Repousser les limites (ou la molécule) avec la chimie quantique
L’équipe de recherche de sept personnes du Dr Jason Pearson à l’Université de l’Île-du-Prince-Édouard s’efforce de comprendre les propriétés des molécules au niveau électronique; pourquoi elles se comportent de la manière dont elles le font, pourquoi certaines interactions sont fortes tandis que d’autres ne le sont pas, et ultimement prédire comment les molécules se comporteront lorsqu’elles interagissent avec d’autres molécules.
C’est un vaste champ d’étude. Ils y parviennent en développant et en appliquant des algorithmes computationnels. Par exemple, un chercheur expérimental pourrait avoir des échantillons dans lesquels il recherche de nouveaux composés. En cours de route, il pourrait découvrir quelque chose avec des propriétés intéressantes, mais avoir besoin d’identifier la substance chimique.
C’est là que le groupe du Dr Pearson peut prendre les données expérimentales, construire tous les scénarios possibles en modèles, puis exécuter des simulations avec les données qui leur permettent finalement de comprendre la molécule. Les chercheurs peuvent alors examiner la molécule sous un nouvel angle, pour ainsi dire. Mais ce n’est pas tout.
En cours de route, Pearson développe de nouveaux outils computationnels et de nouvelles techniques de simulation utiles pour d’autres chercheurs. Déjà une ressource pour les collègues de l’Université, l’objectif à long terme de Pearson est d’utiliser et de développer la technologie computationnelle dans le but de concevoir de nouvelles molécules et matériaux.
Son groupe emploie une approche à deux volets par laquelle des techniques de simulation de pointe sont appliquées pour sonder le niveau moléculaire de détail dans les systèmes chimiques, permettant des quantifications précises de la structure, des interactions et des mécanismes d’action. Simultanément, ils conçoivent la prochaine génération d’algorithmes et de méthodologies computationnels pour l’étude de la structure électronique, spécifiquement axée sur le concept de la paire d’électrons.
Les méthodes développées dans le laboratoire de Pearson peuvent être appliquées à presque toute matière, et donc peuvent être utilisées dans de nombreux domaines, tels que la conception de nouveaux matériaux, de nouveaux catalyseurs industriellement pertinents et de nanotechnologies, pour n’en nommer que quelques-uns.
Pearson espère repousser davantage les limites de ce qui est possible en chimie computationnelle en recueillant de grands ensembles de données dans les sciences chimiques, en créant une base de données accessible aux autres et en utilisant ces données pour développer de nouvelles techniques de simulation qui sont plus rapides et plus précises. Par exemple, cette approche pourrait permettre des simulations très précises sur de grands systèmes comme les biomolécules et autres polymères.
Son objectif est de développer des algorithmes qui se comportent comme un robot, parcourant les ensembles de données, collectant des données et résolvant des problèmes. La recherche en chimie rendue possible par le groupe du Dr Pearson aborde un large éventail des défis technologiques et sociétaux les plus importants au monde, tels que le changement climatique, l’énergie, la sécurité, l’approvisionnement alimentaire et la santé.