Sikeres volt a BME kutatócsoportja a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal pályázatán, így 150 millió forintot fordíthat a modern elméleti kémia területén zajló vizsgálatokra.

„A kvantumkémia fő kihívása, hogy olyan számításokat végezzünk, amelyekkel  kiválthatóak  a kísérletek, megmagyarázható, vagy előre jelezhető, hogy egy kémiai reakció milyen sebességgel megy végbe, ha egyáltalán lejátszódik” - beszélt szakterületének nehézségéről és egyben szépségéről a bme.hu kérdésére Kállay Mihály, a BME Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék vezetője, akinek kutatócsoportja a napokban nyert jelentős összegű támogatást a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFI) Élvonal kiválósági programban. „Mi olyan módszereket fejlesztünk, amelyekkel minél pontosabban válaszolhatunk ezekre a kérdésekre. Az eddigi kutatásainkban a sok atomból álló molekulák energiáját számoltuk, amellyel főként közelítő termodinamikai értékeket kaphattunk meg. Jövőbeli célunk a molekuláris tulajdonságok megismerése, amelyhez további egyenleteket kell megoldanunk. Az Élvonal pályázatának forrásából ezeket az egyenleteket szeretnénk kidolgozni, implementálni és a módszereket tesztelni” – hangsúlyozta a kutató.

A Kállay Mihály által irányított kutatók ún. korrelációs módszereket használnak, ami a nevét az elektronok korrelációs kölcsönhatásáról kapta. Ekkor a hullámfüggvény, vagyis az összes elektron helykoordinátáitól függő függvényt felhasználva végeznek számításokat. „Az általunk fejlesztett ún. lokális korrelációs módszerekkel dolgozunk: ezek azon alapulnak, hogy az elektronok közötti gyenge kölcsönhatásokat elhanyagoljuk, mert minél messzebb van két elektron egymástól, annál kisebb ilyen típusú kölcsönhatás van közöttük” – magyarázta a kutató. „Ha ezeket a közelítéseket bevezetjük, akkor a nagyméretű molekulák esetében is tudunk az energiára vonatkozó értéket számolni” – tette hozzá.

Ez a legalapvetőbb kvantumkémiai paraméter: a kutatócsoportok versengenek a minél több atomból álló molekulák energiájának meghatározásáért. A BME kutatói tavalyelőtt túllépték az ezeratomos, tavaly pedig a kétezer atomos határt. A világrekord is az övék, a 2380 atomból álló HIV-integráz elnevezésű enzim energiájának értékét határozták meg.

„Eddigi legjobb eredményünk egyben a világrekord is, de éppen most dolgozunk saját rekordunk megdöntésén, azaz még pontosabb értéket számolunk a molekulára.”  (A kutatásokról tavaly a bme.hu is beszámolt – szerk.) A műegyetemi kutatócsoport egy másik, az ún. sűrűségfunkcionál elméletre épülő módszerrel is foglalkozik, amelynek alkalmazása során az elektronsűrűséget határozzák meg, majd ebből számolnak energiát. „Ez egyszerű módszer, de mégsem lehet a számunkra megfelelő pontosságot elérni általa.  A sűrűségfunkcionál módszerek egy többé-kevésbé empirikus funkcionálon alapulnak, ami a sűrűséghez hozzárendeli az energiát: ennek a funkcionálnak a matematikai alakját és empirikus paramétereit szeretnénk új módszerekkel javítani.” – számolt be a tervekről Kállay Mihály. Az energia ismerete azonban önmagában kevés, ezért más molekuláris tulajdonságok, pl. a molekulaszerkezet meghatározása is cél.

„A szükséges egyenleteket levezetni nagyon nehéz, programozni pedig még nehezebb. A cél, hogy pontos molekulaszerkezetet, dipólus-momentumot, spektrumokat tudjuk számolni, a molekulák gerjesztett állapotait tudjuk kezelni” – ismertette a törekvések részleteit Kállay Mihály.

Az Élvonal program során elnyert támogatás csak kis mértékben érint infrastrukturális beruházásokat. Főként a meglévő és jól kihasznált számítógépes klaszter amortizálódott elemeinek kicserélését tudják majd megvalósítani, illetve jut még forrás a kutatócsoport egy részének bérére is.

A tanszék a kísérleti kémikus kollégákkal együttműködik és az alkalmazások területén a már megkezdett közös munkákat sem hanyagolja el. „Fluoreszcens jelzőmolekulákat tervezünk, a szerves kémikusokkal, és a polimereket kutató kollégákkal pedig folyamatosan együtt dolgozunk, segítünk a kísérleteket értelmezésében” – sorolta a folyamatban lévő projekteket a tanszékvezető. „Reméljük, hogy a fiatal tehetségek közül sokan a jövőben is ezt a területet fogják választani. Fontosnak tartom, hogy az Élvonal pályázat által elnyert támogatás mellett a Lendület programban megkezdett kutatásaink se álljanak le: számítunk a Lendület csoportunk további finanszírozására” – beszélt a jövőről Kállay Mihály.

HA - GI

Fotó: Takács Ildikó