Onderzoekers effenen de weg om circulaire dichroïsme spectra efficiënter te berekenen

Leden van de CEST-groep publiceerden een recent artikel waarin ze een nieuwe methode introduceerden om CD-spectra te berekenen in de open source GPAW-code. De publicatie laat zien dat de geïmplementeerde benadering efficiënter is dan de veelgebruikte lineaire responsmethode en gemakkelijk CD-spectra kan berekenen van systemen op nanoschaal, zoals hybride zilverclusters die zijn samengesteld uit meer dan 1000 atomen.

Het opnemen van CD-spectra is een zeer krachtige methode om de chirale optische eigenschappen te bestuderen en kleine structuurveranderingen te detecteren in chirale moleculen, DNA, eiwitten en nanoclusters, om er maar een paar te noemen. De computationele kosten van veelgebruikte TDDFT-methodologie (lineair-responstijdafhankelijke dichtheidsfunctionaaltheorie) nemen echter drastisch toe met de systeemgrootte die wordt geobserveerd, en kunnen doorgaans alleen worden toegepast op kleine systemen. Om deze uitdaging het hoofd te bieden, werkten de onderzoekers Esko Makkonen, Tuomas Rossi, Patrick Rinke en Xi Chen samen met medewerkers uit Jyväskylä, Spanje en Colombia om een ​​efficiëntere aanpak te implementeren op basis van real-time TDDFT om CD-spectra te berekenen. De gepubliceerde code biedt zowel een lineaire combinatie van atomaire orbitalen (LCAO) als rastermodi. De LCAO-modus is gunstig voor grote systemen, terwijl de grid-modus geschikt is voor kleine moleculen en benchmarkdoeleinden, waardoor deze nieuwe methode extreem veelzijdig is.

De auteurs hebben deze nieuwe implementatie op verschillende systemen getest. In alle testgevallen laten de berekeningen een hoge efficiëntie zien en komen ze goed overeen met experimentele resultaten en referentieberekeningen. Gedreven door dit aanvankelijke succes, is de groep nu klaar om veel meer chirale nanoclusters te bestuderen. Het doel van dit werk is om de oorsprong van chirale optische eigenschappen in nanoclusters te ontdekken, en om metaalclusters te ontwerpen die bruikbaar zijn als chirale sensoren.

Dit artikel is gepubliceerd in The Journal of Chemical Physics​