Home › Наука › Компьютерное моделирование молекулярных систем в рамках классической и квантовой статистики

Компьютерное моделирование молекулярных систем в рамках классической и квантовой статистики

contacts_0
Руководитель направления:
д. ф.-м. н., профессор Воронцов-Вельяминов Павел Николаевич
Корпус «Л» комн. 442 (тел. 428-45-55)
Корпус «Л» комн. 441
e-mail: voron.wgroup на gmail.com

Тематика научных исследований:

Молекулярное моделирование это одно из важнейших современных направлений в физике конденсированного состояния. У нас на факультете оно возникло еще в середине 60-х годов при содействии заведующего кафедрой профессора М.Ф. Вукса. Воронцову-Вельяминову и его ученикам принадлежат пионерские работы по компьютерному моделированию электролитов, ограниченных систем (нанокластеров), решеточных ориентационно-неупорядоченных систем с дальнодействием. Для ионных систем в расчетах методом Монте-Карло была впервые получена оценка критических параметров фазового перехода типа газ-жидкость. В рамках исследования полиэлектролитов был развит эффективный метод расчета равновесного потенциала вблизи жесткого цилиндрического полииона, имитирующего двойную спираль ДНК.

К пионерским разработкам группы относится метод расширенных ансамблей для расчета свободной энергии и химпотенциала. Этот метод получил признание в мировой литературе и используется в работах десятков научных групп (цитирование соответствующей статьи приближается в настоящее время к 800). Важное значение имеют и работы по моделированию квантовых систем частиц методом интегралов по траекториям.

Объекты исследования:

  • модели полимеров разнообразной архитектуры (линейных, разветвленных, кольцевых)
  • квантовые частицы, плазма
  • жидкости (бислой с диполь-дипольным взаимодействием)

Методы исследования:

— метод энтропического моделирования (разновидность Метода Монте-Карло) и другие методы

Сотрудничество и кооперация:

В последние десятилетия развиваются контакты с зарубежными научными группами. В настоящее время мы ведем активное сотрудничество со Стокгольмским университетом.

Финансовая поддержка:

Исследования постоянно поддерживаются грантами РФФИ, начиная с 1996 года и по настоящее время.

Участие в научных конференциях:

Студенты, аспиранты и сотрудники нашей группы регулярно представляют результаты своей работы на Российских и международных научных конференциях. За последние годы члены группы принимали участие в работе:

  • Macromolecular Symposia (Helsinki, 2011)
  • Science and progress (Saint-Petersburg, 2011)
  • Виртуальная конференция «На стыке наук. Физико-Химическая серия» (Казань, 2013)
  • «Liquids 2014, the 9th Liquid Matter Conference» (Lisbon, Portugal 21-25 July)
  • XXV IUPAP Conference on Computational Physics (Москва, 2013)
  • «Дни NVIDIA» (Санкт-Петербург, 2014)
  • Theory and Computer Simulation of Polymers: New Developments (Halle, Germany, 2015)
  • XX International Conference On Chemical Thermodynamics in Russia (Нижний Новгород, Россия, 2015)
  • Third International Conference on Quantum Technologies (Российский Квантовый Центр, Москва, Россия, 2015)
  • Multiscale Modelling of Materials and Molecules (Uppsala, Sweeden, 2016)
  • International Summer School «Theory and Simulations of Plyelectrolytes» (Moscow, Russia, 2016)
  • Future of Chemical Physics (St. Edmund Hall — University of Oxford, Oxford, United Kingdom, 2016)

Состав научной группы:

  • Юрченко Антон Алексеевич (доцент)
  • Поляков Евгений Александрович (пост док.)
  • Силантьева Ирина Александровна (ассистент ППТМ)
  • Вознесенский Михаил Андреевич (пост док.)
  • Петр Назаров (1 курс магистратуры)
  • Николай Тузов (3 курс бакалавриата)
  • Здесь может быть и Ваше имя

В последнее время в группе также работали:

  • Мирзоев Александр (в наст. время сотрудник Стокгольмского университета, Швеция)
  • Волков Николай (в наст. время постдок кафедры стат. физики СПбГУ)
  • Антипина Александра (в наст. время аспирант кафедры Молекулярной биофизики и физики полимеров СПбГУ)
  • Антюхова Марьяна (в наст. время аспирант университета в г. Лунд, Швеция)
  • Зарубин Григорий (в наст. время аспирант Max-Planck Institut für Intelligente Systeme Universität Stuttgart, Германия)
  • Сирецкий Алексей

