FCK3313 Kvantkemi 9,0 hp

Kursen består av två delar. I den första delen behandlas den grundläggande kvantmekanik som behövs för den senare delen av kursen. Kvantmekaniska grundprinciper och användningar av dessa för enkla modellsystem diskuteras i detalj. Approximationsmetoder introduceras. Interaktionen mellan elektromagnetisk strålning och molekyler diskuteras, vilket leder till grundprinciperna för olika optiska (IR, Raman) spektroskopitekniker.

Kursens andra del behandlar kvantkemiska beräkningsmetoder och deras tillämpningar inom kemi och biokemi. Hartree-Fockmetoden, dess teoretisk bakgrund och implementering men också post-Hartree-Fock metoder och täthetsfunktionsteori beskrivs och diskuteras. Tillämpningar av dessa metoder för beräkning av molekylära egenskaper såsom energier, molekylgeometrier, vibrationsspektra och karakteristika av kemiska reaktioner introduceras och demonstreras. I denna del ingår kvantkemiska beräkningslaboratorier där ett modernt kvantkemiskt datorprogram används för att beräkna molekylära egenskaper och kemiska reaktioner.

• kvantmekanikens teoretiska grund och formalism
• kvantmekaniska beteendet hos enkla system såsom harmoniska oscillatorn och stela rotorn
• spinnets grundläggande egenskaper samt formalismen som kan tillämpas i spinnkvantmekanik
• omöjligheten att särskilja kvantmekaniska objekt och dess konsekvens med Pauli principen
• teoretisk grund för tidsberoende störningsräkning och hur den kan användas för att betrakta interaktionen mellan elektromagnetisk strålning, atomer och molekyler
• Born-Oppenheimer approximationen och uppkomsten av spektroskopiska urvalsregler
• teoretisk bakgrund till variationsmetoden och linjära variationsfunktioner samt användning av dessa metoder på enkla atomära och molekylära system, såsom väteatomen och vätemolekyljonen
• flerelektronvågfunktioner som Slaterdeterminanter baserade på enelektronsvågfunktioner enligt orbitalapproximationen samt hur egenskaperna för dessa approximativa vågfunktioner skiljer från mer exakta vågfunktioner
• teoretisk bakgrund och approximationer bakom Hartree-Fockmetoden samt hur approximationer påverkar tillförlitligheten och tillämpbarheten av Hartree-Fock metoden för beräkningar på atomära och molekylära system
• hur Hartree-Fock metoden med hjälp av Roothans ekvationer är implementerad i moderna kvantkemiska program
• teoretisk bakgrund till post-Hartree-Fock metoder och lämpliga metoder för olika typer av system och tillämpningar
• beräkning av molekylära egenskaper och kemiska reaktioner med hjälp av moderna kvantkemiprogram

Efter avslutad kurs ska doktoranden ha kunskap och förmåga att

• Redogöra i detalj för kvantmekanisk formalism, relatera till, reflektera över, och sammanfatta kvantmekaniska koncept och kombinera formalism och koncept för att konstruera, beräkna, och förklara beteendet hos olika kvantmekaniska modellsystem.
• Beskriva, reflektera, förklara och använda grundläggande kvantkemisk teori för atomära och molekylära flerelektronsystem och med hjälp av datorer beräkna molekylers inre egenskaper samt deras reaktioner och spektroskopiska egenskaper

Behörig till studier på forskarnivå.

D. J. Griffiths: Introduction to Quantum Mechanics, 2nd ed
A. Szabo and N. S. Ostlund, Modern Quantum Chemistry, Dover, 1995

När kurs inte längre ges har student möjlighet att examineras under ytterligare två läsår.

• LAB1 - Laborationer, 3,0 hp, betygsskala: P, F
• TEN1 - Skriftlig tentamen, 6,0 hp, betygsskala: P, F

Examinator beslutar, baserat på rekommendation från KTH:s handläggare av stöd till studenter med funktionsnedsättning, om eventuell anpassad examination för studenter med dokumenterad, varaktig funktionsnedsättning.

Examinator får medge annan examinationsform vid omexamination av enstaka studenter.

Tore Brinck

Istvan Furo

• Vid grupparbete har alla i gruppen ansvar för gruppens arbete.
• Vid examination ska varje student ärligt redovisa hjälp som erhållits och källor som använts.
• Vid muntlig examination ska varje student kunna redogöra för hela uppgiften och hela lösningen.

Kursen ersätter F3B5201 - Molekylspektroskopi och kvantkemi. Ges tillsammans med masterkurs KD2360.