В Свободном Университете Москвы продлили приём. Много интересных (и бесплатных!) курсов, на которые всё ещё можно подать заявку.

В качестве рекламы обращу внимание на следующие из них, в Школе Точных Наук:

0. Введение в физику конденсированного состояния,
1. Введение в теорию вероятностей,
2. Статистическое моделирование,
3. Аналитическая геометрия и линейная алгебра,
4. Precalculus 😃
5. Квантовая революция (это история науки, если что),
6. Основы биологии клетки (если тут есть кто интересующийся биологией),
7. Алгоритмы и структуры данных (правда, это продолжение уже прошедшего курса).

Как видно, много интересного и полезного, так что расчехляйте своё воображение, и скорее пишите письма счастья, чтобы Вас приняли на соответствующие курсы :)

Сайт:
https://freemoscow.university/

Повесть о квантовой химии. В сообщениях. Без купюр.

Предисловие
Мне разрешили использовать кусок переписки, содержащий очень хороший обзор современной квантовой химии. Но это переписка, и слов из неё не выкинешь (а закрывать звёздочками мат это сродни прикрыванию фиговым листком: вроде и прилично, но всем и так всё понятно), посему:

DISCLAMER
Данный текст имеет маркировку 18+, в нём содержится нецензурная лексика и куча непонятных аббревиатур, типа DLPNO. Дальнейшее прочтение — на Ваш страх и риск!
Все времена и даты замазаны, редактура текста практически отстутствует, дабы передать переживания Автора. Каждый пункт списка — отдельное сообщение. Что писал собеседник, мы никогда не узнаем.

Краткое описание творящегося в квантах трындеца. Повесть. Часть 1/2

• Вообщем, я не хотел отвлекаться на Гауссиан, так получилось.
• Про разработку методов.
• Эх как бы совместить желание 1) ответить развернуто и 2) не устраивая лекцию на 2 часа пойти спать
• По разработке ДФТ функционалов: основных течений раньше было 2: пуристы аля Пердю, которые разрабатывали/разрабатывают функционалы с минимальным количеством подгонометрических параметров (примеры PBE и SCAN), практики типа Трулара которых не смущало что из функционала торчит зуб девственницы и сочится кровь лягушки (и еще 30+ подгонометрических параметров), что функционал требует густых сеток чтобы не давать числовых нестабильностей - зато оно работает и весьма точно как минимум пока от обучающей выборки не ушли СЛИШКОМ далеко.
• Статья Медведева-Бушмаринова показала что описание электронной плотности с годами (в новых функционалах) сначала улучщалось а потом на него положили болт.
• Из новых веяний куда сейчас дует / недавно дула разработка DFT: - апроксимированные методы. В орке это -3c. Это на полпути к тайтбайндингу который тоже нехило развивается усилиями группы Элстнера (DFTB) и Гримме (XTB), здесь кстати тоже самое что во взрослом ДФТ: DFTB изо всех сил описывает электронную плотность стараясь потерять по минимуму, а XTB поверх херовых плотностей хуячит коррекциями из всех стволов.
• - ускорялки. В орке это например RI (Resolution of Identity), он в Гауссиане, Молпро, PSI4 называется DF (density fitting). У турбомоля поверх RI (ключом rij) есть еще и marij, на посошок.
• - функционалы на нейросетках. Нахуя нам сверхпараметризованные функционалы с 50 подгонометризмами, у нас будет по 1000 причем они будут во взаимосвязанных слоях так чтобы и создатели нихуя уже не понимали.
• - базисы. Есть классические с гауссовыми функциями.
Сделаем их лучше - сказал Лайков и запилил в природу свою линейку L-базисов которые ни один другой софт не поддерживает.
Гауcсовы функции не описывают точно атомную функцию, нам нужны слейтеры, их хуево имплементировать, но мы будем трахаться стоя в гамаке, сказали например ADF-овцы (после переименования софт называется AMS).
Орбитали это нефизично сказали физики твердого тела и всю свою химию построили на плоских волнах (это уже очень старо).
А давайте мы будет в орбиталях, но некоторые фишечки от плоских волн - сказали авторы CP2K, например Рыбкин.
Нахер это все, мы хотим сверхбольшие системы для которых запилим базис непостоянной плотности, сказали разработчики BigDFT и используют вместо базиса вейвлеты Добеши, которые в норме до этого использовались для сжатия изображения.
• - ДФТ-для-богатых - это когда "мы за ценой не постоим, лишь бы наш функционал был к референсу ближе чем у конкурентов".
• В результате рождаются монстры, когда в дабл-гибриде подкручивают спиновые компоненты MP2, но потом всеравно сверху засыпают диспрсионными коррекциями.
• Кстати о дисперсионных коррекциях. Гримме это просто и красиво. Но недостаточно физично, ибо отталкивающий терм с минус 12ой степенью не имеет физического обоснования. На кемпорте об этой поправке развели срач на 15+ страниц.
• У Гримме около 4 поправок, не считая трехцентровых поправок на попраки. Но поправок помимо Гримме - как у дурачка фантиков. И если Гримме очень дешевый то скажем последние монстры Ткаченко (MBD - Many-body dispersion) уже подкрадывается к цене самого DFT. А еще есть нелокальные поправки, и если первый член ряда, VV10 Выдров-ванХуриса еще смогли отколупать от функционалов в отдельный kernel (я затрудняюсь нзвать это по русски), и имплементировать в ту же Орку или турбомоль, то следующие члены ряда (начиная со второго поколения vdW2) заимплеченченно почти исключительно в плосковолновых кодах.
• То есть ФУНКЦИОНАЛ может быть заимплеменчен во внешних библиотеках типа libxc, но без нелокальной поправки он дает полный треш.
• И это мы еще не отошли от задачи "оптимизация геометрии и расчет энергии".
• Когда мы делаем шаг в сторону оптического спектра - там начинается треш угар и содомия.

Краткое описание творящегося в квантах трындеца. Повесть. Часть 2/2

• TDDFT и его младший брат TDA - работает почти как водка - лечит на ура особенно если ничего не болит. Является дефолтным решением практически всегда, пока не фейлит. Как станет ясно из дальнейшего списка фейлит часто, иногда по методологическим причинам (например концептуальная неспособность в двойные возбуждения) так и просто потому что.
• MINDO, ZINDO и прочая полуэмпирика - это когда система не влезает никуда, но очень хочется написать что спектр симулировали. Попадает в нужный пик если выкинуть все ненужные пики и сдвинуть до 100 нм в нужную сторону.
• Алгебрак-Диаграматик-Констракшн. ADC. Разработка QChem, три поколения, одно другого круче, точнее и дороже. Турбомолевцы смогли повторить до второго поколения, работает как то через жопу. Есть код adcc, позволяет за 2 часа посчитать спектр норадреналина на очень хорошем базисе, если есть достаточно памяти.
• MCRPA и DFT/MRCI две независимые и нихуя е похожие попытки завязать в один узел DFT и мультиреференс.
• STEOM-CCSD - дорохо-бохато. Для эстетов. Для людей попроще у орки есть DLPNO-STEOM-CCSD, но на данный момент только для закрытооболочечных молекул. Ждемс.
• Ri-CC2 - еще один каплдкластер для спектров, на сей раз от турбомоля. CC2 это когда взяли CCSD и попробовали апроксимировать все лишнее. Для граундстейта не популярно от слова совсем, но в оптике прижилось.
• CIS и CISD - конфигурейшн интерекшн подьехало. Это такие себе вялые потуги в сторону мультирефа но еще не оно. Если CIS на DFT то это практически тоже самое что TDA.
• CASSCF, CASPT2 и NEVPT2 - Настоящий взрослый мультиреф. Которым пугают детей и показывают по телефизору по каналам по подписке. Первое это "много-много хартрифоков", второе и третье это "много-много ~теории возбуждения второго порядка~ MP2". Для более извращенных ценителей - творчество Грановского, XMCQDPT и другие аббревиатуры из 6+ букв.
• LGBTQI+ ладно, это из другой оперы, хотя что-то в этом есть…
• CAS-CI, MRCI и дети его MRDDCI, SORCI и другие. Полное маньячество. Мультереференсное конфигурационное взаимодействие. Из уравнений уже пропали даже буквы, остались какие то операторы с тройными индексами по углам. Требует ресурсов какбудто расчитывает полет по спутникам сатурна с гравитационными маневрами (наверное больше). Не является инвариантным к унитарному преобразования или в переводе на русский - если канонические орбитали перегнать в натуральные или локализованные результат изменится нафиг.
• *строится поверх CASSCF. Искать в даркнете в категории снаф, ну или в мануале орки.
• Все, пожалуй хватит

P.S.
От Автора мне: "Можешь выкинуть имя и таймтеги и использовать как 'краткое описание творящегося в квантах трындеца'."

Так я и сделал, так я и сделал 🥹

Оригинальный пост тут: https://vk.com/@quant_chem_and_stuff-povest-o-kvantovoi-himii-v-soobscheniyah-bez-kupur

Python 2 — это древнепитонский. Живите с этим как хотите.

XYZ-файлы — простой и основной способ представления молекулярных структур в квантовой химии. И работа с ними, признаем, может быть адом.

Но теперь всё может для вас измениться! На известном сайте Лаборатории изучения механизмов органических реакций Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН появилась шикарная подборка, рассказывающая и про формат XYZ, про его визуализацию, и, самое главное, со скриптами, скриптами, и ещё раз скриптами, которые сделают нужные и однообразные операции за вас!

В подборке есть скрипты позволяющие делать переориентацию молекул, перенумерацию атомов (о, что это за ужасная задача), и даже такие крутые штуки, как удаление дублей из траектории и сравнение XYZ-геометрий!

Найти это всё богатство можно по следующей ссылке:

https://limor1.nioch.nsc.ru/quant/xyz/

P.S. ну и раз это ЛИМОР, почему бы не насладиться их классным анимированным логотипом 🙃

Мы рады анонсировать первый доклад на YouTube-канале ChemU. Он будет дан профессором Игорем Алабугиным из Florida State University о современном состоянии концепции гибридизации, ее достоверности, теоретических основаниях и практическим применениям для раскрытия тайн химической структуры и реакционной способности.

Мы хотим пригласить вас на прямую трансляцию на YouTube, за которой следует сессия вопросов и ответов. Мы надеемся, что вы примете участие в этой захватывающей лекции! Поделитесь ссылкой со своими друзьями и коллегами, которые думают, что они знают все о гибридизации!

Ссылка на трансляцию: https://www.youtube.com/live/HBBvU_NyE-I?feature=share

Дата и время: 31 Января, 17:00 Мск

Тема доклада: "Orbital Hybridization in Control of Structure and Reactivity"

Abstract: Do you think you are aware of the hybridization concept? You might think that hybridization is a very basic topic which all chemists have learned at school. Interestingly, the hybridization is much more complex than a pure form of soft thinking that is useful for organic chemists. In this talk Prof. Alabugin will show the complexity of hybridization, its connections to quantum chemistry, and the ways one can calculate it with ab initio methods. Furthermore, Prof. Alabugin will comment on the validity of the Bent's rule, introduce the concepts of rehybridization, interplay of Hybridization & Polarization, Hybridization in supramolecular chemistry and much more!
We bet that Prof. Alabugin will convince you that despite the advancements in computational chemistry, it is way to early to retire hybridization concept.

P.S. спасибо нашему подписчику за этот шикарный подгон!

Функционалы DFT

Метод теории функционала плотности (DFT) основывается на идее об отказе от использования волновой функции (ВФ) для описания состояния системы. В основу легли две теоремы Кона-Шэма, которые гласят, что основное состояние многоэлектронной системы зависит только от электронной плотности, и правильная плотность основного состояния системы — это то, что минимизирует полную энергию через функционал вида E[ρ(x,y,z)].
Основным недостатком является тот факт, что мы не знаем, как этот функционал должен выглядеть, и как можно вычислить кинетическую энергию электронов как функцию электронной плотности.

Кон и Шэм предположили, что кинетическая энергия электронов системы такая же, как сумма невзаимодействующих электронов (на деле все немного сложнее, но идея понятна). Таким образом из выражения для кинетической энергии исчезает вклад корреляции (correlation), ведь движение каждого электрона должно коррелировать с движением всех остальных электронов системы. Другой момент заключается в том, что в DFT мы имеем дело не с отдельными электронами, а с плотностями. Если два электрона окажутся в одной точке пространства, то они мгновенно среагируют на это, как это есть в методе HF, в то время как плотности просто перекроются и мгновенной реакции не будет. Этот вклад называется обменом (exchange).

Кон и Шэм предложили все то, что мы не знаем, как выглядит, и не знаем, как посчитать, объединить в одно слагаемое, которое получило название обменно-корреляционного вклада:

EKS[ρ] = Ts[ρ] + EeN[ρ] + J[ρ] + Exc[ρ].

Ts[ρ] - кинетическая энергия по Шэму, EeN[ρ] - потенциальная энергия притяжения электронов к ядрам, J[ρ] - потенциальная энергия электрон-электронного отталкивания (только Кулоновский вклад), Exc[ρ] - обменно-корреляционная энергия.

Именного от того, какой вид имеют функционалы обмена и корреляции методы DFT делят на разные классы:

1. Local density approximation (LDA). Функционал зависит только от (локальной) плотности в данной точке пространства. Если α и β плотности не идентичны, то выделяют разделенный по спину функционал LSDA. Обменный: S (Slater); корреляционный: VWN. Техническое название обменно-корреляционного функционала - S-VWN.

2. Generalized gradient approximation (GGA). Градиентно-скорректированный LDA функционал, который зависит от локальной плотности и ее градиента в данной точке пространства. Обменные: PW86, B88, PW91, PBE; корреляционные: LYP, PW91, P86, PBE.

3. Meta-GGA. Функционал зависит от локальной плотности, ее градиента и второй производной в данной точке. И обмен, и корреляция: M06-L, B97, TPSS, VSXC.

4. Hybrid DFT. К идее GGA или Meta-GGA добавляется часть точного обмена из метода Хартри-Фока. Эти функционалы оказались очень успешны и завоевали большую популярность. Можно сказать, что именно на гибридных функционалах метод DFT сделал себе имя. Наиболее известными гибридными GGA функционалами являются B3LYP (B3 - трехпараметрический обменный функционал Бекке) и PBE0, а к гибридным Meta-GGA относятся миннесотские функционалы M05, M06, M11.

5. Double-hybrid DFT. Функционалы двойной гибридной плотности основаны на смешении GGA для обмена и корреляции с обменом Хартри-Фока и пертурбативной корреляционной части второго порядка (MP2). К ним относятся B2PLYP, B2K-PLYP, PBE0-2 и т.д.

Этим списком весь зоопарк методов теории функционала плотности, конечно, не исчерпывается, однако все основные здесь приведены.

Оригинал: https://vk.com/@quant_chem_and_stuff-funkcionaly-dft

Вопросы о том, что такое квантовая механика, преследуют теоретических химиков всегда. Поэтому на ночь с воскресенья на понедельник ловите отличную лекцию... чтобы в этих вопросах стало ещё меньше понимания. 😈

Лекция "Квантовая реальность" Алексея Семихатова

https://youtu.be/bOi6OAwCNH4

Иногда полезно вернуться к основам.

И вот на днях в JACS вышла статья-перспектива от Jack Simons с весьма провокационным названием
"Why Is Quantum Chemistry So Complicated?"
По-сути же, внутри содержатся краткое классическое (в стиле какого-нибудь учебника Хельгакера) описание основ Всея Квантовоя Химии. Методы ab initio, базисы, DFT, сложность, каспы и прочее, всё это тама есть.

Статью можно найти по ссылке
https://doi.org/10.1021/jacs.2c13042

А PDFку можно найти в приложении к этому посту.

НАУЧНЫЙ СЕМИНАР НА ХИМИЧЕСКОМ ФАКУЛЬТЕТЕ МГУ С ПРИГЛАШЕННЫМ ГОСТЕМ ИЗ ИОХ РАН

28 февраля (вт) в 18:30, ауд. 446 хф МГУ состоится первый научный семинар студенческого научного общества химического факультета с научным сотрудником лаборатории №24 ИОХ РАН. Приглашенный гость — зав. лабораторией теоретической химии ИОХ РАН — Михаил Геннадьевич Медведев выступит с докладом «Машинное обучение против машинного понимания».

🧪На семинаре он расскажет о машинном обучении для целей теоретической химии, о переобучении и недообучении моделей, а также рассмотрит подводные камни, которые могут возникнуть при тренировке многопараметрических моделей и способы их обхода на примере создания методов Теории Функционала Плотности (DFT). Участники мероприятия смогут получить ответы на интересующие их вопросы в области машинного обучения в теоретической химии.

🔗 Приглашаем вас присоединиться к мероприятию и принять участие в обсуждении!

Для участия в семинаре необходима предварительная регистрация:
forms.gle/V44YCRhdYRdUyheB9

В журнале Chemical Science совсем недавно вышла статья с загадочным названием " Aromaticity: Quo Vadis", что по-нашенски значит "Ароматичность, куда ж ты прёшся?".

В сим опусе за авторством многих человеков, в виде некоего диалога между выдающимися учеными, изучающих и использующих ароматичность, рассматриваются вопросы о том, что есть ароматичность, как её охарактеризовать, и куда мы с этой концепцией движемся. Спойлер: похоже, что в тёмное и неприятное место, а именно а очередную научную революцию по Томасу Куну (это буквально есть в статье), когда вместо устаревшей эклектической концепции ароматичности придет что-то новое и более последовательное и адекватное. Данная статья рекомендуется к прочтению всем, кто хочет понять, что же за clusterfuck (лучше слова подобрать не могу, простите) творится с нашим повседневным понятием теоретической и практической химии.

https://doi.org/10.1039/D2SC04998H

Сама статья приложена к посту.