В последние годы были защищены следующие кандидатские диссертации

  1. Н. А. Волков. Изучение равновесных свойств решеточных моделей незаряженного полимера и полиэлектролита методом Монте-Карло с использованием алгоритма Ванга-Ландау. 2007 г.
  2. А. А. Юрченко   Исследование равновесных характеристик полимерных цепей методом энтропического моделирования, 2007 г
  3. В. А. Павлов. Термодинамика малых систем. Моделирование жидких кластеров и равновесия фаз в наносистеме, 2008 г.
  4. М. А. Вознесенский. Моделирование равновесных свойств квантовых систем методом Монте-Карло в расширенных ансамблях   2009 г.
  5. Е. А. Поляков. Изучение равновесных и динамических свойств квантовых систем вычислительными методами, 2010 г.
  6. И. А. Силантьева.   Исследование тепловых и структурных свойств решеточных моделей полимерных цепей и звезд методом Монте-Карло, 2013 г.

 

Всего за время существования группы защищено 23 кандидатских диссертаций, четверо в дальнейшем стали докторами наук, четверо – профессорами и один – член-корр. РАН.

Среди последних один – профессор Стокгольмского университета, другой – профессор университета в Бергене, Норвегия.

На кафедре читается лекционный курс – «Методы математического эксперимента в теории молекулярных систем».

Познакомиться с нами лично

можно, посетив здание НИИФ, корп. Л, ком. 442. В текущем семестре удобные дни: вторник и пятница. О встрече лучше договориться заранее по электронной почте или по телефону (см. выше).

Темы курсовых работ:

  1. Самосборка пятнистых коллоидных частиц (patchy colloid particles) в пространстве: обзор работ, компьютерное моделирование, теория Вертгейма ассоциирующих жидкостей.
  2. Самосборка пятнистых коллоидных частиц (patchy colloid particles) на поверхности: обзор работ, компьютерное моделирование, теория Вертгейма ассоциирующих жидкостей.
  3. Примитивные модели ассоциирующих жидкостей: обзор работ, компьютерное моделирование, теория Вертгейма ассоциирующих жидкостей.
  4. Примитивные модели воды: обзор работ, компьютерное моделирование.
  5. Неоднородные жидкости: обзор работ, моделирование электролита в щели, интегральная теория уравнений.
  6. Квазидвумерный слой дипольных частиц: обзор работ, полимеризация, порог перколяции. Компьютерное моделирование.Решеточные модели полимеров (цепочки, кольца). Теория и компьютерный эксперимент.
  7. Свободно-сочлененная полимерная цепь и модель с фиксированным углом.Теория и компьютерный эксперимент.
  8. Метод интегралов по траекториям в квантовой статистике. Компьютерный эксперимент.
  9. Ионные и полиионные системы. Теория и компьютерный эксперимент.
  10. Структурные параметры линейных полимеров при отсутствии взаимодействий.
  11. Структурные параметры звездообразных полимеров при отсутствии взаимодействий.
  12. Взаимодействие микро-РНК с поверхностно-активными веществами.

Если Вы хотите выполнить курсовую работу по тематике, непосредственно относящейся или близкой к области наших научных интересов, Вам следует заблаговременно обратиться к нам и определить наиболее интересную для Вас тему.

Научной группой опубликовано около 120 статей в ведущих российских и зарубежных журналах.

Основные публикации (c 2000 г.):

