Coupled-Cluster-Methoden zur Untersuchung der Chemie auf magnetischen Weißen Zwergen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Stella Stopkowicz
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401323766

Die meisten Sterne werden zum Ende ihrer Lebensdauer zu weißen Zwergen (WDs). Atome wie H, He, C, O, Si, P, S, sowie das H2 Molekül sind bereits in Spektren nichtmagnetischer WDs identifiziert worden. Jedoch wurden in Spektren magnetischer WDs, welche Magnetfelder bis zu einer Stärke von 100 000 Tesla erreichen können, bislang lediglich H und He nachgewiesen. Einer der Gründe ist, dass das Magnetfeld die elektronischen Spektren so stark verändert, dass deren Zuordnung nur über Vergleich mit genauen theoretischen Vorhersagen möglich ist.Durch die Berücksichtigung des Magnetfelds im Hamiltonoperator wird die elektronische Wellenfunktion komplex, sodass neue Implementierungen quantenchemischer Methoden benötigt werden. Implementierungen ausreichend genauer Methoden existierten bislang nur für Full-Configuration-Interaction (FCI), sodass für genaue Vorhersagen, aufgrund des enormen Rechenaufwands von FCI, lediglich Systeme mit 3-4 Elektronen untersucht werden konnten. Da sich die Coupled-Cluster (CC) und Equation-of-Motion-CC Methoden inzwischen zu Standardwerkzeugen für hochgenaue Berechnungen etabliert haben, sollen diese Methoden innerhalb dieses Projekts für Beschreibung von Atomen und Molekülen in starken Magnetfeldern implementiert werden, um auch Systeme mit mehr als vier Elektronen genau beschreiben zu können. Für die Vorhersage von Spektren werden Anregungsenergien und Übergangsdipolmomente benötigt. Des Weiteren wird, um die gewünschte Genauigkeit zu erzielen, die Berücksichtigung von Dreifachanregungen erforderlich sein. Für Molekülspektren werden zudem Gradienten für den Grundzustand sowie für angeregte Zustände benötigt. Mit diesen Methoden können dann magnetfeldabhängigen Spektren wie zum Beispiel für C, O, Si, usw., generiert werden. Da London-Orbitale verwendet werden, ist mit diesen Methoden auch die Untersuchung von Heliumclustern und Molekülen wie CH und C2 möglich, welche ebenfalls auf magnetischen WDs vorkommen könnten. Somit wird das Projekt dazu beitragen, die Zusammensetzung der Atmosphären magnetischer WDs aufzuklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen