Наукові відділи
Найважливіші наукові результати
Архів 2010-2015
Відділ Обчислювальних методів теоретичної фізики
- Запропоновано модель міграційних процесів у кристалічній матриці йодиду кадмію з ізоморфними нановключеннями йодиду свинцю. Проаналізовано вплив стехіометрії на процеси захоплення носіїв заряду. З'ясовано, що один з можливих механізмів утворення фотоелектретного стану цієї системи пов'язаний з орієнтаційною поляризацією нелінійної молекули йодиду свинцю.Н.В. Глосковська
- Подано ґрунтовне обговорення концепцій молекули, хімічного зв'язку, які завжди лежать в основі усіх числових моделювань у квантової хімії, зокрема ендоедрального фулерену He2@С60. З цією метою запропоновано визначення квантової хімії за трьома компонентами. Кожен з них ілюструється його особливими концепціями, чи молекули, чи зв'язку. Третя, обчислювальна компонента вирішує різновид зв'язку у He2@С60Є.С. Крячко
- Досліджено термоелектричні властивості молекулярних наноструктур. Пояснено механізм транспорту в цих структурах, пов'язаний з тунелюванням електронів. Знайдено коефіцієнт Зеєбека для таких структур і отримано добре узгодження з експериментом. Показано, що термоелектричні ефекти в цих наноструктурах можуть підсилюватися при зміні деяких параметрів.В.М. Єрмаков, С.П. Кручинін
- Запропоновано альтернативний до алостеричного механізм регуляції активності ферментів, який не потребує взаємодії просторово розділених місць зв'язування і має повністю кінетичну природу. Показано, що на відміну від класичних схем алостерії, в яких амплітуда регуляції обмежена ступенем олігомерії ферменту, в кінетичному механізмі нею можна значно ефективніше керувати, змінюючи співвідношення часів оборотного циклу ферменту, його структурної релаксації. Реальність такої уявної "алостерії", її фізіологічне значення були щойно доведені експериментально.Л.М. Христофоров
- Варіаційним методом досліджено властивості двоелектронної квантової точки у зовнішньому магнітному полі. З урахуванням кореляційних ефектів знайдено спектр, власні стани двовимірної квантової точки у випадку параболічного потенціалу. Такі квантові точки можуть бути блоками в спіновій електроніці.С.П. Кручінін
- Розраховано параметри центрів захоплення в шаруватій кристалічній матриці йодиду кадмію з нановключеннями йодиду свинцю. Встановлено зв'язок властивостей системи з типом кристалічної модифікації нановключень. Процеси міграції носіїв заряду в гетеросистемі були проаналізовані з врахуванням орієнтаційних ефектів.Н.В. Голосковська
- Запропоновано обчислювальний підхід, придатний, зокрема, для розрахунків властивостей малих фулеренів C20 і C28. Показано, що інкапсуляція He2 всередині фулеренів C20, C28, бакмінстерфулерена С60 має цікаву квантову поведінку, що призводить до He-He зв'язування на більш коротких, ніж ван-дер-ваальсові, відстанях. Розроблено обчислювальну модель інтерпретації цього зв'язування. Гіпотеза існування Не2@C60 підтверджується розрахованим УФ-спектром поглинання, його порівнянням із спектром С60.Є.С. Крячко
- Побудовано модель функціонування гістерезисного ферменту з урахуванням структурної дифузії фермент-субстратного комплексу. Показано, що внаслідок нелінійного структурно-функціонального зв'язку (пониження вільної енергії комплексу за рахунок повільної структурної релаксації) швидкість ферментативної реакції може відповідати різним режимам (від гіперболічного до сігмоїдного/тригерного насичення, субстратного інгібірування, ін.) в залежності від характеристик розчинника, структурної рухливості комплексу.Л.М. Христофоров
- У бінарній шаруватій кристалічній системі з ізоморфними нановключеннями встановлене існування двох типів розташування нанокристалів: на площині шару, вздовж лінійних дефектів структури основного кристалу. В межах запропонованої моделі показано, що передача енергії збудження до нанокристалів першого типу здійснюється електронно-дірковим і екситонним механізмами; для нанокристалів другого типу переважаючим є електронно-дірковий механізм. Врахування електрон-фононної взаємодії при розрахунках енергетичних характеристик системи дозволило ідентифікувати кристалічну 4Н-модифікацію домішкових нановключень.Н.В. Глосковська
