Quantum Chemistry without Orbitals (Orbital-KO)

Das Projekt “Orbital-KO” möchte neuartige Berechnungsmethode entwickeln, um die Eigenschaften von Molekülen und Materialien, die beispielsweise in der Pharmakologie, Photovoltaik und bei Batterien oder in der chemischen Katalyse verwendet werden, genau vorherzusagen.

Diese Materialien enthalten viele Atome mit freien Elektronen. Berechnungen mit derzeit verfügbaren Methoden für diese Systeme sind rechenintensiv und in vielen Fällen aufgrund der numerischen Komplexität nicht durchführbar.

Um die kinetische Energie dieser Materialien zu berechnen, benötigt man bislang eine komplizierte Beschreibung mittels einer „Wellenfunktion“, die von den Koordinaten aller Elektronen zugleich abhängt. Ein einfacher Beweis, der 1998 mit dem Nobelpreis an Walter Kohn gewürdigt wurde, zeigt, dass die Energie auch aus der viel einfacheren Gesamtdichte von Elektronen abgeleitet werden kann. Leider ist eine explizite Formel bisher nicht bekannt. Das Projekt möchte die Abbildung von Elektronendichte auf molekulare Energie mit KI-Methoden lernen. Sollte das gelingen, wird die genaue Vorhersage von Eigenschaften viel größerer Moleküle als bislang möglich.

Daran forschen Prof. Dr. Fred Hamprecht, Prof. Dr. Maurits Haverkort und Prof. Andreas Dreuw von der Universität Heidelberg.