Ученые решили давнюю проблему в расчете сил между молекулами

Исследователи из Венского технологического университета (TU Wien) разработали вычислительный метод, который с беспрецедентной точностью рассчитывает силы между крупными молекулами. Это решает давнюю проблему теоретической химии, связанную с расчетом сил Ван-дер-Ваальса — слабых связей, объясняющих множество явлений, от способности гекконов ходить по стенам до сжижения азота.

Долгое время разные вычислительные методы давали противоречивые результаты. Как выяснилось, проблема заключалась в самом «золотом стандарте» квантовой химии — методе coupled-cluster. «Мы обнаружили, что метод coupled-cluster систематически завышает энергии связей в крупных, сильно поляризуемых молекулах», — объясняет соавтор исследования Андреас Ирмлер.

Улучшенная версия метода, разработанная командой, исправляет это отклонение без значительного увеличения вычислительных затрат. Теперь результаты согласуются с данными квантовых Монте-Карло симуляций.

Это достижение особенно важно для работы с крупными молекулярными системами, содержащими до сотни атомов, где даже суперкомпьютеры достигают своих пределов. Точный расчет сил Ван-дер-Ваальса необходим для понимания биологических систем, разработки лекарств и создания материалов для хранения энергии.

«Мы строим мост между максимальной точностью и практической применимостью», — говорит профессор Андреас Грюнайс. Новый метод также предоставляет надежные данные для обучения искусственного интеллекта, используемого в виртуальном дизайне материалов и фармацевтических препаратов.

Пример крупных молекул с силами Ван-дер-Ваальса. Автор: Vienna University of Technology

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.