9:00
|
Bc.
Kryštof
Březina
|
M2
|
prof. Mgr. Pavel Jungwirth, CSc., DSc.
|
Ab Initio Molecular Dynamics Study of Benzene Radical Anion in Liquid Ammonia
|
detail
Ab Initio Molecular Dynamics Study of Benzene Radical Anion in Liquid Ammonia
The benzene radical anion is a key intermediate in the Birch reduction: an organic reaction, where benzene-like aromatics are reduced to 1,4-cyclohexadienes by a solution of an alkali metal in liquid ammonia. This work adresses the properties and behavior of the benzene radical anion in the presence of liquid ammonia by the means of ab initio molecular dynamics: a costly but necessary method to correctly describe the non-trivial, open shell electronic structure of the species in question. Notably, the presence of dynamic Jahn-Teller phenomena in the liquid phase and the structure of solvent surrounding the anion are studied computationally for the first time. (Picture: benzene radical anion in a box of liquid ammonia; spin density distribution is depicted in red.)
|
9:20
|
Bc. et Bc.
Jiří
Janek
|
M2
|
prof. RNDr. Jiří Kolafa, CSc.
|
Modifikované Gearovy integrátory s lepší časovou reverzibilitou
|
detail
Modifikované Gearovy integrátory s lepší časovou reverzibilitou
Numerická integrace hraje klíčovou roli v simulacích metodami molekulární dynamiky (MD). Nejčastěji používaná Verletova integrační metoda je pouze 2. řádu. Nadto existují problémy a algoritmy, pro které je její aplikace komplikovaná. Užití metod vyšších řádů je však limitováno požadavkem na zachování energie v průběhu integrace. Cílem této práce je najít metody vyšších řádů odvozené z Gearových integrátorů typu prediktor-korektor, které by měly lepší časovou reverzibilitu, tzn. i zachování energie, než originální metody. Předchozí úpravy korektoru byly vedeny myšlenkou ustoupit z požadavku na stabilitu. Tento postup však k cíli nevedl. V této práci ukážu, jak odvodit metody s lepší časovou reverzibilitou na základě analogie s Verletovou metodou, která je přísně časově reverzibilní. Nové metody lze získat minimalizací prvních členů korektoru v tzv. historické notaci. Tato úprava vede ke snížení řádu metody, řád zachování energie se však zvýší. Navíc je zachována nejvyšší možná stabilita. Nové integrátory byly testovány na harmonickém oscilátoru a dvou jednoduchých MD systémech. Testy ukazují, že při vhodné volbě integračního kroku lze dosáhnout významně lepšího zachování energie než při použití originálních integrátorů stejného řádu.
|
9:40
|
Bc. Bc.
Martin
Klíma
|
M2
|
prof. RNDr. Jiří Kolafa, CSc.
|
Nukleace vody a argonu v molekulových paprscích
|
detail
Nukleace vody a argonu v molekulových paprscích
Práce se zabývá studiem nukleace při supersonické expanzi vodní páry a argonu. Plyn během expanze prochází tryskou do evakuované části aparatury, dochází k jeho ochlazení a následné nukleaci. Vznikají tak klastry různých velikostí a tvarů. Některé experimenty naznačují, že vzniklé klastry nemají termodynamicky optimální kulový tvar. Pro potvrzení této domněnky mohou být použity MD simulace celého procesu. Cílem práce je vývoj algoritmu, který by takovouto simulaci umožnil. Celá simulace probíhá v periodickém simulačním boxu s konstantním počtem molekul. V důsledku expanze plynu je měněn objem boxu. Průběh hustoty expandujícího plynu v čase je nejprve vypočten za předpokladu jeho ideálního chování. Takto získaný průběh hustoty však není v souladu s reálným chováním plynu. To se projevuje nekonstantním hmotnostním tokem. Simulace je tedy prováděna po částech, vždy nejprve podle původního průběhu hustoty. Po zpětném výpočtu hmotnostního toku a jeho derivace je na jejím základě modifikován původní průběh hustoty a daný úsek je simulován znovu. Po dosažení určité přesnosti, dojde k posunu k dalšímu úseku a vše se opakuje. Výsledná data jsou porovnávána s experimentálními, poskytnutými skupinou M. Fárníka z Ústavu fyzikální chemie Jana Heyrovského Akademie věd České republiky.
|
10:00
|
Bc.
