Секция фундаментальных основ многомасштабного атомистического моделирования – ЛФИ

Представлены результаты экспериментального исследования состава образцов пластовой нефти и молекулярно-динамического моделирования межфазного натяжения между сырой нефтью и водным рассолом. На основе дистилляционных и хроматографических данных составлена псевдокомпонентная модель нефти для молекулярно-динамических исследований. Построена регрессионная модель, описывающая зависимость IFT от температуры, давления, массовой доли газа, доли ароматики в составе нефти и ионной силы рассола.

Коэффициент вязкости – важная характеристика вещества, необходимая для физического описания процессов течения и подвижности частиц в самых разных научных и промышленных задачах. Несмотря на обилие экспериментальных данных для однокомпонентных систем, до сих пор остро стоит вопрос получения вязкости смесей в различных термодинамических условиях. В работе демонстрируется возможность точного расчета коэффициента вязкости для бинарных органических смесей методами атомистического моделирования.

В данной работе для тройной системы вода-толуол-н-додекан с использованием метода молекулярной динамики определены зависимости коэффициента поверхностного натяжения и адсорбции от давления.

В рамках данной работы была разработа теория, описывающая поверхность раздела жидкостей в нанопорах. Данная теория послужила основой для разработки нового алгоритма для определения контактного угла несмачиваемой жидкости в нанопоре. Данные подход был отвалидирован методами молекулярной динамики на реальных системах и показал свою работоспособность.

В данной работе проводится атомистическое моделирование керогенов, исследуются упругие свойства, а также их зависимость от присутствующего метана в матрице. Также определяются продукты пиролиза керогенов и проводится анализ траекторий отдельных молекул газа (H2, CH4) в матрице керогена.

В работе исследуется нарушение соотношения Стокса-Эйнштейна при высоких давлениях на примере жидкого 1-метилнафталина. Получены значения вязкости в диапазоне давлений до 600 МПа и показан переход зависимости Стокса-Эйнштейна в дробно-степенной режим. Рассматривается молекулярный механизм перехода.

В работе проводится сравнительный анализ водородных сетей водного раствора 1,4-диоксана в моделях Смита и OPLS-AA/CM1A с моделью воды TIP4P. Показана корреляция между удельным числом водородных связей вода-вода и размером кластеров диоксана в растворе. Общее количество водородных связей на атом кислорода и размеры кластеров диоксана согласуются с экспериментом по рентгеновскому рассеянию. Анализ сети водородных связей воды адекватно воспроизводит экспериментальные пороговые значения перколяции.

Методом молекулярной динамики с использованием потенциала ReaxFF изучается эффект протонного переноса в воде и его влияние на диффузию молекул воды и ионов H3O+ и OH- в воде в жидком и газообразном состоянии. Обнаружено, что коэффициенты диффузии ионов в жидкой воде превосходят коэффициенты самодиффузии молекул воды. Для пара соотношение обратное.

В данной работе проводится сравнение межатомных потенциалов GAFF, OPLS-AA/CM1A, CHARMM36 и COMPASS с целью найти наилучший потенциал для моделирования жидких ион-селективных барьеров на основе простых эфиров. Для этого с использованием выбранных потенциалов рассчитываются плотность и вязкость диизопропилового эфира, проводится оценка взаимной растворимости воды и диизопропилового эфира, а также коэффициентов распределения этанола в растворе воды и диизопропилового эфира.

Одной из важнейших свойств границы двух фаз является формирование двойного электрического слоя. Простейшая система для изучения ДЭС является граница двух водных растворов электролитов. В данной работе изучались границы применимости приближения идеального раствора. Был получен профиль электростатического потенциала и радиус дебая для свободных ионов.

В работе представлено моделирование взаимодействия флавинмононуклеотида (ФМН) с кислородом в белке miniSOG, являющимся перспективным агентом фотодинамической терапии. Описана структура возбуждения системы окисленный ФМН-кислород, которая является источником реактивных форм кислорода (РФК), а также процесс деградации хромофора, что ведет к образованию более эффективного генератора РФК – люмихрома.

