Calcul de la diffusion inélastique résonante de rayons X pour toute la classification périodique – CompRIXS

Nous utilisons des méthodes de structure électronique relativistes et non-relativistes pour simuler des spectres des électrons de coeur (XPS, XAS, RIXS). Pour prendre en compte les interactions avec l'environnement, nous utilisions des méthodes d'imbrication quantiques, qui permettent de réduire le coût computationnel des calculs tout en retenant une haute précision dans la modélisation des spectres pour les espèces d'intérêt.

À ce stade le projet a livré : (1) un modèle théorique simple et sa mise en oeuvre computationnelle pour la simulation de spectres RIXS à partir de calculs de structure électronique moléculaires; (2) un code rt-TDDFT capable de prendre en compte des effets de l'environnement sur des spectres de valence et XAS, à travers d'une méthode d'imbrication utilisant des projecteurs; (3) un code rt-TDDFT relativiste de prendre en compte des effets de l'environnement sur des spectres de valence et XAS, à travers de la méthode frozen density embedding; (4) des données de référence fiables (coupled cluster) sur les spectres XPS et XAS pour la glycine et des complexes d'uranyle dans des environnements.

Ce projet continuera à mener le développement d'approches d'imbrication quantique en combinansion avec des méthodes de résolution des équations de Schrodinger et Dirac dépendantes du temps pour les électrons dans des systèmes moléculaires, prenant en compte des effets de la corrélation électronique à différents niveaux de théorie (DFT, coupled cluster), visant à la simulation de spectres de coeur en général, et spectres RIXS en particulier.

M. De Santis, L. Belpassi, C.R. Jacob, A.S.P Gomes, F. Tarantelli, L. Visscher, L. Storchi, J. Chem. Theory Comput. 2020, 16, 5695. 10.1021/acs.jctc.0c00603

L Halbert, M.L. Vidal, A. Shee, S. Coriani, A.S.P. Gomes, J. Chem. Theory. Comput. 2021, 17, 3583. 10.1021/acs.jctc.0c01203

J. V. Pototschnig, A. Papadopoulos, D.I. Lyakh, M Repisky, L. Halbert, A.S.P. Gomes, H.J.Aa. Jensen, L. Visscher, J. Chem. Theory. Comput. 2021, 17, 5509. 10.1021/acs.jctc.1c00260

J. V. Pototschnig, K.G. Dyall,. L. Visscher , A.S.P. Gomes,. Phys. Chem. Chem. Phys., 2021.10.1039/D1CP03701C

La diffusion inélastique résonante de rayons X (RIXS) permet des études détaillées de la structure électronique d’espèces moléculaires. Grâce à des sources synchrotron modernes, elle s’est fortement développée ces dernières années. RIXS et d’autres spectroscopies de rayons X, se ressemblent néanmoins par la difficulté d’interpréter les spectres expérimentaux sans support de la théorie et de la modélisation. En combinant l’expertise des partenaires français et allemands, nous avons pour objectif d’atteindre le calcul précis de spectres RIXS pour des éléments légers, des métaux de transition, et des éléments lourds en phase condensée. Pour cela, nous proposons de développer et d’implémenter de nouvelles méthodes ab initio s’appuyant sur le formalisme de réponse en temps réel dans le contexte de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et du formalisme relativiste equation-of-motion coupled cluster. Afin de prendre en compte les effets d’environnement (solvant ou cristallin), ces deux méthodes seront fusionnées aux méthodes d’embedding quantiques s’appuyant sur le formalisme de « frozen-density embedding». Ces nouvelles approches seront appliquées à des systèmes couvrant l’ensemble de la classification périodique, et pour lesquels des données RIXS expérimentales existent, tels que les acides aminés en phase aqueuse, des complexes de fer, ou des complexes d’uranyle en phase condensée.