Kursplan för Kvantkemiska beräkningsmetoder för molekyler och material

Computational Quantum Chemistry for Molecules and Materials

Kursplan

  • 10 högskolepoäng
  • Kurskod: 1KB273
  • Utbildningsnivå: Avancerad nivå
  • Huvudområde(n) och successiv fördjupning: Kemi A1F, Fysik A1F

    Förklaring av koder

    Koden visar kursens utbildningsnivå och fördjupning i förhållande till andra kurser inom huvudområdet och examensfordringarna för generella examina:

    Grundnivå
    G1N: har endast gymnasiala förkunskapskrav
    G1F: har mindre än 60 hp kurs/er på grundnivå som förkunskapskrav
    G1E: innehåller särskilt utformat examensarbete för högskoleexamen
    G2F: har minst 60 hp kurs/er på grundnivå som förkunskapskrav
    G2E: har minst 60 hp kurs/er på grundnivå som förkunskapskrav, innehåller examensarbete för kandidatexamen
    GXX: kursens fördjupning kan inte klassificeras.

    Avancerad nivå
    A1N: har endast kurs/er på grundnivå som förkunskapskrav
    A1F: har kurs/er på avancerad nivå som förkunskapskrav
    A1E: innehåller examensarbete för magisterexamen
    A2E: innehåller examensarbete för masterexamen
    AXX: kursens fördjupning kan inte klassificeras.

  • Betygsskala: Underkänd (U), godkänd (3), icke utan beröm godkänd (4), med beröm godkänd (5)
  • Inrättad: 2013-03-21
  • Inrättad av: Teknisk-naturvetenskapliga fakultetsnämnden
  • Reviderad: 2019-02-19
  • Reviderad av: Teknisk-naturvetenskapliga fakultetsnämnden
  • Gäller från: vecka 30, 2019
  • Behörighet: 120 hp med 60 hp kemi eller fysik. Kemisk bindning med beräkningskemi, 10 hp.
    Engelska 6. (Med en svensk kandidatexamen uppfylls kravet på engelska.)
  • Ansvarig institution: Institutionen för kemi - Ångström

Mål

Efter godkänd kurs ska studenten kunna:

  • reflektera över hur kvantkemiska beräkningar kan ge unik information och förståelse om egenskaper hos molekyler och material
  • redogöra för de centrala delarna av kvantkemisk beräkningsmetodik för molekyler, med tonvikt på statisk och dynamisk elektronkorrelation
  • redogöra för de centrala aspekterna av kvantkemisk beräkningsmetodik för fasta material, ytor och gränssnitt, med särskilt fokus på periodiska beräkningar
  • tillämpa några av ovanstående metoder och modeller i praktiska kvantkemiska beräkningar och tolka erhållna resultat
  • diskutera de viktigaste för- och nackdelarna med de metoder som diskuteras på kursen och ha förmåga att välja adekvat beräkningsmetod för specifik beräkningskemisk frågeställning
  • redogöra för de grundläggande principerna för några metoder som kombinerar kvantmekanik och kraftfält (QM/MM) och som kan användas för stora system, både molekyler och fasta material
  • diskutera huvudaspekterna av forskningsartiklar i tillämpad kvantkemi
  • diskutera några av de viktiga aktuella problem- och frågeställningarna inom området kvantkemiska metoder och beräkningar
  • redogöra för,, några aspekter av maskininlärningsteknik inom modern beräkningskemi och e-vetenskap, såsom kraftfältutveckling och förutsägelser av molekyl- och materialegenskaper. 

Innehåll

Kursens tonvikt ligger på hur kvantkemiska beräkningar kan tillämpas på enskilda molekyler och på kondenserade system (fast fas, ytor, nanomaterial), t.ex. för energi- och miljötillämpningar och i katalys, liksom de teoretiska grunderna för detta. Elektronkorrelerade metoder liksom beräkning av elektronstruktur "från bindningar till band" är centrala. Kursen orienterar också om kvantkemi som en byggnadssten inom multiskal-modellering. Kursen inleds med en kort översikt av de kvantmekaniska postulaten, och några viktiga begrepp och beteckningar inom kvantmekaniken.
Följande begrepp diskuteras under kursen: Potentialenergiytor, elektroniska egenskaper. Hartree-Fock-teori (restricted och unrestricted) för molekyler, DFT-teori, öppna-skal-system, Slater-determinanter, statisk och dynamisk elektronkorrelation (CI, CC, CASSCF, MPn). Periodiska DFT-beräkningar för material, basset av plana vågor, DOS (density of electronic states), kvantkemiska modeller för beskrivning av omgivningseffekter. Icke-periodiska metoder för kondenserad materia. QM/MM-metodik. Beräkning och tolkning av molekyl- och materialegenskaper. Grunderna för maskininlärning och neurala nätverk.

Undervisning

Föreläsningar, datorlaborationer, litteraturuppgift.

Examination

Skriftligt prov anordnas vid slutet av kursen och motsvarar 6 hp. Laborationer och litteraturprojekt med muntlig redovisningmotsvarar tillsammans 4 hp. Slutbetyget motsvarar en sammanvägning av resultaten av det skriftliga provet, laborationerna och litteraturuppgiften.

Om särskilda skäl finns får examinator göra undantag från det angivna examinationssättet och medge att en enskild student examineras på annat sätt. Särskilda skäl kan t.ex. vara besked om särskilt pedagogiskt stöd från universitetets samordnare för studenter med funktionsnedsättning.

Litteratur

Litteraturlista

Gäller från: vecka 30, 2019

  • Jensen, Frank Introduction to computational chemistry

    2. ed.: Chichester: Wiley, cop. 2007

    Se bibliotekets söktjänst

  • Dronskowski, Richard Computational chemistry of solid state materials : a guide for materials scientists, chemists, physicists and others

    Weinheim: Wiley-VCH, cop. 2005

    Se bibliotekets söktjänst