Mokslo tiriamieji darbai ir baigiamieji darbai magistrantams

 

Susitarus su vadovu, pasirinktą temą prašome registruoti el. paštu mindaugas.macernis@ff.vu.lt.

Turite nurodyti šiuos duomenis:
jūsų vardas, pavardė
studijų programa
temos pavadinimas


Tema: Eksitoninių ir krūvio atskyrimo būsenų sąveika molekuliniuose dariniuose

Aprašymas:

Molekuliniuose dariniuose, jei tarpmolekulinė sąveika yra pakankamai stipri, elektroniniams sužadinimams aprašyti yra pasitelkiamas Frenkelio eksitono modelis [1]. Tačiau nagrinėjant eksperimentinius duomenis, gautus matuojant sužadinimo dinamiką fotosintetiniuose kompleksuse, atsiranda daug argumentų (tiesioginių ir netiesioginių), demonstruojančių, jog greta Frenkelio eksitonų sistemoje gali būti generuojamos ir vadinamosios atskirtų krūvių būsenos. Šios būsenos vaidina svarbų vaidmenį krūvininkų fotogeneracijos procesuose (kaip antai saulės energijos akumuliavimo metu tiek dirbtinėse sistemose, tiek ir fotosintetiniuose reakciniuose centruose), tačiau yra nemažai argumentų galvoti, jog šios būsenos vaidina gana svarbų vaidmenį ir anteniniuose kompleksuose, nors juose tiesioginės krūvio generacijos nevyksta. Šio darbo tikslas – formuluoti ir išvystyti teorinį modelį, kuris atsižvelgtų į galimą eksitonų ir krūvio atskyrimo būsenų sumaišymą molekulinių darinių sužadinimo metu.
Literatūra
1. H. van Amerongen, L. Valkunas, R. van Grondelle. Photosynthetic Excitons, World Scientific Co., Singapore, 2000.

Vadovas: prof. Leonas Valkūnas (leonas.valkunas@ff.vu.lt), tel. 869844472, FF 508 kab.


Tema: Sužadinimo dinamikos modeliavimas hibridiniuose perovskitų kristaluose

Aprašymas:

Hibridiniai organiniai perovskitiniai dariniai pasižymi labai didele kvantine krūvininkų fotogeneracijos išeiga. Dėl šios priežasties tikimasi juos panaudoti kuriant organinius saulės energijos akumuliavimo įrenginius. Šiuo metu atliekami labai intensyvūs tokių darinių elektroninio sužadinimų dinamikos tyrimai, siejant juos su krūvininkų generacijos mechanizmais šiuose dariniuose. Šio darbo tikslas – teoriškai aprašyti spektrų pokyčių dinamiką, gautą keičiant aplinkos temperatūrą ir žadinimo intensyvumą. Eksperimentiniai rezultatai, kurie bus analizuojami, yra paskelbti šiais metais [1] arba dar net nepaskelbti. Modeliuojant eksperimente stebimus reiškinius reikės tiek analiziškai formuluoti atitinkamas kinetines lygtis, tiek ir skaitmeniškai jas spręsti.
Literatūra
1. Wang, H., Valkunas, L., Cao, T., Whittacker-Brooks, L., Fleming, G. R. Coulomb screening and coherent phonon in methylammonium lead iodide perovskites. J. Phys. Chem. Lett.7: 3284-3289, 2016.

Vadovas: prof. Leonas Valkūnas (leonas.valkunas@ff.vu.lt), tel. 869844472, FF 508 kab.


Tema: Karotinoidų molekulinių strukturų ir jų spektrų tyrimas

Aprašymas:

Karotinoidai yra paplitę yra paplitę gyvojoje gamtoje, kurių savybės išnaudojamos įvairiuose procesuose[1,2]. Pavyzdžiui likopenų karotinoidai nulemia pomidorų raudoną spalvą [1]. Skirtinguose tirpaluose likopenas gali lemti ne tik raudoną, bet ir gelsvą spalvą. Likopenų spektrinės savybės žinomos pomidoruose, kristaluose ir tirpaluose, bet savybių prigimtis iki galo nėra aiški. Panašius procesus su karotinoidais galima stebėti vežiuose. Karotinoidai taip pat savo funkcijas turi ir lapuose. Darbo tikslas skaičiuoti likopeno ir kitų panašių karotinoidų struktūrines ir spektrines savybes, Ramano spektrus. Reikės modeliuoti dimerines struktūras. Atlikti ab initio skaičiavimus su Gaussian 09 paketu. Skaičiavimai bus atliekamai superkompiuteriu „Fizika 2000“.
Literatūra
[1] Macernis M; Sulskus J; Malickaja S Ruban A; Valkunas L, Resonance Raman Spectra and Electronic Transitions in Carotenoids: A Density Functional Theory Study, J. Phys. Chem. A, 118 (10), 1817–1825 (2014).
[2] Macernis M; Sulskus J; Duffy C; Ruban A; Valkunas L, The Electronic Spectra of Structurally Deformed Lutein, J Phys Chem A 116 (40), 9843–9853 (2012).

Vadovas: doc. Mindaugas Mačernis (mindaugas.macernis@ff.vu.lt), NFTMC B421 kab., FF 310 kab.


Tema: Retinalio molekulės spektrų modeliavimas bakteriodospino baltyme

Aprašymas:

Kvantinės chemijos metodai, tokie kaip DFT, kartu su molekulių mechanika, panaudojant superkompiuterių resursus, leidžia modeliuoti dideles molekulines struktūras, baltymus. Naudojant DFT metodiką galima modeliuoti retinalio molekulę ir Bakteriorodopsino baltymą. Bakteriorodopsino baltymas yra eksperimentiškai tiriamas vienas iš modelinių sistemų, kurią sudaro opsino baltymas ir retinalio molekulė. Baltymas pumpuoja protonus, po to kai retinalis sugeria matomą šviesą. Retinalio molekulė struktūriškai yra puse tipinės karotinoido (betakaroteno) molekulės, kurių spektrinės savybes daugiausia nulemtos polyeninės grandinėlės. Visgi Retinalio sužadintos energijos visiškai skiriasi tiek nuo tipinių karotinoidų, tiek nuo polieno molekulių [1]. Darbo tikslas ištirti kaip ir kurios retinalio struktūrinės dalys nulemia kitokias spektrines savybes, bei kaip molekulei daro įtaką aplinkui esanti baltymo struktūra. Darbe reikės paruošti 2 tūkst. atomų baltymų struktūras AMBER paketui. Atlikti DFT skaičiavimus su Gaussian 09 paketu. Skaičiavimai bus atliekamai superkompiuteriu „Fizika 2000“.
Literatūra
[1] Kietis BP, Macernis M, Sulskus J, Valkunas L, Estimation of the permanent dipole moment of Bacteriorhodopsin, Lith. J. Phys. 50, 451–462 (2010).

Vadovas: doc. Mindaugas Mačernis (mindaugas.macernis@ff.vu.lt), NFTMC B421 kab., FF 310 kab.


Koherentiškumų pernašos įtaka optinės linijos formoms (tema tinkama bakalauro ir magistrantūros studijų studentams)

Skaičiuojant molekulinių kompleksų optines linijos formas dažnai remiamasi sekuliarine aproksimacija, t. y. neįskaitoma koherentiškumų pernašos įtaka. Esant sąlyginai silpnai sistemos (elektroninių laisvės laipsnių) ir aplinkos (virpesinių laisvės laipsnių) sąveikai, toks artutinumas galioja. Tačiau šiai sąveikai stiprėjant, arba turint sistemą, kurioje skirtingos būsenos yra charakterizuojamos skirtingu sąveikos stiprumu, koherentiškumų pernašos įtaka gali pasidaryti ženkli. Šio darbo tikslas yra išsiaiškinti, kaip tiksliai koherentiškumų pernaša įtakoja molekulinių kompleksų optines linijos formas. Galutinis darbo rezultatas būtų rekomendacijos esant kokiems sistemos parametrams būtina įskaityti koherentiškumų pernašą ir kokie teoriniai metodai leidžia tai padaryti išlaikant geriausią tikslumo ir skaičiavimo kaštų santykį.

Vadovas: dokt. Andrius Gelžinis (andrius.gelzinis@ff.vu.lt), NFTMC B423 kab.


“Atvirų kvantinių sistemų fizikos” grupė (AKSF) siūlo bakalauro ir magistrų mokslo darbų temas:

  1. Vibroninės relaksacijos modeliavimas naudojant tankio matricos metodus. Molekulių vidinė konversija tarp skirtingų elektroninių būsenų dažnai yra susijusi su dinaminiais atomų konfigūracijos pasikeitimais. Baigtinėje temperatūroje gaunama ne tik energijos relaksacija, bet ir būsenų aktyvacija. Norint tokią sistemą aprašyti teoriškai, tenka taikyti nestacionariosios tankio matricos metodus. Studentai išmoks taikyti apytikslius teorinės fizikos tankio matricos metodus, išmoks kompiuteriu programuoti fizikinius uždavinius ir juos spręsti naudodami lygiagrečiųjų skaičiavimų galimybes.
    1. Karotenoidų šeimos molekulių savybių tyrimas.
    2. Elektrono pernašos modeliavimas krūvio atskyrimo kompleksuose.
  2. Netiesinės spektroskopijos modeliavimas. Modernūs molekulių spektroskopiniai tyrimai neapsieina be netiesiniės lazerinės spektroskopijos. Pačios populiariausios šiuo metu metodikos yra žadinimo-zondavimo ir dvimatės koherentinės spektroskopijos metodai. Kolegų mokslininkų gaunami eksperimentiniai duomenys visada yra analizuojami teoriniais metodais, norint padaryti išvadas ir suprasti bandinių savybes. Studentai vystys teorinės spektroskopijos metodus
    1. Vibroninis modelis
    2. Konkrečių eksperimentinių spektrų simuliacijos ir optimizavimas (tinkinimas): FMO, bRC, WSCP, LH2, RC, LHCII.
  3. Pilnosios Redfildo teorijos vystymas (sužadinimo relaksacija)
    1. Sekuliarusis ir nesekuliarusis artiniai
    2. Lėtai gęstančių koreliacijų modelis (“Nemarkovinis” aprašymas)
  4. Nestacionarusis variacinis metodas ir kiti stochastiniai metodai. Metodų plėtojimas molekuliniams agregatams baigtinėje temperatūroje.

