In Moleculaire Dynamica (MD) lost men de bewegingsvergelijkingen van Newton op voor een set atomaire deeltjes om hun gedrag te voorspellen bij een eindige temperatuur. MD simulaties vormen een ideale techniek om experimentele vibrationele spectra zoals infra-rood (IR), Raman, en inelastische neutronverstrooiing (INS) te ontrafelen. Dynamische methodes zijn beter geschikt voor deze doeleinden dan de statische methoden die zich baseren op de analyse van één enkele geometrie, aangezien ze ook anharmonische effecten in rekening brengen en als dusdanig beter met de realiteit overeenkomen. Het Center for Molecular Modeling heeft in deze problematiek al aanzienlijk vooruitgang gemaakt, maar het opstellen van een waterdicht protocol voor een accurate analyse van de experimentele spectra is er nog niet. Deze scriptie heeft de intentie deze lacune op te vullen. Hiervoor dient modelontwikkeling te worden verricht in combinatie met programmeerwerk en computationele simulaties.

MD simulaties leveren bijzonder veel informatie: atomaire posities, snelheden, krachten, etc gedurende de hele simulatie. De decompositie van deze informatie in fundamentele bewegingen is een hele uitdaging en staat centraal in deze thesis. Als er een decompositie van de bewegingen wordt ontwikkeld, kan deze gekoppeld worden aan de pieken in IR, Raman of andere spectra.

Dit onderzoek heeft tot doel een methode te ontwikkelen die zulke fundamentele bewegingen kan halen uit de grote hoeveelheid data geleverd door MD simulaties zonder bijkomende simulaties uit te voeren.

Deze thesis bevat zowel theoretische ontwikkeling (modelleren) als implementatie van deze ontwikkelingen (programmeerwerk). Hierbij is het inzicht van een fysicus in voornamelijk Newtoniaanse mechanica belangrijk: er moet een fysisch relevante methode met een gefundeerde opbouw gevonden worden.

Er bestaat een brede waaier van toepassingen voor de beoogde decompositie: de analyse van eenvoudige moleculen in gasfase tot nanogestructureerde materialen. Alle moleculaire systemen bewegen omwille van de temperatuur, en bij elk systeem rijst dus de vraag hoe de trillingen de eigenschappen beïnvloeden. Een voorbeeld zijn de excitatie-energieën die aanleiding geven tot fluorescentie, zodat temperatuur (d.w.z. de trillingen) een verkleuring kan geven. Eenmaal het project is opgestart, kan de toepassing gekozen worden rekening houdend met de interesse van de student. De theoretische achtergrond is het meest essentiële onderdeel van deze thesis.