Počítačové simulace kondenzovaných látek

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

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 s teoretickým pozadím základních výpočetních metod a své poznatky ověří na praktických příkladech. Každá přednáška tak bude organizována jako tutorial, v jehož rámci bude řešení typických úlohy doprovázeno detailním objasněním použitých výpočetních postupů. Kurz se koná v Počítačové učebně Katedry inženýrství pevných látek. K praktickým demonstracím a procvičení bude využito simulační prostředí Materials Studio.

Požadavky:

Znalosti kvantové fyziky a numerické matematiky (v rozsahu předmětů 02KVAN, 01NUMB na FJFI).

Osnova přednášek:

1. Navržení modelu molekuly, makromolekuly, krystalu, povrchu, vrstvy a nanostuktury. Pravidla použitá k dosažení realistické výchozí struktury. Práce s knihovnami strukturních fragmetů. Vytvoření projektu. Cvičení: MS Materials Visualizer.

2. Konstrukce rozsáhlejších amorfních ansamblů s periodickými okrajovými podmínkami definovaných za různých termodynamických podmínek. Cvičení: Amorphous Cell.

3. Klasická simulační teorie: koncept silových polí, deformací vazeb, nevazebných interakcí, speciální typy silových polí, implementace molekulární mechaniky v MS. Cvičení: MS Discover, MS Forcite, MS Forcite Plus.

4. Klasická simulační teorie: minimalizační úlohy (geometrická optimalizace molekuly, minimalizace energie, matematické metody nalezení minima energie, energetické trajektorie a přechodové struktury). Cvičení: MS Discover.

5. Klasická simulační teorie: počítačové simulace dynamického vývoje systému (termodynamické soubory, fázový prostor, pojednání interakcí na dlouhou vzdálenost, DPD a další přibližné metody). Cvičení: MS Amorphous Cell, MS Mesodyne.

6. Geometrická a statistická analýza vypočtených výsledků. Cvičení: analytické nástroje v MS Materials Visulizer, MS Amorphous Cell, MS Discover, and MS Forcite.

7. Teorie rozptylu a určení krystalové struktury. Prášková difrakce, Rietveldova rafinace s uvážením energie. Cvičení MS Reflex Plus.

8. Kvantově mechanický koncept: Schroedingerova rovnice, teorie self-konzistentního pole, DFT, teorém Hohenberg-Kohna, Kohn-Shamův ansatz, pseudopotenciály. Cvičení: MS CASTEP, MS DMol3.

9. Kvantově-mechanický koncept: semi-empirický přístup. Cvičení: MS VAMP.

10. Kvantově-mechanický koncept: molekulární dynamika založená na prvních principech - metoda Car-Parrinellova. Cvičení: MS CASTEP, MS DMol3.

11. Kvantově mechanický koncept: fonony a výpočet dielektrické odezvy. Cvičení: MS CASTEP.

12. Kvantově mechanický koncept: výpočet optických absorpčních a emisních spekter. Cvičení: MS VAMP.

13. Kvantově mechanický koncept: stabilita molekulárních struktur. Cvičení: MS DMol3.

Osnova cvičení:

Každý z probíraných teoretických okrujů je doplněn praktickou úlohou.

Cíle studia:

Znalosti:

Základy kvantové mechaniky a numerické matematiky.

Schopnosti:

Osvojení si základů teorie a praktické realizace počítačových simulací pro základní kondenzované systémy.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

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

Doporučená literatura:

[2]. R. M. Martin: Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods (Vol 1), Cambridge University Press, ISBN 0-521-78285-6, Cambridge 2004.

Studijní pomůcky:

Počítačová učebna KIPL vybavená MS softwarem.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: