Sűrűségfunkcionálok delokalizációs és diszperziós hibája: Hogyan teszteljük és javítsuk? Kémiai és Vegyipari

31 OTDK, Kémiai és Vegyipari Szekció, Elméleti kémia és kémiai informatika Tagozat.

Sűrűségfunkcionálok delokalizációs és diszperziós hibája: Hogyan teszteljük és javítsuk?

Hallgató: Mezei Pál Dániel
Szak: vegyészmérnöki, Képzés típusa: msc, Intézmény: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Kar: Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar

Témavazető: Dr. Csonka Gábor István - egyetemi tanár, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar

A sűrűségfunkcionál módszerek a modern kvantumkémiai számítások széles körben elterjedt, igen hatékony csoportját alkotják. A kvantumkémiai módszerek a számítási sebesség növelése érdekében közelítéseket tartalmaznak, amelyek célja, hogy lecsökkentsék a számítások erőforrásigényét, ugyanakkor az eredmények a kémiai pontosságon belül legyenek. A sűrűségfunkcionál módszerek esetében a kicserélődési-korrelációs funkcionál minősége szabja meg az eredmény pontosságát. A minőség tesztelésére szolgál például a GMTKN30 adatbázis, melynek egy érdekes része a Diels-Alder reakciókat tartalmazó DARC adatbázis.

Kimutattam, hogy a DARC adatbázis nincs megfelelően megkonstruálva, mert csak egyszerű szerkezeti hasonlóság alapján lett összeállítva a hibák mélyebb analízise nélkül. Megvizsgáltam az adatbázisban lévő reakciók hibáinak elméleti kémiai és statisztikai
jellegét, és azt találtam, hogy egyes reakciók elhagyhatók információvesztés nélkül. Ezek alapján javaslatot tettem az adatbázis módosítására. A módosított DARC adatbázis által szolgáltatott statisztikai mutatók már helyesebben mutatják a módszerek hibáit, jelentősen kisebb számítási erőforrásigény mellett. A funkcionálok tesztelése során meghatároztam az egyes módszerek teljesítıképességét. Az azonos pontosságú funkcionálok közül kiválasztottam a leggyorsabbat, a PBE funkcionált. Meghatároztam azt a bázist, az augcc-PVTZ(-f,-Hd)-t, amely kellően gyors és pontos. Megmutattam, hogy a PBE funkcionálbol képzett globális hibrid funkcionálok esetében nem adható meg minden DARC reakcióra egyaránt optimális egzakt kicserélődési energia arány. A hibákat az egzakt kicserélődés súlyának növelése minden típusú reakció esetében hasonló lineáris függvény szerint tolja el. A PBE funkcionállal kapott DARC reakció energiákat az egyesített rövid és hosszú távú kétszeres tompítású dD10 diszperziós korrekcióval korrigáltam. A PBE-dD10 jobb eredményeket adott, mint a hibrid PBE funkcionálok, és a hibákat ténylegesen csökkentette, nem csak lineárisan eltolta. A dD10 korrigált módszerek a hibrid módszerekkel szemben kevesebb, mint fele annyi időt vesznek igénybe. A további kutatások megfelelı irányának a diszperziós korrekció alkalmazását, valamint új korrekciós megoldások kifejlesztését tekintem. A módosított DARC adatbázist a jövőben magasabb szintű funkcionálok tesztelésére is fogom használni. A módosított DARC adatbázissal szerzett tapasztalatok alapján további teszt adatbázisokat kialakítását tervezem.