Les molécules constituées de nombreux atomes sont des structures complexes. Les électrons externes sont répartis entre les différentes orbitales, et leur forme et leur occupation déterminent le comportement chimique et la réactivité de la molécule. La configuration de ces orbitales peut être analysée expérimentalement. Les sources synchrotron telles que BESSY II fournissent une méthode à cet effet :la diffusion inélastique des rayons X par résonance (RIXS). Cependant, obtenir des informations sur les orbitales à partir de données expérimentales, des simulations de chimie quantique sont nécessaires. Les temps de calcul typiques pour les molécules plus grosses prennent des semaines, même sur des ordinateurs hautes performances.

Accélérer l'évaluation

"Jusqu'à maintenant, ces calculs ont pour la plupart été effectués postérieurement aux mesures, " explique le chimiste théoricien Dr Vinicius Vaz da Cruz, postdoc dans l'équipe du Prof. Dr. Alexander Föhlisch. En collaboration avec l'expert RIXS Dr. Sebastian Eckert, également post-doctorant dans l'équipe de Föhlisch, ils ont développé une nouvelle procédure sophistiquée qui accélère l'évaluation plusieurs fois.

"Avec notre méthode, cela prend quelques minutes et nous n'avons pas besoin d'un super-ordinateur pour cela, cela fonctionne sur les machines de bureau, " dit Eckert. Les scientifiques du HZB ont testé la méthode sur la molécule 2-thiopyridone, un système modèle pour le transfert de protons, qui sont des processus essentiels dans les cellules et les organismes vivants. Malgré le temps de calcul court, les résultats sont suffisamment précis pour être très utiles.

"C'est un grand pas en avant, " souligne Föhlisch. " Nous pouvons parcourir de nombreuses options à l'avance et apprendre à connaître la molécule, pour ainsi dire. En outre, cette méthode permet également de simuler des molécules beaucoup plus complexes et d'interpréter de manière significative les données obtenues expérimentalement. » Le physicien expérimentateur Eckert ajoute :« Nous pouvons désormais également exécuter les simulations pendant la mesure et voir immédiatement où cela pourrait être particulièrement excitant à regarder de plus près."

La procédure est une extension de la théorie fonctionnelle de la densité dépendant du temps bien établie et très efficace, ce qui est beaucoup plus rapide que les concepts traditionnels pour simuler le processus RIXS. « La simplicité de la méthode permet une grande automatisation, " dit Vaz da Cruz :" Il peut être utilisé comme une boîte noire. "