Applications of quantum dynamics in chemistry

این کتاب کاربرد و کاربرد دینامیک کوانتومی مولکولی را توضیح می‌دهد، روشی که در آن الکترون‌ها و هسته‌های یک مولکول با محاسبات مکانیکی کوانتومی پردازش می‌شوند. این جلد از یادداشت های سخنرانی در شیمی به دانشجویان فارغ التحصیل و فوق دکترای رشته شیمی نظری و همچنین دانشجویان کارشناسی ارشد، محققان و معلمان رشته های مجاور مانند فیزیک کوانتوم، بیوشیمی، بیوفیزیک یا هرکس دیگری که به این افزایش علاقه مند است، می پردازد. روش در شیمی نظری، و چه کسی می خواهد در فرصت هایی که می تواند ارائه دهد، تجربه کسب کند. همچنین می‌تواند برای معلمان علاقه‌مند به مثال‌های گویا از مکانیک کوانتومی وابسته به زمان مفید باشد، زیرا انیمیشن‌هایی از بسته‌های موج واقعی برای کمک به تجسم طراحی شده‌اند.

با فرض داشتن دانش پایه در مورد مکانیک کوانتومی، نویسندگان آنها را پیوند می‌دهند. توضیحاتی در مورد تحقیقات تجربی اخیر که دینامیک کوانتومی مولکولی برای درک نتایج تجربی موفق و ضروری بود. نمونه هایی از جمله پراکندگی واکنشی، فتوشیمی، تونل زنی، شیمی فمتو و آتوثانیه و طیف سنجی، شیمی سرد یا آزمایش های پرتو متقاطع قدرت این روش را نشان می دهد. این کتاب فرمالیسم پیچیده را به موارد ضروری و به شیوه ای مستقل و واضح و روشن محدود می کند و به خواننده مقدمه و دستورالعمل هایی برای تمرین های عملی ارائه می دهد. توضیحات مداوم و ریاضی به صورت اختیاری برای خواننده علاقه مند تکمیل می شود.

خواننده می‌آموزد که چگونه شبیه‌سازی‌های نمونه را با بسته برنامه MCTDH اعمال کند (محاسبات Hartree وابسته به زمان پیکربندی چندگانه). بنابراین خوانندگان می‌توانند ابزارهایی را برای اجرای شبیه‌سازی‌های خود و اعمال آن‌ها برای مشکلات خود به دست آورند. اسکریپت‌ها و کد برنامه‌های انتخاب شده از نمونه‌ها به‌عنوان مواد تکمیلی در دسترس هستند.

این کتاب شکاف بین کتاب‌های درسی موجود در شیمی نظری بنیادی و تک‌نگاشت‌های پژوهشی با تمرکز بر کاربردهای پیچیده را پر می‌کند. برای همه کسانی که می‌خواهند درک درستی از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی کوانتومی به دست آورند و تجربه اولیه در اجرای شبیه‌سازی‌های خودشان را کسب کنند، خواندن آن ضروری است.

This book explains the usage and application of Molecular Quantum Dynamics, the methodology where both the electrons and the nuclei in a molecule are treated with quantum mechanical calculations. This volume of Lecture Notes in Chemistry addresses graduate students and postdocs in the field of theoretical chemistry, as well as postgraduate students, researchers and teachers from neighboring fields, such as quantum physics, biochemistry, biophysics, or anyone else who is interested in this rising method in theoretical chemistry, and who wants to gain experience in the opportunities it can offer. It can also be useful for teachers interested in illustrative examples of time-dependent quantum mechanics as animations of realistic wave packets have been designed to assist in visualization.

Assuming a basic knowledge about quantum mechanics, the authors link their explanations to recent experimental investigations where Molecular Quantum Dynamics proved successful and necessary for the understanding of the experimental results. Examples including reactive scattering, photochemistry, tunneling, femto- and attosecond chemistry and spectroscopy, cold chemistry or crossed-beam experiments illustrate the power of the method. The book restricts complicated formalism to the necessary and in a self-contained and clearly explained way, offering the reader an introduction to, and instructions for, practical exercises. Continuative explanation and math are optionally supplemented for the interested reader.

The reader learns how to apply example simulations with the MCTDH program package (Multi Configuration Time Dependent Hartree calculations). Readers can thus obtain the tools to run their own simulations and apply them to their problems. Selected scripts and program code from the examples are made available as supplementary material.

This book bridges the gap between the existing textbooks on fundamental theoretical chemistry and research monographs focusing on sophisticated applications. It is a must-read for everyone who wants to gain a sound understanding of Molecular Quantum Dynamics simulations and to obtain basic experience in running their own simulations.