A fiatal kutatókat támogató kiíráson elért műegyetemi siker jelentőségét mutatja, hogy a szinte minden elképzelhető tudományterületről benyújtott 2932 jelentkezésből 408 kapott támogatást. Nagy Péter kémiai anyagok és folyamatok nagy pontosságú modellezésére alkalmazható kvantumkémiai számítási eljárások kidolgozását ígérő pályázattal nyert öt évre 1,2 millió eurót, melyet főképp versenyképes, fiatal kutatói álláshelyek kialakítására fordíthat.
– A körülöttünk zajló kémiai folyamatok mélyebb megértésében, illetve molekulák és anyagok tervezésekor egyre összetettebb problémákkal szembesülünk. Az ERC-pályázatnak köszönhetően a BME Molekuláris kvantumszimulációk csoport kísérleti és elméleti szempontból is bonyolult kémiai folyamatok pontosabb, atomi szintű modellezéséhez és megértéséhez végezhet kutatásokat – magyarázta a program jelentőségét Nagy Péter. A fizikai elveken alapuló számítógépes modellezés mára a tíz legfontosabb tudományos eszköz egyike lett. Mivel a szimulációk során gyakorlatilag virtuális laboratóriumban, az atommagok és elektronok összetett kölcsönhatásaiból kiindulva számíthatnak molekuláris tulajdonságokat, a terület komoly kihívása, hogy egy virtuális kísérlet egyszerre legyen valósághű és még kivitelezhető számítási igényű.
A Nagy Péter és kutatói csapata a kémiai folyamatok nagy pontosságú leírására alkalmas kvantumkémiai módszerek terén folytat világviszonylatban is kiemelkedő fejlesztéseket. Ezen modellek és egyenletek megoldása hagyományosan extrém számításigényes, melyet húszatomos aminosav-méretű molekulákról világrekord-méretű, ezeratomos fehérjerészletekre sikerült kiterjeszteniük, akár tízmilliárdszoros számításiidő-gyorsulást elérve. Az új módszerek és programok eddig elérhetetlen összetettségű molekuláris kölcsönhatások és kémiai reakciók realisztikus modellezését teszik lehetővé, segítve ezzel többek között kísérleti megfigyelések atomi szintű megértését és a kívánt tulajdonságokkal rendelkező, új molekulák és anyagok tervezését.
– Egy összetett kémiai reakció modellezésekor azt elemi reakciólépésekre bontjuk, és feltárjuk a kísérleti körülményeknek megfelelő modellek szerint legvalószínűbb reakció-útvonalakat, ezekhez tartozó molekulaszerkezeteket, mellékreakciókat, a szelektivitást befolyásoló tényezőket. Ebben, a sokszor meglehetősen bonyolult reakciólépések alkotta hálózatban segítenek még jobban eligazodni a szimulációk. Például a katalizátor- és reagáló molekulák közti kölcsönhatások elméleti elemzése alapján sokkal céltudatosabban fejleszthetnek katalizátorokat magasabb reakciósebesség és szelektivitás irányába, illetve a haszontalan vagy káros mellékreakciók visszaszorítására – mondta Nagy Péter.
A programcsomag alkalmazhatósági köre szinte végtelen, melyet jelenleg is több száz akadémiai kutatócsoport és néhány nagyobb cég kutatói részlege (például Google és DeepMind) már használ. A számos lehetőség közül az ERC-projektben olyan környezetbarát katalizátorok, üzemanyagcellákban lejátszódó felületi folyamatok, fehérje-gyógyszer kölcsönhatások és enzimreakciók vizsgálata a cél, melyek kellő pontosságú modellezése a jelenlegi, rutinszerűen alkalmazható módszerekkel nem kivitelezhető. Például kellő pontossággal szeretnék szimulálni, hogy az üzemanyagcellák anyagi összetétele és szerkezete hogyan hat az elektromos energiát termelő hidrogénégetés hatékonyságára.
Borítókép: Nagy Péter kvantumkémiai módszerrel dolgozik (Fotó: Havran Zoltán)
