Application of genetic algorithms to model the structure of molecular crystals

W. Łużny; W. Czarnecki

doi:10.14314/polimery.2014.542

Data publikacji : 2014-08-30

Tom 59 Nr 7-8 (2014)

Zastosowanie algorytmów genetycznych do modelowania struktury kryształów molekularnych

W. Łużny W. Czarnecki

DOI: https://doi.org/10.14314/polimery.2014.542

Abstrakt

W przypadku złożonych cząsteczek organicznych bardzo często zdarza się, że dyfraktogram proszkowy ma tylko kilka refleksów krystalicznych i z tego powodu metody modelowania typu Rietvelda nie dają poprawnych wyników. W celu znalezienia modelu struktury, który pozwoli na obliczenie dyfraktogramu wykazującego dobrą zgodność z danymi doświadczalnymi, można zastosować jedną z technik tzw. sztucznej inteligencji. Metoda algorytmów genetycznych (GA) — szeroko stosowana do rozwiązywania rozmaitych problemów naukowych — jest jedną z takich technik. Nasz pomysł polegał na użyciu komórki elementarnej wraz z zawartymi w niej atomami jako osobnika (fenotypu) występującego w GA. Każdy taki osobnik reprezentuje przypadkową strukturę krystaliczną. Jego chromosom (genotyp) zawiera: stałe sieci a, b i c, kąty sieciowe a, b i g, oraz orientację cząsteczki względem osi krystalograficznych. Dla każdego osobnika obliczany jest jego dyfraktogram, który następnie zostaje porównany z danymi referencyjnymi. Idea ta wykorzystana została w napisanym przez nas programie CrystalFinder. W swojej obecnej wersji, program CrystalFinder jest w stanie poprawnie odtworzyć złożoną strukturę krystalograficzną prostego kryształu molekularnego, zbudowanego z molekuł zawierających do ok. dwudziestu atomów. Zwykle przeliczenie 200—300 pokoleń wystarcza do otrzymania dobrej zgodności pomiędzy dyfraktogramem referencyjnym, a dyfraktogramem uzyskanym dla najlepiej dostosowanego osobnika w populacji. Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że algorytmy genetyczne mogą być zastosowane do modelowania struktury kryształów molekularnych i bardziej złożonych układów, zawierających również makrocząsteczki.

Słowa kluczowe

genetic algorithms ; molecular crystals ; computer modeling of crystalline structure algorytmy genetyczne ; kryształy molekularne ; komputerowe modelowanie struktury krystalicznej

Szczegóły

Bibliografia

Wskaźniki

Autorzy

Pobierz pliki

PDF (English)

Zasady cytowania

Łużny, W., & Czarnecki, W. (2014). Zastosowanie algorytmów genetycznych do modelowania struktury kryształów molekularnych. Polimery, 59(7-8), 542–548. https://doi.org/10.14314/polimery.2014.542

Bibliografia

Michalewicz Z.: „Genetic Algorithms Data Structures = Evolution Programs”, Springer-Verlag, 1996.

[2] „Applications of Evolutionary Computation in Chemistry. Structure and Bonding” (Ed. Johnston R.L.), Springer-Verlag, vol. 110, 2004.

[3] Oganov A.R., Glass C.W.: J. Chem. Phys. 2006, 124, 24 470, http://dx.doi.org/10.1063/1.2210932

[4] Glass C.W., Oganov A.R., Hanses N.: Comp. Phys. Comm. 2006, 175, 713, http://dx.doi.org/10.1016/j.cpc.2006.07.020

[5] Lyakhov A.O., Oganov A.R., Stokes H.T., Zhu Q.: Comp. Phys. Comm. 2013, 184, 1172, http://dx.doi.org/10.1016/j.cpc.2012.12.009

[6] Altomare A., Cuocci C., Giacovazzo C., Moliterni A., Rizzi R., Corriero N., Falcicchio A.: J. Appl. Cryst. 2013, 46, 1231, http://dx.doi.org/10.1107/S0021889813013113

[7] Wu S.Q., Ji M.,Wang C.Z., Nguyen M.C., Zhao X., Umemoto K.,Wentzcovitch R.M., Ho K.M.: J. Phys.: Condens. Matter 2014, 26, http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/26/3/035402

[8] Harris K.D.M., Johnston R.L., Habershon S.: „Applications of Evolutionary Computations in Structure Determination from Diffraction Data” in „Applications of Evolutionary Computation in Chemistry, Structure and Bonding” (Ed. Johnston R.L.), Springer-Verlag, 2004, 110, 55. http://dx.doi.org/10.1007/b13933

[9] Krauss W., Nolze G.: PowderCell forWindows, v.2.4, Federal Institute for Materials Research and Testing, Berlin 2000.

Google Scholar

Wskaźniki altmetryczne

Cytowania w Google Scholar

Statystyki

Total abstract views : 0

PDF Downloads : 0

W. Łużny Wojciech.Luzny@fis.agh.edu.pl

Afiliacja
AGH University of Science and Technology, Faculty of Physics and Applied Computer Science, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

W. Czarnecki

Afiliacja
AGH University of Science and Technology, Faculty of Physics and Applied Computer Science, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland