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Willkommen am Lehrstuhl für Physikalische und Theoretische Chemie
Unsere Arbeitsgruppe befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung hochgenauer und effizienter quantenchemischer Methoden zur Beschreibung von Atomen und Molekülen.
Dabei entwickeln wir Methoden und Computerprogramme, die eingesetzt werden können, um die Elektronenstruktur von Molekülen zu untersuchen. Neben der Beschreibung relativistischer Effekte und der Vorhersage von spektroskopischen Größen wie Hyperfeinparametern in z.B. der Rotationsspektroskopie oder NMR Verschiebungen, liegt der Fokus hierbei auch auf der Beschreibung von Molekülen in interessanten und ungewöhnlichen chemischen Umgebungen. Ebenso entwickeln wir Methoden mit denen auch größere molekulare Systeme beschrieben werden können unter dem Einsatz von Cholesky-Zerlegungstechniken und der Weiterentwicklung von Multiskalenansätzen.
Abschlussarbeiten
Wir freuen uns immer über Interesse an Vertiefungspraktika, Bachelor- sowie Masterarbeiten! Schreibt gerne eine kurze Email an Prof. Stella Stopkowicz oder sprecht uns direkt nach einer Vorlesung, Übung oder in unserem Arbeitskreis an.
Aktuelle Meldungen und Publikationen
Elena Paulus beginnt ihre Promotion!
Wir freuen uns sehr, dass Elena Paulus bei uns ihre Promotion beginnt! Elena hat ihren Master in Konstanz gemacht und wird sich in ihrer Promotion mit den Kerndynamiken innerhalb eines externen Magnetfeldes befassen. Dies erfordert eine Beschreibung der Kernabschirmung von den Elektronen, welche Elena während ihre Promotion für eine Coupled Cluster Wellenfunktion implementieren wird. Darauf aufbauend, wird Elena Molekulardynamiksimulation in externen Magnetfeldern durchführen, was es uns ermöglicht Spektren in starken Magnetfeldern vorrauszusagen.
Wir wünschen Elena ganz viel Erfolg bei ihrer Arbeit!
Workshop - Emerging Excited-State Methods in Electronic Structure
Stella Stopkowicz wurde für einen Workshop nach Toulouse (Frankreich) eingeladen um dort unsere neusten Entwicklungsarbeiten vorzustellen. In Ihrem Vortrag “High-accuracy methods for atoms and molecules in strong magnet fields and applications to white dwarf spectra” stellte Stella vor wie Moleküle in starken Magnetfeldern beschrieben werden können, mit einen Fokus auf elektronisch angeregte Zustände. Es freut uns besonders, dass Stella unseren Alumni Marios-Petros Kitsaras getroffen hat, welcher für eine Post-Doc Stelle nach Toulouse gezogen ist.
Simon Blaschke verteidigt erfolgreich seine Doktorarbeit
Wir gratulieren Simon Blaschke zur erfolgreichen Verteidigung seiner Doktorarbeit mit dem Titel “Effiziente quantenchemische Berechnungen von Atomen und Molekülen in starken Magnetfeldern”. Die in der Arbeit vorgestellten Methoden ermöglichen es quantenchemische Rechnungen an Molekülen in starken Magnetfelder mit Hilfe der Cholesky-Zerlegung durchzuführen. Durch die Cholesky-Zerlegung konnte Simon die erforderliche Rechenkapazität drastisch reduzieren, was es uns ermöglicht Rechnungen an großen Systemen durchzuführen. Durch die in der Arbeit vorgestellten Entwicklungen konnten wir hoch genaue Vorhersagen für Metalle eingebettet in super dichte Helium Atmosphäre treffen, welche in den Standardmethoden nicht möglich gewesen wäre.
Die Arbeit wurde der Johannes-Gutenberg Universität Mainz vorgelegt.
Davide Cianchino beginnt seine Promotion!
Wir freuen uns sehr, dass Davide Cianchino bei uns seine Promotion begonnen hat! Davide hat seinen Master in Pisa (Italien) gemacht und wird sich in seiner Promotion mit den Kernschwingungen innerhalb eines finiten Magnetfeldes befassen. Davide wird für post-HF Methoden die zweite Ableitungen nach den Kernkoordinaten implementieren wobei er unteranderem Cholesky-Zerlegungen verwendet wird. Dies erlaubt es Kernschwingungen in einer harmonischen Näherung vorher zu sagen. Langfristig wird uns das ermöglichen die Feinstruktur in Spektren von elektronischen Übergängen auf magnetischen weißen Zwergen zu interpretieren.
Wir wünschen Davide ganz viel Erfolg bei seiner Arbeit!
Konferenz - Modern Methods in Quantum Chemistry
Ein Teil unserer Gruppe hat sich auf den Weg nach Mariapfarr (Österreich) gemacht um an der diesjährigen Konferenz “Modern Methods in Quantum Chemistry” teilzunehmen. Dort haben wir uns mit anderen Gruppen aus der Theoretischen Chemie getroffen und uns über unsere aktuellen Forschungsgebiete ausgetauscht. Neben dem wissenschaftlichen Austausch, konnten wir die Mittagspause nutzen um das nahegelegene Skigebiet zu erkunden.
Retreat - Proton Coupled Electron Transfer
Lukas Schank und Christopher Röper haben an einem dreitägigen Retreat in Göttingen teilgenommen. Dabei ging es um den Mechanismus des “Protonen gekoppelten Elektronen Transfer” (PCET) welchen Lukas in seiner Masterarbeit quantenchemisch untersucht. Als Beitrag innerhalb des Retreats haben wir präsentiert wie solche Mechanismen mit Hilfe von DFT und CAS Methoden innerhalb von Organometallverbindungen modelliert werden können.
Cholesky Decomposition and the Second-Derivative Two-Electron Integrals Required for the Computation of Magnetizabilities Using Gauge-Including Atomic Orbitals
Veröffentlichung im Journal of Physical Chemistry A
Sophia Burger, Stella Stopkowicz, Jürgen Gauss*
The computation of magnetizability tensors using gauge-including atomic orbitals is discussed in the context of Cholesky decomposition (CD) for the two-electron repulsion integrals with a focus on the involved doubly differentiated integrals. Three schemes for their handling are suggested: the first exploits the density fitting (DF) aspect of Cholesky decomposition, the second uses expressions obtained by differentiating the CD expression for the unperturbed two-electron integrals, while the third addresses the issue that the first two schemes are not able to represent the doubly differentiated integrals with arbitrary accuracy. This scheme uses a separate Cholesky decomposition for the cross terms in the doubly differentiated two-electron integrals. Test calculations reveal that all three schemes are able to represent the integrals with similar accuracy and yield indistinguishable results for the values of the computed magnetizability tensor elements. Thus, we recommend our first scheme which has the lowest computational cost for routine computations. The applicability of our CD schemes is further shown in large-scale Hartree–Fock calculations of the magnetizability tensor of coronene (C24H12) with a doubly polarized triple-ζ basis consisting of 684 basis functions.
Finite-field Cholesky decomposed coupled-cluster techniques (ff-CD-CC): theory and application to pressure broadening of Mg by a He atmosphere and a strong magnetic field
Veröffentlichung in Physical Chemistry and Chemical Physics
Simon Blaschke, Marios-Petros Kitsaras, Stella Stopkowicz
For the interpretation of spectra of magnetic stellar objects such as magnetic white dwarfs (WDs), highly accurate quantum chemical predictions for atoms and molecules in finite magnetic field are required. Especially the accurate description of electronically excited states and their properties requires established methods such as those from coupled-cluster (CC) theory. However, respective calculations are computationally challenging even for medium-sized systems. Cholesky decomposition (CD) techniques may be used to alleviate memory bottlenecks. In finite magnetic field computations, the latter are increased due to the reduction of permutational symmetry within the electron-repulsion-integrals (ERIs) as well as the need for complex-valued data types. CD enables a memory-efficient, approximate description of the ERIs with rigorous error control and thus the treatment of larger systems at the CC level becomes feasible. In order to treat molecules in a finite magnetic field, we present in this work the working equations of the left and right-hand side equations for finite field (ff)-EOM-CD-CCSD for various EOM flavours as well as for the approximate ff-EOM-CD-CC2 method. The methods are applied to the study of the modification of the spectral lines of a magnesium transition by a helium atmosphere that can be found on magnetic WD stars.
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Maximilian Wolfanger beginnt Hiwi-Stelle in unserem Arbeitskreis
Wir freuen uns sehr, dass Maximilian uns im Arbeitskreis bei unseren quantenmechanischen Rechnung unterstützt. Maximilian wird zusammen mit Lukas Schank an protonengekoppelten Elektronentransfer (PCET) forschen, um mit verschiedenen quantenmechanischen Methoden versuchen den PCET Mechanismus an Metallkomplexen aufzuklären. Dabei werden vorallem Multireferenzmethoden wie CASSCF zum Einsatz kommen. Wir wünschen Maximilian viel Erfolg bei seiner Arbeit!
Diagrams in Polaritonic Coupled Cluster Theory
Veröffentlichung im Journal of Physical Chemistry A
Special Issue “Rodney J. Bartlett Festschrift”
Laurenz Monzel, Stella Stopkowicz
We present a diagrammatic notation to derive the quantum-electrodynamic coupled cluster (QED-CC) equations needed for the description for polaritonic ground and excited states. Our presented notation is a generalization of the existing diagrammatic notation of standard electronic coupled-cluster theory. It is used to derive the QED-CC and QED-EOM-CC equations for the QED-CCSD-1-SD and QED-CCSD-12-SD truncation schemes. Furthermore, we present the diagrams for the CC Λ-equations and reduced density matrices which are needed for the calculation of molecular properties.
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Sommerschule - European Summerschool in Quantum Chemistry
Lukas Schank und Christopher-Matthias Röper haben an der diesjährigen European Summerschool in Quantum Chemsitry (ESQC) auf Sizilien teilgenommen. Für zwei Wochen wurde dort ein vertieftes Verständnis von Methodenentwicklung in der theoretischen Chemie vermittelt. Besonders freut uns, dass Prof. Stella Stopkowicz zum ersten Mal eine dreiteilige Vorlesung über "Molecular Properties” gehalten hat. Als Teil des Tutoren-Teams hat Post-Doc Marios-Petros Kitsaras kleinere Gruppen von Studierenden in den Übungen betreut. Darüber hinaus konnten Lukas Schank und Christopher Röper ihre eigene Forschung in der Postersession vorstellen und sich mit der Community austauschen.
Efficient approximate screening techniques for integrals over London atomic orbitals
Veröffentlichung in The Journal of Chemical Physics
Simon Blaschke, Ansgar Pausch, Stella Stopkowicz
Efficient integral screening techniques are essential for the investigation of extended molecular structures. This work presents a critical assessment of well-established approximate screening techniques and extends them for integrals over London atomic orbitals, which are required in the presence of strong, external magnetic fields. Through the examination of helium clusters in such extreme environments, we demonstrate that seemingly straightforward extensions of field-free screening techniques as proposed in the recent literature can lead to significant errors. To rectify this, we propose two alternative screening techniques that lead to the desired speedups while still maintaining strict error control.
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IAQMS Medaille
Wir gratulieren Stella Stopkowicz für die Auszeichnung mit der Medaille der International Academie of Quantum Molecular Science (IAQMS)
“Für die Entwicklung hochgenauer Coupled-Cluster-Methoden zur Behandlung von Atomen und Molekülen in starken Magnetfeldern, mit deren Hilfe erstmalig ein stark magnetischer Weißer Zwerg mit Metallen in der Atmosphäre nachgewiesen werden konnte. ”
Die Medaille wird offiziell auf der nächsten International Congress of Quantum Chemsitry (ICQC) überreicht werden.
3. Hackathon zur Lehre in Physikalischer und Theoretischer Chemie
In der Woche vom 24. bis zum 28. Juni fand der dritte Hackathon für die Lehre in Darmstadt statt. Dabei kamen PhDs, Postdocs und PIs aus Universitäten in ganz Deutschland (und Gäste aus den USA) zusammen, um Jupyter Notebooks zu erstellen, mit denen Studierende aus allen Semestern and wichtige Konzepte der Physikalischen und Theoretischen Chemie interaktiv herangeführt werden. In dieser dritten Iteration wurden bereits vier Notebooks angefertigt, die in ihrer finalen Fassung allen Dozierenden der Teilnehmenden Universitäten zur Verfügung stehen sollen, damit diese ihre Vorlesungen und Übungen zugänglicher machen können. Nach einem langen Tag des Hackens haben wir uns dann auch gefreut, gemeinsam Darmstadt zu erkunden, Karten zu spielen und es und in lokalen Restaurants schmecken zu lassen.
Wenn es Anfang nächsten Jahres nach Berlin geht, sind wir auf jeden Fall wieder dabei!
Söllerhaus Seminar
Vom 13. bis 17. Juni sind wir nach Österreich in das Kleinwalsertal gefahren und haben dort die theoretischen Chemie Arbeitsgruppen aus Mainz, Karlsruhe und Stuttgart getroffen. Jeder Doktorand hatte dort die Möglichkeit einen Vortrag über seine laufende Forschung zu präsentieren und wir konnten uns mit den anderen Gruppen austauschen. Während die Nachmittage und Abende ganz dem wissenschaftlichen Austausch gewidmet waren konnten wir die Vormittage nutzen um kleine Wandertouren zu bestreiten. Besonders freut uns dass Prof. Johannes Kästner ein Tutorial über "Machine Learning in Chemistry" vorbereitet hat.
Wir freuen uns schon auf nächstes Jahr!
Neuer Mitarbeiter: Christopher-Matthias Röper beginnt seine Promotion
Wir freuen uns Christopher-Matthias Röper in unserem Arbeitskreis willkommen zu heißen, der diesen Monat bei uns als wissenschaftlicher Mitarbeiter beginnt. Christopher hat seinen Master an der RWTH Aachen in der Gruppe von Prof. Dr. Christoph Bannwarth absolviert und beginnt bei uns seine Doktorarbeit. In dieser wird Christopher Moleküle in starken Magnetfeldern untersuchen und unteranderem den Einfluss von relativistischen Effekten auf Bindungen im Magnetfeld untersuchen. Wir wünschen Christopher ganz viel Erfolg und freuen uns schon auf die kommende Zeit.
Kontakt
Prof. Dr. Stella Stopkowicz
Geb. B2.2 Raum 2.08
Tel.: +49-(0)681 302 3856
Fax: +49-(0)681 302 3857
E-Mail
Silvia Nagel - Sekretariat
Geb. B2.2 Raum 2.02
Tel.: +49-(0)681 302 3855
Fax: +49-(0)681 302 3857
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Physikalische und Theoretische Chemie
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66123 Saarbrücken