Kvantová krystalografie - Quantum crystallography
Kvantová krystalografie je pobočkou krystalografie která zkoumá krystalické materiály v rámci kvantová mechanika, s analýzou a reprezentací, v pozice nebo v hybnost prostor, množství jako vlnová funkce, elektronový náboj a hustota odstřeďování, matice hustoty a všechny vlastnosti s nimi související (jako elektrický potenciál, elektrické nebo magnetické momenty, hustoty energie, funkce lokalizace elektronů, potenciál jednoho elektronu atd.). Kvantová krystalografie zahrnuje experimentální i výpočetní práci. Teoretická část kvantové krystalografie je založena na kvantově mechanických výpočtech funkcí atomových / molekulárních / krystalových vln, hustotních maticích nebo hustotních modelech používaných k simulaci elektronické struktury krystalického materiálu. Experimentální práce se spoléhají hlavně na techniky rozptylu (Rentgenové záření, neutrony, y-paprsky, elektrony ), ačkoli zdrojem informací jsou také spektroskopie a atomová mikroskopie.
Spojení mezi krystalografií a kvantovou chemií bylo vždy velmi těsné, poté, co byly v krystalografii dostupné rentgenové difrakční techniky. Ve skutečnosti rozptyl záření umožňuje mapovat distribuci jednoho elektronu[1][2][3] nebo prvky matice hustoty.[4] Druh záření a rozptyl určuje kvantitu, která je reprezentována (náboj elektronu nebo spin) a prostor, ve kterém je reprezentována (poloha nebo prostor hybnosti). Ačkoli se předpokládá, že vlnová funkce není přímo měřitelná, nedávný pokrok umožňuje také vypočítat vlnové funkce, které jsou omezeny na experimentálně měřitelné pozorovatelné hodnoty (jako je rozptyl záření).[5][6]
Termín Kvantová krystalografie byl poprvé představen v revizních článcích L. Huang, L. Massa a nositel Nobelovy ceny Jerome Karle,[7][8] kdo ji spojil se dvěma hlavními proudy: a) krystalografickou informací, která zvyšuje kvantově mechanické výpočty ab) kvantově mechanickými přístupy ke zlepšení informací o krystalografii. Tato definice se týká hlavně studií zahájených v 60. a 70. letech, kdy se objevily první pokusy o získání vlnových funkcí z experimentů s rozptylem.[9][10][11] Toto pole bylo nedávno přezkoumáno v rámci této definice.[12][13][14][15][16]
Souběžně se studiemi o stanovení vlnové funkce, R. F. Stewart[17] a P. Coppens[18][19] zkoumali možnosti výpočtu modelů pro hustotu náboje jednoho elektronu z Rentgenový rozptyl (například pomocí multipolární expanze pseudoatomů ) a později hustota odstřeďování z polarizovaného neutronová difrakce,[20] která vznikla vědeckou komunitou náboje, spinu a hustoty hybnosti.[21]V nedávném článku o recenzi V. Tsirelson[22] dal obecnější definici: „Kvantová krystalografie je oblast výzkumu využívající skutečnosti, že parametry kvantově-mechanicky platného elektronického modelu krystalu lze odvodit z přesně měřené sady rentgenových koherentních faktorů difrakční struktury“.
Kniha Moderní analýza hustoty náboje nabízí přehled výzkumu zahrnujícího kvantovou krystalografii a nejpoužívanějších experimentálních nebo teoretických metodik.[23]
The Mezinárodní unie krystalografie nedávno založil provize za kvantovou krystalografii, jako rozšíření předchozí provize za hustotu náboje, otáčení a hybnosti, za účelem koordinace výzkumných aktivit v této oblasti.[24]
externí odkazy
Ericeova škola krystalografie (52. kurz): první kurz kvantové krystalografie (Červen 2018)
The XIX Sagamore Conference (Červenec 2018)
The Zasedání CECAM o kvantové krystalografii (Červen 2017)
IUCr provize za kvantovou krystalografii
The Mezinárodní unie krystalografie
Reference
- ^ Coppens, Philip (1997). Hustoty rentgenového náboje a chemické lepení. Mezinárodní unie krystalografie. ISBN 9780195356946.
- ^ Macchi, Piero; Gillet, Jean-Michel; Taulelle, Francis; Campo, Javier; Claiser, Nicolas; Lecomte, Claude (1. července 2015). „Modelování experimentální elektronové hustoty: nové synergie může řešit pouze synergie různých přístupů.“. IUCrJ. 2 (4): 441–451. doi:10.1107 / S2052252515007538. PMC 4491316. PMID 26175903.
- ^ Tsirelson, V.G .; Ozerov, R.P. (1996). Hustota elektronů a vazba v krystalech: Principy, teorie a rentgenové difrakční experimenty ve fyzice a chemii pevných látek. CRC Press. ISBN 978-0750302845.
- ^ Gillet, Jean-Michel (1. května 2007). "Stanovení matice s redukovanou hustotou s jedním elektronem pomocí modelu vázaného pseudoatomu a sady doplňkových dat o rozptylu". Acta Crystallographica oddíl A. 63 (3): 234–238. Bibcode:2007AcCrA..63..234G. doi:10.1107 / S0108767307001663. PMID 17435287.