В работе предсказана структура комплекса калиевого канала hERG с нейротоксином BeKm-1 с использованием молекулярной динамики и ансамблевого докинга. Исследование выявило ключевую роль остатка Arg20 BeKm-1. In silico и in vitro валидация модели показала, что замена Arg20 на Lys значительно нарушает взаимодействие пептида с каналом. Модель hERG–BeKm-1 предлагается использовать для разработки лекарственных препаратов.

Предложен универсальный теоретико-информационный подход исследования внутримолекулярной аллостерической коммуникации, реализованный в виде написанного на Python/C++ пакета программ ARTEMIS (https://github.com/nalsur-veallam/ARTEMIS). В основе метода лежит анализ матрицы взаимной информации для всех пар остатков внутри белка, полученной по данным молекулярной динамики при помощи пакета программ PARENT.

В работе проводится моделирование молекулы хлорофилла типа а воде с помощью пакета программ “Gromacs”. Изучается поведение молекулы в различных силовых полях. В докладе будет предствлен анализ конформационных состояний молекулы хлорофилла а в воде.

Белки антифризы. Молекулярно-динамическое моделирование белка FfIBP в присутствии воды и льда 1h.

В методе молекулярной динамики с использованием потенциала GAFF наблюдается переход из изотропной фазы в нематическую для жидкого кристалла 5СВ (4-пентил-4’-цианобифенил). Параметр ориентационного порядка полученной нематической фазы согласуется с данными эксперимента. Рассчитывается коэффициент диффузии нематической фазы.

Данная работа посвящена изучению особенностей процессов релаксации бинарных растворов металлов на основе никеля при аморфизации с помощью методов построения корреляционных функций высоких порядков.

В работе приведен метод раширения признакового пространства для обучения моделей машинного обучения с помощью признаков, посчитанных в программе ThermoCalc. Для ускорения предсказательной способности модели эти признаки дополнительно предсказываются другими регрессионными моделями. Было показано, что благодаря такому подходу не происходит ухудшения в качестве предскзаний. Также проведена оптимизация с помощью генетического алгоритма и найден новый состав с высоким пределом текучести.

Иследован вклад различных параметров молекул в энергию гидратации (на основе Random Forest Classifier)

В ходе доклада будут рассмотрены современные направления развития методов связанных кластеров для моделирования электронных состояний и свойств систем с открытыми оболочками. Рассматриваются как подходы, направленные на увеличение точности моделирования малых молекул через учёт вкладов трёхкратных возбуждений в волновые функции, так и недавно созданные подходы, основанные на кластерном моделировании и позволяющие с высокой точностью предсказывать локализованные свойства материалов.

Работа посвящена реализации алгоритма CROP, который улучшает сходимость итерационных процедур решения уравнений метода связанных кластеров. Метод основан на алгоритме DIIS, однако в отличии от него, CROP использует меньший объем оперативной памяти. В тестовых расчетах было продемонстрировано превосходство алгоритма CROP.

В работе исследуются молекулы YbHaln (Hal = F, Cl, n = 2, 3). Целью работы является моделирование электронной структуры и расчет свойств, описывающих эффективное состояние иттербия в данных молекулах. В качестве критерия корректности воспроизведения электронной плотности выбран химический сдвиг линии РЭС атома в различных соединениях.

Целью данной работы является проведение прецезионного релятивистского квантовохимического моделирования структуры и излучательных свойств молекулы ThF+ в различных низколежащих электронных состояниях.

Для температуры 800K рассчитан профиль свободной энергии и получена оценка термодинамически равновесных концентраций молекулярной H2 и атомарной H форм примеси в расплаве свинца.

Для исследования жидкометаллической коррозии (ЖМК) проведено атомистическое моделирование бикристалла железа в контакте с жидким свинцом. Мы показываем, что на начальной стадии ЖМК можно выделить отдельные процессы вблизи межзеренной границы железа: растворение атомов железа с поверхности, самодиффузию атомов железа в приповерхностном слое и заполнение поверхностных вакансий железа атомами свинца. Пользуясь этим, мы обсуждаем связь размера зерна железа и скорости ЖМК.

Проведены расчёты температурной свободной энергии точечных дефектов несколькими методами для нескольких материалов, определены достоинства и недостатки каждого метода

С помощью метода DFT+U рассчитаны энергии образования точечных дефектов в высокотемпературных фазах сильно-коррелированных оксидов Fe3O4 и FeCr2O4 в зависимости от парциального давления кислорода

В данной работе будет представлена первопринципная модель феррита никеля NiFe2O4 в рамках метода DFT+U. Исследованы орбитальное упорядочение, ширина запрещённой зоны и энрегии активации поляронного хоппинга.

В работе исследуется коррозионное взаимодействие хромистой шпинели со свинцово-висмутовой эвтектикой. Эта задача является актуальной для реакторов на быстрых нейтронах, в которых свинцово-висмутовый теплоноситель контактирует со слоем хромистой шпинели, покрывающим стальные конструкционные элементы.

В работе изучается поведение дислокаций в мононитриде урана и алюминии на атомарном уровне при помощи метода молекулярной динамики. Для расчётов используется пакет LAMMPS и несколько моделей потенциалов межатомного взаимодействия: eam, adp и snap. Также проводится сравнение типов дислокаций и их особенностей в этих веществах.

С появлением новых технологий в сфере высокопроизводительных вычислений, возникает естественная необходимость в адаптации алгоритмов, решающих задачу молекулярной динамики, к новым требованиям и возможностям.

Работа посвящена поиску низкоэнергетических гидридов урана, лантана, серы и магния, как одних из перспективных сверхпроводников, при заданных давлениях. Поиск осуществлялся с использованием специально разработанного генератора структур, позволяющего учитывать частично известное экспериментальное структурное окружение. Были исследованы системы UH8, LaH10, H3S, а также составы гидридов магния в диапазоне MgH3-6.

Рассмотрены свойства параметра IDF в качестве локального критерия плавления для малых систем, где плавление происходит неоднородно.

Дисульфид германия имеет слоистую структуру, анизотропную в плоскости. Это обуславливает его анизотропные оптические свойства и делает кандидатом для использования в устройствах нанофотоники следующего поколения. Соответственно изучение его кристаллической структуры и связанных с нею свойств представляет собой интересную задачу. В данной работе был построен рамановский спектр GeS2 из первых принципов. Произведено сопоставление полученного результата и экспериментальных данных.

В данной работе мы исследовали общую структуру обобщённой динамической магнитной восприимчивости, содержащей в себе всю полноту экспериментально доступной информации о магнитной структуре и магнитных флуктуациях, и проверили выполнение полученных соотношений для сильнокоррелированной системы на основе численных расчётов методом DMFT.

В этом докладе мы показываем, как теорема о равнораспределении может быть обобщена на определенный подкласс линейных динамических систем, которые носят название псевдо-гамильтоновых. На основе отклонения от этой обобщенной теоремы о равнораспределении мы разработали естественную меру невзаимности для упорядоченных активных систем. Разработанная мера невзаимности может быть использована для определения того, насколько активная система далека от псевдо-гамильтоновости.

В работе исследуется распределение частиц по скоростям и радиальная функция распределения пылевой подсистемы плазмы тлеющего разряда в гелии при криогенных температурах.

В работе с использованием молекулярной динамики исследуются пространственные и временные корреляции микрополя плазмы (построен и исследован автокоррелятор) для неподвижной точки в плазме и для поля воздействующего на нейтральный атом в плазме.

В докладе будет представлен обзор подходов к исследованию экситонов, рассмотрены проблемы классической теории функционала электронной плотности (DFT), связанных с описанием возбужденных состояний. В качестве конкретного примера будут представлены результаты моделирования диссоциации экситонов в плотных флюидах водорода и азота.

В работе рассматривается фазовый переход жидкого молекулярного водорода в проводящее состояние с использованием молекулярной динамики и машинного потенциала межатомного взаимодействия. В диапазоне температур от 600 до 1100 К были рассчитаны коэффициенты диффузии и вязкости, спектр колебаний. Значение молекулярной моды колебаний находится в согласии с экспериментальными данными.

Разработан и успешно применён метод моделирования метастабильных состояний флюида водорода при высоких давлениях методом PIMD+VASP. Получена кривая фазового перехода. О сохранении молекулярной фазы вдоль метастабильных ветвей свидетельствуют высокие значения высот первых пиков парной корреляционной функции. Получена оценка теплоты фазового перехода через скачок парной энтропии. Рассчитана зависимость электропроводности от давления, на которой явно видны метастабильные ветви.