Kreiptis į AKSF grupės narius:

prof. D. Abramavičius (vadovas), doc. O Rancova,

314 kab VUFF, Saulėtekio al, 9-III, Vilnius


Tema: Alicino molekulės kompleksų modeliavimas

Aprašymas:

Medicinoje didelis susidomėjimas yra česnaku ir jo ekstraktais, kurie turi gydomųjų savybių nuo bakterinių, virusinių infekcijų, teigiamai veikia imuninę sistemą, naikina vėžines ląstelės ir grybelius. Nors žinoma, kad pagrindinė molekulė atsakinga už šias savybes yra alicinas (Allicin), bet jos tikslus veikimas nėra žinomas [1]. Darbo tikslas alicino molekulės skaičiavimas ab initio metodais, kompleksų modeliavimas. Atlikti DFT skaičiavimus su Gaussian 09 paketu. Skaičiavimai bus atliekamai superkompiuteriu „Fizika 2000“.
Literatūra
[1] Borlinghaus J., Albrecht F, Gruhlke M. C. H., Nwachukwu I. D., Slusarenko A. J. Allicin: Chemistry and Biological Properties. Molecules 19, 12591-12618 (2014).

Vadovas: doc. Mindaugas Mačernis (mindaugas.macernis@ff.vu.lt), NFTMC B421 kab., FF 310 kab.


Tema: DNR sekos BcnI baltyme DFT tyrimas

Aprašymas:

BCNI baltymas atpažįsta ir nukerpa tam tikras DNR sekas. Atpažinimo ir kirpimo mechanizmas nėra suprastas, tad reikalingas QM/MM modeliavimas. Darbo tikslas ištirti kaip ir kurios DNR struktūrinės dalys sudaro ryšius su BcnI baltymu. Darbo rezultatai patikslins apytiksliai žinomas BCNI aktyvių centrų atomų padėtis, bei kur ir kokie susidaro ryšiai tarp DNR ir BcnI baltymo. Darbe reikės paruošti apie 2 tūkst. atomų baltymų struktūras AMBER paketui. Atlikti DFT skaičiavimus su Gaussian 09 paketu. Skaičiavimai bus atliekamai superkompiuteriu „Fizika 2000“.

Vadovas: doc. Mindaugas Mačernis (mindaugas.macernis@ff.vu.lt), NFTMC B421 kab., FF 310 kab.


Tema: Ftalocianino ir karotenoido komplekso elektroninio spektro modeliavimas

Aprašymas:

Ftalocianino ir karotenoido molekulės sujungtos skirtingais tilteliais – susintetintos dirbtinės struktūros pasižyminčios sudėtinga elektroninio krūvio ir sužadinimo energijos pernaša tarp kompleksą sudarančių dalių. Pernašos mechanizmai nėra aiškūs. Darbo tikslas kvantinės chemijos metodais modeliuoti atskirų sistemos dalių ir komplekso elektroninius spektrus, ištirti tiltelio įtaką sistemos elektroniniam spektrui. Pradžioje bus taikomi pusempiriai metodai, bus naudojamos superkompiuteryje ir darbinėse stotyse turimos programos. Ateities tikslas – pritaikyti sistemoms tirti daugiakonfigūracinį metodą pusempirio metodo pagrindu.
Literatūra:
[1] Miroslav Kloz, Smitha Pillai, Gerdenis Kodis, Devens Gust, Thomas A. Moore, Ana L. Moore, Rienk van Grondelle, and John T. M. Kennis. Carotenoid Photoprotection in Artificial Photosynthetic Antennas. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 7007–7015.
Tema tinkama tiek I tiek II pakopos studento teorinio modeliavimo darbui (darbo tikslai bus koreguojami pagal studijų programos pakopą).

Vadovas: prof. Juozas Šulskus (juozas.sulskus@ff.vu.lt), tel.: 2366049, FF 310 kab., NFTMC B421 kab.