Chemistry Researches

Chemistry Researches

کاربرد اطلاعات فیشر در برآورد پیکربندی هسته‌ای مولکول‌ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه ریاضی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه قم
2 گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه قم
10.22036/cr.2023.376437.1199
چکیده
دچکیده. در این مقاله، ابتدا ارتباط میان تابع چگالی حالت پایه‌ی الکترونی یک مولکول شیمیایی را با یک فضای پارامتری ساز از طریق حل معادله‌ی شرودینگر ا‌ز نظر می‌گذرانیم. سپس با استفاده از توابع چگالی الکترونی متناظر با هر مولکول، ساختارهای مولکولی را از دریچه‌ی نظریه‌ی اطلاعات مورد مطالعه قرار می‌دهیم. به‌این منظور به هر مولکول، خانواده‌ای پارامتری‌شده از توابع چگالی الکترونی نظیر‌کرده و کمیتی به‌نام اطلاعات فیشر برای آن‌ها درنظر می‌گیریم. در نهایت به‌کمک مدل ارائه شده، یک کران پایین برای خطای برآورد پیکربندی‌های هسته‌ای یک مولکول را به‌دست می‌آوریم. سپس مدل ارائه شده در مقاله را برای یون مولکول هیدروژن به کار گرفته و به‌کمک تابع چگالی الکترونی یون مولکول هیدروژن ، اطلاعات فیشر متناظر با این مولکول را محاسبه می‌نماییم. درنهایت، به کمک نامساوی کرامر-رائو، یک کران پایین برای خطای برآورد پیکربندی هسته‌ای یون مولکول هیدروژن به‌دست آورده و نتایج حاصل را به‌کمک آن توصیف می‌نماییم. پیش بینی می شود نتایج این پژوهش بتواند افقهای جدیدی را در بررسی و تحلیل کوانتومی پیکربندی زیرسامانه های مولکولی بگشاید.

چکیده تصویری

کاربرد اطلاعات فیشر در برآورد پیکربندی هسته‌ای مولکول‌ها
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Application of Fisher information in estimation of nuclear configurations of molecules

نویسندگان English

Mehdi Rahimi 1
Reza Safari 2
Mokhtar Abbasi 1
Morteza Mirzaee Azandaryani 1
Hamid Hadi 2
1 Department of Mathematics, University of Qom
2 Department of Chemistry, Faculty of Science, University of Qom, Qom, I.R. Iran
چکیده English

Abstract
In this paper, we first review the relationship between the electronic density function of a chemical molecule and a parameterization space via the solution of the Schrödinger equation. Then, using the charge density functions corresponding to a molecule, we study the molecular structures via information theory. To do this, we assign a parameterized family of electron density functions to any molecule, and consider a quantity for them, named Fisher information. Finally, Applying the presented model, a lower bound for the estimation error of configurations of a molecule is given. Then, the model presented in the paper is applied on Hydrogen molecule ion, and the Fisher information corresponding to this molecule is calculated, using the electronic density function of the Hydrogen molecule ion . Finally, applying the Cramer-Rao inequality, a lower bound for the estimation error of the nuclear configuration of Hydrogen molecule ion is attained and the results are described using some plots. It is expected that the results of this research can open new horizons in the investigation and analysis of the quantum configuration of molecular subsystems.

کلیدواژه‌ها English

" Electronic density function"
" Fisher information"
" Molecular structure"
  1. [1] P.W. Ayers, J. Chem. Phys. 113 (2000) 10886.

    [2] S. Srebrenik, R.F.W. Bader, T.T. Nguyen Dang, J.  Chem. Phys. 68 (1978) 36.

    [3] P.W. Ayers, R.C. Morrison, R. Ro, J. Chem. Phys. 116  (2002) 8731.

    [4] P.F. Zou, In. J. Quantum. Chem. 43 (1992) 677.

    [5] E.P. Wigner. Group Theory, Academic Press, Inc, New  York, 1959.

    [6] M. Hoffman-Ostenhof, T. Hoffman-Ostenhof, Phys. Rev. A 16 (1977) 1782.

    [7] P. Garbaczewski, Applied Mathematics & Information Sciences. 1 (2007) 1.

    [8] M. Ohya, D. Petz, Quantum Entropy and Its use, Springer-Verlag, Berlin, 1993.

    [9] R.F. Nalewajski, Information Theory of Molecular Systems, Elsevier, Amsterdam, 2006.

    [10] B.R. Frieden, Physics from the Fisher Information, 2nd ed., Cambridge University Press, 2004.

    [11] R.F.F. Bader, Quantum Theory of Atoms in Molecules, Oxford University Press, Oxford,

    مهدی رحیمی، مرتضی میرزایی ازندریانی، نظریهی ارگودیک: [12]

    دستگاههای دینامیکی از دیدگاه آنالیزتابعی، فرهنگ و اندیشهی ریاضی،

    سال ،٣٨ شماره ۶۴ (بهار و تابستان ١٣٩٨)، ص ۵٩ تا .٧٨

    [13] R. Thom, Structural Stability and Morphogenesis, W. A, Benjamin, Inc., 1975.

    [14] K. Collard, G.G. Hall, Int. J. Quantum. Chem. 12 (1977) 623.

    [15] R.F.W. Bader, Acc. Chem. Res. 8 (1975) 34.

    [16] Y. Chen, Zw. Long, Z. He, et al., Sci. Rep. 11 (2021) 21138.

    [17] L. Chen, D. Yan, L.J. Song, S. Zhang, Chin. Phys. Lett. 36 (2019) 030302.

    [18] Y. Chen, J. Zou, Zw. Long, B. Shao, Sci. Rep. 7 (2017) 6160.

    [19] A. Nagy, Internat. J. Quant. Chem. DOI: https://doi.org/10.1002/qua.26679 (2021).

    [20] I. Marvian, Phy. Rev. Let. 129 (2022) 190502.

    [21] S. Amari, H. Nagaoka, Methods of Information Geometry, Translations of Mathematical Monographs, 191, American Mathematical Society, 2000.

    [22] N. Levine Ira, Quantum Chemistry (6th Edition), Prentice Hall. 2008.

    [23] T. Poston, I. Stewart, Catastrophe theory and its applications, Dover Publications, Inc., 1978.

    [24] T.A. Keith, R.F. W. Bader, Y. Aray, Int. J. Quantum. Chem. 57 (1996) 183.

    [25] Y. Tal, R.F.W. Bader, J. Erkku, Phys. Rev. A. 21 (1980) 1.

    [26] M. Rahimi, P. Nasertayoob, Dynamical information. MATCH Commun. Math. Comput. Chem. 67 (2012)

    1.  

    [27] M. Rahimi, Journal of Linear and Topological Algebra. 5 (2016) 279.

    [28] M. Rahimi, M. Abbasi, MATCH Commun. Math. Comput. Chem. 79 (2018) 561.

    [29] B. Roy Frieden, Science from Fisher information: A Unification, Cambridge University Press, 2010.

    [30] Joshua T. Berryman, A. Taghavi, F. Mazur and A. Tkatchenko, Quantum machine learning corrects

    classical forcefields: Stretching DNA base pairs in explicit solvent, J. Chem. Phys. 157 (2022) 064107.

  • تاریخ دریافت 30 آذر 1401
  • تاریخ بازنگری 19 اسفند 1401
  • تاریخ پذیرش 25 فروردین 1402