Entwicklung und Anwendung neuer Ab initio-Methoden zur Berechnung großer Moleküle

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Trotz immer leistungsfähigerer Computer stößt man bei der theoretischen Untersuchung großer Moleküle schnell an die Grenzen konventioneller Ab initio-Methoden, so daß eine zuverlässige theoretische Untersuchung einer Vielzahl molekularer Systeme aufgrund ihrer Größe bislang unmöglich ist. Der Grund liegt im starken Anstieg des Rechenzeit- und Speicherplatzaufwandes mit der Molekülgröße (M) von mindestens M2-M7 je nach quantenchemischer Näherung und zu berechnender Moleküleigenschaft. Das Hauptziel dieses Projektes ist die Entwicklung neuer Ab initio-Methoden, die dieses ungünstige Skalenverhalten auf linear reduzieren, um so die zuverlässige theoretische Untersuchung von Struktur, Eigenschaften und Reaktionsmechanimsen großer Molekülsysteme im Bereich von bis zu 1000 Atomen und mehr zu ermöglichen. Hierfür sind Neuformulierungen quantenmechanischer Methoden notwendig, die es im Gegensatz zu konventionellen Ab initio-Methoden erlauben, das lokale Verhalten von Elektronen in großen Molekülen vollständig, rigoros und ohne Genauigkeitseinbußen für die effiziente Berechnung auszunutzen. Die neuentwickelten Methoden werden zur Untersuchung von biochemischen Molekülsystemen, flüssigkristallinen Systemen sowie Festkörperstrukturen verwendet und stärken das Zusammenspiel von Theorie und Experiment.