Руководители семинара: В.А. Гаранжа, ВЦ РАН, д.ф.-м.н., проф. РАН,
И.Е. Капорин, ВЦ РАН, д.ф-м.н., г.н.с., Р.В. Полозов, ИТЭБ РАН, проф.,
д.ф.-м.н.
9 июня 2016, 16:00. ВЦ РАН, Москва, Вавилова 40, комната 102
Ab initio предсказание структур органических кристаллов
Дзябченко А.В.
Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я.Карпова, Москва
Рассматривается проблема предсказания кристаллических структур органического вещества, заданного структурной формулой молекулы (при полном отсутствии о нем всякой экспериментальной кристаллографической информации). Актуальность данной тематики не только очевидна из ее фундаментального теоретического характера, но также имеет ряд важных практических приложений.
В докладе представлен метод решения этой задачи на основе вычислений глобального минимума потенциальной энергии с применением полуэмпирических моделей межмолекулярного взаимодействия. В числе прочих рассматриваются следующие аспекты проблемы:
- Выбор пространственных групп;
- Симметрия и фундаментальная область многомерной функции энергии решетки;
- Концепция жестких фрагментов в описании молекул с гибкой конформацией;
- Модели межмолекулярного взаимодействия и внутримолекулярные силовые поля.
- Модели эффективных зарядов для вычисления энергии Маделунга;
- Проверка и уточнение модельных потенциалов (решение обратной задачи) на базе известных кристаллических структур и теплот сублимации.
- Сканирование глобального пространства структурных переменных, генерация стартовых структур;
- Вычисление энергии решетки; метод ускоренной сходимости решеточных сумм:.
- Минимизация методом переменной метрики с аналитическими производными;
- Проблема конечного радиуса окружения; применение списков пар атомов и узлов обратной решетки для улучшения сходимости к минимуму энергии;
- Двухуровневый алгоритм параллельных вычислений;
- Сравнение и ранжирование кристаллических структур по глубине минимума.
- Роль кинетического фактора
- Учет внешнего давления.
- Влияние упаковки на конформацию молекулы
Примеры модельных и предсказанных кристаллических структур:
- фазы бензола при высоком давлении;
- кристаллические фазы C60 и С70, полимеризованных под давлением;
- конформационный полиморфизм гексогена, индуцированный давлением
Обсуждается опыт участия автора в Кембриджских слепых тестах методов предсказания органических кристаллических структур.
1. Дзябченко А.В. От молекулы к твердому телу: предсказание структур органических кристаллов. Ж.физической химии. 2008, 82, 1861–1870.