  1. Diffusivities of species in ionic micellar solutions: Molecular dynamic simulation A. Volkov, B. B. Divinskiy, P.N. Vorontsov-Velyaminov, A. K. Shchekin Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects (2014)
  2. Reference hypernetted chain theory for ferrofluid bilayer: Distribution functions compared with Monte Carlo. A. Polyakov, P. N. Vorontsov-Velyaminov. Journal of Chemical Physics 141, 084109 (2014)
  3. Stepwise conformation transitions for a semi-stiff ring polymer confined in a conical trap induced by the increasing external field or by cone’s opening angle variation. A.Y. Siretskiy, C. Elvingson,  P. Vorontsov-Velyaminov. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 2013, 4 (2), P. 225–235
  4. Calculation of Canonical Properties of a Quantum System by Path Integral Numerical Methods A. Voznesenskiy∗ and P. N. Vorontsov-Velyaminov Contrib. Plasma Phys. 53, No. X, 1 – 6 (2013) / DOI 10.1002/ctpp.201200092
  5. Энтропическое моделирование полимеров: цепь вблизи стенки, полиэлектролиты, полимерные звезды. П. Н. Воронцов_Вельяминов, А. А. Юрченко, М. А. Антюхова, И. А. Силантьева, А. Ю. Антипина. Высокомолекулярные соединения, Серия C, 2013, том 55, № 7, с. 920–932
  6. Behavior of a Polyion at the Charged Wall of the Same Sign in Presence of Counterions and of a System of two Equal Uncharged Polymer chains. Study by Monte Carlo Method Yu. Antipina,* M. A. Antyukhova, A. A. Yurchenko, P. N. Vorontsov-Velyaminov Macromol. Symp. 2012, v. 317-318, p. 91–102
  7. Thermodynamic Properties of Star Shaped Polymers Investigated with Wang-Landau Monte Carlo Simulations I. A. Silantyeva, P. N. Vorontsov-Velyaminov.  Macromol. Symp. 2012, v. 317-318, p. 267–275
  8. Method for sampling compact configurations for semistiff polymers A.Y.   Siretskiy, C. Elvingson,  P. N. Vorontsov-Velyaminov, M. O. Khan. Phys. Rev. E 84, 016702 (2011)
  9. Two-Dimensional Wang–Landau Algorithm for Osmotic Pressure Calculations in a Polyelectrolyte–Membrane System A. Volkov, P. N. Vorontsov-Velyaminov, A. P. Lyubartsev Macromol. Theory  Simul. (2011) p. 496-509.
  10. Исследование решёточных моделeй полимерных цепей и звёзд методом Монте-Карло с использованием алгоритма Ванга—Ландау. И. А.Силантьева, П.Н.Воронцов-Вельяминов.  Вестник СПбГУ. Сер. 4. 2011. Вып. 4, с. 212-219.
  11. Расчет плотности состояний и термических свойств полимерных цепей и звезд на решетке методом Монте-Карло с использованием алгоритма Ванга–Ландау. И.А. Силантьева, П.Н. Воронцов-Вельяминов. Вычислительные методы и программирование. 2011. Т. 12, с  397-408
  12. Исследование взаимодействия полимера с поверхностью методом энтропического моделирования. А. А. Юрченко, М.А. Антюхова, П. Н. Воронцов-Вельяминов. Журнал структурной химии. (2011). Т. 52, No  6,  с. 1217 – 1224
  13. Моделирование полимеров методом Монте-Карло с использованием алгоритма Ванга-Ландау. П. Н. Воронцов_Вельяминов, Н. А. Волков, А. А. Юрченко, А. П. Любарцев. Высокомолекулярные cоединения, Серия А, 2010, том 52, № 7, с. 1133–1151
  14. Centroid molecular dynamics: Comparison with exact results for model systems E. A. Polyakov, A. P. Lyubartsev, P. N. Vorontsov-Velyaminov. Journal of Chemical Physics 133, 194103-1-14 (2010)
  15. Physics of non-ideal plasmas, Sept. 13-18, 2009. Book of abstracts, 1.3, pp.  18-19. Contrib. Plasma Phys. 50, No. 1, 37 – 41 (2010) / DOI 10.1002/ctpp.201010008
  16. Calculation of canonical properties and excited states by path integral numerical methods. Vorontsov-Velyaminov P.N., Voznesenskiy M.A., Polyakov E.A.,  Lyubartsev A. P. Международная конференция, Черноголовка, Россия, 13-18 сент. 2009.
  17. Тестирование метода стохастического положительного P-представления на модели одномерного бозе-газа с дельта-отталкиванием. Поляков Е.А., Воронцов-Вельяминов П.Н., Любарцев А.П. Вестник Санкт-Петербургского ун-та (2009) сер. 4, вып. 4, сc. 391-405. 2010
  18. Path-integral–expanded-ensemble Monte Carlo method in treatment of the sign problem for fermions. A. Voznesenskiy, P. N. Vorontsov-Velyaminov, A. P. Lyubartsev Phys.Rev. E 80, 066702-1-10 (2009)
  19. Расчеты равновесных свойств квантовых систем с кулоновским взаимодействием методом Монте-Карло в расширенном ансамбле. Вознесенский М.А., Воронцов-Вельяминов П.Н., Любарцев А.П. Вестник Санкт-Петербургского университета (2009) сер. 4, вып. 2, сc. 3-16.
  20. Стохастическое положительное P-распределение в задачах квантовой статистики. Моделирование одномерного бозе-газа с дельта-отталкиванием. Поляков Е.А., Воронцов-Вельяминов П.Н., Любарцев А.П. Вычислительные методы и программирование (2009)  т. 10,  раздел 1, сc. 170-183 (PDF)
  21. Расчеты равновесных свойств квантовых систем методом Монте-Карло в расширенном ансамбле. Вознесенский М.А., Воронцов-Вельяминов П.Н., Любарцев А.П. Вычислительные методы и программирование (2008)  т. 9,  раздел 1, сc. 170-183   (PDF)
  22. Квантовый газ во внешнем поле при конечных температурах. Точное выражение для плотности и возбужденных состояний. Поляков Е.А., Воронцов-Вельяминов П.Н. Вычислительные методы и программирование (2007)  т. 8,  раздел 1, сc. 334-351 (PDF)
  23. Моделирование н-алканов и полиглицинов методом Монте-Карло с использованием алгоритма Ванга-Ландау А. А. Юрченко, П. Н. Воронцов-Вельяминов.Вестник Санкт-Петербургского университета (2007) сер. 4, вып. 3, сc. 13-22.
  24. Изучение равновесных свойств гибкого решеточного полиэлектролита методом Монте-Карло с помощью алгоритма Ванга-Ландау Н.А. Волков, П.Н. Воронцов-Вельяминов,  А.П.Любарцев.Вестник Санкт-Петербургского университета (2007) сер. 4, вып. 3, сc. 3-12.
  25. Entropic sampling of flexible polyelectrolytes within the Wang-Landau algorithm N.A. Volkov P.N, Vorontsov-Velyaminov, A. P. Lyubartsev Physical Review E 75 016705 (2007)
  26. Free energy calculations of spherical and cylindrical micelles using Monte Carlo expanded ensemble method S.V.  Burov, P.N. Vorontsov-Velyaminov, E. M. Piotrovskaya Molecular Physics, Vol. 104, Nos. 22–24, 20 Nov.–20 Dec. 2006, 3675–3679
  27. New version of Monte Carlo expanded ensemble method for precise calculations of free energy difference. V. Burov, P.N. Vorontsov-Velyaminov, E. M. Piotrovskaya Molecular Simulation, Vol. 32, No. 6, 15 May 2006, 437–442
  28. Энтропическое моделирование полимерных цепей с фиксированным валентным углом А.А. Юрченко П.Н. Воронцов-Вельяминов. Вычислительные методы и программирование. ISSN 1726-3522 (PDF)
  29. Энтропическое моделирование гибкого полиэлектролита при помощи алгоритма Ванга-Ландау.  Волков Н.А. Любарцев А.П. Воронцов-Вельяминов П.Н. Вычислительные методы и программирование.  ISSN 1726-3522 , с. 300-309. (PDF)
  30. Path integral method in quantum statistics problems: Generalized ensemble Monte Carlo and density unctional approach. P.N. Vorontsov-Velyaminov, M.A. Voznesenski, D.V. Malakhov, A.P. Lyubartsev, A.V.Broukhno.  J.Phys. A:Math.,Gen. 39 (2006) 4711-16.
  31. Entropic sampling of free and ring polymer chains N.A.Volkov, A.A. Yurchenko, P.N. Vorontsov-Velyaminov. Macromol.Theory Simul. 14 (2005) 491-504.
  32. Polymer density functional approach to efficient evaluationof path integrals. A.V.Broukhno,  P.N.Vorontsov-Velyaminov, H.Bohr. Phys.Rev.E 72 (2005) 046703.
  33. Entropic sampling of simple polymer models within Wang-Landau algorithm. P.N. Vorontsov-Velyaminov, N.A.Volkov, A.A. Yurchenko. J.Phys. A:Math.,Gen. 37 (2004) 1573.
  34. Entropic sampling in path integral Monte Carlo method. P.N. Vorontsov-Velyaminov, A.P.Lyubartsev J. Phys. A: Math., Gen. 36 (2003) 685.Generalized ensembles Monte Carlo methods in chemical physics.  A.P.Lyubartsev, P.N. Vorontsov-Velyaminov. Recent Res. Devel Chem. Phys. 4 (2003) 63-78 ISBN:81-7895-095-2.
  35. Simulation of few electron systems by combined path integral Monte Carlo method. P.N.Vorontsov-Velyaminov, R.I Gorbunov. Contrib. Plasma Phys. 42 (2002) 1,27-30.
  36. Depletion and bridging forces in polymer systems: Monte Carlo simulations at constant chemical potential. A.V.Broukhno, Bo Jonsson, T. Akesson,  P.N.Vorontsov-Velyaminov,  J.Chem.Phys. 113(13) (2000) 5493-5503.
  37. Trapped mesoscopic quantum gas in a magnetic field.  P.N.Vorontsov-Velyaminov, R.I Gorbunov,  S.D. Ivanov.  Phys. A: Math., Gen. 33 (2000) 1857.