Если я скажу, что при помощи чуть модифицированной масс-спектроскопии (МС) можно увидеть структуру молекулы, то вы наверное посчитаете меня за сумасшедшего. Но не тут то было! Это целая область экспериментальных исследований, которая называется Coulomb Explosion Imaging (визуализация кулоновского взрыва).

Собственно, кулоновский взрыв — это диссоциация молекулярного поликатиона на два катиона меньших зарядов. Простейшая реакция такого типа — это диссоциация дикатиона на два монокатиона:
(AB++) → (A+) + (B+).
При этом, при разрыве химической связи, между катионами-фрагментами возникает очень сильное кулоновское отталкивание, что разгоняет эти два фрагмента в противоположные стороны до гиганских скоростей. И вот эти скорости и можно увидеть во времяпролётной МС как вариацию времени прилёта. Но если сделать ещё хитрее, и приложить специальное электрическое поле, то можно получить т.н. спектроскопию картирования скоростей (velocity map imaging, VMI). В результате чего все скорости будут отображаться на экране в виде кругов, радиус которого будет соответствовать скорости соответствующего иона. Естественно, чтобы получить эти скорости, приходится снимать картинки индивидуальных времяпролётных пиков, и именно для этого используются самые быстрые фотокамеры в мире: PImMS (из Оксфорда) и TimePix (из ЦЕРНа), которые могут снимать фотографию раз в несколько наносекунд!

И вот из такой хитрой МС за счёт корреляций скоростей между различными фрагментами и можно увидеть структуру изначального фрагмента! Мало того, если проводить фемтосекундные эксперименты pump-probe спектроскопии, когда первый лазерный импульс (pump) производит ионизацию и развал молекулы, а второй лазерный импульс (probe) переводит ионы в новое ионное состояние, мы можем буквально увидеть процесс разрыва химической связи и разлёт фрагментов с шикарным разрешением.

Обо всём этом можно почитать в статье:

Molecular photodissociation dynamics revealed by Coulomb explosion imaging
Phys. Chem. Chem. Phys., 2023,
DOI https://doi.org/10.1039/D3CP01740K

Ещё раз о ядерных квантовых эффектах, которых нет в обычной молекулярной динамике.

Недавно в JACS вышла статья от группы Олега Преждо из Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе, в которой показывается, что недоучёт квантовых ядерных эффектов важен не только для всяких переносов протонов, но и для динамики твердотельных систем с тяжёлыми атомами. Если быть точно, для динамики носителей заряда в гибридных органо-неорганических перовскитов.

Короче, если сделать классическую и квантовую молдинамику этих систем, то время жизни носителей заряда в квантовом случае заметно больше, что приводит к тому, что эффективность излучетельных процессов выше на 40% во втором случае. Т.е., в классической молдинамике мы недоучитываем важные аспекты динамики. Хоть и кажется, что для тяжёлых элементов, где все эти заряды локализованы, квантовые ядерные эффекты не важны, их наличие в решётке для более лёгких элементов явно влияет на всю картину.

Более подробно, читайте саму статью:

"Nuclear Quantum Effects Prolong Charge Carrier Lifetimes in Hybrid Organic–Inorganic Perovskites"
J. Am. Chem. Soc. 2023,
https://doi.org/10.1021/jacs.3c04412

Статья приложена к посту, а картинка взята из статьи.

Кажется, мы начали забывать одно ругательное слово, которое было очень популярно в былые хорошие годы. И слово это...

НАНОТЕХНОЛОГИИ

Но, несмотря на забытие этого слова, нанотехнологии никуда не ушли, а всё прочнее вошли в нашу жизнь. Самые современные фотолитографические процессы работают с длинами волн в экстремальном ультрафиолете (~10 нм и меньше), что позволяет получать электронные схемы с характеристическим размером порядка этих самых длин волн (т.е. нанометрового диапазона). И т.д.
Даже квантовые точки тоже никуда не делись. Например, они используются как источники запутанных фотонов, в частности для создание квантовых защищённых каналов связи. Они же идут и во всякие метаматериалы, а также предлагаются даже кубиты на квантовых точках.

