Holland Research School of Molecular Chemistry (HRSMC) beloont innovatief promotieonderzoek

In het chemische onderzoek is de quantummechanische berekening tegenwoordig niet meer weg te denken. Met de Schrödingervergelijking als uitgangspunt is voor elk molecuul in principe vrijwel alles te berekenen: moleculaire geometrie, excitatiespectra, NMR-, ESR-, en IR-spectra, overgangsbarrières in allerlei reacties en ga zo maar door. Maar wie dat heel precies zou willen doen, moet de energie berekenen van het hele systeem van wisselwerkende elektronen. Dat kunnen er in de praktijk enorm veel zijn. Er is dus sprake van een N-deeltjes probleem met een hele grote N en daarbij is het onmogelijk is om exacte oplossingen te vinden. Theoretisch chemici maken daarom gebruik van benaderingen. De zogenaamde dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) is daarbij tegenwoordig het meest populair. Deze theorie vereenvoudigt het N-deeltjes probleem tot een beperkter aantal 1-deeltjes problemen. Met de DFT is het al mogelijk gebleken moleculaire systemen te modelleren variërend van geneesmiddelen tot zonnecellen, katalysatoren en materialen voor bijvoorbeeld batterijen. Stefan Vuckovic heeft nu een nieuwe aanpak bedacht om de nauwkeurigheid van de DFT berekeningen naar een volgend niveau te tillen. De jury van de Dick Stufkens Prijs is onder de indruk van het hoge niveau van zijn dissertatie, en in het bijzonder van het innovatieve karakter.

Nieuw uitgangspunt leidt tot nieuwe inzichten

Stefan Vukovic richtte zich op de onderlinge beïnvloeding van de elektronen – bekend als het probleem van de elektronencorrelatie. Bij de meeste DTF modelleringen wordt de cruciale correlatie-energie sterk benaderd. Vuckovic nam in zijn onderzoek de zogenaamde sterke correlatie als uitgangspunt. Daarbij wordt de onderlinge afstoting van de elektronen zo groot verondersteld dat deze alle andere eigenschappen (ook de kinetische energie) overheerst. Als randvoorwaarde geldt daarbij dat de elektronendichtheid gefixeerd wordt. Door van deze extreme condities uit te gaan kwam Vuckovic tot nieuwe verrassende inzichten, aldus de jury: "Wanneer dit werk zijn belofte waar maakt, zal de toepassing van DFT in de (computationele) chemie, vooral in de nauwkeurigheid van de resultaten, een grote stap vooruit maken."

Elegante, veelbelovende benadering

Vuckovic' presenteert in zijn proefschrift een aantal diepgravende mathematisch-fysische analyses van het "strongly correlated electrons" (SCE) model, en komt aan de hand daarvan tot een van de meest interessante voorstellen voor de verbetering van de DFT methode van de laatste tijd. Zijn voorstel sluit aan bij het simpele concept van een "exchange-correlation hole" dat een elektron rondom zich creëert door de andere elektronen "opzij te duwen". Hij doet een voorstel voor een volledig niet-empirische berekening van dit exchange-correlation hole. De eerste resultaten met Vuckovics elegante benadering zijn veelbelovend, stelt de jury. Er zal nog het nodige werk verzet moeten worden om de methode efficiënt en concurrerend te maken. Maar door de goede fysisiche basis van de elektronencorrelatie heeft Vukovics methode een groot voordeel boven de vele zwaar geparametriseerde en meestal weinig inzichtelijke DFT functionalen, die de toepassingen van DFT in de chemie beginnen te overheersen.

===============================================================

Stefan Vuckovic voerde zijn onderzoek uit bij de Theoretische Chemie groep van de Vrije Universiteit te Amsterdam. Zijn proefschrift heeft als titel 'Fully nonlocal exchange-correlation functionals from the strong-coupling limit of density functional theory'. De verdediging vond plaats op 14 november 2017, met prof.dr. Paola Gori Giorgi als promotor en dr. Michael W.J. Seidl als copromotor. Vuckovic zal binnenkort met een NWO-Rubicon beurs in Californië gaan werken bij de bekende DFT theoreticus prof. Kieron Burke.

Proefschrift: https://research.vu.nl/ws/portalfiles/portal/42794460/complete+dissertation.pdf

De Dick Stufkens Prijs wordt jaarlijks toegekend voor de beste dissertatie (uit de periode van 1 juli tot 1 juli van het volgende jaar) door een promovendus van de Holland Research School of Molecular Chemistry (HRSMC). De prijs – voor het eerst uitgereikt in 2008 – bestaat uit een certificaat en een bedrag van 1000 Euro.

Op 15 november zal prof.dr. Eelco Vogt (UU, voorzitter van de Jury) de Dick Stufkens Prijs 2018 aan Stefan Vuckovic uitreiken op het HRSMC jaarsymposium, dat dit jaar bij het Gorleaus Laboratorium in Leiden wordt gehouden. De laureaat geeft een lezing over zijn promotieonderzoek en daarnaast zullen diverse promovendi en stafleden van de HRSMC lezingen en posters presenteren. Meer informatie over programma en registratie is te vinden op de website:

http://www.hrsmc.nl/shared-content/news/news/2018/09/hrsmcsymposiumregistrationopen.html

Over de HRSMC

De Holland Research School of Molecular Chemistry werd opgericht in 1994 en is geaccrediteerd door de Koninklijke Nederlandse Akademie voor Wetenschappen (KNAW). De onderzoekschool omvat experimentele en theoretische groepen werkzaam op het gebied van de moleculaire chemie en fysica aan de Universiteit van Amsterdam, de Vrije Universiteit Amsterdam en de Universiteit Leiden. De school stelt zich ten doel optimale condities te scheppen voor samenwerking tussen de deelnemende groepen en organiseert bovendien een internationaal hogelijk gewaardeerd onderwijsprogramma voor promovendi. Prof. Dick Stufkens †, wetenschappelijk directeur gedurende de periode 1997-2001, was een van de drijvende krachten achter de HRSMC. Zijn inspanningen hebben onder andere sterk bijgedragen aan de internationale reputatie van de HRSMC.

_{Bron: HRSMC}