Tßτλος του μαθÞματος | ΚβαντικÞ ΔομÞ της ¾λης (Εαρινü)
Κωδικüς αριθμüς μαθÞματος | ELTP22
Τýπος του μαθÞματος | ΕπιλογÞς
Επßπεδο του μαθÞματος | Μεταπτυχιακü (ΜΔΕ)
¸τος σπουδþν | Πρþτο
ΕξÜμηνο | Δεýτερο
ΠιστωτικÝς μονÜδες ECTS | 7
¼νομα του διδÜσκοντος/των διδασκüντων | Α. ΖδÝτσης, ΚαθηγητÞς
Επιδιωκüμενα μαθησιακÜ αποτελÝσματα του μαθÞματος | Στο τÝλος αυτοý του μαθÞματος ο φοιτητÞς θα μπορεß να 1. ΠαρουσιÜζει τις σημαντικüτερες ab initio και ημιεμπειρικÝς θεωρητικÝς μεθüδους για την μελÝτη δομικþν, ηλεκτρικþν, οπτικþν και μαγνητικþν ιδιοτÞτων μοριακþν συστημÜτων. 2. ΕπιλÝγει και να εφαρμüζει τις καταλληλüτερες μεθüδους/προσεγγßσεις για την μελÝτη μοριακþν συστημÜτων, λαμβÜνοντας υπüψη τη σýνθεση, τις δομικÝς λεπτομÝρειες και τις διαστÜσεις των συστημÜτων, καθþς και την απüδοση των μεθüδων για τον υπολογισμü των προς μελÝτη ιδιοτÞτων. 3. Αναγνωρßζει και αναλýει μοριακÜ τροχιακÜ, διαγρÜμματα ηλεκτρονιακÞς πυκνüτητας, διαφορþν ηλεκτρονιακÞς πυκνüτητας, και πυκνüτητας spin. 4. Να χαρακτηρßζει μοριακÝς ιδιüτητες (φÜσματα IR, Raman, UV-VIS, ενεργειακÜ επßπεδα), με βÜση τη συμμετρßα τους. 5. Να μοντελοποιεß, με χρÞση Η/Υ, αρχικÝς γεωμετρßες για μοριακÜ συστÞματα και να εξÜγει αποτελÝσματα απü τα αρχεßα εξüδου γνωστþν εμπορικþν, καθþς και ανοιχτοý λογισμικοý, υπολογιστικþν πακÝτων για υπολογισμοýς ηλεκτρονικÞς δομÞς της ýλης.
Δεξιüτητες | Στο τÝλος αυτοý του μαθÞματος ο φοιτητÞς θα Ýχει περαιτÝρω αναπτýξει τις ακüλουθες δεξιüτητες 1. Ικανüτητα να επιδεικνýει γνþση και κατανüηση των ουσιωδþν δεδομÝνων, εννοιþν, αρχþν και θεωριþν που σχετßζονται με τη κβαντικÞ περιγραφÞ μοριακþν συστημÜτων. 2. Ικανüτητα να εφαρμüζει αυτÞ τη γνþση και κατανüηση για τον υπολογισμü δομικþν, ηλεκτρικþν, οπτικþν και μαγνητικþν ιδιοτÞτων μοριακþν συστημÜτων κÜνοντας χρÞση των υπολογιστικþν πακÝτων Gaussian και GAMESS. 3. Ικανüτητα να μοντελοποιεß μοριακÜ συστÞματα κÜνοντας χρÞση των προγραμμÜτων GaussView και MacMolPlt. 4. Ικανüτητα διαμεσολÜβησης μεταξý πειραματικþν και θεωρητικþν του γενικüτερου πεδßου επιστÞμης υλικþν.
ΠροαπαιτÞσεις | Δεν υπÜρχουν προαπαιτοýμενα μαθÞματα. Οι φοιτητÝς πρÝπει να Ýχουν τουλÜχιστον βασικÞ γνþση ΚβαντομηχανικÞς και ΦυσικÞς ΣτερεÜς ΚατÜστασης.
