Молекулярная структура и динамика жидких кристаллов по данным метода многомасштабного моделирования молекулярной динамики

• Автор: Неверов, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 171 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Жидкие кристаллы. Метод молекулярной динамики

1.1 Жидкие кристаллы

1.1.1 Общие сведения

1.1.2 Практические применения мезогенных веществ

1.2 Компьютерное моделирование молекулярной динамики

1.2.1 Классический метод молекулярной динамики

1.2.2 Потенциалы межатомного взаимодействия в молекулярной динамике

Межмолекулярные взаимодействия

Внутримолекулярные взаимодействия

1.2.3 Обзор потенциалов взаимодействия, применяемых в моделировании молекулярной динамики
1.2.4 Периодические граничные условия
1.2.5 Радиус отсечения некулоновских взаимодействий

1.2.6 Метод Эвальда для вычисления электростатических взаимодействий
1.2.7 Многомасштабное моделирование молекулярной динамики
Метод Милано и Мюллера-Платэ
Адаптивный метод АсШезЗ
Метод ЛевЕх
Метод СВМС
Метод Миігаіпіг
1.3 Исследование мезогенов методом молекулярной динамики
1.4 Проблемы моделирования бензольного кольца
1.5 Выводы
2 Двухточечная модель бензольного кольца и многомасштабное моделирование молекулярной динамики
2.1 Разработка крупнозернистой модели бензольного кольца
2.2 Модификация потенциала Леннард-Джонса
2.3 Двухточечная модель бензольного кольца с заместителями в
пара-положении Big Веп
2.3.1 Процедура подбора параметров
2.3.2 Моделирование параксилола
Детали моделирования
Результаты моделирования
2.3.3 Способы решения проблем двухточечной модели

Моделирование вращения заместителей
Одновременная параметризация в различных конфигурациях
2.3.4 Сравнение скорости расчётов в различных моделях
2.3.5 Итоги
2.4 Многомасштабное моделирование молекулярной динамики
2.4.1 Метод MultiScale Transitions
2.4.2 Процедура перехода между моделями
2.4.3 Возможный алгоритм использования метода
2.5 Выводы
3 Исследование жидких кристаллов, содержащих основание Шиф-фа: МББА и БОБТ
3.1 Описание МББА и БОБТ, обзор работ по их исследованию и
моделированию
3.2 Детали моделирования
3.2.1 Представление молекул в различных моделях
3.2.2 Определение зарядов атомов с помощью квантовохимического моделирования
3.2.3 Условия и методика моделирования
3.3 Анализ результатов моделирования
3.3.1 Ориентационный порядок жидкого кристалла
3.3.2 Трансляционная диффузия молекул
3.3.3 Усреднённая форма конформационно подвижных молекул115
36 Глава 1. Жидкие кристаллы. Метод молекулярной динамики
стеме будет равно ЛГ(ЛГ — 1)/2. Например, если взять небольшую систему молекул воды размером ЗО х ЗО X 30 А, в ней будет содержаться приблизительно 1000 молекул, каждая из которых состоит из трёх атомов. Число парных взаимодействий в системе будет примерно 4500000. Если, к примеру, вычисление энергии и силы взаимодействия двух атомов длится 1 мкс, то длительность вычисления энергии системы и сил, действующих на все атомы, на одном шаге моделирования займёт 4,5 с.
С другой стороны, если представить себе систему из 1000 молекул как кубик 10 х 10 X 10 молекул, то в наружнем слое толщиной в 1 молекулу будет расположено 488 молекул, а внутри - 512 молекул (8 х 8 х 8). Иными словами, примерно половина молекул лежит на внешних границах такого куба. Если снаружи куба находится вакуум или другое вещество, то половина из моделируемых молекул будет находиться на границе образца. Влияние границы может распространяться на несколько молекулярных слоёв, так что в таком кубе все молекулы можно считать пограничными. В природе такие маленькие капли воды существуют, например, в верхних слоях атмосферы и называются кластерами молекул. Однако для того, чтобы исследовать поведение вещества в объёмной фазе, необходимо использовать периодические граничные условия, которые создают иллюзию пространства, целиком заполненного исследуемым веществом [34].
Для моделирования с учётом периодических граничных условий все молекулы располагаются в одной ячейке, которая в простейшем случае имеет форму параллелепипеда. Эту ячейку называют центральной. Чтобы добиться того, чтобы всякая молекула была окружена другими молекулами, и не