Μέλη: Γ. Θεοδωρακοπούλου, Ι. Δ. Πετσαλάκης , Μ. Σημαντήρας, Ν. Ν. Λαθιωτάκης
Μεταδιδακτορικοί Συνεργάτες: Δ. Τζέλη, Ι. Θανόπουλος, Ι. Σ. Κ. Κερκινές

Οι ερευνητικές δραστηριότητες στην μοριακή φυσική και υπολογιστική χημεία ακολουθούν τρεις κατευθύνσεις:

1. Θεωρητικοί υπολογισμοί της ηλεκτρονιακής δομής μορίων στην αέρια φάση, μορίων εγκλωβισμένων σε περιορισμένο χώρο, μορίων προσροφημένων σε επιφάνειες, συσσωματωμάτων και νανο-υβριδικών συστημάτων, με ιδιαίτερη έμφαση στις διηγερμένες ηλεκτρονιακές καταστάσεις και τις διεργασίες στις διηγερμένες ηλεκτρονιακές καταστάσεις.
(Γ. Θεοδωρακοπούλου, Ι. Δ. Πετσαλάκης, Δ. Τζέλη, Ι. Θανόπουλος, Ι. Σ. Κ. Κερκινές

Χρησιμοποιούνται θεωρητικές μέθοδοι κβαντομηχανικής και διεξάγεται έρευνα στην μοριακή φυσική και υπολογιστική χημεία. Αναπτύσσονται και χρησιμοποιούνται πρωτοποριακές θεωρητικές μέθοδοι που εκτείνονται από μεθόδους πρώτων αρχών (Configuration Interaction) έως τις μεθόδους συναρτησιακού της πυκνότητας (Density Functional Theory, DFT), τη χρονοεξαρτημένη μέθοδο συναρτησιακού της πυκνότητας (TD-DFT) καθώς επίσης και τεχνικές κβαντικής μοριακής δυναμικής. Με τη χρήση των μεθόδων αυτών διεξάγονται υπολογισμοί που αφορούν τη θεμελιώδη και διεγερμένες ηλεκτρονιακές καταστάσεις μικρών μορίων, υβριδικών συστημάτων νανοδομών άνθρακα, συστημάτων μοριακής αναγνώρισης και χημικών αισθητήρων, διεργασίες μεταφοράς ενέργειας (Energy Transfer) και φορτίου (Charge Transfer), και προσομοιώνεται ο κβαντικός έλεγχος (Quantum Control) συστημάτων νανο-κλίμακας (nanoscale systems). Πρωτοποριακές μέθοδοι που αναπτύχθηκαν από την ομάδα μας (complex coordinate rotation methods, multi-channel quantum defect theory) χρησιμοποιούνται στη μελέτη διαφόρων διεργασιών που αφορούν διεγερμένες και πολύ υψηλά διεγερμένες καταστάσεις μορίων και διεγερμένων διμερών (excimers).
Οι εφαρμογές των ερευνητικών δραστηριοτήτων αφορούν τους τομείς των υλικών, της νανοτεχνολογίας, των φωτοβολταϊκών καθώς και την φασματοσκοπία και την αστροφυσική και την χημεία της ανώτερης ατμόσφαιρας και του διαστρικού χώρου.

Τρέχουσες ερευνητικές δραστηριότητες περιλαμβάνουν:

(i) Διεργασίες μεταφοράς φορτίου και ενέργειας (Charge Transfer and Electron Transfer Proccesses) σε συστήματα δότη-αποδέκτη (donor-acceptor systems):Υβριδικών μορίων νανοδομών άνθρακα και Χημικών αισθητήρων. Προτείνονται απλοί κανόνες για τον σχεδιασμό συστημάτων δότη-αποδέκτη βασισμένοι σε διαγράματα ενεργειακών στάθμων των τροχιακών του δότη και του αποδέκτη.

(ii) Χημεία σε περιορισμένους χώρους: Δομή και ιδιότητες μορίων εγκλωβισμένων σε ενώσεις κλουβιά και σε νανοσωλήνες.

(iii) Διερεύνηση της δομής και των διεργασιών των διεγερμένων και υψηλά διεγερμένων καταστάσεων μικρών μορίων. Πρόσφατες μελέτες στο ΝΟ₂ και στο CF.

Πρόσφατες ερευνητικές δραστηριότητες περιλαμβάνουν

(ι) Νιτρίδια μετάλλων της ομάδας ΙΙΙ και η χημειορόφηση τους στην επιφάνεια Si(111). Σχηματισμός λεπτών υμενίων (thin films), νανο-συρμάτων (nanowires) και νανο-συσσωματωμάτων (nanoclusters)

(ιι) Αντιδράσεις οργανικών μορίων προσροφημένων σε επιφάνεια Si(111).

(ιιι) Δημιουργία μοριακών ηλεκτρονικών διατάξεων βασισμένων σε παράγωγα της πορφυρίνης

(iv) Ανάπτυξη μεθοδολογίας για τη δυναμική ανοικτών κβαντικών συστημάτων

Η δραστηριότητα ''κβαντικός έλεγχος'' χρηματοδοτείται από Ευρωπαϊκό πρόγραμμα FP7-PEOPLE- IRG-2008 (2008-2012).

2. Θεωρητική μελέτη αμόρφων ανόργανων συστημάτων και συσσωματωμάτων μεταβατικών στοιχείων. (Μ. Σημαντήρας)

(i) Δομή, φασματοσκοπία και αντιδράσεις συσσωματωμάτων μεταβατικών στοιχείων (transition metal clusters) με ειδικό ενδιαφέρον στις καταλυτικές τους ιδιότητες
(ιι) Η τοπική δομή υάλων χρησιμοποιώντας μεθόδους από πρώτες αρχές

3. Ανάπτυξη και εφαρμογή μεθόδων συναρτησιακού πυκνότητας (DFT) και περιορισμένου πίνακα πυκνότητας (RDMFT) για τη μελέτη της ηλεκτρονικής συσχέτισης σε μοριακά και περιοδικά συστήματα (Ν. Ν. Λαθιωτάκης)

Α) Ανάπτυξη:

(i) Μέθοδος του περιορισμένου πίνακα πυκνότητας (RDMFT): εισαγωγή νέων συναρτησιακών, μελέτη των ιδιοτήτων τους και αξιολόγηση της χρησιμότητας τους στον υπολογισμό ιδιοτήτων μορίων και στερεών.
(ii) Αντιμετώπιση προβλημάτων που σχετίζονται με τη μέθοδο βέλτιστου ενεργού δυναμικού (Optimized Effective Potential, OEP) και επέκτασή της στην RDMFT.

Β) Εφαρμογές μεθόδων συναρτησιακού πυκνότητας:

(i) Δομικών, ελαστικών και ηλεκτρονικών ιδιοτήτων νανοδομών με βάση το γραφένιο.
(ii) Αλληλεπίδραση μαγνητικών προσμίξεων in ZnO.

(a) azafullerene inside a nanotube                              (b) encapsulated carboxylic acid dimer

(c) encapsulated stilbene in the ground and first excited singlet electronic states

(d) Potential energy curves of the ground and excited (²Π) states of CF

(e) orbital level diagram for Intramolecular Electron Transfer

       
      (f) quantum control                                                              (g) photoinduced charge transfer

(h) porphyrin-nanohorn hybrid                                                   (i) dicarboxylic acid sensor