Assignatura: Modelització i Simulació

Quadrimestre: Tardor

Crèdits ECTS: 2,5

Professors: Margarita Albertí, Pere Alemany, Ignacio Pagonabarraga, Giancarlo Franzese

Departament / Facultat: Departament de Química Física /Facultat de Química, Departament de Física Fonamental/ Facultat de Física, UB

Objectius:

Un dels principals objectius és arribar a conèixer alguns dels diferents mètodes de simulació de l’estructura i de la dinàmica de la matèria a escala nanomètrica, així com saber utilitzar els programes adequats per aplicar-los a l’estudi de nanosistemes.

Al finalitzar l’assignatura l’alumne haurà de ser capaç de dur a terme simulacions de diferents sistemes tipus en diferents estats d’agregació. Amb els coneixements adquirits haurà de saber triar en cada cas el potencial d’interacció més convenient, així com les condicions més adequades per a dur a terme la simulació.

Recomanacions / Requisits previs:

Per assolir una bona assimilació dels conceptes tractats en aquesta assignatura es requereix un cert coneixement dels conceptes bàsics de la física estadística, que seran revisats en el primer tema. La utilització dels paquets de simulació també exigeix uns mínims coneixements informàtics a nivell d’usuari.

Es recomanable tenir un nivell de formació prèvia equivalent als dels Llicenciats en Química, Física o Farmàcia

CONTINGUTS: Temari

1. Introducció

- Models i potencials d'interacció
- Resum de física estadística
- Propietats termodinàmiques, estructurals i dinàmiques. Fluctuacions
- Mètodes de simulació de la matèria condensada

2. Resolució numèrica d'equacions del moviment

- Equacions del moviment
- Mètodes de diferències finites: Algorismes d'Euler, Verlet I afins
- Requisits d'un algorisme

3. Càlcul de propietats

- Metodologia
- Càlcul de propietats termodinàmiques i estructurals
- Càlcul de funcions de correlació temporal
- Estimació dels errors i correcció de resultats

4. Dinàmica molecular en diferents col·lectivitats: Termòstats

5. Construcció del camp de forces (force field)

- Necessitat d’emprar potencials empírics
- Interaccions no electrostàtiques i electrostàtiques
- Abast de la interacció. Llarg i curt abast
- Interaccions enllaçants i interaccions de van der Waals
- Potencials “no polaritzables” i potencials “polaritzables”
- Additivitat de les interaccions. Elecció de la funció d’energia potencial global
- Determinació dels paràmetres de la interacció

6. Interaccions no electrostàtiques

- Interaccions a dos cossos (àtom-àtom). Funcions de potencial
- Interaccions a tres cossos (angulars, àtom-enllaç). Funcions de potencial
- Interaccions a quatre cossos (dihèdriques, enllaç-enllaç). Funcions de potencial
- Altres tipus d’interacció (enllaç d’hidrogen i sistemes metàl·lics)

7. Interaccions electrostàtiques

- Sistemes iònics i/o no iònics. Distribució puntual de càrregues
- Interaccions de Coulomb, ió-dipol, ió-quadrupol i ió-dipol induït

8. Exemples pràctics

- Nanoclústers
- Microsolvatació de clústers
- Capacitat d’emmagatzemament d’hidrogen molecular en un nanotub

Planificació

Hores presencials aula:
18 hores presencials (classes magistrals) (Lliçons 1 a 7 del temari).
Hores de laboratori:
9 hores de pràctiques amb ordinador distribuïdes en 3 sessions (Lliçó 8 del temari).
Hores de treball no presencial: 14 hores
Hores d’aprenentatge autònom: 28 hores

Bibliografia

Bibliografia Bàsica

Computer Simulation of Liquids; M. P. Allen and D. J. Tildesley (Clarendon Press, 1987)
An Introduction to Computer Simulation Methods. Applications to Physical Systems (2nd edition); H. Gould and J. Tobochnik (Addison-Wesley, 1996)
Mètodes Numèrics per a la
Física; R. Guardiola, E. Higón i J. Ros (Servei de Publicacions Universitat de València, 1995)
Probabilidad y Estadística: Aplicaciones y Métodos; G. C. Canavos (Mc Graw Hill, 1988)
Bibliografia Complementària
Understanding Molecular Simulation; D. Frenkel and B. Smit (Academic Press, 1996)
Física Bàsica amb Ordinador; J. Trullàs (Edicions UPC, 1993)

Les sessions pràctiques es realitzaran emprant el paquet de modelatge molecular TINKER, que es pot obtenir de manera gratuita a l’adreça:
http://dasher.wustl.edu/tinker