2024/2025
Многомасштабное суперкомпьютерное моделирование в задачах физической химии
Статус:
Дисциплина общефакультетского пула
Кто читает:
Факультет химии
Когда читается:
1-3 модуль
Охват аудитории:
для своего кампуса
Язык:
русский
Кредиты:
6
Программа дисциплины
Аннотация
Курс направлен на обучение студентов широкому спектру методов, технологий и задач в области многомасштабного моделирования физико-химических процессов. Рассмотрены различные уровни теоретического описания в различных масштабах пространства и времени, а также связи между ними и вычислительными технологиями. В курсе рассказывается о подходах для расчета физико-химических характеристик веществ и параметров химических реакций в газах и конденсированных средах методами Хартри-Фока, теории функционала электронной плотности, формализма Фейнмана, классической молекулярной динамики и переноса результатов в континуальные модели описания вещества.
Цель освоения дисциплины
- Изучение широкого спектра методов, технологий и проблем в области многомасштабного моделирования процессов и свойств жидкостей и материалов.
- привитие навыков корректного моделирования физико-химических процессов на разных масштабах в программных пакетах с открытым доступом
- Развитие базовых навыков работы в операционных системах на базе Linux и на суперкомпьютере
- Развитие навыков научно-исследовательской деятельности
Планируемые результаты обучения
- получить опыт: Подготовка и запуск компьютерного моделирования различных систем
- получить опыт: Постановки вычислительных задач при исследовании физико-химических процессов, протекающих в сложных системах; Корректная обработка результатов физико-химического моделирования и их сравнение с имеющимися экспериментальными и литературными данными; Теоретический анализ реальных проблем, связанных с исследованиями атомного масштаба
- уметь: Оценивать вычислительную сложность многомасштабных задач и объем вычислительных ресурсов для их решения; Анализировать научные проблемы и физико-химические процессы, реализовывать на практике фундаментальные знания, полученные в ходе обучения; Адаптация новой проблематики, знаний, научной терминологии и методологии, владение навыками самостоятельного обучения;
- знать: принципы теоретического и вычислительного описания материи в различных масштабах. основные алгоритмы применения программного обеспечения для численного решения задач каждого масштаба. принципы преодоления разрыва между масштабами решения конкретных задач и наличием соответствующего опыта
- узнать: принципы теоретического и вычислительного описания материи в различных масштабах; основные алгоритмы применения программного обеспечения для численного решения задач каждого масштаба; принципы преодоления разрыва между масштабами решения конкретных задач и наличием соответствующего опыта
Содержание учебной дисциплины
- Введение в методы суперкомпьютерного моделирования
- Введение в методы квантовой химии.
- Методы классической молекулярной динамики.
- Химическая термодинамика и статистическая физика
- Методы расчета статических и динамических свойств жидкостей
Элементы контроля
- Домашнее задание № 1
- Домашнее задание №2
- Домашнее задание №3
- Домашнее задание №4
- Экзамен
Промежуточная аттестация
- 2024/2025 3rd module0.2 * Домашнее задание № 1 + 0.2 * Домашнее задание №2 + 0.2 * Домашнее задание №3 + 0.2 * Домашнее задание №4 + 0.2 * Экзамен
Список литературы
Рекомендуемая основная литература
- Frenkel D., Smit B. Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications. –Elsevier, 2002.
- Katin, K. P. Molecular dynamics in multiscale modeling : учебник / K. P. Katin, M. M. Maslov. — Москва : НИЯУ МИФИ, 2015. — 44 с. — ISBN 978-5-7262-2193-9. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/103257 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
- Rapaport, D. C. The art of molecular dynamics simulation. –Cambridge university press, 2004.
- Ландау, Л. Д. Теоретическая физика : учебное пособие для вузов : в 10 т. Том 5. Статистическая физика. Часть 1 / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц ; под. ред. Л. П. Питаевского. — 6-е изд., стер. - Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2018. - 620 с. - ISBN 978-5-9221-1510-0. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1223531
- Майер, И. Избранные главы квантовой химии: доказательства теорем и вывод формул : учебное пособие / И. Майер , художник Н. В. Зотова. — 4-е изд. — Москва : Лаборатория знаний, 2021. — 387 с. — ISBN 978-5-93208-516-5. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/166732 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
- Малявко, А. А. Параллельное программирование на основе технологий OpenMP, MPI, CUDA : учебное пособие для академического бакалавриата / А. А. Малявко. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2019. — 129 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-11827-8. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/446247 (дата обращения: 28.08.2023).
- Федотов, И. Е. Параллельное программирование. Модели и приемы : практическое пособие / И. Е. Федотов. - Москва : СОЛОН-Пресс, 2020. - 390 с. - (Серия «Библиотека профессионала»). - ISBN 978-5-91359-222-4. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1858781
- Цирельсон, В. Г. Квантовая химия. Молекулы, молекулярные системы и твердые тела : учебное пособие для вузов : учебное пособие / В. Г. Цирельсон. — 5-е изд. — Москва : Лаборатория знаний, 2021. — 522 с. — ISBN 978-5-93208-518-9. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/172254 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Рекомендуемая дополнительная литература
- Ермаков, А. И. Квантовая механика и квантовая химия. В 2 ч. Часть 1. Квантовая механика : учебник и практикум для вузов / А. И. Ермаков. — Москва : Издательство Юрайт, 2023. — 183 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-00127-3. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/513797 (дата обращения: 27.08.2024).
- Ермаков, А. И. Квантовая механика и квантовая химия. В 2 ч. Часть 2. Квантовая химия : учебник и практикум для вузов / А. И. Ермаков. — Москва : Издательство Юрайт, 2023. — 402 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-00128-0. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/513798 (дата обращения: 27.08.2024).