Nous modélisons l'interaction de la lumière et la matière ainsi que des réactions chimiques dans leur temps réel. Notre but est de pas seulement comprendre les processus moléculaires mais aussi de les contrôler. Les systèmes considérées s'étendent des molécules diatomiques jusqu'à l'ADN dans la solution aqueuse. En conséquence, des techniques différentes comme dynamique quantique ou dynamique moléculaire classique sont appliquées.
SHARC - Surface Hopping including ARbitrary Couplings
Nous avons développé une méthode de dynamique moléculaire ab initio non-adiabatique, qui peut décrire la couplage spin-orbite et des interactions laser. Nous utilisons cette méthode de dynamique de mélange quantique-classique pour l'investigation des processus dans des états excités. La conversion intersystème - par exemple une transition d'un état singulet à un état triplet - peut être étudiée dans ce cadre. L'interaction laser n'est pas traitée de manière perturbative, conséquemment des processus non-linéaires peuvent être regardés comme induit par l'effet Stark. Comme la dynamique moléculaire permet de traiter un grand nombre d'atomes, les relations entre des états singulets et triplets dans des grandes molécules est rendu accessible.
Ab initio molecular dynamics software SHARC: sharc-md.org
Réseau de neurones et apprentissage automatique
Des réseaux de neurones artificiels sont des algorithmes informatiques, qui imitent le mode de fonctionnement de notre cerveau. Ces réseaux de neurones appartiennent au secteur de recherche de l'apprentissage automatique et sont utilisés dans des différentes domaines. Nous les consacrons à prédire des surfaces d'énergie potentielle et d'autres propriétés moléculaires. Ces réseaux de neurones offrent l'avantage extraordinaire de fournir des résultats très précis à peu de frais de calcul.
SERS et spectroscopie similaire
La diffusion Raman exaltée en surface (SERS; surface enhanced Raman scattering) est une technique prometteuse, qui se sert de la nanotechnologie afin de développer des applications différents comme la détection spécifique de l'ADN ou des nouveaux matériels. La base de SERS est l'effet Raman, où des photons sont inélastiquement diffusés par des atomes ou des molécules. La sensibilité de la méthode Raman peut être multipliée par l'effet SERS, afin que même la détection des molécules uniques soit possible. L'amplification des signaux peut être attribuée à deux phénomènes: 1.) des plasmons de surface induit par la radiation électromagnétique et 2.) la chimisorption, soit la formation des liaisons chimiques avec la surface et des complexes de transfert de charge. Nous travaillons sur l'implémentation des deux effets dans les simulations de mécanique quantique afin de déterminer les contributions différentes.
Contrôle laser des réactions chimiques
Un des problèmes centraux de la chimie est la contrôle du résultat d'une réaction. Le but peut être atteint par la lumière de laser. En générale, chaque système moléculaire se laisse dirigé par des interactions entre molécule et champs afin d'obtenir un produit souhaité. Cette universalité est déduit par le grand nombre des paramètres de laser, qui peuvent être adaptés pour générer des champs électromagnétiques des formes et couleurs les plus différentes (voir à gauche par exemple la distribution Wigner d'une impulsion avec chirp de troisième ordre). De cette manière, des liaisons chimiques sont formées et cassées. Nous nous servons de la simulation méchanique-quantique afin de découvrir les mécanismes à la base des ces processus dissociatifs et associatifs.
De-novo 
enzyme design
La catalyse est l'un des processus les plus importants pour les réactions chimiques. Dans la nature, la tâche en tant que biocatalyseurs est effectuée par des enzymes (habituellement des protéines), offrant la meilleure efficacité et sélectivité. Par conséquent, les enzymes sont utilisées également dans le laboratoire pour les réactions chimiques dans des conditions douces. Cependant, les enzymes ne sont pas disponibles pour toutes les réactions chimiques importantes. Ainsi, le champ de De-novo design d'enzymes envisage d'identifier une séquence d'acides aminés, qui donne une enzyme pour une réaction artificielle spécifiquement ciblé. La connaissance nécessaire de l'état de transition de la réaction ainsi que le repliement de la protéine est obtenue par différents outils allant de la chimie quantique ab initio pour la bio-informatique.
