Da Janus Juul Eriksen skulle omformulere en eksisterende model for vekselvirkningen mellem elektronerne i et molekyle, kom han på sporet af en ny og bedre model.

Af Filip Graugaard Esmarch

Teoretisk funderede kemikere har siden 1926 taget livtag med den såkaldte Schrödinger-ligning, som inden for molekylær kvantemekanik kan siges at udgøre en pendant til fysikkens fundamentale bevægelsesligning, Newtons anden lov. Men hos kemikerne udgør elektronerne i den sammenhæng noget af en udfordring, altså de negativt ladede partikler, som cirkler rundt om kernen i hvert enkelt atom.

”Hvis du løser Schrödinger-ligningen, vil du være i stand til fuldt ud at kunne beskrive et molekyle, dets energi og andre egenskaber. Men fordi interaktionen mellem to elektroner er så kompleks, findes der i praksis ingen eksakte løsninger til ligningen. Derfor må man nøjes med tilnærmelser,” forklarer Janus Juul Eriksen, som har udviklet nye beregningsmodeller til brug for dette.

Ved hjælp af computerprogrammering er beregningskemikere i stand til at skabe tilnærmelser af høj nøjagtighed. Men faktisk er elektronernes opførsel så kompleks, at selv med nutidens kraftfulde processorer vil en beregning kunne tage år at udføre. Med den nye model fra Eriksen og hans samarbejdspartnere er dette problem nu mindsket.

EN MODEL FOR FREMTIDEN

”De mest eksakte modeller har hidtil ikke været praktisk anvendelige. Vi har påvist, at vores modeller er væsentlig billigere end de eksisterende modeller, samtidig med at løsningen er af samme kvalitet. De er stadig temmelig dyre, men deres bredere anvendelsespotentiale vil nok blive større, efterhånden som computerteknologien udvikler sig,” spår Janus Juul Eriksen, der betegner sin bedrift som grundvidenskab i sin pureste essens.

Det begyndte egentlig med, at han sammen med sin vejleder satte sig for at reformulere en eksisterende model, så den kunne passe ind i den måde, de skrev deres computerkode på i Aarhus.

”Til sidst havde vi udviklet noget, som vi på daværende tidspunkt ikke rigtig var klar over, hvad var. Men da vi gik videre med det, kunne vi se, at det i virkeligheden var noget helt nyt. Så spurgte vi en professor fra Mainz i Tyskland og en ung forsker fra Texas, om de kunne hjælpe os med at implementere de her ligninger, altså skrive dem om til kode, så vi kunne teste dem.”

FLEKSIBEL TEORETISK RAMME

De nye modeller er formuleret ved hjælp af en såkaldt Lagrange-optimering af elektronernes energi, og de er udviklet som et nyt hierarki af perturbationsmodeller inden for coupled cluster-teorien. Hvad dette så i øvrigt vil sige, vil kunne forstås af en teoretisk kemiker. Her skal det blot nævnes, at Janus Juul Eriksen som et meget vigtigt punktum for sit ph.d.-projekt førte an i et studie, som frem-lægger et matematisk grundlag for det alt sammen.

”Vi har skabt en teoretisk ramme for at kunne beskrive, hvorfor både vores egen og mange eksisterende modeller fungerer så godt, som de gør. Man vil også potentielt kunne udvikle nye modeller inden for den meget fleksible ramme, vi har lavet,” fortæller Eriksen.