|
Vyučující
|
-
Futera Zdeněk, doc. RNDr. Ph.D.
|
|
Obsah předmětu
|
V rámci tohoto kurzu budou představeny pokročilé simulační přístupy aplikovatelné na molekulární systémy a studium materiálů. Předpokládá se, že studenti jsou již obeznámeni se základními metodami klasické molekulární mechanika, více částicových kvantových technik, jako je např. Hartree-Fockova metoda, a teorií hustotních funkcionálů (DFT), které jsou předmětem jiných kurzů. Tato přednáška se věnuje specializovaným tématům a aplikacím, které nejsou probírány v základních kurzech. Základ kurzu tvoří následující témata, z nich každé bude probírané zhruba dvě přednášky, kde se nejprve probere příslušná teorie, poté se budou diskutovat aplikace na specifické systémy, a nakonec bude demonstrováno provádění samotných výpočtů ve vhodných kvantově-mechanických programech (např. Gaussian, ORCA, CP2K). Probíraná témata ale nejsou pevně daná a mohou se změnit podle zájmu a specializace konkrétních posluchačů kurzu. 1. Disperzní interakce (Londonova disperze a van der Waalsovy interakce v kontextu více částicové elektronové teorie; Grimmeho empricické korekce; DFT funkcionály s korelačními korekcemi; více částicové přístupy) 2. Reakční mechanismy a kinetika (povrchy potenciálních energií; lokální minima, maxima a sedlové body; optimalizace transitních stavů; přístupy založené na Hessianu; pružinové metody) 3. Optická spektra (výpočty excitovaných elektronových stavů pomocí jedno- a vícereferenčního popisu, diskuze běžně používaných metod: ZINDO/S, CIS, EOM-CCSD, TDDFT, CASSCF, CASPT2, NEVPT2, MRCI) 4. Povrchy a rozhraní (povrchové stavy, terminální skupiny, rekonstrukce; výpočet výstupní práce; korespondence elektronových stavů na rozhraní; adsorpce molekul; polovodiče vs. kovy) 5. Velké systémy (hybridní QM/MM přístupy - mechanický vs. elektronový embedding, metody zamrzlých orbitalů a připojených atomů; DFT metody s lineárním škálováním, fragmentační a víceškálové přístupy) 6. Elektrochemie (popis potenciálu a elektrických polí v kvantových modelech; vnitřní vs. vnější potenciál, redoxní potenciál; přenos elektronů na rozhraních pevná látka/kapalina; interpretace CV křivek, elektrokatalýza) Na cvičeních budou demonstrovány praktické aspekty výše zmíněných témat (volba a použití vhodného softwaru, vzdálené připojení a práce na počítačových klastrech, tvorba počítačových modelů, nastavení specifických výpočtů)
|
|
Studijní aktivity a metody výuky
|
|
nespecifikováno
|
|
Výstupy z učení
|
Posluchač bude seznámen se specializovanými metodami počítačových simulací, které se používají k výpočtům elektronových a chemických vlastností molekul a pevných látek.
|
|
Předpoklady
|
Předpokládá se, že posluchač má základní znalosti z kurzů molekulární fyziky, optiky, teorie pevných látek a kvantové teorie na úrovni magisterského studia fyziky. Tento kurz je doporučen po absolvování kurzů UFY/475 a UFY/522.
|
|
Hodnoticí metody a kritéria
|
nespecifikováno
Pro úspěšné splnění kurzu je potřeba získat zápočet ze cvičení (povinná účast, aktivní práce na zadaných úlohách) a složit ústní zkoušku z teorie vyložené na přednáškách.
|
|
Doporučená literatura
|
-
As the discussed topics are advanced and not systematically covered in available textbooks, relevant reviews and original scientific articles will be recommended as study materials. Further, lecturer notes to each topic will be provided..
-
Berland, K. et al.: Van der Waals Forces in Density Functional Theory: A Review of the vdW-DF Method. Rep. Prog. Phys. 78, 066501 (2015), DOI: 10.1088/0034-4885/78/6/066501.
-
Csizi, K.-S. et al.: Universal QM/MM Approaches for General Nanoscale Applications. WIREs. Comput. Mol. Sci. 13, e1656 (2023), DOI: 10.1002/wcms.1656.
-
Grimme, S. et al.: Dispersion-Corrected Mean-Field Electronic Structure Methods. Chem. Rev. 116, 5105 (2016), DOI: 10.1021/acs.chemrev.5b00533.
-
Liao, X. et al: Density Functional Theory for Electrocatalysis. Energy & Environ. Mater. 5, 157 (2022), DOI: 10.1002/eem2.12204.
-
Lipparini, F. and Mennucci, B.: Hybrid QM/Classical Models: Methodological Advances and New Applications. Chem. Phys. Rev. 2, 041303 (2021), DOI: 10.1063/5.0064075.
-
Lischka, H. et al.: Multireference Approaches or Excited States of Molecules. Chem. Rev. 118, 7293 (2018), DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00244.
-
Nakata, A. et al.: Large Scale and Linear Scaling DFT with the CONQUEST Code. J. Chem. Phys. 152, 164112 (2020), DOI: 10.1063/5.0005074.
-
Vzhledem k tomu, že probíraná témata jsou pokročilá, aktuální, a nedostatečně pokrytá v běžných učebnicích či studijních textech, budou jako studijní literatura doporučeny vhodná review a původní vědecké články. Kromě toho budou mít posluchači k dispozici poznámky přednášejícího ke každému z probíraných témat..
-
Yang, X.-H. et al.: Recent Progress on Multiscale Modeling of Electrochemistry. WIREs Comput. Mol. Sci. 12, e1559 (2022), DOI: 10.1002/wcms.1559.
|