Počítačové simulace v magnetické rezonanci

• Název práce v češtině: Počítačové simulace v magnetické rezonanci
• Název v anglickém jazyce: Computer simulations for magnetic resonance spectroscopies
• Klíčová slova: magnetická rezonance, NMR, počítačové simulace, optimalizace, pevná fáze
• Klíčová slova anglicky: magnetic resonance, NMR, computer simulations, optimizations, solid-state
• Akademický rok vypsání: 2019/2020
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Laboratoř NMR spektroskopie (31-204)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Zdeněk Tošner, Ph.D.

Předběžná náplň práce

Nukleární magnetická rezonance je univerzální experimentální metoda, která nám umožňuje získat detailní informace o atomové struktuře a dynamice molekul v roztoku i v pevných materiálech. NMR spektroskopie má velkou výhodu v tom, že odpověď atomových jader na radiofrekvenční impuls ve spektrometru lze jednoduše a rigorózně teoreticky předpovědět (na úrovni kvantové teorie). V mnoha případech není možné jednoduché analytické řešení získat a jsou nutné počítačové simulace. Naše skupina se podílí na vývoji programu SIMPSON, který simuluje reálný NMR spektrometr. Program je využíván nejen pro výuku ale i pro extrakci spektrálních informací, ověření teoretických předpokladů a vývoj sofistikovaných pulsních experimentů pomocí numerických optimalizací.
Tento PhD projekt se zaměří na aplikaci metod optimální kontroly ve vývoji nových experimentálních technik se zvýšenou účinností pro špičkové aplikace NMR pevného stavu. Tento projekt bude řešen v těsné spolupráci s Technickou Univerzitou v Mnichově a s Bavorským NMR centrem se špičkovým vybavením. Počítačové simulace budou prováděny v superpočítačových centrech v ČR (IT4Innovations Ostrava) nebo v Německu (Leibnitzovo superpočítačové centrum, LRZ). Tento projekt kombinuje pokročilé počítačové simulace a praktické ověření předpovězených metod na reálném NMR spektrometru.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Nuclear magnetic resonance (NMR) is a versatile experimental technique providing detailed information about atomic structure and dynamics of molecules in solution as well as in solid materials. NMR spectroscopy strongly benefits from the precise relation between the response of the nuclear spins in the spectrometer and the theoretical descriptions (on the level of quantum theory). However, in many cases it is not possible to derive analytical solutions and researchers turn to computer simulations. We develop a widely used software SIMPSON that in fact constitutes a virtual NMR spectrometer. It is used for teaching, extraction of spectral information, quick verification of theoretical ideas and sophisticated development of advanced pulse experiments by means of numerical optimization.
This PhD project will concentrate on application of optimal control methods to develop new experimental techniques with improved efficiency for state-of-the-art applications in solid-state NMR. The project will be conducted in close collaboration with Technical University Munich and the Bavarian NMR Center equipped with the latest instrumentation. Computer simulations will be conducted using high performance computing facilities in the Czech Republic (IT4Innovation center Ostrava) or in Leibnitz Supercomputing Center in Germany. The project combines advanced computer simulations and practical verifications of resulting experimental techniques.