Predicting vibrational spectra of condensed phase systems

Abstract

Within the scope of this Habilitation thesis, methods for the prediction of vibrational spectra for condensed phase systems are presented. The methodological developments of the author will be described in depth and put into the context of already existing approaches. With these methods, it is possible to compute infrared, Raman, vibrational circular dichroism (VCD), Raman optical activity (ROA), resonance Raman, and sum frequency generation (SFG) spectra. Most of the approaches considered here are based on ab initio molecular dynamics (AIMD) simulations and are therefore truly predictive for not yet known substances and mixtures. Apart from the prediction methods themselves, also the required ingredients (such as the Voronoi integration) are discussed. For each method, some application examples are presented which compare predicted to experimentally measured spectra.

Im Rahmen dieser Habilitationsschrift werden Verfahren zur Vorhersage von Schwingungsspektren für Systeme der kondensierten Phase vorgestellt. Dabei werden die eigenen methodischen Entwicklungen des Autors aus den letzten Jahren detailliert beschrieben und in den Kontext bereits bestehender Verfahren gesetzt. Mit Hilfe dieser Methoden können Infrarot-, Raman-, Vibrational-Circular-Dichroism- (VCD-), Raman-Optical-Activity- (ROA-) und Resonanz-Raman-Spektren sowie Sum-Frequency-Generation (SFG)-Spektren berechnet werden. Der Großteil der hier betrachteten Verfahren beruht auf ab-initio-Molekulardynamik-Simulationen (AIMD), und besitzt somit eine echte Vorhersagekraft für bislang unbekannte Substanzen oder Stoffgemische. Abgesehen von den Vorhersageverfahren selbst werden auch die erforderlichen Grundlagen (z.B. die Voronoi-Integration) besprochen. Zu jedem Verfahren werden einige Anwendungsbeispiele mit einem Vergleich vorhergesagter und experimenteller Spektren gezeigt.