Schválené projekty 2018

Rozdělení přidělené dotace z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum po fakultách se zohledněním celoškolských pracovišť na rok 2018

Celková přidělená částka z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum na VŠB-TUO - 55 008 271 Kč

Z toho 2.5% - 1 375 200 Kč - úhrada způsobilých nákladů spojených s organizací SGS

fakulta přidělená částka v Kč
FBI  1 169 170
EKF  3 711 750
FAST  2 600 000
FS  8 523 694
FEI 14 727 528
HGF  6 164 359
FMT  7 136 570
VC  9 600 000
CELKEM 53 633 071

KódSP2018/178
Název projektuInternacionalizace doktorského vzdělávání v oblasti molekulové fyziky
ŘešitelMrovec Martin Ing.
Školitel projektuprof. RNDr. René Kalus, Ph.D.<br />
Období řešení projektu01.01.2018 - 31.12.2018
Předmět výzkumu1. Předmět výzkumu v rámci projektu

Projekt se zaměřuje na podporu internacionalizace doktorského vzdělávání v oblasti molekulové fyziky. Konkrétně se jedná o finanční podporu A) stávajícího doktorského studenta IT4I v režimu cotutelle realizované společně s Université Toulouse III Paul Sabatier (UPS) (Cyril Van de Steen – výpočty srážek iontových dimerů kryptonu a xenonu v základním a excitovaném stavu), B) stávajícího doktorského studenta IT4I, u nějž se plánuje zahájení režimu cotutelle společně s UPS v akademickém roce 2018/2019 (Martin Beseda – kvantověchemické výpočty nadploch potenciální energie v iontovém komplexu [N2He]+ a jejich efektivní (pseudo)analytická reprezentace), C) doktorského studenta oboru Výpočetní a aplikovaná matematika (Stanislav Paláček – studium zářivých přechodů při srážkách CH4 + O+), který již byl začleněn do výzkumu realizovaného v IT4I a ve svém výzkumu spolupracuje s UPS a Ústavem fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR (UFCH). Vedle přímé finanční podpory uvedených studentů se počítá i s podporou jejich výjezdů na spolupracující instituce UPS a Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM). Tato podpora se týká i dalších členů týmu, doktorských studentů KAM-FEI (Martin Mrovec, Rajko Ćosić).
Projektů se dále účastní vedoucí týmu a současně odborný garant projektu (René Kalus) a výzkumný pracovník IT4I (Aleš Vítek) za účelem poskytnutí odborných znalostí z oblasti kvantové fyziky a molekulových simulací.

2. Kvalifikace členů řešitelského týmu a role v rámci projektu

Navrhovatel projektu (MM) a zároveň člen projektového týmu je v současnosti studentem 3. ročníku doktorského studia Výpočetní a aplikovaná matematika (KAM FEI). Je absolventem studijního oboru Výpočetní matematika (KAM FEI), kde v rámci magisterského studia absolvoval kurzy matematických metod a paralelního programování. Náplní doktorského studia jsou matematické metody modelování elektronových struktur (tenzorové metody, optimalizační algoritmy). V oblasti tenzorových metod publikoval článek [1] v časopise evidovaném v databázi SCOPUS a další článek [2] je publikován v časopise s impakt faktorem. Práce na těchto publikacích byla podporována předcházejícími projekty SGS. Během roku 2017 společně s níže uvedenými doktorskými studenty (MB, SP) navázal spolupráci s výzkumným pracovištěm na Université Toulouse III Paul Sabatier (UPS), a to formou čtyřtýdenního zahraničního výjezdu. Na rok 2018 plánuje spolupráci s Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIM) v Lipsku (Německo).
Odborný garant projektu (RK) je starším výzkumníkem (senior researcher) v IT4I. Je odborníkem v oblasti modelování neadiabatických procesů molekulové dynamiky (fotodynamika [3], srážková dynamika [4], [5]). Má dostatečné zkušenosti s využitím kvantových metod ke studiu strukturtních a termodynamických vlastností atomových [6] a molekulových [7] klastrů. V rámci projektu vystupuje rovněž jako školitel zúčastněných doktorských studentů.

Členem týmu je mladší výzkumník IT4I (AV), který je odborníkem v oblasti termodynamických simulací atomových a molekulových mikrosystémů metodami Monte Carlo [8] a aplikací metod kvantové chemie v simulacích mezimolekulových interakcí [9]. V rámci projektu bude studentům poskytovat odborné znalosti kvantověchemických výpočtů a molekulových simulací.
Součástí týmu jsou dva doktorští studenti (CVdS, MB) doktorského programu Výpočetní vědy (IT4I) kteří budou čerpat podporu z tohoto projektu. První z jmenovaných doktorských studentů (CVdS) je absolventem magisterského studia chemie na Université Libre de Bruxelles / Vrije Universiteit Brussel a v současnosti je studentem 3. ročníku. Studium je realizováno v režimu cotutelle (společně s UPS). Věnuje se výpočtům srážek dimerů v základním a excitovaném stavu. Druhý jmenovaný (MB) je absolventem studijního oboru Výpočetní matematika (KAM FEI) a v současnosti je studentem 1. ročníku. Od akademického roku 2018/2019 se v závislosti na dostupnosti finančních prostředků předpokládá přechod do režimu cotutelle (společně s UPS). V rámci doktorského studia se věnuje ab initio výpočtům interakčních potenciálů pro iontové komplexy [N2/He]+. Mimo jiné se spolupodílí na vedení bakalářské práce studenta FEI-VŠB zaměřené na (pseudo)analytickou reprezentaci ab initio dat.

Dalšími podpořenými členy týmu jsou dva doktorští studenti (RĆ, SP) doktorského programu Výpočetní a aplikovaná matematika (KAM FEI). První z jmenovaných se v rámci doktorského studia věnuje simulacím kvantových klastrů metodami Path Integral Monte Carlo. Již dlouhodobě spolupracuje s výzkumnými pracovníky Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM) a v roce 2017 navázal novou spolupráci s Instituto di Física Fundamental (IFF), CSIS, Madrid. Druhý jmenovaný (SP) se v rámci svého doktorského studia věnuje vývoji a testování paralelní knihovny MULTIDYN 3.0 pro semiklasické simulace neadiabatické molekulové dynamiky s využitím metod mean-field a surface-hopping se zahrnutím zářivých přechodů a kvantové dekoherence.

Odpovědnost studentů v rámci projektu je následující:
•MB: ab initio výpočty a implementace efektivních metod reprezentace energetických nadploch,
•SP: neadiabatické molekulové simulace srážek CH4 + O+ a výpočty účinných srážkových průřezů,
•CVdS: výpočty srážek dimerů Kr2+/Kr, Xe2+/Xe v základním a excitovaných elektronových stavu,
•RĆ: aplikace kvantových metod Monte Carlo na heterogenní nanokapky helia,
•MM: rozvoj a implementace matematických metod v oblasti teorie funkcionálu hustoty (DFT).
První tři výzkumné činnosti budou probíhat za spolupráce s výzkumným pracovištěm na UPS, čtvrtá uvedená ve spolupráci s UPEM, poslední s pracovišti UPS a MPIM.


3. Impakt navrhovaného projektu

Impakt navrhovaného projektu lze spatřovat hned v několika odvětvích. Dlouhodobým společným výzkumným zájmem s laboratořemi Université Toulouse III je pomocí simulací srážek atomových a molekulových iontů (výpočty MB, CVdS) získávat data potřebná k optimalizaci generátorů nízkoteplotního plazmatu, které se používají v biomedicinských aplikacích (např. sterilizace povrchů, léčení chronických ran, inaktivace maligních buněk). Výsledky neadiabatických molekulových simulací CH4 + O+ (výpočty SP) budou ve spolupráci se zahraničními partnery Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR využity při výzkumu procesů v atmosféře Saturnova měsíce Titanu [10]. Výsledky simulací klastrů helia jsou uplatnitelné v oblasti ultrachladné chemie ve výzkumu supratekutých nanokapek helia [11]. Ve všech zmíněných výpočtech je zapotřebí efektivně vyhodnocovat intermolekulární interakce. Jelikož se jedná o úlohy velmi náročné, je nezbytné se věnovat rozvoji matematických metod (MM) a masivní paralelizaci.


