Molekulární modelování a design nanomateriálů

1. Po úvodních informacích o počítačových simulacích coby teoretickém experimentu, doplňujícím teorii a experiment, budou studenti seznámeni s historií výpočetní chemie. Druhá část úvodní přednášky bude věnována příkladům využití molekulárního modelování na konkrétních výsledcích publikovaných ve vědeckých časopisech.
2. Bude diskutována výpočetní náročnost molekulárních simulací a v souvislosti s tímto tématem bude zmíněno také téma klastrů a paralelizace. Dále bude pozornost věnována základním principům kvantové a molekulární mechaniky a jejich srovnání.
3. Pozornost bude věnována vazebným a nevazebným interakcím a jejich empirickému popisu. Budou popsány členy rovnice potenciální energie a bude vysvětlen pojem potenciálové plochy. Po definici pojmu silové pole budou zmíněny jednotlivé druhy silových polí, jejich klasifikace a studenti budou seznámeni s pojmem atomových typů v rámci silových polí.
4. Budou probrány metody výpočtu atomových nábojů a v souvislosti s periodickými podmínkami bude vysvětlena Ewaldova sumace. V návaznosti na předešlou přednášku bude diskutována problematika globálního a lokálního minima potenciálové plochy. Bude představeno základní rozdělení optimalizačních algoritmů.
5. Pozornost bude věnována základním deterministickým derivačním optimalizačním algoritmům. Kromě obecného popisu bude každý algoritmus demonstrován na konkrétním příkladu. Studenti budou seznámeni s implementací těchto algoritmů do modelovacího prostředí Materials Studio.
6. V návaznosti na předchozí téma bude pozornost věnována základním deterministickým nederivačním optimalizačním algoritmům. Kromě obecného popisu bude každý algoritmus demonstrován na konkrétním příkladu. Dále budou probrány generátory náhodných a pseudonáhodných čísel.
7. Pozornost bude věnována metodám a simulacím Monte Carlo. Bude představena metoda simulovaného žíhání a budou prezentovány příklady simulací Monte Carlo v modelovacím prostředí Materials Studio.
8. Po úvodním ozřejmění pojmu molekulární dynamika budou probrány druhy integračních algoritmů. Studenti budou seznámeni s implementací těchto algoritmů do modelovacího prostředí Materials Studio. Pozornost bude věnována rovněž různým typům termostatů a barostatů.
9. Studenti budou seznámeni s mezoškálovými simulačními metodami, přičemž pozornost bude věnována zejména disipativní částicové dynamice. Dále bude probrán multiškálový přístup k simulacím a budou ukázány příklady jeho využití.
10. Bude probrána problematika mísitelnosti polymerů a bude představena Floryho-Hugginsova teorie. V návaznosti na toto i předešlé téma bude věnována pozornost problematice modelování nanostruktur na bázi polymerů.
11. Pozornost bude věnována vztahu struktury a vlastností molekul a problematice molekulárních deskriptorů. Studenti budou seznámeni s principem a využitím metod QSAR, QSPR, atd.
12. Bude diskutována součinnost počítačových simulací a experimentu. Studenti budou seznámeni s využitím experimentálních dat jakožto vstupních údajů pro stavbu iniciálních modelů. Pozornost bude dále věnována verifikaci výsledků modelování a tvorbě modelovací strategie na základě experimentálních dat.
13. V návaznosti na předchozí téma budou probrány vhodné modelovací strategie pro vybraný okruh nanomateriálů. Pozornost bude věnována zejména interkalační chemii a povrchově modifikovaným nanostrukturám.
14. Test.