Akademik Veri Yönetim Sistemi
Ertürk M. (Yürütücü), Aksu H., Dunietz B.
TÜBİTAK Projesi, 2023 - 2025
Son yirmi yılda, yapısal çözünürlük ve spektral karakterizasyondaki ilerlemeler sayesinde fotosentez anlayışımız önemli ölçüde iyileşmiştir. Bununla birlikte, fotosistemlerin (Photosystems-PS) süper kompleksli yapıya sahip oluşu, yapı-fonksiyon ilişkilerinin moleküler düzeyde tam olarak anlaşılmasını hala engellemektedir. Bu projenin amacı, bu boşluğu doldurmak ve bunun için de kuantum mekaniksel araçlardan faydalanıp hem kuramsal-uygulama hem de kodlama alanında bir bilimsel ürün ortaya koymaktır.
Bu öneride, bu tür yapı-fonksiyon ilişkilerini araştırmak için; (1) kompleks moleküler sistemler (iki veya daha fazla moleküle sahip sistemler) için keyfi homojen olmayan (anizotropic) dielektrik ortam üzerinde çalışmasına izin veren genelleştirilmiş bir çözme modelini (Poisson Equation Solver-PEqS), Poisson sınır koşullarının kullanılmasıyla, geliştirilip buna dayalı bir kodlama-hesaplama ve yine proje ekibi tarafından geliştirilecek olan (2) dielektrik yapılandırma yöntemini PEqS ile (veya PEqS olmadan) ilk olarak bu çalışmada test ederek kompleks moleküler sistemlerde kullanılan yöntemlerin üstünlüğünü göstereceğiz. Geliştirilecek bu iki yöntem için hazır hale getirilecek kod dosyaları yürütücünün 'Q-CHEM developer' hesabı üzerinden Q-CHEM paketine dahil edilmesi planlanmaktadır. Burada temel olarak, hem yük ve enerji taşınımı hemde uyarılma/soğurma elektronik durumları için doğru sonuçlar veren yeni tasarlanmış modern yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT), perdelenmiş menzil aralıklı hibrit (Screnned range separeted hybrid-SRSH) fonksiyoneller ile birlikte kullanılacaktır.
Yarı klasik Marcus teorisi ve tam kuantum mekanik tabanlı Fermi altın kuralı (FGR) modelleri ile enerji ve yük transferi/taşınımı süreçleri incelenecektir. Burada, nihai olarak, çevreden etkilenen enerjik parametreleri çıkarmak için, izotropik ve anizotropik dielektrik ortamı sırasıyla polarize edilebilir süreklilik modeli (PCM), Poisson denklem çözücüsü (PEqS) ve bir kuantum gömme şeması (Embedded Scheme) ile daha kapsamlı bir şekilde hesaba katarak doğal PS'lerdeki enerji ve yük transfer süreçlerini incelemeyi amaçlıyoruz. Kullanılan modeller ve yaklaşımlar sonucunda elde edilen sonuçlar var olan deneysel veriler ile karşılaştırılacaktır.
Önerdiğimiz proje uluslararası arenada şu sıralarda popüler olan fotosistemlerin ülkemizdeki ilk ve tek kısmı kuramsal, kodlama ve uygulama çalışma niteliği taşımaktadır ve projede yer alacak ekibin, proje yürütücüsünün yurt dışında kazandığı bilgi birikiminden yararlanılması sağlanarak ülkemizin ihtiyaç duyduğu yeni nesil bilim insanlarının eğitimine katkıda bulunmaktır. Esas gayemiz, temiz, bol ve ucuz olan organik moleküllerin ileride laboratuvar ortamında aygıt ve elektronik cihazların üretilebilmesine kuramsal olarak ön ayak olabilmek ve yüksek etki faktörlü bilimsel dergilerde bilimsel makaleler ve ulusal/uluslararası bildiriler üreterek yer almamızı sağlamaktır.
Önerilen projenin en önemli yeniliği, PS'lerde olduğu gibi anizotropik dielektrik ortamları dikkate alan yeni ve gelecek vaat eden bir çözüm modeli geliştirmesidir. Bunu yaparak, nihayetinde küçük boyuttada olsa enerji krizinin üstesinden gelme çabalarına katkıda bulunabilecek yük ve enerji taşımına yol açan mekanizmayı anlayarak, önemli dersler çıkarmak ve laboratuvar içi uygulamalı bilim dallarına kuramsal anlamda öncülük etmektir.
Doç. Dr. Hüseyin Aksu proje yürütücüsü (PI) , Doç. Dr. Murat Ertürk araştırmacı olarak ve Kent State Üniversitesinden (ABD) Prof. Dr. Barry Dunietz (Q-CHEM ana geliştiricilerinden, özellikle quantum transport kodu üzerine) projede uluslararası danışman olarak görev alacak olup projenin 24 ay sürmesi planlanmaktadır. Projemiz çerçevesinde, uygun koşullara bağlı olarak, 18 aylık bir yüksek lisans öğrencisi ve 24 aylık bir doktora sonrası bursiyerlerin görevlendirilmesi düşünülmektedir. Projede yer alacak araştırmacı ve doktora sonrası bursiyer için de ayrı bir 'Q-CHEM developer' hesabı açılacaktır. Son olarak, çeşitli ulusal ve uluslararası konferanslar için destek talepleri bulunmaktadır.