- Вивчені надпровідні властивості наночастинок дибориду магнію, які були отримані останнім часом. Досліджено двощілинну надпровідність нанорозмірної системи в межах дворівневої моделі. Вперше отримані рівняння для двох щілин, енергії конденсації для такої системи.С.П. Кручинін
- Вперше показана спроможність фулеренів утворювати димери атомів благородних газів у фулереновій порожнечі: так, довжина He-He зв'язку у He2@C60 дорівнює 1.936 Å. Для експериментального виявлення цих ендофулеренів у рамках часово-залежної теорії функціонала густини з ван-дер-ваальсовими корекціями нами був розрахован ультрафіолетовий спектр He2@C60 з пиками поглинання при ~360 нм, широкою смугою 450-650 нм.Є.С. Крячко
- Показано, що прояви мономерної кооперативності, спостережені у функціонуванні деяких ферментів (гексокіназ, оксидаз, переносників, ін.), особливо в недавніх експериментах з поодинокими макромолекулами, не можуть бути ані кількісно, ані якісно описані модифікаціями схеми Міхаеліс-Ментен. Натомість вони пояснюються досить природним чином в межах розвинутої нами нелінійної теорії сорбції.Л.М. Христофоров
- За допомогою методу функціонала густини з ван-дер-ваальсовою корекцією досліджено здатність конфайнмента фулерена С60 утворювати димери, тримери рідкісних газів He2,3, Ne2,3, де, наприклад, для першого димеру рівноважна відстань становить 1.94 Å. Досліджена ця реакційна здатність конфайнмента таких С60-нано-порожніх структур як за допомогою глобальних характеристик (потенціалу іонізації і спорідненості до електрону), так і за допомогою молекулярного електростатичного потенціалу, HOMO-LUMO патернів.Є.С. Крячко
- На підставі того, що одним з головних понять молекулярної взаємодії є поняття молекулярного потенціалу, розглянуто клас так званих шипних молекулярних потенціалів. Аналітично показано, що, незважаючи на поширену думку, що традиційна теорія збурень не застосована до вивчення класу потенціалів, які об'єднують гармонічний осцилятор з сингулярним потенціалом типу Λ/Rλ, ця робота пропонує, розробляє такий підхід, який дозволяє на основі відповідного вибору нульового точно-розв'язуваного гамільтоніана H0 вирішити вищеназвану проблему.Є.С. Крячко
- З стохастичних траєкторій, отриманих у моделі двох реакційних станів поодинокої біомолекули, що функціонує у потоковому режимі, розраховано відповідні on-time розподіли, автокореляційні функції високої точності. Детальний аналіз залежності форми їхнього спектру від інтенсивності ініціювання реакції (керуючого параметру) показав, що в області можливої бістабільності обидві характеристики зазнають характерних якісних змін. Іншими словами, для експериментів з реакціями поодиноких біомолекул знайдено індикатори передбачених нами раніше молекулярно-синергетичних режимів.Л.М. Христофоров
- Розкриття механізмів структурної регуляції реакцій біомолекул наштовхується на значні труднощі з огляду на іхній прихований характер. Сучасні експериментальні, обчислювальні засоби ще далеко не достатні для одночасного моніторинга перебігу реакції, супутніх конформаційних змін, сліди яких доводиться розшифровувати тільки з кінетики реакції. Показано, що розвинутий нами підхід на основі дифузійних моделей є досить загальним, ефективним, обчислювально доступним засобом такої розшифровки, придатним для отримання надійних висновків у доволі різних аспектах функціонування білків, їхньої структурної релаксації.Л.М. Христофоров
- Теоретично вивчені термоелектричні властивості органічної молекули BDT. Пояснено механізм утворення термоелектричних властивостей цих молекул, який пов'язаний з тунелюванням електронів через їхні НОМО і LUMO рівні. Підраховано коефіцієнт Зеєбека для такої молекули і отримано гарне узгодження з експериментом.С.П. Кручінін
- Проведено теоретичні дослідження композитних надпровідних нанодротів. З використанням рівняння Боголюбова-Де Жена вивчені їхні спектр, хвильові функції. Показано, що спектр таких систем має цікаву поведінку, пов'язану з їхньою симетрією.С.П. Кручінін
