Ralph Jaquet

Darstellung der Forschungstätigkeit

Wir beschäftigen uns hauptsächlich mit zwei Themenkreisen:

a) quantenchemische Probleme: Berechnung von Strukturen, Eigenschaften, Potentialflächen für kleinere und mittelgroße Moleküle oder einfache Stoßsysteme

und

b) Reaktionen und Spektroskopie: Dynamik der Kern- bzw. Atombewegung in Molekülen oder bei Stoßsystemen (Gasphase oder Festkörperoberfläche)

Mein Interesse gilt einerseits dem Verstehen des mikroskopischen Wechselspiels (d.h der Chemie und/oder der Physik) von Elektronen, Atomen und Molekülen, aber auch der Entwicklung neuer effektiver numerischer Verfahren (z.B. Verwendung der Methode finiter Elemente als Alternative zu konventionellen Basissatzverfahren) für die in a) und b) beschriebenen Problemstellungen. Die Güte der verwendeten ab initio Potentialflächen wird auch im Rahmen spektroskopischer Untersuchungen überprüft. Die dynamischen Untersuchungen werden mit zeitabhängigen bzw. zeitunabhängigen Methoden angegangen (close-coupling, R-Matrix, Hulthén-Kohn-Variationsprinzip, Wellenpaketmethode, etc.). Zur Zeit werden lauffähige Programme für die Beschreibung von reaktiven Prozessen in drei Dimensionen an den Beispielen H$$₃, H$$₃⁺, H$$₃^- und NeH$$₂⁺ getestet. Dabei soll in einigen Fällen die Dynamik auf gekoppelten Potentialflächen untersucht werden.

In Zusammenarbeit mit Kornelia Jaquet (Physiologische Chemie, Biochemie supramolekularer Systeme, Uni Bochum) wird Molecular Modelling zur Strukturuntersuchung an regulatorischen Proteinen benutzt.

Die Forschungsarbeiten werden gefördert von der DFG im Rahmen des Graduiertenkolleg ``Reaktivität und molekulare Ordnung'' in Siegen und des DFG-Schwerpunktprogramms ``Zeitabhängige Prozesse ...''.

Arbeitsgebiete (detailiert):

1) Reaktionsdynamik von chemischen Elementarprozessen:

Entwicklung von Methoden und Computerprogrammen zur Berechnung von Reaktionswahrscheinlichkeiten bei A+BC-Systemen, z.B. quantenmechanische Lösung der Schrödingergleichung mithilfe 1) eines selbst entwickelten Finite-Elemente-Programms im Rahmen des Hulthén-Kohn-Variationsprinzips (zeitunabhängig) und 2) eines in meiner Gruppe entwickelten Wellenpaket-Programms (zeitabhängig). Untersuchung von elastischen, inelastischen und reaktiven Prozessen. Benutzung von Modellpotentialen bzw. von selbst berechneten Potentialflächen. Untersuchung und Entwicklung neuer Konzepte innerhalb der Finite-Elemente-Methode (FEM) für Streuprobleme, Vergleich mit konventionellen Verfahren (z.B. quasiklassische Trajektorien, close-coupling, etc.). Untersuchung zeitabhängiger Problemstellungen mithilfe der Wellenpaketmethode, z.B. Dissoziation von Molekülen auf Festkörperoberflächen und Reaktionen bei Ionen-Molekül-Systemen.

(siehe Schriftenverzeichnis: 13,14,15,16,17,18,19,22,24,26,29,31,38,39,41,43,46. Diplom- und Doktorarbeit: U. Schnupf, A. Kumpf, M. Heinen)

2) Schwingungsdynamik und Eigenwertprobleme in wenigen Dimensionen:

Genaue Untersuchungen des rovibronischen Spektrums dreiatomiger Moleküle, z.B. NeH$$₂⁺, H$$₃⁺, etc. Entwicklung von Methoden und Computerprogrammen zur sehr genauen Lösung von Eigenwertproblemen ( Rotations- und Schwingungsprobleme bei kleinen Molekülen und Modellsystemen ) in ein bis drei Dimensionen, Lösung großer Matrizenprobleme wie sie z.B. in FEM auftreten. Untersuchung und Entwicklung neuer Konzepte innerhalb von FEM für Eigenwertprobleme , Vergleich mit konventionellen Verfahren (z.B. Basisentwicklungsverfahren, finite Differenzen, Numerov, etc.).

(siehe Schriftenverzeichnis: 17,20,26,27,28,30,32,33,40-45)

3) Potentialhyperflächen:

Quantenmechanische ab initio Berechnung von Potentialhyperflächen für gebundene Moleküle, für chemische Elementarprozesse, van der Waals Wechselwirkungen, Ion-Molekül-Reaktionen, stabile Moleküle, etc.)

(siehe Schriftenverzeichnis: 8,9,10,12,19,21,22,23,25,28,30,32,33,35,40-42)

4) Quantenchemie (ab initio, semiempirisch):

Quantenchemische Untersuchungen an kleineren organischen Systemen.

Entwicklung von Methoden und Computerprogrammen zur Berechnung der Elektronenkorrelation in offenschaligen Systemen. Eigenschaften kleiner Moleküle (spektroskopische und thermodynamische Größen: Gleichgewichtsgeometrien, Polarisierbarkeiten, Multipolmomente, Spindichten, Quadrupolkopplungskonstanten, Inversionsbarrieren, etc.).

Verwendung von Programmpaketen aus Bochum und Siegen (CEPA, CI-R12, IGLO, ADF, etc.), sowie GAUSSIAN, TURBOMOLE, MOLPRO, SPARTAN, HYPERCHEM, etc.

(siehe Schriftenverzeichnis: 1-10,12,19,21,22,23,25,34,36,37,41,48,49)

Bei quantenchemischen Problemstellungen: Zusammenarbeit mit Prof.V.Staemmler (Bochum), Benutzung der von uns entwickelten Programmsysteme.

Im Augenblick weniger intensiv bearbeitetes Arbeitsgebiet:

5) Geschwindigkeitskonstanten für einfache Systeme:

Berechnung von Geschwindigkeitskonstanten mit der Feynman-Wegintegral-Methode. Untersuchung der Reaktion und Diffusion von Atomen und Molekülen auf Festkörperoberflächen. Untersuchung von Tunneleffekten , Berücksichtigung von Festkörperphononen.

(siehe Schriftenverzeichnis: 11,17,47)