Laboratoř počítačového modelování


Studenti jsou vítaní - projekty nabízejí řadu dílčích cílů vhodných pro řešení v rámci studentských prací

Nabídka doktorského studia

Pracovníci a studenti se věnují především dvěma směrům počítačového modelování:

1) Částicovému (atomárnímu) modelování

Jedná se o použití rovnovážné i nerovnovážné molekulární dynamiky (MD) ke studiu vzájemných interakcí molekul. Studenti se zabývají modelováním interakcí molekul s povrchy a adsorpcí molekul, studiem struktury, dynamiky a interakcí nukleových kyselin, oligonukleotidů a jejich komponent.
Kde je potřebné, tyto simulace jsou kombinovány s kvantovými výpočty, které poskytují interakční parametry dále používané v molekulárních simulacích systémů o velikosti tisíců až stotisíců atomů.
Výsledky simulací jsou porovnávány s teorií (teorie elektrické dvojvrstvy), experimenty (rentgenová difrakce, povrchová titrace, adsorpční experimenty, second harmonics generation) a kvantovými výpočty (ab initio výpočty, kvantová dynamika).

Fenolát interagující s křemenným povrchem DNA adsorbovaná na grafenovém povrchu Ionty interagující s různě nabitými rutilovými povrchy

Články zaměřené na studium elektrokinetických jevů, určování zeta potenciálu a povrchového potenciálu

V současnosti jsou řešeny projekty:
Molekulární simulace procesů na rozhraní pevná látka - kapalina, projekt LTAUSA17163, INTER-EXCELLENCE, podprogram INTER-ACTION, spolupráce s Oak Ridge National Laboratory (USA), 2017-2021
Řešitelský tým:
doc. RNDr. Milan Předota, Ph.D.
doc. Mgr. Martin Kabeláč, Ph.D.
Ing. Ondřej Kroutil, Ph.D.
MSc. Babak Minofar, Ph.D.
Mgr. Zdeněk Chval, Ph.D.
MSc. Denys Biriukov, Ph.D. vědecký pracovník, dříve doktorand (biofyzika)
Mgr. Lydie Plačková - vědecká pracovnice, doktorandka (biofyzika)
Bc. Patrik Musil - magisterský student
Zahraniční partner:

Andrew G. Stack, Oak Ridge National Laboratory a členové jeho týmu: Hsiu-Wen Wang, Nikhil Rampal

Nedávný projekt:
“Molekulární popis jevů v elektrické dvojvrstvě - predikce a interpretace experimentálních dat počítačovými simulacemi”
, standardní projekt GAČR 17-10734S, 2017-2019

Řešitelský tým:
doc. RNDr. Milan Předota, Ph.D.
Ing. Ondřej Kroutil, Ph.D. - vědecký pracovník
MSc. Denys Biriukov - vědecký pracovník, doktorand (biofyzika)
Mgr. Pavel Fibich, Ph.D. - správa výpočetního klastru, IT podpora.

Řešené studentské práce:
Témata jsou vhodná pro studenty oborů Fyzika, Fyzika pro vzdělávání, Biofyzika, Měřicí a výpočetní technika, Aplikovaná informatika, Chemie

Středoškolská odborná činnost (S0Č)
2011-2013 Jiří Guth: „Počítačové simulace interakcí organické hmoty s křemenným povrchem“, Gymnázium Jírovcova, České Budějovice (vítězství v sekci Fyzika v KK SOČ, 7. místo v celostátním kole, Cena Učené společnosti ČR)
Bakalářsk
é práce

2009-2011 Lucie Krohová: „Software pro zobrazování molekulárních struktur", Jihočeská univerzita, Zdravotně sociální fakulta, obor Biofyzika a zdravotnická technika
2009-2011 Kristýna Šilhavá: „Software pro molekulární dynamiku", Jihočeská univerzita, Zdravotně sociální fakulta, obor Biofyzika a zdravotnická technika
2011-2012 Hana Barvíková: „Interakce organických látek s minerálními povrchy“, Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta, obor Měřicí a výpočetní technika
2011-2012 Aleš Svoboda: „Výpočty na grafických kartách“, Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta, obor Měřicí a výpočetní technika
2012-2013 Tomáš Krejsa: „Programování výpočtů na grafických kartách“, Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta, obor Aplikovaná informatika
Magisterské práce
2009-2011 Bc. Hynek Hanke: „Molekulární simulace rozhraní voda – rutil", MFF UK Praha, obor Biofyzika a chemická fyzika
2012-2014 Bc. Hana Barvíková: „Studium interakcí organické hmoty a jejích složek pomocí molekulární dynamiky“, Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta, obor Biofyzika
2014-2016 Bc. Tomáš Krejsa: „Využití GPU v programu Gromacs", Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta, obor Aplikovaná informatika
2020-         Bc. Patrik Musil: „Výpočet vibračních SFG spekter z molekulárně dynamických simulací", Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta, obor Fyzikální měření a modelování