- Методом Монте-Карло досліджено структурні, енергетичні характеристики розчинів газів у воді. Міжмолекулярні взаємодії між молекулами води визначались у межах моделі Mercedes Benz. Взаємодія між молекулами газу, молекулами газу і води задавалась потенціалами Ленард-Джонса. Підсистема молекул газу моделювалась у великому канонічному ансамблі. Розглянуто залежність властивостей гідратаційної оболонки від розмірів домішки. Показано, що із збільшенням розміру частинок домішки виявляється тенденція до їх кластеризації.Н.В. Глосковська
- Досліджено здатність конфайнмента атомних і молекулярних систем 20-нано-кластерами золота фуллереновского типу. З метою знаходження останніх структур проведено систематичний обчислювальної пошук кластерів золота фуллереновского типу на поверхні потенційної енергії дворазово-заряджених аніоних Au20-кластерів, яка, згідно експериментальним спектрами, має вироджений основний стан, один з яких зайнято кластером [Au20(Td)]2-, в якому первічна нейтральна Td симетрія тетраедричну кластера Au20(Td) порушується. Обчислення значення енергії другої спорідненості до електрону кластера Au20(Td) добре узгоджується з відповідним експериментальним значенням. Показано, що реакційна здатність конфайнмента таких 20-нано золотих порожніх структур може бути досліджена як за допомогою таких глобальних характеристик, як потенціал іонізації і спорідненість до електрону, так і за допомогою молекулярного електростатичного потенціалу, HOMO-LUMO патернів високолежащей зайнятої молекулярной орбіталі, низьколежачої незайнятої молекулярной орбіталі. У рамках запропонованої моделі вивчені загальні риси конфайнмента атомів H, Li таких золотих фуллереновскіх пустот і проведено порівняння з класичними ендо-пов'язаними комплексами H@C60 і Li@C60Є.С. Крячко
- Подаючи рiзноманiтнi зв'язки молекули чи молекулярного кластера графом, заданим безлiччю вершин, асоцiйованих з атомами, i чисельнiстю ребер, що iмiтують зв'язки, визначено формалiзм координування останнiх на множинi n-кратних кубiт у термiнах логiчної операцiї NOT. Запропонований формалiзм проiлюстровано прикладами найпростiших дво- i три-атомних молекул, матрицi сумiжностi, яких породжують рiзнi квадратичнi булевi функцiї, також i баланснi. У зв'язку з цим розглянуто вiдомий квантовий алгоритм Дойча-Джоша, що вiдрiзняє баланснi i сталi булевi функцiї. Подано нове матричне представлення стало-балансного "квантового оракула", що дозволяє розрiзняти сталi i двiчi баланснi булевi функції.Є.С. Крячко
- Виконано компютерні симуляції траєкторій реакцій поодиноких макромолекул як на основі дифузійних рівнянь еволюції, так і шляхом прямого моделювання стохастичного процесу з двома шумами різної природи (дискретним, білим) з урахуванням структурно-функціонального звязку. Отримані статистичні характеристики дозволяють суттєво раціоналізувати постановку й аналіз результатів експериментів з реакцій поодиноких ензимів, виявити нові якісні ознаки ефектів структурної памяті, динамічної самоорганізації у їхньому функціонуванні.Л.М. Хрістофоров
- Вивчені термоелектричні властивості молекулярних наноструктур. Пояснено механізм транспорту в цих структурах, який пов'язаний з тунулюванням електронів. Показано, що вібраційні коливання цих нанострустур можуть підсилювати термоелектричні ефекти.С.П. Кручинін
- Здійснено розділення в потенціалах кулонівської взаємодії між системами жорстко зв'язаних зарядів на сингулярну короткодійну частину, гладкий далекодійний внесок. Виконано параметризацію короткодійної частини потенціалу для взаємодії молекул води, молекул озону і CO2. Проведено тестові розрахунки методом Монте-Карло з багаторівневим обчисленням енергії взаємодії для водних систем із зазначеними газовими домішками. Показано, що ефекти гідратації визначаються короткодійними взаємодіями, у зв'язку з чим можливим є застосування більш простих молекулярних моделей.В.Я. Антонченко, Н.В. Глосковська
