Personal Page ‐ Prokop Hapala - ProkopHapala/FireCore GitHub Wiki
English:
I'm mainly interested in computational design of molecular nanomachines, particularly molecular computers, and strategies for their nanofabrication. For this purpose I also develop high-performance simulation methods to advance computational design in nanotechnology and surface chemistry. In 2021, I was awarded a GACR Junior Star grant for the project CADTARSIS: "Computer-Aided Design of Templated Assembling, Replication, and Synthesis on Ionic Substrates." This project focuses on designing new classes of photosensitive polymer templates capable of self-assembling on ionic crystal surfaces, akin to DNA origami. The ultimate goal is to integrate biomimetic bottom-up nanofabrication techniques with photolithography, enabling precise positioning of molecular components such as switches and memory cells and their interconnection into complex computational circuits - essentially molecular chips. More here
Software
I develop various high-speed computational methods and software for molecular and atomistic simulations, focusing on self-assembly at surfaces, surface chemistry, and the interpretation of high-resolution atomic force microscopy (AFM) and other scanning probe microscopy (SPM) techniques. These methods leverage both classical and quantum approaches to achieve an optimal balance between computational efficiency and accuracy.
-
FireCore is an integrated simulation environment for surface chemistry and scanning probe microscopy. It enables rapid exploration of a vast configuraton spaces of molecules on crystalline surfaces by employing a specialized implementation of classical force-fields on GPUs, grid-projected forcefield (GridFF), and density functional theory (DFT) methods.
-
PPAFM is currently the most used software for simulating high-resolution AFM images and other SPM techniques with sub-molecular resolution. It models the deflection of molecular probes (CO, Xe, Cl, and other small molecules) attached to the AFM tip apex using various grid-projected potentials.
-
I am currently working on extension of PPAFM to simulate images from light-excited scanning tunneling microscopy (light-STM) of molecular clusters on ionic substrates, with potential applications in molecular computing and photonics. The software itself has not yet been published, but the methodology has been utilized in:
Czech:
Můj výzkum se zaměřuje na výpočetní návrh molekulárních nanostrojů, zejména molekulárních počítačů, metod jejich nanovýroby, a také vývoj rychlých simulačních metod usnadňující výpočetní desing v nanotechnologii a povrchové chemii. V roce 2021 jsem získal grant GACR Junior Star na projekt 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 bottom-up metody nano-výroby s fotolitografií, a umožnit přesně umístit molekulární součástky jako přepínače a paměťové buňky a propojit je do složitých výpočetních obvodů (molekulárních čipů). Více zde
Software:
Vyvíjím různé rychlé výpočetní metody a programy pro molekulární a atomistické simulace, především pro simulace samo-uspořádání molekul na povrchu, povrchovou chemii, interpretaci mikroskopie atomárních sil s vysokým rozlišením (AFM) a dalších metod mikroskopie skenovací soundou. 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 sondovou 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 sondové mikroskopie (SPM) s sub-molekulárním rozlišením. Program modeluje ohyb molekulární sondy (CO,Xe,Cl a další malé molekuly) připojené ke špičce AFM hrotu s použitím různých potenciálů projektovaných na mřížku.
-
V současnosti pracuji na rozšíření PPAFM pro simulaci obrazů světlem excitované skenovací tunelové mikroskopie (light-STM) molekulárních agregátů na iontových substrátech, s potenciálním využitím v molekulárních počítačích a fotonice. Samotný software zatím nebyl publikován, ale výsledky jsou využity v této publikaci: