Student will receive an overview of modern MC and MD simulation methods of molecular systems.

Posluchači se budou orientovat v moderních MC a MD simulačních metodách molekulových systémů.

K. Binder and D. Heermann: Monte Carlo Simulation in Statistical Physics: An Introduction (Springer International, 6th Edition, 2019);

Ch. Chipot and A. Pohorille: Free Energy Calculations Theory and Applications in Chemistry and Biology (Springer-Verlag 2007);

D. Frenkel and B. Smit: Understanding Molecular Simulation (Academic Press, 1996, 2002);

M.P. Allen and D.J. Tildesley: Computer Simulation of Liquids (Clarendon Press, Oxford 1986, 2002);

U.R. Pedersen: Direct calculation of the solid-liquid Gibbs free energy difference in a single equilibrium simulation, J. Chem. Phys. 139, 104102 (2013);

J.R. Espinosa, C. Vega, E. Sanz: The mold integration method for the calculation of the crystal-fluid interfacial free energy from simulations, J. Chem. Phys. 141, 134709 (2014);

M. Dinpajooh, P. Bai, D.A. Allan, and J.I. Siepmann: Accurate and precise determination of critical properties from Gibbs ensemble Monte Carlo simulations, J. Chem. Phys. 143, 114113 (2015);

and selected articles

K. Binder a D. Heermann: Monte Carlo Simulation in Statistical Physics: An Introduction (Springer International, 6th Edition, 2019);

Ch. Chipot a A. Pohorille: Free Energy Calculations Theory and Applications in Chemistry and Biology (Springer-Verlag 2007);

D. Frenkel a B. Smit: Understanding Molecular Simulation (Academic Press, 1996, 2002);

M.P. Allen a D.J. Tildesley: Computer Simulation of Liquids (Clarendon Press, Oxford 1986, 2002);

U.R. Pedersen: Direct calculation of the solid-liquid Gibbs free energy difference in a single equilibrium simulation, J. Chem. Phys. 139, 104102 (2013);

J.R. Espinosa, C. Vega, E. Sanz: The mold integration method for the calculation of the crystal-fluid interfacial free energy from simulations, J. Chem. Phys. 141, 134709 (2014);

M. Dinpajooh, P. Bai, D.A. Allan, J.I. Siepmann: Accurate and precise determination of critical properties from Gibbs ensemble Monte Carlo simulations, J. Chem. Phys. 143, 114113 (2015);

vybrané články

http://old.vscht.cz/fch/en/tools/kolafa/S403027.html

http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/kolafa/molsim.pdf

https://janheyda.wordpress.com/teaching/mdsimexp/

http://old.vscht.cz/fch/cz/pomucky/kolafa/N403027.html

http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/kolafa/molsim.pdf

https://janheyda.wordpress.com/teaching/mdsimexp/

Lectures (50 %) and seminars (50 %) from hot topics.

Přednášky (50 %) a semináře (50 %) z aktuálních témat.

1. Parallel tempering – Replica Exchange Molecular Dynamics.

2. Metadynamics – application of adjustable external potential.

3. Kinetics of rare events techniques – transition path sampling.

4. Generalized Monte Carlo methods – Wang-Landa algorithm.

5. Statistical thermodynamics of solutions – Kirkwood-Buff theory.

6. Free energy functional theory – mean-field theories, Flory-de-Gennes theory.

7. Langevin equation, fluctuation-dissipation theorem. Stochastic thermostats.

8. Brownian dynamics, dissipative particle dynamics.

9. Special ensembles in MC: from the grand canonical ensemble to Gibbs ensemble to reaction ensemble. Osmotic ensemble in MC and MD.

10. Phase equilibria. Slab geometry, chemical potential of liquids and crystals.

11. Surface tension and interfacial energy of crystals.

12. Critical point: how to beat critical slowing-down, finite-size scaling, renormalization group.

13. MD and MC simulations of polarizable molecules.

14. Kinetic quantities (viscosity, el. conductivity, diffusivity). EMD: Linear Response Theory, Green-Kubo formulas, Einstein relations. NEMD, SLODD.

1. Paralelní temperování – Replica Exchange Molecular Dynamics.

2. Metadynamika – aplikování adaptabilního vnějšího potenciálu.

3. Techniky pro studium kinetiky vzácných událostí – transition path sampling.

4. Zobecněné Monte Carlo metody – Wang-Landaův algoritmus.

5. Statistická termodynamika roztoků – Kirkwoodova-Buffova teorie.

6. Teorie funkcionálu volné energie – metody středního pole, Flory-de-Gennesova teorie.

7. Langevinova rovnice, fluctuation-dissipation theorem. Stochastické termostaty.

8. Brownovská dynamika, disipativní částicová dynamika.

9. Speciální soubory v MC: od grandkanonického přes Gibbsův po reakční soubor. Osmotický soubor v MC i MD.

10. Fázové rovnováhy. Slab geometry, chemický potenciál kapaliny a krystalů.

11. Výpočet povrchového napětí a povrchové energie krystalů.

12. Stanovení kritického bodu: how to beat critical slowing-down, finite-size scaling, renormalizační grupa.

13. MD a MC simulace polarizovatelných molekul.

14. Kinetické veličiny (viskozita, el. vodivost, difuzivita). EMD: Teorie lineární odezvy, Greenovy-Kubovy vzorce, Einsteinův vztah. NEMD, SLODD.

Good knowledge of thermodynamics and statistical thermodynamics.

Basic knowledge of simulation methods MC, MD.

Dobrá znalost termodynamiky a statistické termodynamiky.

Základní znalost simulačních metod MC, MD.

active participation in seminars (50 %)

oral exam (50 %)

aktivní účast na seminářích 50 %

ústní zkouška 50 %