Fixed-node diffusion Monte Carlo pro nekovalentní interakce

Mgr. Roman FANTA

Doctoral thesis

Fixed-node diffusion Monte Carlo for noncovalent interactions

Abstract:

The omnipresence of noncovalent interactions in numerous physical, chemical, and biological phenomena necessitates accurate modeling of such interactions, which is not an easy task due to their complex quantum mechanical properties and the intricate interplay between different interaction types. The fixed-node diffusion Monte Carlo (FNDMC) many-body method has appeared as a potentially viable benchmarking method for large noncovalent and possibly periodic systems. This work seeks to enhance the precision and effectiveness of the single determinant (SD) FNDMC many-body method in the context of noncovalent periodic crystals and finite molecule systems. This undertaking involves a comprehensive exploration of relevant quantum-chemical methodologies, optimization of key technical parameters, and obtaining reference values of the lattice formation energy. The research underscores that while the FNDMC method has exhibited significant accuracy in calculations related to noncovalent interaction energies, its consistent benchmarking precision across diverse noncovalent interactions still needs to be proven. Thus, a comprehensive exploration of the SD FNDMC method's capabilities and limitations in modeling noncovalent interactions is vital, which is the goal of this thesis. The ultimate ambition is to augment the application of SD FNDMC in noncovalent interactions, to enhance its reliability and maturity.

Abstract:

Všudypřítomnost nekovalentních interakcí v mnoha fyzikálních, chemických a biologických jevech vyžaduje přesné modelování těchto interakcí, což není snadný úkol vzhledem k jejich složitým kvantově mechanickým vlastnostem a složitým interakcím mezi různými typy interakcí. Jako potenciálně vhodná referenční metoda pro velké nekovalentní a případně periodické systémy se ukázala mnohočásticová metoda "fixed-node diffusion Monte Carlo" (FNDMC). Tato práce se snaží zvýšit přesnost a efektivitu mnoho-částicové jednodeterminantní (SD) FNDMC metody v kontextu nekovalentních periodických krystalů a konečných molekulových systémů. Tento úkol zahrnuje komplexní studium příslušných kvantově-chemických metodik, optimalizaci klíčových technických parametrů a získání referenčních hodnot formační energie mřížky. Výzkum poukazuje na to, že ačkoli metoda FNDMC vykazuje značnou přesnost ve výpočtech týkajících se energií nekovalentních interakcí, je třeba ještě prokázat její konzistentní referenční přesnost v různých nekovalentních interakcích. Proto je nezbytné komplexně prozkoumat schopnosti a limity metody SD FNDMC při modelování nekovalentních interakcí, což je cílem této práce. Hlavní ambicí je rozšířit použití metody SD FNDMC v nekovalentních interakcích, zvýšit její spolehlivost a úroveň vyspělosti.

Keywords

Fixed-node diffusion Monte Carlo, nekovalentní interakce, variační Monte Carlo, Hartreeho-Fockova metoda, teorie funkcionálu hustoty, metoda spřažených klastrů

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 6. 2023

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Matúš Dubecký, PhD., Ing. Matúš Dubecký, PhD.

University of Ostrava

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Applied Physics / Biofyzika