КВАНТОВАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ ДИНАМИКА д.ф.-м.н. Стегайлов Владимир Владимирович, к.ф.-м.н. Саитов Ильнур Миннингазыевич, асп. Федоров Илья Дмитриевич В курсе будут представлены уровни приближений описания электронной структуры в рамках теории функционала электронной плотности для проведения расчетов квантовой молекулярной динамики. Будут описаны преимущества использования различных типов базисных наборов для представления волновых функций. Будут описаны методы квантовой молекулярной динамики с учетом возбужденных состояний электронной системы. Будет рассказано о методах усреднения при анализе электронной и ионной структуры. Будут представлены методы описания электрон-ионных корреляций на основе функций Ванье. Предполагается также рассмотреть метод молекулярной динамики на интегралах по траекториям в рамках ТФП.
ВВЕДЕНИЕ В СУПЕРКОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ к.ф.-м.н. Тимофеев Алексей Владимирович Курс посвящён знакомству с основами моделирования и основам работы с высокопроизводительными вычислительными кластерами. Рассматривается моделированием методом молекулярной динамики, методом Монте-Карло и другими. Особое внимание в курсе уделяется практике моделирования и практике использования суперкомпьютеров для моделирования физических процессов и базовых биофизических процессов.
МЕТОДЫ МОНТЕ-КАРЛО В СТАТИСТИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ к.ф.-м.н. Левашов Павел Ремирович Курс посвящен теоретическим основам и практическому применению стохастических методов для решения различных задач статистической физики. Рассматриваются основные понятия теории вероятностей и статистической физики, вопросы генерации псевдослучайных чисел на компьютере, специализированные стохастические алгоритмы для атомистического моделирования. Основное внимание в курсе уделяется специфическим вопросам программной реализации методов Монте-Карло, от элементарных задач вычисления определенных интегралов до решения сложных проблем квантовой статистической физики с использованием континуальных интегралов. В процессе обучения будет уделено внимание задаче о перколяции, модели Изинга, атомистическому моделированию систем частиц с классическими потенциалами, методам решения многочастичного стационарного уравнения Шредингера, квантовым многочастичным системам при конечной температуре.
НОВОСТИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ БИОСИСТЕМ к.ф.-м.н. Чугунов Антон Олегович Биология — одна из классических дисциплин, однако в последние десятилетия появилось новое ее ответвление, о котором не ведали ни Дарвин, ни Уотсон с Криком. Речь идет о так называемой «сухой» (или компьютерной) биологии, которая работает с данными и численными моделями, а исследователи могут сделать открытие прямо на компьютере, не потратив ни капли реактивов и не уморив ни одной мыши. В компьютерной биологии можно выделить биоинформатику, анализирующую генетические и белковые базы данных в поисках следов эволюции и других интересных явлений; и структурное моделирование биологических молекул, позволяющее предсказать строение неизвестного рецептора или фермента, изучить их взаимодействия, найти потенциальное будущее лекарство и даже сконструировать никогда не существовавший в природе белок. Этот спецкурс расскажет о самых новых достижениях «сухой» биологии, основываясь на последних публикациях в научных журналах и личном опыте автора курса.
КОМПЬЮТЕРНЫЙ ДИЗАЙН МАТЕРИАЛОВ И ЛЕКАРСТВ к.ф.-м.н. Янилкин Алексей Витальевич к.ф.-м.н. Круглов Иван Александрович Методы компьютерного дизайна включают в себя как методы атомистического моделирования, так и методы машинного обучения и базы данных по свойствам материалов. В курсе лекций будут рассмотрены теоретические основы методов, особенности практического применения и примеры успешного использования.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ДИНАМИКА НА ИНТЕГРАЛАХ ПО ТРАЕКТОРИЯМ к.ф.-м.н. Орехов Максим Александрович к.ф.-м.н. Кондратюк Николай Дмитриевич Цель курса заключается в ознакомлении студентов с формулировкой квантовой теории через интегралы по траекториям, и дальнейшим применением данной теории на практике. В первой части курса рассматриваются теоретические аспекты интерпретации Фейнмана: основные понятия, вывод интегралов по траекториям через каноническую матрицу плотности и оператор эволюции времени. Вторая часть курса посвящена численной реализации метода, знакомству с Path Integral Molecular Dynamics, Centroid Molecular Dynamics и Ring Polymer Molecular Dynamics. Расчет поправок на квантовость протонов для жидкой воды и углеводородов. Вычисление спектров, термодинамических и транспортных свойств рассматриваемых систем. Получение энергетических барьеров химических реакций, протекающих в том числе и в живых системах.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ НИЗКОРАЗМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ д.ф.-м.н. Назаров Владимир Юрьевич Интерес к низкоразмерным материалам, в частности, двумерным кристаллам, испытал резкий подъем в начале 2000-х годов в связи с открытием графена, и не ослабевает в настоящее время. Предлагаемый курс лекций будет посвящен особенностям, трудностям, и способам преодоления трудностей, возникающих при применении современных теоретических и вычислительных методов физики твердого тела к низкоразмерным системам. Мы начнем со способов расчета основного состояния, базируясь главным образом на теории функционала электронной плотности. Затем мы перейдем к изучению электронных возбуждений, возникающих при зондировании низкоразмерных систем пучками частиц (электронов, ионов) и светом. Нашей целью является заложить у студентов магистерской программы фундаментальное понимание и развить навыки практического использования средств предсказания свойств низкоразмерных материалов и интерпретации данных спектроскопических экспериментов, проводимых над этими системами
ФУНКЦИИ ГРИНА И КВАНТОВО-ПОЛЕВЫЕ МЕТОДЫ В ТЕОРИИ КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ д.ф.-м.н. Катанин Андрей Александрович Цель курса – дать студентам базовые знания, необходимые для понимания на современном уровне различных физических явлений в физике конденсированного состояния, а также навыки, позволяющие исследовать на основе современных методов теоретические модели, соответствующие исследуемому физическому явлению и определить пределы применимости используемых методов; смоделировать физический процесс на компьютере. Курс включает в себя изложение основ метода вторичного квантования, функций Грина и метода континуального интегрирования. Кроме того, на основе этих подходов излагаются современные методы теории многочастичных систем: динамическая теория среднего поля, метод функциональной ренормгруппы, приближение динамической вершины. Указанные знания могут быть использованы студентами в научной работе в области физики конденсированного состояния, а также смежных областях, например в биофизике.
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫХ АТОМИСТИЧЕСКИХ МНОГОМАСШТАБНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ФИЗИКЕ КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ И ЖИВЫХ СИСТЕМ д.ф.-м.н. Норман Генри Эдгарович Предполагается, что в течение семестра на занятиях с обстоятельными докладами, по мере готовности, выступят все студенты группы. Помимо изложения оригинальных результатов своей научно-исследовательской работы, студент обязан дать содержательный анализ литературы по этому вопросу. Студенты готовят доклады и презентации вместе со своими научными руководителями, но по формату, общему для всех студентов. После каждого доклада задаются вопросы и проводится обсуждение. Целью докладов является закрепление или развитие (в зависимости от ораторских способностей) навыков публичных выступлений, которые начинают прививаться уже с 2-3 курса бакалавриата.
МЕТОДЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ ДЛЯ РАСЧЕТОВ СВОБОДНОЙ ЭНЕРГИИ к.ф.-м.н. Смирнов Григорий Сергеевич Изменение свободной энергии при конечной температуре является ключевым для описания различных процессов как в физике, так и в биологии. За последние десятилетия разработаны многочисленные подходы, позволяющие рассчитывать данную величину с использованием методов молекулярной динамики, Монте-Карло, теории функционала электронной плотности. В ходе лабораторных занятий в рамках данного курса студенты на практике познакомятся со способами вычисления свободной энергии: · атомарных и молекулярных кристаллов и жидкостей · образования точечных дефектов в металлах · сольватации органических молекул · связывания белково-лигандных комплексов Будут рассмотрены подходы на основе термодинамического интегрирования (равновесные и неравновесные), гистограммного анализа, методов Беннета. Особое внимание планируется уделить статистической значимости получаемых результатов.
ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ д.ф.-м.н. Щелкачев Николай Михайлович Физика низкоразмерных систем – одна из наиболее динамично развивающихся областей современной физики твердого тела. Это связано с несколькими обстоятельствами: в первую очередь, с принципиально новыми фундаментальными научными проблемами и физическими явлениями, так и с перспективами создания на основе уже открытых явлений совершенно новых квантовых устройств и систем с широкими функциональными возможностями для нано-электроники и нано-оптики, измерительной техники, информационных технологий нового поколения, а также в биофизике и биохимии. В основу курса положены элементы спецкурсов, читавшихся для студентов МФТИ (5 курс) на кафедре теоретической физики, а также новые материалы (например, результаты фундаментальных исследований, проведенных в последние годы в ведущих лабораториях мира).