4. Souvislost s HPC a využití infrastruktury IT4I

Nedílnou součástí uvedených výzkumných aktivit je využití výpočetní infrastruktury IT4I. Výpočetní čas bude získáván formou Veřejné grantové soutěže IT4I. V současné době je projektovému týmu přiděleno 2468000 jádrohodin, a to v rámci projektů OPEN-10-3 (hlavní řešitel CVdS), OPEN-10-27 (hlavní řešitel SP), OPEN-10-35 (hlavní řešitel MM), OPEN-10-47 (hlavní řešitel AV), OPEN-11-4 (hlavní řešitel MB) a OPEN-11-6 (hlavní řešitel RK). V následujících grantových soutěžích se předpokládá alokace dalších cca 1000000 jádrohodin. Pro výpočty budou použity jednak existující kvantověmechanické knihovny (MOLPRO, NWCHEM), jednak knihovny vyvíjené v rámci týmu MOLDYN, konkrétně MULTIDYN, knihovny pro Monte Carlo simulace a knihovny pro výpočty elektronových struktur. Tyto knihovny již v minulosti využívaly výpočetní infrastruktury IT4I, a to např. v rámci projektů OPEN-8-10 nebo OPEN-8-8.

5. Odůvodnění finančních požadavků

Formou stipendií bude podpořen A) stávající doktorský student IT4I v režimu cotutelle (Cyril Van de Steen, podpora z rozpočtu projektu po dobu 11 měsíců, předpokládaná obhajoba dizertační práce v XI/2018), B) doktorský student IT4I (Martin Beseda, podpora z rozpočtu projektu po dobu 12 měsíců), C) doktorský student KAM FEI (Stanislav Paláček, podpora z rozpočtu projektu po dobu 12 měsíců).

Cestovní náklady jsou určeny na financování dvou studentských výjezdů na spolupracující univerzity, každý v délce trvání cca 1 měsíc. Pro rok 2018 jsou v naší skupině plánovány tyto výjezdy studentů: A) Martin Mrovec (UPS, či MPIM), B) Stanislav Paláček (UPS), C) Martin Beseda (UPS), D) Rajko Ćosić (UPEM); přičemž výběr dvou konkrétních výjezdů, které budou z projektu podpořeny, bude upřesněn v závislosti na dalších zdrojích financování. Tyto zdroje zahrnují již podané projekty – Barrande, Appel d´Offres International GEET pro financování studenta v režimu cotutelle, OP VVV – International Mobilities a projekty ve stavu přípravy – Institut Francais Prague, Deutsche Forschungsgemeinschaft.


6. Literatura

[1] Adv. Elect. Electr. Eng. 15 (2017) 2235
M. Mrovec, Tensor Approximation of Slater-Type Orbital Basis Functions.

[2] Appl. Math.-Czech DOI: 10.21136/AM.2017.0177-17
M. Mrovec, Low-rank tensor representation of Slater-type and Hydrogen-like orbitals

[3] Phys. Chem. Chem. Phys. 17 (2015) 32413
M. Stachoň, A. Vítek, R. Kalus, Photodissociation of medium-sized argon cluster cations in the vis-ible region.

[4] J. Chem. Phys. 141 (2014) 134302
A. Chicheportiche, M. Stachoň, M. Benhenni, F. X. Gadea, R. Kalus, M. Yousfi, First principles transport coefficients and reaction rates of Ar2+ ions in argon for cold plasma jet modeling.

[5] Phys. Chem. Chem. Phys. (2017) 25423
I. Janeček, M. Stachoň, F. X. Gadéa, R. Kalus, Fragmentation of KrN+ clusters after electron im-pact ionization II. Long-time dynamics simulationsof Kr7+ evolution and the role of initial electron-ic excitation.

[6] J. Chem. Phys. 139 (2013) 204310
R. Kalus, F. Karlický, B. Lepetit, I. Paidarová, F. X. Gadéa, Photoabsorption spectrum of helium trimer cation. Theoretical modeling.

[7] Comp. Phys. Commun. 185 (2014) 1595
A. Vítek, R. Kalus, Two-dimensional multiple-histogram method applied to isothermal-isobaric Monte Carlo simulations.

[8] Phys. Chem. Chem. Phys. 14 (2012) 15509
A. Vítek, A. Ofiala, R. Kalus, Thermodynamics of water clusters under high pressures. A case study for (H2O)15 and (H2O)15-CH4.

[9] Phys. Chem. Chem. Phys. 12 (2010) 13657
A. Vítek, I. Paidarová, R. Kalus, Structural changes in the water tetramer. A combined Monte Car-lo and DFT study.

[10] Planet. Space Sci. DOI: 10.1016/j.pss.2009.04.004
V. Vuitton, P. Lavvas, R. V. Yelle, M. Galand, A. Wellbrock, G. R. Lewis, A. J. Coates, J.-E. Wa-hlund, Negative ion chemistry in Titan's upper atmosphere.

[11] Science 327 (2010) 788
J. M. Hutson, Ultracold Chemistry.
Členové řešitelského týmuIng. Martin Beseda
Ing. Rajko Ćosić
prof. RNDr. René Kalus, Ph.D.
Ing. Martin Mrovec
Mgr. Stanislav Paláček
Cyril Van de Steen
Mgr. Aleš Vítek, Ph.D.
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)Specifikace výstupů výzkumu (cíl projektu)

Hlavním cílem projektu je dále rozvíjet internacionalizaci skupiny MOLDYN ve vědecké výchově postgraduálních studentů, především navázat na spolupráci navázanou při výjezdech realizovaných v roce 2017. Spolupráce probíhá se zahraničními vědeckými pracovišti na UPS (modelování nízkoteplotního plazmatu s biomedicínskými aplikacemi a matematické modelování molekulových interakcí) a UPEM (kvantové metody Monte Carlo). Vedle zmíněných institucí se v roce 2018 plánuje zahájení zahraniční spolupráce s Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIM) v Lipsku v oblasti tenzorových numerických metod.

Hlavními výstupy projektu pro rok 2018 jsou: A) ab initio výpočty interakčních potenciálů pro iontové komplexy [N2/He]+ a vytvoření knihoven pro efektivní reprezentace získaných energetických nadploch – 1 publikace v časopise s impakt faktorem, B) aplikace matematických metod ve výpočtech elektronových struktur založených na teorii funkcionálu hustoty (DFT) – 1 publikace s impakt faktorem, C) výpočty kolizí dimerů Kr2+/Kr, Xe2+/Xe v základním a excitovaném stavu – 1 publikace s impakt faktorem, D) neadiabatické molekulové simulace srážek CH4 + O+ a výpočty účinných srážkových průřezů – 1 publikace s impakt faktorem, E) Monte Carlo simulace klastrů helia s iontovými příměsemi – 1 publikace s impakt faktorem.

Rozpočet projektu - uznané náklady

NávrhSkutečnost
1. Osobní náklady
Z toho
0,-0,-
1.1. Mzdy (včetně pohyblivých složek)0,-0,-
1.2. Odvody pojistného na veřejné zdravotně pojištění a pojistného na sociální zabezpečení a příspěvku na státní politiku zaměstnanosti0,-0,-
2. Stipendia105000,-105000,-
3. Materiálové náklady0,-0,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek0,-0,-
5. Služby0,-0,-
6. Cestovní náhrady177600,-177600,-
7. Doplňkové (režijní) náklady max. do výše 10% poskytnuté podpory31400,-31400,-
8. Konference pořádané VŠB-TUO k prezentaci výsledků studentského grantu (max. do výše 10% poskytnuté podpory)0,-0,-
9. Pořízení investic0,-0,-
Plánované náklady314000,-
Uznané náklady314000,-
Celkem běžné finanční prostředky314000,-314000,-