Die Berechnung von Molekülstrukturen durch eine Kombination von Dichtefunktional‐ und Moleküldynamikmethoden

Der räumliche Aufbau eines Atomaggregates ist eine von dessen wichtigsten Eigenschaften und zumindest im Prinzip einfach zu bestimmen: Man berechnet die Gesamtenergie E dieses Aggregates aus Ionen und Elektronen für eine bestimmte Geometrie und wiederholt diesen Vorgang für alle möglichen Geometrien. Die Struktur des Grundzustandes ist dann diejenige mit der niedrigsten Energie. Mit traditionellen ab‐initio‐Methoden lassen sich jedoch erfolgreich nur Systeme mit relativ wenigen lokalen Minima auf der Energiehyperfläche und Bereiche des Konfigurationsraums, die durch Experiment oder Erfahrung bestimmt sind, berechnen. Bei ausgedehnten Systemen muß man zudem berücksichtigen, daß der Zwang, vereinfachte Formen der interatomaren Kräfte zu benutzen, die Aussagekraft der Rechnungen einschränkt. In gewisser Weise vermeidet die in dieser Übersicht beschriebene Methode beide Extreme, denn sie verzichtet auf die Verwendung semiempirischer Kräfte, und sie bietet eine Lösung für das Problem der vielen Minima auf der Energiehyperfläche. Der Dichtefunktionalformalismus mit einer Lokalen‐Dichte‐Näherung für die Austauschkorrelationsenergie ermöglicht die wenn auch nur angenäherte Berechnung der Gesamtenergie für eine gegebene Geometrie auf effiziente Weise. Berechnungen nach diesem Formalismus sind für schwere Elemente nicht wesentlich komplizierter als für leichte, so daß sich das Verfahren ideal eignet, um Trends in der Molekülbindung zu untersuchen. Wenn man diese Rechnungen mit der Moleküldynamik bei endlicher Temperatur koppelt, können viele der energetisch ungünstigen Minima vermieden werden. Wir werden zeigen, daß die Methode zu überraschenden und aufregenden Ergebnissen führt.