Champ multi-configurationnel auto-cohérent

Le champ multi-configurationnel auto-cohérent (Multi-configurational self-consistent field - MCSCF) est une méthode de chimie quantique utilisée pour générer qualitativement des états de référence corrects pour des molécules dans les cas où la méthode de Hartree-Fock et la théorie de la fonctionnelle de la densité ne sont pas pertinentes (comme pour les états fondamentaux moléculaires qui sont dégénérés avec des états excités bas ou dans les situations de rupture de liaisons). Il utilise une combinaison linéaire de fonctions d'état de configuration (CSF) ou des déterminants de configuration afin d'approximer la fonction d'onde électronique exacte d'un atome ou d'une molécule. Dans un calcul MCSCF, l'ensemble des coefficients des CSF ou des déterminants et les fonctions de base dans les orbitales moléculaires sont modifiés afin d'obtenir la fonction d'onde électronique totale avec l'énergie la plus basse possible. Cette méthode peut être considérée comme intermédiaire entre l'interactio

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Ultrafast dynamics induced by the interaction of molecules with electromagnetic fields: Several quantum, semiclassical, and classical approaches

Sergey Antipov, Swarnendu Bhattacharyya, Ursula Röthlisberger, Jiri Vanicek

Several strategies for simulating the ultrafast dynamics of molecules induced by interactions with electromagnetic fields are presented. After a brief overview of the theory of molecule-field interaction, we present several representative examples of quantum, semiclassical, and classical approaches to describe the ultrafast molecular dynamics, including the multiconfiguration time-dependent Hartree method, Bohmian dynamics, local control theory, semiclassical thawed Gaussian approximation, phase averaging, dephasing representation, molecular mechanics with proton transfer, and multipolar force fields. In addition to the general overview, some focus is given to the description of nuclear quantum effects and to the direct dynamics, in which the ab initio energies and forces acting on the nuclei are evaluated on the fly. Several practical applications, performed within the framework of the Swiss National Center of Competence in Research “Molecular Ultrafast Science and Technology,” are presented: These include Bohmian dynamics description of the collision of H with H2, local control theory applied to the photoinduced ultrafast intramolecular proton transfer, semiclassical evaluation of vibrationally resolved electronic absorption, emission, photoelectron, and time-resolved stimulated emission spectra, infrared spectroscopy of H-bonding systems, and multipolar force fields applications in the condensed phase.

2017

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Magnetic exchange interactions in monolayer CrI3 from many-body wavefunction calculations

Michele Pizzochero, Ravi Yadav, Oleg Yazyev

The marked interplay between the crystalline, electronic, and magnetic structure of atomically thin magnets has been regarded as the key feature for designing next-generation magneto-optoelectronic devices. In this respect, a detailed understanding of the microscopic interactions underlying the magnetic response of these crystals is of primary importance. Here, we combine model Hamiltonians with multireference configuration interaction wavefunctions to accurately determine the strength of the spin couplings in the prototypical single-layer magnet CrI3. Our calculations identify the (ferromagnetic) Heisenberg exchange interaction J = -1.44 meV as the dominant term, being the inter-site magnetic anisotropies substantially weaker. We also find that single-layer CrI3 features an out-of-plane easy axis ensuing from a single-ion anisotropy A = -0.10 meV, and predict g-tensor in-plane components gxx=gyy=1.90g(zz) = 1.92. In addition, we assess the performance of a dozen widely used density functionals against our accurate correlated wavefunctions calculations and available experimental data, thereby establishing reference results for future first-principles investigations. Overall, our findings offer a firm theoretical ground to recent experimental observations.

IOP PUBLISHING LTD2020

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CH-353: Introduction to electronic structure methods

Repetition of the basic concepts of quantum mechanics and main numerical algorithms used for practical implementions. Basic principles of electronic structure methods:Hartree-Fock, many body perturbation theory, configuration interaction, coupled-cluster theory, density functional theory.

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This course introduces modern computational electronic structure methods and their broad applications to organic chemistry. It also discusses physical organic concepts to illustrate the stability and reactivity of organic molecules.

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