Баб'юк Д. П. Нестаціонарні квантові методи в дослідженні адіабатичної реакційної динаміки бімолекулярних зіткнень у газовій фазі

Об'єкт дослідження: елементарний акт адіабатичної бімолекулярної хімічної реакції у газовій фазі, внутрішні стани молекул. Мета дослідження: у рамках квантового підходу розробити та програмно реалізувати нові методики і ефективні алгоритми з наступним їх застосуванням до вивчення адіабатичної реакційної динаміки реальних та модельних систем. Методи дослідження: метод хвильового пакету, метод розщепленого оператора, метод сіток, спектральний метод, дискретне представлення змінної (DVR), бомівський метод, метод квантових траєкторій, метод Монте-Карло, гібридний метод, метод функції покриття. Теоретичні і практичні результати: Реалізований у роботі МКТ у поєднанні із розробленим оригінальним методом функції покриття відкриває шлях до вивчення квантової хімічної динаміки бімолекулярних реакцій, в яких загальне число атомів більше чотирьох. Використання запропонованого гамільтоніану шляху реакції для систем із великим числом ступенів вільності, в яких кривизни вищих порядків близькі до нуля, суттєво спрощує дослідження реакційної динаміки. Розроблений пакет програм на основі комбінованого методу придатний для дослідження динаміки будь-яких реагуючих систем "атом - двоатомна молекула" шляхом інкорпорації у нього відповідної ППЕ, одержаної з квантово-хімічних розрахунків. З отриманого результату можна прогнозувати можливість використання дослідженої системи у хімічному лазері. Новизна: Уперше квантовими методами розраховано перерізи реакцій заміщення гідрогену Н + H Cl = НCl + H , Н + DCl = HCl + D та відщеплення гідрогену Н + H Cl = НH + Cl, Н + DCl = НD + Cl з використанням найточнішої на сьогодні ППЕ для такої системи. Уперше відкрито істинну природу феномену динамічного тунелювання, що проявляється у коливальних модах деяких молекул. Використовуючи бомівський підхід до квантової теорії доведено, що динамічне тунелювання є лише прихованим видом бар'єрного тунелювання. Розроблено альтернативне формулювання гамільтоніану шляху хімічної реакції, що відрізняється від традиційного гамільтоніану значно простішою у ньому формою оператора кінетичної енергії. Уперше квантовим методом розраховано ймовірності реакцій для модельної системи, що містить 200 коливальних ступенів вільності. Уперше показано можливість застосування до реальної реакційної системи чистого методу квантових траєкторій без будь-яких наближень. Розроблено два оригінальні методи для подолання проблеми вузлів у МКТ: гібридний метод та метод функції покриття. Другий метод знайшов подальше застосування та розвиток у працях інших дослідників. Ступінь упровадження: Деякі програмні коди використовуються у виконанні курсових, дипломних та магістерських проектів студентами хімічного факультету Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича