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Shee, Avijit. Relativistic coupled cluster theory - in molecular properties and in electronic structure

Shee, Avijit (2016). Relativistic coupled cluster theory - in molecular properties and in electronic structure.

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Résumé en francais

L'importance des effets relativistes dans la chimie a été reconnu depuis les années 1980. Par exemple, sans la relativité (a) l'or aurait la même couleur que l'argent (b) le mercure ne serait pas liquide à la température ambiante et (c) nos voitures ne démarrent pas avec une batterie de plomb. Pour une description théorique de la structure et la réactivité des éléments lourds, la relativité est un ingrédient essentiel. Le hamiltonien pour les calculs moléculaires relativistes à 4 composantes est construit en remplaçant la partie mono-électronique de l'hamiltonien électronique non-relativiste par le hamiltonien de Dirac. La partie bi-électronique est approchée par le terme de r Coulomb comme dans le cas non relativiste, ce qui donnel'hamiltonien de Dirac-Coulomb (DC). Pour réduire le coût de calcul, on peut utiliser des hamiltoniens relativistes à 2 composantes. Parmi eux, l'hamiltonien exact à 2 composantes (X2C) est le plus précise. La corrélation électronique est, cependant, une contribution très importante pour obtenir une description théorique à la fois qualitative et quantitative des spectroscopies moléculaires, réactions, etc. Dans cette thèse, nous avons étudié l'interaction entre la relativité et de la corrélation. à la fois par des développements méthodologiques et par des applications moléculaires. Dans la première partie de la thèse, nous avons calculé les constantes spectroscopiques dimères des gaz rares lourds. La liaison faible de ces dimères ne peut être décrit que par l'inclusion de la corrélation électronique. Les dimères des gaz rares les plus lourds, le radon et l'eka-radon, nécessite de plus un traitement adéquat de la relativité. Nos calculs sont basés sur l'hamiltonien X2Cmmf, à la fois avec des méthodes de corrélation basés sur une fonction d'onde et séparation de porte (srDFT). La deuxième partie de cette thèse concerne la simulation de la spectroscopie des rayons X, où l'on sonde la région du cœur d'une molécule, ou la relativité joue un rôle très important. Nous avons étudié la spectroscopie L-edge de la série isoélectronique: UO22 +, UNO+, et UN2, où le couplage spin-orbite joue un rôle majeur. Au niveau des méthodes, nous avons considéré MP2 à couches ouvertes et la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante de temps (TDDFT). Dans un autre étude, nous avons simulé la spectroscopie K-edge de la série H2X (X = O, S, Se, Te) et XH3 (X = N, P, As) ainsi que les molécules N2 et N2O2. Pour ces systèmes, l'interaction spin-orbite est moins important. Par conséquent, nous avons utilisé un hamiltonien DC sans spin (SF). Certains des systèmes pris en compte dans ce travail sont de caractère multi-référentielles ; nous avons utilisé la methode Coupled Cluster Multi-référentielle de type State Universal et adapté au groupe unitaire (UGA-SUMRCC) comme une méthode de corrélation. Dans la troisième et partie principale de la thèse, l'attention est de nouveau sur la relativité et de la corrélation, mais pour le calcul des propriétés électriques et magnétiques moléculaires. Nous avons développé et mis en œuvre un module pour le calcul des valeurs moyennes au niveau relativiste à 4-composantes coupled cluster monoréferentiel. Les propriétés qui sondent la densité électronique près de noyaux (lourds), telles que la résonance paramagnétique électronique (RPE), les paramètres des gradients de champ électrique et la non-conservation de la parité (NCP) des molécules chirales ,sont parfaitement adaptés pour l'application de cette méthode. Pour l'instant, nous avons étudié que la NCP. Ce module dans le logiciel DIRAC pour les calculs moléculaires relativistes fournit un cadre propice pour la mise en œuvre de méthodes de CC relativistes employant la symétrie de groupes doubles et de permutation de manière très efficace. En perspective, nous ciblons la mise en œuvre de la réponse linéaire CC pour le calcul des énergies d'excitation et propriétés moléculaires de second ordre tels que les paramètres de RMN.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Saue, Trond
Fleig, Timo
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), UMR 5626
Mots-clés libres :Correlation and relativity - Coupled cluster theory - Spin-orbit coupling - Analytic gradient - Electric and magnetic properties - Tensor contraction - Rare gas dimers - X-ray spectroscopy
Sujets :Physique
Déposé le :13 Dec 2016 18:02