Метод молекулярной динамики - Квантовые магнитные явления

Министерство образования и науки Российской Федерации
Гoсударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский государственный университет»
физический факультет
УТВЕРЖДАЮ
декан факультета
________________ А. С. Чирцов
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
СД.В.04.02. Метод молекулярной динамики
направление 010600 – Прикладные математика и физика
Модуль 02 – «Компьютерные и томографические технологии»
Разработчик:
Кандидат физ.-мат. наук _______________________________________ Комолкин А. В.
Рецензент:
Кандидат физ. - мат. наук____________________________________ Егоров А. В.
Санкт-Петербург
2008
Министерство образования и науки Российской Федерации
Гoсударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский государственный университет»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
__________________________
«____»______________2008 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«СД.В.04.02. Метод молекулярной динамики»
Рекомендовано Методическим советом СПбГУ для студентов дневной
формы обучения физического факультета
направления 010600 – Прикладные математика и физика
модуля 02 – «Компьютерные и томографические технологии»
Санкт-Петербург
2008
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом
высшего профессионального образования ГОС–2000 от 10 марта 2002 г., №123 ЕН/МАГ
и учебным планом по направлению подготовки 010600 – Прикладные математика и физика.
Программу составил:
Комолкин Андрей Владимирович, доцент кафедры квантовых магнитных явлений СПбГУ
Программа одобрена на заседании кафедры квантовых магнитных явлений
«___»___________2008 г., протокол №___________ .
Заведующий кафедрой _________________________________ В.И. Чижик
Программа одобрена на заседании Методической комиссии физического факультета
«_____»____________2008 г., протокол №___________.
Председатель Методической комиссии _______________________ И. М. Григорьев
АННОТАЦИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Специальная дисциплина по выбору «Метод молекулярной динамики» является
базовой в подготовке специалистов по компьютерным и томографическим
технологиям в прикладной физике, материал которой используется при изучении
других специальных физических дисциплин данного направления и при выполнении
лабораторных и практических работ, при подготовке выпускной квалификационой
работы. Студенты получают базовые знания о методах компьютерного
моделирования молекулярных систем в жидком состоянии, современных пакетах
прикладных программ, используемых для моделирования.
1. Цели и задачи дисциплины.
Основная задача курса – ознакомить слушателя теоретическими основами метода
молекулярной динамики и с современными компьютерными технологиями, применяемыми
для моделирования молекулярной днамики жидкофазных систем.
Целью курса является формирование у слушателей навыков использования метода
молекулярной динамики в физических исследованиях, понимание преимуществ и
недостатков этого метода по сравнению с дргими методами моделирования.
Слушатели курса должны приобрести базовые представления об методе
молекулярной динамики, пакетах прикладных программ, особенностях их работы.
Подразумевается, что большую часть самостоятельной работы студенты будут выполнять на
компьютерах.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Студент должен:
- знать содержание основных теоретических разделов дисциплины «Метод
молекулярной динамики» и иметь представление о возможностях применения
этого метода в различных прикладных областях науки;
- уметь решать задачи, связанные с использованием ЭВМ для моделирования
молекулярных систем.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
Виды учебной работы
Всего
часов
(не
Семестры
3–й курс
бакалавриата
4–й курс
бакалавриата
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Лабораторные работы и практические
занятия (ЛР и ПЗ)
Семинары (С)
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
менее)
48
32
32
–
–
16
V
48
32
32
VI
VII
VIII
16
зачет
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
Раздел дисциплины
п/п
1
2
1 Методы моделировния в молекулярной физике
Лекции С ЛР и
ПЗ
3
4 5
4
2 Атом-атомные взаимодействия
12
3 Метод моделирования молекулярной динамики
10
4 Пакеты программ моделирования
2
5 Обработка результатов моделирования
4
4.2 Содержание разделов дисциплины.
Раздел 1. Методы моделировния в молекулярной физике.
Цели и задачи моделирования. Исторический обзор методов моделирования. Молекулярная
механика, метод Монте-Карло, молекулярная динамика, квантовая химия, квантовая
молекулярная динамика. Достоинства и ограничения этих методов.
Раздел 2. Атом-атомные взаимодействия.
Парные потенциалы атом-атомных взаимодействий. Электростатические, невалентные,
внутримолекулярные взаимодействия. Параметризация взаимодействий, стандартные
согласованные наборы параметров OPLS, AMBER, другие.
Раздел 3. Метод моделирования молекулярной динамики.
Алгоритм моделирования. Этапы моделирования. Модельные системы, их размер и
граничные условия. Термодинамические ансамбли, принципы термостабилизации систем и
поддержания постоянного давления. Обмен данными с программами обработки.
Раздел 4. Пакеты программ моделирования.
Свободно распространяемые и коммерческие пакеты программ моделирования. Принципы
управления вычислительным процессом. Контроль параметров моделирования и состояния
системы.
Раздел 5. Обработка результатов моделирования.
Вычисление коэффициентов диффузии. Функции радиального распределения и более
сложные функции парного распределения, структура воды. Моделирование температурных
зависимостей физических величин. Визуализация молекул.
5. Рекомендуемая литература.
а) основная литература
1. А. В. Комолкин, М. Г. Шеляпина. Метод молекулярной динамики. — СПб: «Соло», 2007.
2. В. Г. Дашевский. Конформационный анализ органических молекул. — М.: Химия, 1982.
б) дополнительная литература
1. Метод молекулярной динамики в физической химии. / Отв. ред. Ю. Л. Товбин. — М.:
Наука, 1996.
6. Средства обеспечения освоения дисциплины.
Наличие читальных залов и современного библиотечного фонда (включая электронный
доступ к современным научным журналам), наличие компьютеров, объединенных в сети с
выходом в Интернет с персональными рабочими местами для каждого студента при
самостоятельных и дополнительных факультативных занятиях.
7. Материально–техническое обеспечение дисциплины.
Стандартно-лекционная аудитория, оборудованная дополнительно средствами для
компьютерных демонстрационных программ. Наличие доступа в лаборатории, оснащенные
современным оборудованием и возможность реальной практической работы студентов на
этом оборудовании в ходе самостоятельной учебной работы. Обеспеченность учебниками,
учебно-методическими пособиями и доступом студентов к компьютерным классам,
информационным ресурсам, в том числе к Интернету.
8. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.
К обучению студентов привлекаются только преподаватели, имеющие ученые степени,
активно работающие в различных областях компьютерного моделирования и имеющие
публикации в центральных отечественных и зарубежных научных журналах, обладающие
высокой научной квалификацией и профессиональными знаниями.