Większe znaczenie symulacji komputerowych w nauce
Symulacje oparte na pierwszych zasadach w chemii, biologii, fizyce i materiałoznawstwie umożliwiły badaczom zidentyfikowanie nowych cząsteczek, nanomateriałów oraz innych form materii skondensowanej. Chociaż aktualne symulacje dają możliwość uchwycenia elektronowego stanu podstawowego, ważnym zadaniem nauki jest symulowanie procesów przy podwyższonych temperaturach w celu przeprowadzenia bardziej złożonych i dokładnych testów. W ramach finansowanego ze środków UE projektu TEMM1P (Computer simulations of thermally excited molecules and materials by first principles) opracowano metody obliczeniowe służące do symulowania indukowanych termicznie wysokotemperaturowych procesów. Projekt miał za zadanie utorowanie drogi dla zastosowań uwzględniających tworzenie fulerenów, termolizę wodoru borazanów, reakcje chemiczne piasku roponośnego i dyfuzję jonów w nanorurkach ilasto-minerałowych. Zespół przeprowadził również eksperymenty chemiczne przy użyciu spektrometru masowego w celu utworzenia nowych cząstek z nietypowymi właściwościami wiążącymi. Poprzez wykonanie tych eksperymentów uczestnicy projektu dążyli do uzyskania reakcji chemicznej metanu z jonami metalów późnego przejścia i jonami ziem rzadkich w celu wytworzenia cząsteczkowego wodoru z gazu ziemnego. Analizując wyniki tych eksperymentów mających miejsce w wysokich temperaturach i wymagających podobnych metod obliczeniowych, projekt TEMM1P przyczynił się do wymiany nowej cennej wiedzy pomiędzy partnerami projektu, jednocześnie wzmacniając nowe synergie w tym polu. Dodatkowo dzięki programom wymiany i wykorzystaniu zaawansowanych superkomputerów projekt umożliwił zdefiniowanie na nowo roli chemii obliczeniowej. Uczestnicy projektu dążyli do wykorzystania uzupełniającego narzędzia używanego do wyświetlania wyników eksperymentów w celu utworzenia cennych predykcji jeszcze przed przeprowadzaniem zaawansowanych i kosztownych eksperymentów. Wśród osiągnięć projektu można wymienić opracowanie nowego oprogramowania w zakresie chemii kwantowej. Projekt miał również wpływ na trudne praktyczne projekty, takie jak doskonalenie piasku roponośnego poprzez ograniczenie do minimum konieczności użycia wody przy wykorzystywaniu tego piasku. Kolejnym efektem projektu było zwiększenie wydajności transportu wodoru w nisko kosztowym systemie nośnym. Poczyniono również postępy w eksperymentach na poziomie akademickim, np. poprzez zidentyfikowanie sposobu możliwości produkowania planarnych klastrów boru ze standardowych chemikaliów oraz zbadanie ich szczególnych właściwości wiążących. Podsumowując, konsorcjum pracujące w ramach projektu z powodzeniem opracowało i przetestowało nowe metody opisu termicznie wzbudzanych układów kwantowych ze szczególnym uwzględnieniem zrównoważonego rozwoju. Projekt umożliwił również szkolenia początkujących naukowców oraz propagowanie uzyskanych wyników. Dzięki tym wysiłkom symulacje komputerowe będą z pewnością odgrywały coraz większą rolę w nauce.
Słowa kluczowe
Pierwsze zasady, symulacje komputerowe, TEMM1P, molekuły wzbudzane termicznie, nanomateriały, materia skondensowana
