Základy počítačových simulací kondenzovaných látek

Garant předmětu:

Jan Drahokoupil, Ladislav Kalvoda

Přednášející:

Jan Drahokoupil, Ladislav Kalvoda

Cvičící:

Jan Drahokoupil, Ladislav Kalvoda

Předmět zajišťuje:

katedra inženýrství pevných látek

Anotace:

Počítačová simulace v oblasti kondenzovaných látek se stává důležitým nástrojem při vývoji nových materiálů a technologií, využívaným jak experimentátory, tak teoretiky. Řešení řady praktických problémů je tak převáděno z reálné do 'virtuální', počítačové laboratoře. V průběhu kurzu se studenti seznámí se základními metodami a postupy výpočetních metod založených na modelch klasické nekvantové fyziky a své poznatky si ověří na praktických příkladech. Kurz se koná v Počítačové učebně Katedry inženýrství pevných látek.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1.Úvod k přístupům počítačových simulací kondenzovaných látek: MM, MD, MC, DFT, CALPAD, FEM.

2.Postupy návrhu počítačového atomistického modelu (molekuly, makromolekuly, krystalu, amorfní látky, kapaliny, povrchu, vrstvy, nanostuktury, homo- a hetero-systémů). Práce s knihovnami strukturních fragmetů. Vytvoření a uložení projektu.

3.Výchozí optimalizace modelu, geometrické okrajové podmínky modelu, termodynamické ensembly, fázový prostor, partiční funkce.

4.Molekulární mechanika: koncept silových polí, jejich tvorba a editace, deformací vazeb, nevazebných interakcí, speciální typy silových polí, algoritmy implementace molekulární mechaniky.

5.Dalekodosahové interakce, typy, metody jejich kvantifikace.

6.Geometrická optimalizace ensemblů, minimalizace energie, matematické metody nalezení minima energie.

7.Molekulární dynamika, pohybové rovnice a jejich integrace.

8.Metoda Monte Carlo, konstrukce modelu, statické a dynamické simulace systémů.

9.Statistická analýza trajektorií, časové a souborové střední hodnoty, ergodická hypotéza, energetické trajektorie a přechodové struktury.

10.Analýza přechodvých procesů, geometrické a termodynamické vlastnosti přechodových stavů.

11.Mesoškálové modelování: důvody pro tvorbu mesoškálových modelů, disipační dynamika části a teorie středního pole, přechod od atomistického k mesoškálovému popisu systému.

12.Teorie rozptylu, predikce a určení krystalové struktury, simulace práškových difrakčních diagramů.

13.Rietveldova rafinace atomistického modelu s uvážením energetických parametrů modelu.

Osnova cvičení:

1.Úvod k přístupům počítačových simulací kondenzovaných látek: MM, MD, MC, DFT, CALPAD, FEM.

2.Postupy návrhu počítačového atomistického modelu (molekuly, makromolekuly, krystalu, amorfní látky, kapaliny, povrchu, vrstvy, nanostuktury, homo- a hetero-systémů). Práce s knihovnami strukturních fragmetů. Vytvoření a uložení projektu.

3.Výchozí optimalizace modelu, geometrické okrajové podmínky modelu, termodynamické ensembly, fázový prostor, partiční funkce.

4.Molekulární mechanika: koncept silových polí, jejich tvorba a editace, deformací vazeb, nevazebných interakcí, speciální typy silových polí, algoritmy implementace molekulární mechaniky.

5.Dalekodosahové interakce, typy, metody jejich kvantifikace.

6.Geometrická optimalizace ensemblů, minimalizace energie, matematické metody nalezení minima energie.

7.Molekulární dynamika, pohybové rovnice a jejich integrace.

8.Metoda Monte Carlo, konstrukce modelu, statické a dynamické simulace systémů.

9.Statistická analýza trajektorií, časové a souborové střední hodnoty, ergodická hypotéza, energetické trajektorie a přechodové struktury.

10.Analýza přechodvých procesů, geometrické a termodynamické vlastnosti přechodových stavů.

11.Mesoškálové modelování: důvody pro tvorbu mesoškálových modelů, disipační dynamika části a teorie středního pole, přechod od atomistického k mesoškálovému popisu systému.

12.Teorie rozptylu, predikce a určení krystalové struktury, simulace práškových difrakčních diagramů.

13.Rietveldova rafinace atomistického modelu s uvážením energetických parametrů modelu.

Cíle studia:

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] T.A.Beu: Introduction to Molecular Dynamics Simulations. CRC Press LLC, 2019.

[2] V. Brázdová, D.R. Bowler: Atomistic Computer Simulations: A Practical Guide. Wiley VCH 2013. ISBN: 978-3-527-41069-9

Doporučená literatura:

[3] A.R. Leach: Molecular Modeling: Principles and Applications, 2nd edition, Prentice Hall, ISBN 0-582-38210-6, Harlow 2001.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Fyzikální inženýrství - Inženýrství pevných látek (PS)