Jan
Poštulka
|
M1
|
prof. RNDr. Petr Slavíček, Ph.D.
|
Fotodisociace a rekombinace peroxidu vodíku
|
detail
Fotodisociace a rekombinace peroxidu vodíku
Peroxid vodíku při ozáření UV zářením podléhá fotodisociaci. Vznikají primárně hydroxylové radikály OH a sekundárně radikály HO2 spolu s radikálem vodíku. Produkce reaktivních hydroxylových radikálů je významná pro čištění vody nebo sterilizaci v medicíně, disociace peroxidu vodíku může být také zdrojem radikálů v zemské atmosféře. Výskyt peroxidu vodíku byl rovněž potvrzen na několika tělesech sluneční soustavy, jako je například Jupiterův měsíc Europa. V této práci je peroxid vodíku modelovým chromoforem pro vývoj techniky neadiabatických molekulových simulací při konstantní vlnové délce či pro popis difúze a rekombinace nascentních radikálů. Práce je zaměřena na popis disociace peroxidu vodíku v plynné fázi i ve vodném roztoku. Pro simulaci roztoku využívám metod typu QM/MM. Tento přístup rozdělí studovaný systém na dva podsystémy, z nichž jeden je popsán výpočetně nenáročnou molekulovou mechanikou, zatímco druhý je popsán pomocí kvantového funkcionálu. To dovoluje popsat solvatované systémy se zahrnutím dostatečného množství molekul rozpouštědla. V práci studuji vliv solvatace a kvantových efektů na strukturu roztoků peroxidu vodíku. Práce je přípravnou studií k dalšímu vývoji technik simulací s konstantní vlnovou délkou, studiu difúze a rekombinace radikálů.
|
10:20
|
Bc.
Jaroslav
Sita
|
M2
|
prof. RNDr. Petr Slavíček, Ph.D.
|
Akcelerace ab initio molekulové dynamiky pomocí duálního potenciálu
|
detail
Akcelerace ab initio molekulové dynamiky pomocí duálního potenciálu
Ve své práci se zabývám testováním simulací molekulové dynamiky s použitím konceptu duálního potenciálu. Metodu molekulové dynamiky jsem ve své předchozí práci používal na vzorkování počátečních podmínek pro další výpočty, jako například pro výpočty absorpčních spekter. V kontextu ab initio dynamiky je časově nejnáročnější výpočet gradientů energie, tedy sil působících na molekulu v každém kroku molekulové dynamiky. Koncept duálního potenciálu využívá dva potenciály, jejichž kombinací vznikne potenciál, na němž probíhá simulace molekulové dynamiky. Jeden potenciál je výpočetně méně náročný, ale také méně přesný. Druhý je naopak výpočetně náročnější, ale měli bychom s jeho použitím dostat reálnější distribuci geometrií. Cílem molekulové dynamiky s duálním potenciálem je získat distribuci geometrií, jako kdyby byla simulace provedena na výpočetně náročnějším potenciálu, ale za zlomek času. Koncept duálního potenciálu jsem testoval nejdříve na systému dimeru vody, u kterého jsem sledoval distribuci vzdáleností atomů kyslíku v závislosti na parametrech simulace s duálním potenciálem. S těmito poznatky jsem přistoupil ke studiu molekuly azobenzenu, která byla mým ústředním zájmem v dřívější práci a mám o této molekule tedy dostatek dat k porovnání.
|
10:40
|
Alexandr
Zaykov
|
M2
|
RNDr. Zdeněk Havlas, DrSc.
|
Singlet Fission - Recent Advances in the Simple Theory
|
detail
Singlet Fission - Recent Advances in the Simple Theory
The main topic of this short contribution to Student scientific conference 2018 is recent advances in the field of "Simple" theory of exciton multiplication phenomenon bearing the name singlet fission (SF). SF could prove to be a potent helper for the extraction of solar energy from photons in the above-green light region. For these photons more than half the energy is usually wasted during the conversion process.
The theory revolves around Fermi-Dirac golden rule. In the previous iterations the suitability of a structure potentially undergoing isoergic SF was assessed purely on two factors. One of them being matrix element between initial (mono)exciton state and final biexciton state, and roughly on the magnitude of Davydov splitting (DS).
As it is known, thermodynamics do influence kinetics of electron transfer reactions, where SF certainly belongs. Therefore, Marcus theory is employed in the approximation of density of states in the above-stated golden rule.
Interesting conclusions arising from the use of this approach, such as possibly correct prediction of faster SF structure based on provided crystallographic data, are also discussed. Results in the form of absolute and more importantly relative rates are shown.
|