Implementation and testing of the iterative algorithm for finding optimal umbrella sampling parameters in zeolite systems

• Název práce v češtině: Implementace a testování iteračního algoritmu pro nalezení optimálních parametrů deštníkového vzorkování v zeolitových systémech
• Název v anglickém jazyce: Implementation and testing of the iterative algorithm for finding optimal umbrella sampling parameters in zeolite systems
• Klíčová slova: Vylepšené vzorkování, Deštníkové vzorkování, Iterativní algoritmus, Potenciál střední síly, Důležitostní vzorkování, Volná energie, Zeolit
• Klíčová slova anglicky: Enhanced sampling, Umbrella sampling, Iterative algorithm, Potential of mean force, Importance sampling, Free energy, Zeolite
• Akademický rok vypsání: 2023/2024
• Typ práce: bakalářská práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra fyzikální a makromol. chemie (31-260)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Lukáš Grajciar, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 20.10.2023
• Datum zadání: 07.02.2024
• Datum potvrzení stud. oddělením: 08.02.2024
• Datum odevzdání elektronické podoby: 15.05.2025
• Konzultanti: Christopher James Heard, Ph.D.

Seznam odborné literatury

Understanding Molecular Simulations - D. Frenkel
Free energy calculations - C. Chipot
Olivier T. Unke et al., "Machine Learning Force Fields", Chem. Rev. (2021), 121, 16, 10142–10186
Veronique Van Speybroeck et al., "Operando Modeling of Zeolite-Catalyzed Reactions Using First-Principles Molecular Dynamics Simulations", ACS Catal. (2023) 13 (17), 11455-11493
https://molmod.ugent.be/software/thermolib

Předběžná náplň práce

Seznámení se s meziatomových potenciály na bázi strojového učení a vylepšenými metodami vzorkování.
Seznámení se s PLUMED, zavedeným softwarem pro vylepšené metody vzorkování.
Testování výkonnosti různých metod vzorkování (umbrella sampling, metadynamics, variational enhanced sampling, on-the-fly probability enhanced sampling) pro popis vybraných reaktivních transformací v zeolitických materiálech pomocí interně vyvinutých meziatomových potenciálů na bázi strojového učení.
Testování vlivu různých typů kolektivních proměnných na efektivitu vzorkování a profily volné energie vybraných reaktivních přeměn v zeolitických materiálech s využitím nástrojů analýzy volných energií, jako je např. ThermoLIB (https://molmod.ugent.be/ software/termolib).

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Familiarization with the machine learning potentials and enhanced sampling methods.
Familiarization with the PLUMED, an established software to for enhanced sampling methods.
Testing of the performance of the multiple enhances sampling methods (umbrella sampling, metadynamics, variational enhanced sampling, on-the-fly probability enhanced sampling) for description of selected reactive transformations in zeolitic materials using in-house developed machine learning force fields.
Testing of the effect of various types of collective variables on the effectivity of sampling and the free energy profiles of of selected reactive transformations in zeolitic materials with the use of free energy analysis tools such as ThermoLIB (https://molmod.ugent.be/software/thermolib).