И вот, чтобы обо всём этом вспомнить, я предлагаю почитать статью из старого, но всё ещё замечательного журнала, основанного (о ужас!) Джорджем Соросом:

В.Я. Демиховский
"Квантовые ямы, нити, точки"
Соросовский образовательный журнал №5 (1997), стр. 80

В ней понятным языком рассказываются основы современных электронных технологий. PDF-ка приложена к посту. Приятного чтения.

P.S. Ну и как же тут не вспомнить замечательный хит 2011 года (можно вспомнить всё ещё хорошие годы), от замечательной ивановской группы Дискотека Авария. А Иваново, как мы знаем, это дом замечательных вузов, например ИГХТУ :)

https://youtu.be/hb-Vnc5Lxrk

а вот и PDF-ка статьи

Ни для кого не секрет, что квантовые компьютеры несут нам не только ужас от взлома всей нашей конвенциональной криптографии, но и счастье от возможности вычислять кучу новых вещей, нынее для нас на наших обычных компьютерах недоступных из-за жуткой стоимости расчётов.

И чтобы понимать, что творится в этом новом дивном мире, особенно в приложениях к квантовой химии, Даниель Клаудино из Оак Риджа (США) опубликовал замечательную статью в замечательном журнале "International Journal of Quantum Chemistry". Называется сий манускрипт "The basics of quantum computing for chemists", и этим всё сказано.

В этой статье (в открытом доступе!) с самого начала, ведётся изложение о том, как работают квантовые компьютеры, и как на них проводить вычисления (принципы работы алгоритмов). Очень полезно.

Claudino, D., Int. J. Quantum Chem. 2022, 122( 23), e26990.
https://doi.org/10.1002/qua.26990

Прикольная штука. Ильгиз Ибрагимов, создатель компании Elegant Mathematics, перевёл часть своей кандидатской диссертации на английский, выделив интересные математические подходы для эффективного решения уравнений Хартри-Фока, основанные на неравномерных сетках. А ещё (что главное), опубликовал это в открытом доступе на платформе ResearchGate.

Читаем, наслаждаемся, познаем непознанное.

ICD — это не только нереализованный вариант компакт-диска, подходящий только для айпода. Это ещё и Interatomic/intermolecular Coulombic decay, очень интересный фотохимический процесс.

Представим, что мы зафигачили по атому/молекуле светом, в результате чего создали там электронную дырку. Если частота кванта света была достаточно большой, мы могли даже получить возбуждённое состояние, которое бы ещё могло дальше автоионизоваться, образовав какой-нибудь дикатион нашего атома/молекулы. Или не могло, но было всё равно высокоэнергетическим.

И вот представим, что рядом есть ещё какой-то атом или молекула. Так вот, существует процесс (или, физически-говоря, канал), когда это возбуждение может перекинуться на соседний атом/молекулу, в результате чего ионизуется уже сосед, и получившийся слабосвязанный дикатион счастливо разлетается на два монокатиона.

Подобные процессы, внезапно, оказываются важны, когда мы думаем про радиационную химию, или даже биохимию. Представим какую-нибудь биомолекулу. Если она поглотит квант ионизирующего излучения (например УФ квант от нашего Солнышка), то от такого энергетического пинка она просто ионизуется/развалится. Но если рядом есть ещё какие-то молекулы (например, окружающая водичка), то внезапно, это лишнее возбуждение можно скинуть на соседей, в результате чего молекула останется более-менее цела.

Но эти процессы не только умозрительны, их можно изучать и наблюдать, и это увлекательный детективный роман с кучей различных методов с переднего края науки: фотоэлектронная спектроскопия, корреляция между ионными импульсами, картирование скоростей, реакционные микроскопы, флуоресценция, и т.д. и т.п. А ещё есть теоретические расчёты этих процессов, короче дивный мир неизведанных знаний.

