Grupa Zaawansowanych Metod Struktury Elektronowej
Kierownik zespołu: dr hab. Michał Lesiuk, prof. ucz.
Adres e-mail Kierownika: m.lesiuk@uw.edu.pl
Krótki opis tematyki badawczej:
Grupa Zaawansowanych Metod Struktury Elektronowej pracuje na Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszawskiego. Jesteśmy zespołem teoretycznych i obliczeniowych chemików oraz fizyków, skoncentrowanym na opracowywaniu nowych metod chemii kwantowej oraz ich zastosowaniu do rozwiązywania różnorodnych problemów naukowych. W szczególności prowadzimy badania w następujących obszarach:
Nowe materiały organiczne do diod emitujących światło. Organiczna dioda elektroluminescencyjna (OLED) to urządzenie emitujące światło w odpowiedzi na przepływ prądu elektrycznego, w którym warstwa elektroluminescencyjna składa się ze związku organicznego odpowiedzialnego za emisję. OLED-y znajdują szerokie zastosowanie i obecnie są obecne w wielu nowoczesnych technologiach, takich jak telefony komórkowe czy aparaty cyfrowe. Ostatnio odkryto, że cząsteczka heptazyny, jak również jej podstawione pochodne, wykazują ujemną różnicę energetyczną między stanami singletowym i trypletowym, tzn. pierwszy wzbudzony stan singletowy ma niższą energię niż pierwszy wzbudzony stan trypletowy. Ta unikalna właściwość, będąca sprzeczna z niemal powszechnie obowiązującą regułą Hunda, pozwala na wykorzystanie energii z kanału wzbudzeń trypletowych i zwiększenie wydajności kwantowej urządzeń OLED. Nasze badania koncentrują się na opracowywaniu opłacalnych metod chemii kwantowej dla stanów wzbudzonych, które są w stanie opisać inwersję singlet-tryplet z dokładnością ilościową. W tym celu łączymy metody skorelowanych klasterów o zredukowanym rzędzie, techniki embedding oraz teorię funkcjonału gęstości.
Teoretyczne modelowanie oddziaływań protonu z materią. Dokładny opis oddziaływań między wysokoenergetycznymi protonami (a także cięższymi jądrami atomowymi) a materią ma istotne znaczenie w wielu zastosowaniach, w szczególności w terapii promieniowaniem stosowanej w leczeniu różnych typów nowotworów. Opracowujemy nowe metody struktury elektronowej, które umożliwiają modelowanie takich oddziaływań, zarówno w reżimie perturbacyjnym, jak i w ramach jawnie zależnych od czasu metod obliczeniowych. Metody te nie są ograniczone do opisu małych układów i są ukierunkowane na obliczenia dla podstawowych struktur molekularnych budujących ludzkie tkanki. Teoretyczny opis procesów wywołanych przez protony ma na celu dostarczenie wglądu w szczegóły tych oddziaływań oraz przemian chemicznych indukowanych przez wiązki wysokoenergetyczne.
Dokładne obliczenia ab initio dla małych układów. Dokładne obliczenia z pierwszych zasad dla małych układów atomowych i molekularnych stanowią nieustanne wyzwanie dla chemików teoretycznych i obliczeniowych. Aby dorównać standardom dokładności współczesnych technik eksperymentalnych, konieczne jest opracowywanie nowych metod struktury elektronowej. Nasze badania w tym obszarze są w dużej mierze inspirowane najnowszymi osiągnięciami w dziedzinie metrologii, w szczególności rozwojem i udoskonaleniem technik eksperymentalnych takich jak termometria gazowa oparta na stałej dielektrycznej lub na współczynniku załamania światła. Metody te wyznaczają nowy standard pomiaru podstawowych wielkości fizycznych, takich jak ciśnienie, i zastąpią starsze wzorce oparte na urządzeniach mechanicznych. Jednak eksperymenty termometrii gazowej wymagają istotnego wkładu teoretycznego. W szczególności, aby uwzględnić odchylenia od modelu gazu idealnego, potrzebne są tzw. współczynniki wirialne ciśnienia i dielektryczne. Nasze badania koncentrują się na opracowywaniu nowych metod teoretycznych umożliwiających obliczanie tych wielkości oraz ich zastosowaniu do układów istotnych z punktu widzenia badań eksperymentalnych.