- Багатостадійна релаксація білків розглянута в межах дифузійних рівнянь типу Фокера-Планка як їєрархічний процес, коли більш швидкі моди формують градієнти умовних вільних енергій для еволюції більш повільних мод. Отримані ефективні рівняння придатні для адекватного аналізу проявів ярусної структури енергетичного ландшафту, конформаційного (само)регулювання реакцій білків, процесів їхнього фолдингу.Л.М. Христофоров
- Досліджено зонну структуру нових залізних надпровідників , використовуючи метод теорії функціоналу густини. Було підраховано спектр, густину станів цих надпровідників біля поверхні Фермі. Підрахована температура надпровідного переходу для залізних надпровідників з Sm , яка становила 55 К, для Er 46 K.С.П. Кручинін
- Проведено дослідження взаємозв'язка між стабільністю багатоелектронної системи і протонуванням. Складність сайтів протонування і протонованних молекулярних станів, які поглинаються в концепції спорідненість до протона, обговорюється на багатьох прикладів.В.Я. Антонченко, Є.С. Крячко
- Теоретично вивчені термоелектричі властивості органічних молекул. Пояснено механізм утворення термоелектричних властивостей цих молекул, який пов'язаний з тунулюванням електронів через НОМО і LUMO рівні цих молекул. Досліджені двовимірні гібридні наноcтруктури типу феромагнетик- надпровідник. Вивчені спін-орієнтаційні фазові переходи в цих системах в залежності від температури. Досліджено особливості зонних властивостей нових залізних надпровідників. Показано, що існує можливість для підвищення надпровідної критичної температури в цих надпровідниках.С.П. Кручинін
- Показано, що структурний відгук білкової макромолекули в процесі виконання нею біохімічної реакції відбивається у вигляді гамма-розподілу часів релаксації, який має універсальний характер, що зберігається у всьому температурному диапазоні функціонування білка.Л.М. Христофоров
- Досліджуються нейтральний тетраедричний кластер основного стану Au20(Td) і низько-енергетичні порожні клітини 20-нано-розмірного золота, їх структури, стабільності, і їх реакційні здатності в різних зарядових станах. Особливу увагу приділяється біфункціональних реактивності Au20-фулеренів, як зовнішньої або екзо-реактивності, так і внутрішньої чи ендо-реактивності. Пропонується, що, поряд з глобальними характеристиками, такими як потенціал іонізації і спорідненість до електрона, молекулярний електростатичний потенціал і HOMO-LUMO щілини - є насправді ті характеристики, що проливають світло на загальні риси порожнечих золотих фулеренів і порівнюють їх із класичними фулеренами. Вжитий підхід ілюструється ендо-едральними золотими фулеренами з H, Li, і атомів газу. Ми проводимо порівняння з класичним фулереном C60. Вперше демонструється існування стабільних ендо-20-нано-золотих фулеренів Li@Au20.Є.С. Крячко
- Дослідженно структури і коливальні спектри комплексів з водневим зв'язком гліоксаль (glyoxal)-H2O, гліоксаль-HF, акролеїн (acrolein)-HF, і акролеїн-Н2О досліджені в рамках MP2/aug-cc-pVTZ обчислювального підходу. Ми показуємо, що розрахункові сині зрушення C-H розтягування в глиоксаль-Н2О комплексах мають лише непряме відношення до водневого зв'язку з групою CH. Проведене порівняння гліоксаль-HF і акролеїн-HF комплексів показує, що ці сині зрушення є прямим наслідком негативної внутрішньомолекулярної зв'язку між C = O, CH зв'язків у альдегідної групи ізольованих молекул гліоксалю й акролеїну. Щоб підтвердити запропоновану інтерпретацію, ми обговорюємо галоген-зв'язані комплекси гліоксаль-BRF і акролеїн-BRF.Є.С. Крячко
- У межах методу Монте-Карло досліджено властивості двовимірної модельної системи водних розчинів у NPT-ансамблі. Показано вплив розмірів частинок домішки, їх концентрації на термодинамічні властивості системи. При малих розмірах частинки домішки відбувається зміцнення водневих зв'язків поблизу домішки. Із збільшенням її розмірів структура водневих зв'язків розрихлюється, і частинки домішки набувають схильність до агрегації. Температура фазового переходу при постійному значенні тиску має тенденцію до зниження. Отримані результати, розроблена методика можуть бути використані для аналізу експериментальних даних щодо властивостей розчинів інертних газів у водних системах.Н.В. Глосковська