И обо всём этом можно узнать в не очень давнем обзоре в Chemical Reviews (в открытом доступе):

Interatomic and Intermolecular Coulombic Decay
Chem. Rev. 2020, 120, 20, 11295–11369
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00106

Давненько у нас не было нашей заезженной рекламы.😈

Лучшая книга на свете!
"Современная теоретическая химия в современном изложении"
М.: URSS, 2022, 512 с., ISBN 978-5-9710-9773-0

Пять частей доступного, но всё же глубокого изложения основ квантовой и вычислительной химии.

Приобрести книгу можно на сайте издательства URSS, как в мягкой, так и в твёрдой обложке:
https://urss.ru/269374
Доступна также на Озоне и Вайлдберриз. А для ознакомления (чтобы не брать кота в мешке), по следующей ссылке можно скачать сырую и неотредактированную версию книги:
https://disk.yandex.ru/d/2F-aChJEYx3Oow

Гротескный же рекламый мульт, приуроченный к году выпуска книги, как обычно доступнен по ссылке.

P.S. по состоянию на несколько месяцев назад, работала и доставка за пределы РФ, в частности в страны ЕС.

Свежая круть от лаборатории Квантово-Химических расчетов в Институте Химфизика им. Н.Н. Семёнова.
Новая модель сольватации, опубликованная в JCTC! И судя по-всему существенно стабильнее, проще и производительнее предыдущих. И в коде реализовано.
Читаем, узнаем, используем на практике.
А вот где про это всё можно почитать: https://vk.com/@-221456203-solv-alternativnaya-model-solvatacii, а сама статья приложена к следующему посту.

А вот и статья :)

— Т-т-ты чё, кислоту мне впариваешь?
— Это не кислота, не-е-е… Это СУПЕР-КИСЛОТА! И супероснование в придачу!

Пока одни глупые зайцы грызли кактус, изобретая дизайнерские наркотики, другие, умные, при помощи химической интуиции, Ынтеллекта и компьютера, изобретали дизайнерские суперкислоту и супероснование. И даже статью об этом опубликовали.
Ничем не сдержанный полёт фантазии, красивые картинки, вынос мозга и крутые результаты, всё это в замечательной статье

"Superhalogen and Superacid"J. Comput. Chem. 2019, 40, 2293– 2300.DOI: 10.1002/jcc.26007

А те, кто при свете Солнца прочтут и поймут всю статью полностью, получат дополнительные очки выработки витамина D в своём организме. Статья, как обычно, в приложении к посту.

P.S. А-а-атсохни, мазаяц...

А вот и сама статья!

Хороший обзор на проблему ароматичности в химии. И подаётся с немного другой стороны, чем обычно это пропагандируется в нашей группе. 🙃
https://nplus1.ru/material/2023/07/10/smells-like-aromatic

Вдохновлённые недавним постом из группы abstractные картиночки, мы предлагаем вычислительный проект для широкой аудитории с выходом на статью через одну-две недели. Подробности в этом тексте:
https://vk.com/@quant_chem_and_stuff-kvantovo-himicheskaya-stateinaya-piramida

А вот и тот пост.

А вот и апдейт по начатому проекту:
https://vk.com/@quant_chem_and_stuff-update-po-nedofinansovoi-piramide

Те, кто думает о том, чтобы поступить в аспирантуру, советую попробовать сначала поиграть вот в эту игру. Это текстовый PhD симулятор, который в полной мере познакомит вас с прелестями обучения в аспирантуре. Причём, эта игра весьма точно даёт почувствовать её дух, универсальный для всех стран Мира.

А тем, кто отмучался отучился, тоже рекомендую кликнуть на досуге: смешно, занимательно, и залипательно.

Решено, с сегодняшнего дня, наше основное приближение называется приближением Барби-Оппенгеймера. А ещё предлагается ⟨бра∣-вектор переименовать в Бар-вектор, а ∣кет⟩-вектор переименовать в Кен-вектор, так что вместо ⟨bra∣ket⟩ мы получим ⟨Bar∣Ken⟩ :)

P.S. картинка взята отсюда.

Q: What do you call a reduced Barbie?
A: hBarbie!