Második Lendület-pályázatát nyerte el az SZTE kutatója! A fejlesztéssel olyan pontosságú számítást is el tudnak majd végezni, amire a tudományos irodalomban ma még nincs módszer

Újabb öt évre elnyerte az MTA Lendület kutatói pályázatát Dr. Czakó Gábor egyetemi docens, a Szegedi Tudományegyetem Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék Elméleti Reakciódinamika Kutatócsoportjának vezetője. Az új Lendület-projektben olyan modellt fejlesztenek, amely a kémiai reakcióban részt vevő elektronok mellett a jóval nehezebb atommagok mozgását is kvantummechanikai egyenletekkel tudja leírni – tájékoztatta szerkesztőségünket az egyetem. 

Újabb nagy lépést tervez Dr. Czakó Gábor a kémiai reakciók dinamikájának atomi szintű számítógépes modellezésében. Kutatócsoportja az idén lezáruló első MTA Lendület-pályázatában olyan szimulációs módszereket és alkalmazásokat tervezett, amelyek többatomos rendszerekben nagy pontossággal írták le a kémiai folyamatokat. Czakó Gábor az elmúlt több mint 10 év alatt a reakciódinamikai szimulációk terén a nemzetközi élvonalba került, nevéhez a Nature lapcsaládhoz tartozó Nature Chemistry folyóiratban megjelent három tanulmány is fűződik.

EGY SZIMULÁCIÓS MODELL TERVÉVEL NYERTE EL A PÁLYÁZATOT

Czakó Gábor a második Lendület-pályázatát egy olyan szimulációs modell tervével nyerte el, amelyben a vizsgált elektronok mellett a rendszerben lévő atommagok mozgásának leírására is a kvantummechanika egyenleteit használják.

“A kémiai folyamatokat irányító kvantummechanikai törvényekkel az a probléma, hogy ezek bonyolult egyenletekre vezetnek. Egy-két nagyon egyszerű rendszert leszámítva nincsen papíron, ceruzával megadható megoldásuk. A nagyobb kémiai rendszerekre csak úgy lehet a kvantummechanikát alkalmazni, ha az egyenleteiből algoritmusokat dolgozunk ki, és nagyon sok matematikai művelet végrehajtásával jutunk a nagy pontosságú megoldásokhoz” – mondta az SZTE kutatója.

MOZGÁST, DINAMIKÁT ELEMEZNEK

A vizsgált kémiai reakciókban elektronokból és atommagokból álló rendszerek mozgását, dinamikáját modellezik. Az elektronok leírására az első Lendület-projektben is a kvantummechanika törvényeit használták. Az atommagok azonban 3-4 nagyságrenddel nehezebbek, ezeknek mozgását a klasszikus Newton-féle mechanika egyenleteivel is lehetett közelíteni. Az új pályázat céljaként Czakó Gábor csoportja most azt tűzte ki, hogy a továbbfejlesztett szimulációs szoftver az atommagokat is kvantumos objektumként kezelje.

MATEMATIKAILAG MEGJELENÍTIK AZ ELEKTRONMOZGÁST

Az absztrakt modellezést Czakó Gábor azzal teszi szemléletesebbé, hogy képzeljünk el egy terepasztalt, amelyen az elektronok energiaszintje jelenti a domborzatot. A domborzat valójában az úgynevezett potenciális energia felület, ennek a meredeksége adja meg azokat az erőket, amelyek a klasszikus mechanika szerint az atommagokat mozgatják. A szimulációk azt mutatják meg, hogy ezen a domborzaton melyek a jellemző reakcióutak, milyen termékek képződhetnek és a reakció körülményei hogyan befolyásolják ezt. Czakó Gáborék ehhez a felülethez alkalmas függvényt találtak, amely matematikailag megjeleníti az elektronmozgást. Ez lett az alapja az első Lendület-pályázatukban fejlesztett szoftvernek, amellyel az elmúlt években számos kémiai reakciót tudtak vizsgálni.

Az atommagok dinamikájának kvantummechanikai szimulálására a kereskedelemben nincs megvásárolható szoftver, az egyes kutatócsoportok világszerte több-kevesebb tudású saját szoftverekkel dolgoznak. Czakó Gábor arra számít, hogy az új Lendület-pályázatban készülő fejlesztésükkel olyan pontosságú számítást is el tudnak majd végezni, amire a tudományos irodalomban ma még nincs módszer.