- ^ Jayatilaka, Dylan; Grimwood, Daniel J. (1. ledna 2001). „Vlnové funkce odvozené z experimentu. I. Motivace a teorie“. Acta Crystallographica oddíl A. 57 (1): 76–86. doi:10.1107 / S0108767300013155. PMID 11124506.
- ^ Weyrich, Wolf (1996). "Matice hustoty jednoho elektronu a související pozorovatelnosti". Kvantově-mechanický výpočet Ab-initio vlastností krystalických materiálů. Přednášky z chemie. 67. Springer Berlin Heidelberg. 245–272. doi:10.1007/978-3-642-61478-1_14. ISBN 9783540616450.
- ^ Massa, L .; Huang, L .; Karle, J. (25. února 1995). "Kvantová krystalografie a použití matic projektorů jádra". International Journal of Quantum Chemistry. 56 (S29): 371–384. doi:10,1002 / qua.560560841.
- ^ Huang, L .; Massa, L .; Karle, J. (1999). "Kvantová krystalografie aplikovaná na krystalický maleinanhydrid". International Journal of Quantum Chemistry. 73 (5): 439–450. doi:10.1002 / (SICI) 1097-461X (1999) 73: 5 <439 :: AID-QUA7> 3.0.CO; 2-5.
- ^ Mukherji, A .; Karplus, M. (leden 1963). "Omezené molekulární vlnové funkce: vysokofrekvenční molekula". The Journal of Chemical Physics. 38 (1): 44–48. Bibcode:1963JChPh..38 ... 44M. doi:10.1063/1.1733493.
- ^ Rasiel, Yecheskel; Whitman, Donald R. (15. března 1965). „Metoda omezených variací v molekulární kvantové mechanice. Aplikace na hydrid lithný“. The Journal of Chemical Physics. 42 (6): 2124–2131. Bibcode:1965JChPh..42.2124R. doi:10.1063/1.1696255.
- ^ Clinton, William L .; Galli, Anthony J .; Massa, Louis J. (5. ledna 1969). „Přímé stanovení matic hustoty čistého stavu. II. Konstrukce omezených idempotentních hustot jednoho těla“. Fyzický přehled. 177 (1): 7–13. Bibcode:1969PhRv..177 ... 7C. doi:10.1103 / PhysRev.177.7.
- ^ Grabowsky, Simon; Genoni, Alessandro; Bürgi, Hans-Beat (2017). „Kvantová krystalografie“. Chemická věda. 8 (6): 4159–4176. doi:10.1039 / C6SC05504D. PMC 5576428. PMID 28878872.
- ^ Massa, Lou; Matta, Chérif F. (14. listopadu 2017). „Kvantová krystalografie: perspektiva“. Journal of Computational Chemistry. 39 (17): 1021–1028. doi:10.1002 / jcc.25102. PMID 29135029.
- ^ Matta, Chérif F. (2010). Kvantová biochemie. John Wiley & Sons. ISBN 9783527629220.
- ^ Matta, Chérif F. (15. května 2017). „Host Editorial: Cesta kvantovou krystalografií: krátká pocta profesorovi Lou Massovi“. Strukturální chemie. 28 (5): 1279–1283. doi:10.1007 / s11224-017-0961-8.
- ^ Massa, Lou (2011). Věda a psané slovo: Věda, technologie a společnost. Oxford University Press. ISBN 9780199831777.
- ^ Stewart, Robert F. (15. listopadu 1969). "Zobecněné rentgenové rozptylové faktory". The Journal of Chemical Physics. 51 (10): 4569–4577. Bibcode:1969JChPh..51,4569S. doi:10.1063/1.1671828.
- ^ Coppens, Philip; Pautler, D .; Griffin, J. F. (březen 1971). „Analýza populace elektronů s přesnými difrakčními údaji. II. Aplikace formalitů s jedním středem na některé organické a anorganické molekuly“. Journal of the American Chemical Society. 93 (5): 1051–1058. doi:10.1021 / ja00734a001.
- ^ Hansen, N. K.; Coppens, P. (1. listopadu 1978). „Testování vylepšení asférických atomů na souborech dat s malými molekulami“. Acta Crystallographica oddíl A. 34 (6): 909–921. Bibcode:1978AcCrA..34..909H. doi:10.1107 / S0567739478001886.
- ^ Deutsch, Maxime; Gillon, Béatrice; Claiser, Nicolas; Gillet, Jean-Michel; Lecomte, Claude; Souhassou, Mohamed (14. dubna 2014). „První distribuce elektronů rozlišená spinem v krystalech z kombinovaných experimentů polarizovaných neutronů a rentgenové difrakce“. IUCrJ. 1 (3): 194–199. doi:10.1107 / S2052252514007283. PMC 4086435. PMID 25075338.
- ^ Frankenberger, C. (1. října 1990). „Zpráva výkonného výboru za rok 1989“. Acta Crystallographica oddíl A. 46 (10): 871–896. doi:10,1107 / s0108767390006109. ISSN 0108-7673. PMC 234214. PMID 16016227.
- ^ Tsirelson, Vladimir (9. srpna 2017). „Počátky kvantové krystalografie: osobní účet“. Journal of Computational Chemistry. 39 (17): 1029–1037. doi:10.1002 / jcc.24893. PMID 28791717.
- ^ Gatti, Carlo; Macchi, Piero (2012). Moderní analýza hustoty náboje. Springer Science & Business Media. ISBN 9789048138364.
- ^ "IUCr". www.iucr.org.