Zaměřuji se na výpočetní návrh molekulárních strojů, zejména molekulárních počítačů, metod jejich výroby, a také na vývoj rychlých simulačních metod usnadňující výpočetní design v nanotechnologii a povrchové chemii. Jsem řešitelem projektu GAČR Junior Star nazvaného CADTARSIS: „Computer-Aided Design of Templated Assembling, Replication, and Synthesis on Ionic Substrates“, který se zaměřuje na vývoj nových fotocitlivých polymerních šablon schopných samosestavení na površích iontových krystalů podobně jako DNA origami. Konečným cílem tohoto projektu je propojit bio-mimetické metody nano-výroby s fotolitografií, a umožnit přesně umístit molekulární součástky, jako jsou přepínače a paměťové buňky, a propojit je do složitých výpočetních obvodů (molekulárních čipů). Základy navrhované metody jsou shrnuty v článku Computational design of photosensitive polymer templates to drive molecular nanofabrication, ACS Nano (2024).
Vývoj software
Vyvíjím různé rychlé výpočetní metody a programy pro molekulární a atomistické simulace, především pro simulace samovolného uspořádání molekul na povrchu, povrchovou chemii, interpretaci mikroskopie atomárních sil s vysokým rozlišením (AFM) a dalších metod mikroskopie skenovací sondou. Tyto metody kombinují klasické i kvantové přístupy k dosažení optimální rovnováhy mezi výkonem a přesností.
- FireCore je integrované simulační prostředí zaměřené na chemii na površích a skenovací mikroskopii. Software umožňuje rychlý průzkum velkého množství molekulárních konfigurací na povrchu krystalických látek. Toho dosahuje pomocí specializované implementace klasických silových polí na grafické kartě (GPU), silových polí projektovaných na mřížku a metod funkcionálu elektronové hustoty (DFT).
- PPAFM je v současnosti nejvíce využívaný software pro simulaci obrazů z mikroskopie atomových sil (AFM) a dalších metod skenovací mikroskopie (SPM) se sub-molekulárním rozlišením. Program modeluje ohyb molekulární sondy (CO, Xe, Cl a další malé molekuly) umístěné na hrotu AFM mikroskopu s použitím různých potenciálů projektovaných na mřížku. Software je popsán v článku Advancing scanning probe microscopy simulations: A decade of development in probe-particle models, Computer Physics Communications (2024).
- V současnosti pracuji na rozšíření PPAFM pro simulaci obrazů světlem excitované skenovací tunelovací mikroskopie (light-STM) molekulárních agregátů na iontových substrátech, s potenciálním využitím v molekulárních počítačích a ve fotonice. Samotný software zatím nebyl publikován, ale výsledky jsou využity v publikaci Real space visualization of entangled excitonic states in charged molecular assemblies, ACS Nano (2021).