Disertační práce
2009-2013 Mgr. Stanislav Pařez: „Počítačové simulace rozhraní pevných látek a kapalin“, VŠCHT Praha, Fakulta chemicko-inženýrská, obor Fyzikální chemie
2010-2016 Ing. Ondřej Kroutil: „Molecular modeling of biomolecules – surface interactions“, Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta, obor Biofyzika
2016-2020 MSc. Denys Biriukov: „Application of Electronic Continuum Correction to Molecular Simulations of Nano/Bio Interfaces“, Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta, obor Biofyzika
2018-         Mgr. Lydie PlačkováPočítačové modelování elektrokinetických jevů

2) Modelování sluneční atmosféry

Numerické simulace v této oblasti jsou založeny hlavně na řešení tzv. magnetohydrodynamických (MHD) rovnic. V tomto případě tedy nahlížíme na plazma z makroskopického hlediska, tj. jako na vodivou kapalinu.

Řeší se zde hlavně problémy týkající se tzv. koronálního ohřevu, tj. objasnění vysoké teploty sluneční koróny. Více o tomto tématu se můžete dozvědět zde.

V letech 2010-2012 jsme byli spoluřešiteli grantu GAČR - Energetické procesy ve sluneční atmosféře: vztahy mezi simulacemi a pozorováními, standardní projekt GAČR, GAP209/10/1680.
V současnosti (2016-2018) je doc. P. Jelínek hlavním řešitelem standardního grantového projektu GAČR 31-16-13277S - "Magnetoakustické vlny v diagnostice plazmatu ve sluneční koróně: nový pohled prostřednictvím pokročilých numerických simulací".


Pro výpočetně náročné fyzikální a biofyzikální aplikace využívají členové ústavu a jejich spolupracovníci dvou fakultních superpočítačů

Klastr Hermes:Fakultní klastr hermes

11  strojů v racku, každý 2x Quad Core Xeon E5345 @ 2.33 GHz, 16 GB RAM, 5 x 500 GB HDD, Debian GNU/Linux
Tento stroj je zapojen do superpočítačového Metacentra, lokální uživatelé mají privilegovaný přístup.

Klastr UFY:

7 PC , každé Quad Core 2 Quad @ 3.0 GHz, 2 GB RAM,  500 GB HDD, SuSE 11 Linux + 4TB sdílený disk
1 PC Intel(R) Core(TM) i5-2310 CPU @ 2.90GHz (4 jádra), 500 GB HDD, Debian linux,  grafická karta GIGABYTE GTX 560 Ti Ultra Durable 1GB
1 PC Intel(R) Core(TM) Intel(R) Core(TM) i7-4790K CPU @ 4.00GH (8 jader), 500 GB HDD, Debian linux,  grafická karta GIGABYTE GTX 780

Klastr byl zakoupen a je rozšiřován z grantových prostředků:

  1. “Počítačové modelování strukturních, dynamických a transportních vlastností tekutin v nanorozměrech”, standardní projekt GAČR 203/08/0094
  2. “Studium struktury a dynamiky minerálních povrchů a biomembrán a jejich interakcí s organickými a anorganickými ligandy pomocí počítačového modelování”, MŠMT - Kontakt, ME 09062
  3. “Molekulární popis jevů v elektrické dvojvrstvě - predikce a interpretace experimentálních dat počítačovými simulacemi”, standardní projekt GAČR 17-10734S
  4. “Molekulární simulace procesů na rozhraní pevná látka - kapalina”, projekt LTAUSA17163, INTER-EXCELLENCE, podprogram INTER-ACTION, spolupráce s Oak Ridge National Laboratory (USA)

Oba klastry mají instalované paralelní prostředí pro spouštění víceprocesorových  (vícevláknových) úloh a jsou využívány při výuce předmětu UFY/PPI Paralelní programování,  UFY/PFM Počítačová fyzika - počítačové modelování, UFY/SIM1  Počítačové simulace ve fyzice mnoha částic a UFY/SIM2 Pokročilé simulace ve fyzice mnoha částic.

Pro výpočty využíváme též zdroje výpočetních center Metacentrum + CERIT-SC