décadas. Cualquier otra cosa que no sea un problema de un electrón, como un átomo de hidrógeno, requiere recurrir a métodos numéricos, convertidos en sofisticados programas de computadora, como los desarrollados por Piecuch y su grupo. La principal dificultad ha sido la complejidad intrínseca del movimiento electrónico, que los químicos y físicos cuánticos llaman "correlación electrónica".
La nueva idea es utilizar los métodos estocásticos para identificar los componentes principales de la función de onda y los cálculos deterministas de agrupamiento acoplado, combinados con correcciones de energía adecuadas, para proporcionar la información que falta. La fusión de enfoques deterministas y estocásticos como método general deresolver la ecuación de Schrödinger de muchas partículas también puede afectar otras áreas, como la física nuclear.
"En el caso de los núcleos, en lugar de preocuparse por los electrones, uno usaría nuestro nuevo enfoque para resolver la ecuación de Schrödinger para protones y neutrones", dijo Piecuch. "Los problemas matemáticos y computacionales son similares. Al igual que los químicos quierenentender la estructura electrónica de una molécula, los físicos nucleares quieren desentrañar la estructura del núcleo atómico. Una vez más, resolver la ecuación de Schrödinger de muchas partículas es la clave ".
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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