Development of High Performance Molecular Dynamics : Fast Evaluation of Polarization Forces

par Félix Aviat

Thèse de doctorat en Chimie théorique

Sous la direction de Jean-Philip Piquemal et de Alessandra Carbone.

Le président du jury était Rodolphe Vuilleumier.

Le jury était composé de Jean-Philip Piquemal, Matthieu Montes.

Les rapporteurs étaient Elise Dumont, Michel Caffarel.

  • Titre traduit

    Développement en dynamique moléculaire haute performance : évaluation rapide des forces de polarisation


  • Résumé

    La dynamique moléculaire classique est un outil précieux pour explorer le monde de l’infiniment petit, notamment lorsque l’on parle de systèmes biologiques (protéines). Ces simulations sont basées sur des modèles plus ou moins avancés, où la prise en compte des électrons n’est pas évidente. La polarisabilité permet la prise en compte de la mobilité des nuages électronique tout en conservant un cadre classique. Elle peut-être décrite par des dipôles induits, dont le calcul demande la résolution d’un schéma auto-cohérent (SCF), coûteux en terme de temps de calcul et source d’instabilité. 
Dans cette thèse, nous proposons un nouvel algorithme permettant un traitement plus rapide et plus stable des dipôles induits, basé sur la troncature du Gradient Conjugué. La précision, la versatilité, l’efficacité du Gradient Conjugué Tronqué (TCG) sont évalués sur plusieurs système. Son application à des calculs plus sensibles d’énergie libre est également testée. Le TCG est enfin utilisé afin de mettre au point de nouveaux intégrateurs de dynamique moléculaire permettant d’importantes accélérations. On démontre finalement que TCG est un outil polyvalent, adaptable, efficace, qui permet une accélération considérable des dynamiques polarisables longues.


  • Résumé

    Classical molecular dynamics is a precious tools to explore the infinitely small world, e.g. when considering biological systems (such as proteins). These simulations are based on physical models of various precision and complexity, where taking electrons into account is not easy. Polarizability allows one to take into account the mobility of the electronic density, while keeping the classical description framework. It can be described using induced dipoles, whose computation is done through a Self-Consistent procedure, which is costly in terms of computational time and can also cause instability. In this thesis, we introduce a new algorithm allowing a faster and more stable treatment of the induced dipoles, based on the truncation of the Conjugate Gradient. Accuracy, versatility, efficiency of the so-called Truncated Conjugate Gradient (TCG) are evaluated on various systems. Its applicability to free energy calculations is also tested. TCG is finally used in order to derive new molecular dynamics integrators allowing for considerable accelerations. To sum this up, TCG proves to be a polyvalent, adaptable, efficient tool, which allows for substantial acceleration of long polarizable dynamics.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Sorbonne Université. Bibliothèque des thèses électroniques.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.