Mejora de la simulación de los efectos cuánticos nucleares
A nivel cuántico, los materiales se comportan de un modo sustancialmente distinto de como lo hacen en el mundo cotidiano, es decir, el regido por el orden newtoniano. Esto puede afectar al funcionamiento de los materiales y dispositivos que contienen hidrógeno u otros átomos ligeros. Para modelizar este comportamiento, se utilizan técnicas de simulación por ordenador.En el caso de sistemas en fase condensada, la teoría funcional de la densidad (DFT) proporciona un marco aceptablemente preciso para analizar la estructura electrónica cuántica pero su empleo resulta costoso. En algunos casos es deseable combinar las simulaciones de DFT con dinámica molecular de integral de camino (PIMD), que es un enfoque práctico para estudiar los comportamientos que se desvían del comportamiento newtoniano. El problema es que utilizar ambos métodos a la vez es caro y, además, requiere mucho tiempo.El proyecto «Fast and accurate simulation of nuclear quantum effects in ab-initio molecular dynamics by a generalised Langevin equation» (NQEAIMD) tenía como objetivo reducir el coste de las simulaciones PIMD. Esto debería facilitar la combinación de los efectos cuánticos nucleares (NQE) con simulaciones DFT.Los investigadores empezaron por aplicar una ecuación generalizada de Langevin (GLE) con ruido de color a una simulación PIMD. Después de establecer esta metodología, estudiaron el efecto de los NQE en las propiedades del agua. A continuación, lo ampliaron para abarcar problemas más complejos en colaboración con grupos experimentales.El equipo desarrolló una técnica híbrida llamada PI+GLE, que reduce el coste a una quinta parte o menos. A continuación, se mejoró PI+GLE para obtener el método PIGLET, el cual podría convertir la inclusión de NQE en la dinámica molecular ab-initio en algo rutinario. Con este fin, los investigadores también desarrollaron i-PI, una interfaz que utiliza códigos de estructuras electrónicas, y la publicaron en forma de código abierto.Los resultados de NQEAIMD tendrán un efecto sobre el trabajo de simulación por ordenador que realizan otros científicos. Las simulaciones deberían ser más precisas en el caso de materiales y productos químicos que contengan átomos ligeros, incluido el hidrógeno. Además, esto podría ayudar a hacer realidad las posibilidades del diseño de materiales asistido por ordenador y, a su vez, a mejores baterías, enzimas, celdas de combustible y otros dispositivos.