Περιεχüμενα (ýλη) του μαθÞματος | 1. Επισκüπηση Γενικþν Αρχþν και μεθüδων Υπολογισμþν ΗλεκτρονικÞς ΔομÞς της ¾λης απü Πρþτες ΑρχÝς ΠροσÝγγιση Born–Oppenheimer (εντüς της αδιαβατικÞς προσÝγγισης). Φορμαλισμüς περιορισμÝνης και μη περιορισμÝνης θεωρßας Hartree–Fock. Ολοκληρþματα δýο ηλεκτρονßων. ΑυτοσυνεπÞς επßλυση εξισþσεων Roothaan–Hall και Pople–Nesbet. ΕπιφÜνειες δυναμικÞς ενÝργειας (PES) και βελτιστοποßηση γεωμετρßας θεμελιþδους κατÜστασης. 2. ΜÝθοδοι Post Hartree–Fock και ΗλεκτρονιακÞ ΣυσχÝτιση. Θεωρßα διαταραχþν Rayleigh–Schrodinger. Θεωρßα διαταραχþν δεýτερης τÜξης Moller–Plesset. ΔιεγερμÝνες ορßζουσες. Αλληλεπßδραση διαμορφþσεων. ΜÝθοδοι πολλαπλþν διαμορφþσεων (MCSCF). 3. Σýνολα ΒÜσης Σýνολα βÜσης τýπου Slater (SDF) και Gaussian (GTF). ΣφÜλμα περικοπÞς και υπÝρθεσης συνüλου βÜσης (BSSE). Σýνολα βÜσης διπλοý και τριπλοý ζÞτα. 4. ΗμιεμπειρικÝς ΜÝθοδοι ΓενικÝς ημιεμπειρικÝς μÝθοδοι CNDO, INDO, NDDO, ΖINDO. ΠαραμετροποιημÝνες μÝθοδοι MNDO, AM1, RM1, PM3, PM6. 5. Θεωρßα ΟμÜδων ΟμÜδες σημεßου μοριακþν συστημÜτων. Μετασχηματισμοß μοριακÞς συμμετρßας και συμβολισμοß Schoenflies. Σýνολα γεννητüρων. ΚλÜσεις συζυγßας. Μη αναγωγÞσιμες αναπαραστÜσεις. Θεþρημα Caley. Πßνακες χαρακτÞρων. Ευθý γινüμενο. ΕφαρμογÝς θεωρßας ομÜδων (διπολικÞ ροπÞ, οπτικÞ ενεργüτητα, εκφυλισμüς ενεργειακþν καταστÜσεων, υπολογισμüς ολοκληρωμÜτων ενÝργειας, ηλεκτρονιακÝς μεταβÜσεις). 6. Θεωρßα Συναρτησιακοý ΗλεκτρονιακÞς Πυκνüτητας Γενικüς φορμαλισμüς θεωρßας συναρτησιακοý ηλεκτρονιακÞς πυκνüτητας (DFT). ΣυναρτησιακÜ ανταλλαγÞς και συσχÝτισης. Προσεγγßσεις τοπικÞς πυκνüτητας (LDA), γενικευμÝνης βαθμßδας (GGA και meta-GGA) και υβριδικÝς μÝθοδοι. ΣυναρτησιακÜ BP86, PBE, B3LYP και Β2PLYP. 7. ΕισαγωγÞ σε ΣτατιστικÝς Μεθüδους ΕισαγωγÞ στις μεθüδους κβαντικÞς Monte Carlo (QMC): Variational Monte Carlo (VMC) και Diffusion Monte Carlo (DMC). 8. ΕργαστηριακÝς ΑσκÞσεις με ΧρÞση ΥπολογιστÞ
Συνιστþμενη βιβλιογραφßα προς μελÝτη | 1. «ΜοριακÞ ΚβαντικÞ ΜηχανικÞ», P. W. Atkins, R. S. Friedman, 3η Ýκδοση, Oxford University Press, 1999. 2. «Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory», Attila Szabo, Neil S. Ostlund, Dover, 1996. 3. «Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models», Christopher J. Cramer, second edition, John Wiley & Sons, 2004.. 4. «A chemist's guide to Density Functional Theory», Wolfram Koch, Max C. Holthausen, Wiley-VCH, second edition, 2001. 5. «Density Functional Theory of Atoms and Molecules», Robert G. Parr, Weitao Yang, Oxford University Press, 1989. 6. «Monte Carlo Methods in Ab Initio Quantum Chemistry: Quantum Monte Carlo for Molecules», William A. Lester, B.L. Hammond, P.J. Reynolds, World Scientific Publishing, 1991.
ΔιδακτικÝς και μαθησιακÝς μÝθοδοι | Παραδüσεις με μερικÞ χρÞση διαφανειþν Þ/και παρουσιÜσεις με powerpoint. ΕργαστηριακÜ τμÞματα για την εκμÜθηση χρÞσης λογισμικοý για υπολογισμοýς ηλεκτρονικÞς δομÞς της ýλης. ΕφαρμογÞ σε πραγματικÜ μοριακÜ συστÞματα.
ΜÝθοδοι αξιολüγησης/βαθμολüγησης | 1.ΠαρÜδοση εργασßας και εικοσÜλεπτη παρουσßασÞ της παρουσßα του διδÜσκοντα και των υπüλοιπων φοιτητþν (35% του τελικοý βαθμοý). 2. ΓραπτÞ εξÝταση (35% του τελικοý βαθμοý). 3. ΕργαστηριακÞ ΕξÝταση σε υπολογιστÞ (30% του τελικοý βαθμοý).
Γλþσσα διδασκαλßας | ΕλληνικÜ. Mποροýν üμως να γßνουν οι παραδüσεις στην αγγλικÞ γλþσσα στην περßπτωση που αλλοδαποß φοιτητÝς παρακολουθοýν το πρüγραμμα.