Kvantkeemilised

Kvantkeemilised ehk kvantkeemia valdkond kasutab kvantmehaanikat molekulide elektronstruktuuri ja reaktsioonide kirjeldamiseks. See ühendab keemia, füüsika ja arvutiteaduse ning keskendub elektronide käitumise mõistmisele molekulides, mis määrab nende geomeetria, energiatasemed ning spektrid ning mõjutab reaktsioonimehhanisme.

Teoreetilised raamid põhinevad Schrödingeri võrrandil ja neid lahendatakse erinevate lähendamiste ja meetoditega. Laialdaselt kasutusel on ab initio meetodid, näiteks Hartree–Fock (HF) ja elektronikorrelatsiooni parandavad post-HF meetodid nagu CI ja CC. Tihedusfunktsionaalteooria (DFT) pakub alternatiivi, mis tasakaalustab täpsuse ja arvutusliku kulu. Baasikomplektid ning relativistlikud korrigeeringud mõjutavad arvutuste täpsust ning valitud meetodid sobivad erinevate süsteemide jaoks.

Kvantkeemiliste arvutuste tulemused annavad molekulide geomeetria, energiad, vibratsioonilised sagedused ja spektrid, reaktsioonienergiad ja mehhanismid. Need meetodid on olulised keemias, materjaliteaduses ja katalüüsi valdkonnas ning neid kasutatakse näiteks antioksüdantide potentsiaali hindamisel, molekulaarses biokeemias ja uute materjalide disainis. Piiranguteks on suur arvutuslik kulu suurte süsteemide puhul, DFT-i sõltuvus funktsionaalsest valikust ning elektronikorrelatsiooni käsitlemise piirangud; praktikas arvestatakse sageli võimalikku viga ja valitakse sobiv kombinatsioon meetodist, baasikomplektist ja korrigeeringutest.