Hybrid Quantum Mechanical and Molecular Mechanical Modeling in Ion-Water Solutions

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Foster, Adam
dc.contributor.author Himanen, Lauri
dc.date.accessioned 2015-06-23T10:56:10Z
dc.date.available 2015-06-23T10:56:10Z
dc.date.issued 2015-06-09
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/16653
dc.description.abstract The methods needed in order to successfully perform hybrid quantum- and molecular mechanical modeling of ion-water solutions are introduced and tested. The relevant theoretical methods are introduced at a general level and are then employed in realistic simulations of infinitely dilute ion-water solutions. The test simulations are performed with the CP2K simulation software for which a custom object-oriented interface was written. The QM/MM results are compared against equivalent classical simulations and previous experimental and computational results. The quantitative comparison is based on the properties of the first hydration layer, such as position, coordination number, mean residence time and O-Ion-O angular distribution. The possible difference between mechanical and electrical embedding is also examined. Two biologically important ions, sodium and potassium are used as test systems, but the presented methods are transferable to any other ionic fluids or more complex systems. en
dc.description.abstract Työssä tarkastellaan yhdistetyn kvanttimekaanisen ja molekyylimekaanisen mallintamisen (QM/MM-mallinnus) käyttöä vesi-ioni-liuoksien laskennallisessa simuloinnissa. Simulaatioiden toteuttamiseen liittyvä taustateoria käydään päällisin puolin läpi ja tätä teoriaa sovelletaan käytännön simulaatioissa. Testisimulaatiot toteutetaan CP2K-ohjelmistolla jolle luotiin työn aikana myös oliopohjaisen ohjelmoinnin mukainen käyttöliittymä. QM/MM-mallinnuksen avulla saatuja tuloksia verrataan vastaavaan klassiseen simulaatioon, sekä aikaisempiin kokeellisiin ja laskennallisiin tuloksiin. Kvantitatiivinen vertailu tehdään vertaamalla ensimmäisen solvaattiverhon ominaisuuksia, kuten solvaattiverhon sijaintia, sen sisältämien vesimolekyylien määrää, vesimolekyylien pysyvyyttä verhossa sekä verhossa esiintyviä kahden happiatomin ja ionin määrämiä kulmia. Myös mekaanisen ja sähköisen sulauttamisen eroja QM/MM-mallissa tutkitaan. Kahta biologisesti tärkeää ionia, natriumia ja kaliumia käytetään esimerkkisysteemeinä. Esitellyt menetelmät ovat kuitenkin siirrettävissä myös muiden ionien mallintamiseen tai myös monimutkaisempiin systeemeihin. fi
dc.format.extent 57+4
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Hybrid Quantum Mechanical and Molecular Mechanical Modeling in Ion-Water Solutions en
dc.title Yhdistetty kvanttimekaaninen ja molekyylimekaaninen mallintaminen vesi-ioniliuoksissa fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Perustieteiden korkeakoulu fi
dc.subject.keyword QM/MM en
dc.subject.keyword ion-water solutions en
dc.subject.keyword hydration layer en
dc.subject.keyword CP2K en
dc.subject.keyword DFT en
dc.subject.keyword molecular dynamics en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201506303456
dc.programme.major Teknillisen fysiikan pääaine fi
dc.programme.mcode F3005 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Foster, Adam
dc.programme Teknillisen fysiikan ja matematiikan koulutusohjelma fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account