Számítógépes kvantumkémia a kémia szolgálatában = Computational quantum chemistry serving chemistry

Főbb kutatási tématerületek: molekulaspektroszkópia, magmozgás és elektronszerkezet számítások, termokémia, szerkezetkutatás, tömeg-, Mössbauer, valamint NMR spektroszkópia. A kifejlesztett főbb algoritmusok: (a) MARVEL (Measured Active Rotational-Vibrational Energy Levels), kísérleti átmenetekből rezgési-forgási energiaszinteket állít elő, (b) DEWE (DVR, Eckart-Watson Hamiltonian, Exact PES), lehetővé teszi az univerzális Watson operátorokkal a tetszőleges PES-ek egzakt használatát, és (c) HEAT (High-Accuracy Ab initio Thermochemistry), pontossága a mérési eredményekét többnyire meghaladja. Az MS/MS spektroszkópia számára fontos, hogy a protonaffinitási skála két végét rögzítettük a CO és az NH3 molekulákra egy teljes körű ab initio eljárás segítségével. Az NMR spektroszkópia területére tartozik a CSA tenzor új, irányfüggetlen és szimmetrikus definíciójának megadása, javasoltuk továbbá a CSA információ felhasználását többdimenziós korrelációs diagrammok formájában fehérjék másodlagos szerkezete meghatározása során. A nagyszámú alkalmazott kvantumkémiai eredmény közül kiemelendő a külföldi kollégákkal közös Nature (2008) közleményünk, mely leírja a 80 éve keresett hidroximetilén (HCOH) gyök előállítását, mátrixizolácios technikával történő IR és VUV azonosítását és vizsgálatát. A magas gátak közé szorított gyök alagúthatás révén formaldehiddé rendeződik át (2 órás felezési idő), így jelenleg a HCOH rendelkezik a legmagasabb gáttal, ami alatt alagúthatást sikerült észlelni. | Most important research areas: molecular spectroscopy, nuclear motion and electronic structure theory, thermochemistry, structure analysis, mass, Möüssbauer, and NMR spectroscopy. Major algorithms developed: (a) MARVEL (Measured Active Rotational-Vibrational Energy Levels), determines rovibrational energy levels from experimental transitions, (b) DEWE (DVR, Eckart-Watson Hamiltonian, Exact PES), allows use of arbitrary PESs with the universal Watson operators, and (c) HEAT (High-Accuracy Ab initio Thermochemistry), with an accuracy usually better than that of experiments. Fixing the two ends of the proton affinity scale, through ab initio computations on CO and NH3, is important for MS/MS spectroscopy. A new, direction-independent and symmetric definition of the CSA tensor is relevant for NMR spectroscopy, just as its proposed use through multidimensional correlation diagrams during the determination of the secondary structures of proteins. From the large number of results in applied quantum chemistry it is worth mentioning the Nature article from 2008, which describes the synthesis, matrix isolation detection and characterization of the HCOH radical, sought for more than 80 years. This radical exists between large walls but can still rearrange, with a 2-hours half life, to formaldehyde and thus represents an example for observed tunneling under the largest barrier

Teljes rezgési-forgási színképek meghatározása = Determination of complete rotational-vibrational spectra

38 angol nyelvű és egy magyar nyelvű közlemény jelent meg, egy-egy a Nature (2008), a Chem. Eur. J. (2010) és a Phys. Rev. Lett. (2012) nagy hatástényezőjű folyóiratokban. A közlemények összesített impakt faktora több mint 100, a közleményekre már eddig több mint 250 hivatkozás érkezett. Komoly előrelépést értünk el a módszerfejlesztésekben, különös tekintettel a magmozgásoknak a kvantumkémia eszköztárával történő számítására. Ki- illetve továbbfejlesztettük a DOPI (discrete variable representation–orthogonal coordinates–product basis–iterative diagonalization), a DEWE (discrete variable representation–Eckart-Watson Hamiltonian–exact potential), a GENIUSH (general nuclear motion code with numerical, internal coordinate, user specified Hamiltonian), a MARVEL (measured active rotational-vibrational energy levels) és a NEAT (network of reaction enthalpis leading to atom-based thermochmistry) programrendszereket, bevezettük a spektroszkópiai hálózatok fogalmát, a rezgési-forgási hullámfüggvények értelmezésére kidolgoztuk a NMD (normal-mode decomposition) és RRD (rigid-rotor decomposition) eljárásokat. A kifejlesztett algoritmusokat és programrendszereket alkalmaztuk a spektroszkópiában és a termokémiában, különösen fontos szerkezeti és dinamikai eredményeket értünk el a H3+, H2O, NH3, CH4 és H2CCO molekulák és izotopológjaik kapcsán. Új eljárást dolgoztunk ki, mely a kísérleti, kvantumkémiai és információtechnológiai ismeretek kombinálásával segíti a molekulaspektroszkópiát. | 38 English and one Hungarian articles were published, one each in the high impact factor journals Nature (2008), Chem. Eur. J. (2010), and Phys. Rev. Lett. (2012). The cumulative impact of the publications is more than 100 and these articles have received more than 250 citations. Significant progress was made in our method development efforts, with emphasis on quantum chemical nuclear motion computations. We further developed our program systems allowing nuclear motion computations, including DOPI (discrete variable representation–orthogonal coordinates – product basis – iterative diagonalization), DEWE (discrete variable representation–Eckart-Watson Hamiltonian–exact potential), GENIUSH (general nuclear motion code with numerical, internal coordinate, user specified Hamiltonian), MARVEL (measured active rotational-vibrational energy levels), and NEAT (network of reaction enthalpies leading to atom-based thermochmistry), introduced the notion of spectroscopic networks, and to understand rovibrational wavefunctions we developed the normal-mode decomposition (NMD) and rigid-rotor decomposition (RRD) protocols. The algorithms and program systems developed were employed in computational molecular spectroscopy and thermochemistry, important structural and dynamical results were generated for H3+, H2O, NH3, CH4, H2CCO, and their isotopologues. A new approach combining experiment, quantum theory, and information technology, to high-resolution molecular spectroscopy was developed

Kis molekulák adatbázis alapú teljes spektroszkópiája = Database approach to the complete spectroscopy of small molecules

A Jonathan Tennyson professzorral (UCL, London, UK) csoportjával kezdeményezett kutatási együttműködés a számítógépes nagyfelbontású molekulaspektroszkópia területén valósult meg. A közös kutatómunka négy publikációt eredményezett, mindegyik a víz spektroszkópiájára vonatkozott, mely a legfontosabb földi üvegház hatású gáz. Az együttműködés keretében minden eddiginél pontosabb ab initio szemiglobális potenciális energia (PES) és dipólusmomentum (DMS) felületeket készítettünk a víz molekula elektron alapállapotára. Az azóta már többek által felhasznált PES neve CVRQD, míg a DMS-é CVR, ahol CV a törzs- és vegyértékelektronok korrelált mozgásának számítására utal, míg R a relativisztikus korrekcióra. A PES számítása során kvantumelektrodinamikai (QED) és diagonális Born-Oppenheimer korrekciók (DBOC) számítására is sor került. Egy további közleményben egy minden eddiginél pontosabb PES-t közöltünk a H2(16)O, H2(17)O és H2(18)O izotopológokra, mely a kísérleti adatokhoz történt illesztésen alapult. A MARVEL (Measured Active Rotational-Vibrational Energy Levels) algoritmus elkészítésében is közreműködött Tennyson professzor. | The research collaboration proposed with the group of Professor Jonathan Tennyson (UCL, London, UK) concerned the area of computational high-resolution molecular spectroscopy. The joint research resulted in four publications, all related to the spectroscopy of the water molecule, the most important greenhouse gas on Earth. Within the collaboration we developed ab initio semiglobal potential energy (PES) and dipole moment (DMS) surfaces of unprecedented accuracy for the ground electronic state of the water molecule. These PES and DMS surfaces, which have been used by many others since their development, are called CVRQD and CVR, respectively, where CV refers to the correlated motion electronic structure computations involving core and valence electrons, while R stand for the inclusion of relativistic effects. During the computation of the PES we considered quantum electrodynamic (QED) and diagonal Born-Oppenheimer (DBOC) effects, as well. In another publication we presented theup to now most accurate empirical PES for the isotopologues H2(16)O, H2(17)O, and H2(18)O, whose development was based on a refinement to existing observed data. Development of the MARVEL (Measured Active Rotational-Vibrational Energy Levels) procedure was also performed in collaboration with Professor Tennyson

A triász végi kihalás és környezetváltozások oknyomozó vizsgálata = The end-Triassic mass extinction, coeval environmental change, and their driving forces

A triász végi kihalás és környezetváltozások eseményeit, azok lefolyását és okait kutatva sokoldalú vizsgálatokat végeztünk hazai és külföldi triász/jura (T/J) határszelvényekben. Magyarországon három különböző környezetben, sekélytengeri platform, mélyebb medence, valamint szárazföldi rétegsorokban is fontos változásokat mutattunk ki. Csőváron tenger alatti lejtő- és medenceüledékekben a T/J határ biosztratigráfiai megvonását ammonitesz, radiolaria, foraminifera, konodonta és palinológiai vizsgálatokkal támasztottuk alá. A határ közvetlen közelében a szénizotóp összetételben éles és rövid ideig tartó negatív anomáliát mutattunk ki. A kihalás és a szénkörforgás zavarának egybeesését úgy értelmeztük, mint a Közép-Atlanti Magmás Provincia (KAMP) vulkanizmusa által előidézett üvegház-felmelegedés nyomán a tengeraljzaton eltemetett gáz-hidrát disszociációjából származó metán felszabadulásának következményét. A T/J határ közeléből vett minták U-Pb kormeghatározásával igazoltuk a KAMP és a T/J határesemények egyidejűségét. A nedvesebbé váló éghajlatra egyaránt utalnak a növényvilág változásai és geokémiai bizonyítékok. A kora jura elején még magas volt a légkör CO2 tartalma, de az élővilág talpraállása 1 millió éven belül megindult. Ebből az időszakból Kanada, Tibet és Erdély lelőhelyeiről gazdag ammonitesz együtteseket írtunk le. | The events, processes and causes of the end-Triassic extinction and coeval environmental changes have been studied by multidisciplinary analyses of Triassic-Jurassic (T-J) boundary sections both in Hungary and other areas. Significant changes occur in three contrasting facies (shallow marine platform, deeper basin, and terrestrial environments) in Hungary. The biostratigraphy of the T-J boundary is documented in the submarine slope and basinal sediments at Csővár using ammonoids, radiolarians, foraminifera, conodonts and palynomorphs. Immediately at the boundary a sharp and short-lived negative carbon isotope excursion occurs. Coeval extinctions and perturbation of the carbon cycle are interpreted to record massive methane release from submarine gas-hydrate dissociation driven by greenhouse warming, likely related to volcanism of the Central Atlantic Magmatic Province (CAMP). U-Pb dating of samples from near the T-J boundary provide evidence for synchrony of the T-J boundary events and CAMP volcanism. An increasingly humid climate is suggested by vegetation changes and geochemical proxy records. The earliest Jurassic is characterized by high paleoatmospheric CO2 concentration. Biotic recovery was well underway within one million year. Rich ammonoid assemblages have been described from this interval in Canada, Tibet, and Transylvania

Light-Dressed Spectroscopy of Molecules

We present a theoretical approach for simulating rovibronic spectra of molecules dressed by medium-intensity laser fields. Numerical results, obtained through the formalism described, are presented for the homonuclear diatomic molecule Na 2, a system suitable for demonstrating and understanding various aspects of light-dressed spectroscopy. We discuss the physical origin of the peaks in the light-dressed spectrum of Na 2 and investigate the light-dressed spectrum in terms of its dependence on the dressing field’s intensity and wavelength, temperature, and the turn-on time of the dressing field. The possibility of using light-dressed spectroscopy to derive field-free spectroscopic quantities is also addressed

autoECART: Automatic energy conservation analysis of rovibronic transitions

Despite decades of diligent work on their development, line-by-line (LBL) spectroscopic information systems, widely employed by scientists and engineers, may still contain a number of incorrect rovibronic lines. A novel heuristic protocol, relying on cycle bases of spectroscopic networks (SN) and a system of linear constraints, is proposed to unravel incorrect transitions present in the database. The algorithm is named autoECART, standing for automatic Energy Conservation Analysis of Rovibronic Transitions. The autoECART method is tested on synthetic SNs constructed from spectroscopic databases of nine water isotopologues. The systematic numerical tests demonstrate the outstanding capability of the autoECART procedure to identify almost all of the outliers generated randomly in these synthetic SNs. As a ‘real-life’ example, the GEISA-2019-H218O database is scrutinized, revealing 17 rough outlier lines. Developers of spectroscopic information systems are encouraged to utilize autoECART for cleansing the huge number of transitions deposited in LBL databases