Fragment molecular orbital
ફ્રેગમેન્ટ મોલેક્યુલર ઓર્બિટલ મેથડ (એફ. એમ. ઓ.) એ એક ગણતરીની પદ્ધતિ છે જેનો ઉપયોગ એબી ઇનિશિયો ક્વોન્ટમ-રાસાયણિક તરંગ કાર્યોનો ઉપયોગ કરીને હજારો અણુઓ સાથે ખૂબ મોટી પરમાણુ પ્રણાલીઓની ગણતરી કરવા માટે થઈ શકે છે. એફ. એમ. ઓ. અને સંબંધિત પદ્ધતિઓનો ઇતિહાસ ફ્રેગમેન્ટ મોલેક્યુલર ઓર્બિટલ મેથડ (એફ. એમ. ઓ.) કાઝુઓ કિટૌરા અને સહકાર્યકરો દ્વારા 1999માં વિકસાવવામાં આવી હતી. એફ. એમ. ઓ. કાઝુઓ કિટૌરા અને કેઇજી મોરોકુમા દ્વારા 1976માં વિકસાવવામાં આવેલા ઊર્જા વિઘટન વિશ્લેષણ (ઇ. ડી. એ.) સાથે ઊંડાણપૂર્વક જોડાયેલું છે. એફ. એમ. ઓ. નો મુખ્ય ઉપયોગ ખૂબ મોટી પરમાણુ પ્રણાલીઓને ટુકડાઓમાં વિભાજીત કરીને અને એબી ઇનિશિયો અથવા ઘનતા કાર્યાત્મક ક્વોન્ટમ-મિકેનિકલ ગણતરીઓ કરીને ગણતરી કરવાનો છે, જેમાં ટુકડાઓ અને તેમના ડાયમરનો સમાવેશ થાય છે, જેમાં સમગ્ર પ્રણાલીમાંથી કુલમ્બ ક્ષેત્રનો સમાવેશ થાય છે. બાદમાંનું લક્ષણ કેપ્સનો ઉપયોગ કર્યા વિના ટુકડાની ગણતરીને મંજૂરી આપે છે. પરસ્પર સુસંગત ક્ષેત્ર (એમસીએફ) પદ્ધતિએ તેમની એમ્બેડિંગ ક્ષમતામાં સ્વ-સુસંગત ટુકડાની ગણતરીનો વિચાર રજૂ કર્યો હતો, જેનો ઉપયોગ પાછળથી એફએમઓ સહિત વિવિધ પદ્ધતિઓમાં કેટલાક ફેરફારો સાથે કરવામાં આવ્યો હતો. એચ. સ્ટોલ (1992) દ્વારા વૃદ્ધિશીલ સહસંબંધ પદ્ધતિ સહિત એફ. એમ. ઓ. સાથે સંબંધિત અન્ય પદ્ધતિઓ હતી. પાછળથી, એફ. એમ. ઓ. સાથે નજીકથી સંબંધિત અન્ય પદ્ધતિઓ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી હતી જેમાં એલ. હુઆંગની કર્નલ ઊર્જા પદ્ધતિ અને ઇ. ડાહલ્કે, એસ. હિરાતા અને બાદમાં એમ. કામિયાએ સૂચવેલા અભિગમો પણ એફ. એમ. ઓ. સાથે ખૂબ નજીકથી સંબંધિત છે. અસરકારક ફ્રેગમેન્ટ મોલેક્યુલર ઓર્બિટલ (ઇ. એફ. એમ. ઓ.) પદ્ધતિ અસરકારક ફ્રેગમેન્ટ પોટેન્શિયલ (ઇ. એફ. પી.) અને એફ. એમ. ઓ. ની કેટલીક વિશેષતાઓને જોડે છે. ટુકડો-આધારિત પદ્ધતિ વિકાસ પર વિગતવાર પરિપ્રેક્ષ્ય સમીક્ષામાં મળી શકે છે. એફ. એમ. ઓ. નો પરિચય ઊર્જા, ઊર્જા ઢાળ, દ્વિધ્રુવીય ક્ષણ વગેરે જેવા કુલ ગુણધર્મોની ગણતરી ઉપરાંત, દરેક જોડીના ટુકડાઓ માટે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઊર્જા પ્રાપ્ત થાય છે. આ જોડી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઊર્જાને ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક, એક્સચેન્જ, ચાર્જ ટ્રાન્સફર અને ડિસ્પર્શન યોગદાનમાં વધુ વિઘટિત કરી શકાય છે. આ વિશ્લેષણ જોડી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઊર્જા વિઘટન વિશ્લેષણ (પી. આઈ. ઈ. ડી. એ.) તરીકે ઓળખાય છે અને તેને એફ. એમ. ઓ. આધારિત ઇ. ડી. એ. તરીકે વિચારી શકાય છે. વૈકલ્પિક રીતે, એફ. એમ. ઓ. માળખામાં ફ્રેગમેન્ટ ઇન્ટરેક્શન (સી. એ. એફ. આઈ.) માટે રૂપરેખાંકન વિશ્લેષણ અને સ્થાનિક એમ. પી. 2 (એફ. આઈ. એલ. એમ.) પર આધારિત ફ્રેગમેન્ટ ઇન્ટરેક્શન વિશ્લેષણ સૂચવવામાં આવ્યું હતું. એફ. એમ. ઓ. માં, વિવિધ તરંગ કાર્યોનો ઉપયોગ ટુકડાઓ અને તેમના ડાયમરની એબ ઇનિશિયો ગણતરીઓ માટે થઈ શકે છે, જેમ કે હાર્ટ્રી-ફોક, ડેન્સિટી ફંક્શનલ થિયરી (ડી. એફ. ટી.), મલ્ટી-કોન્ફિગરેશનલ સેલ્ફ-કોન્સિસ્ટન્ટ ફિલ્ડ (એમ. સી. એસ. સી. એફ.), ટાઇમ-ડિપેન્ડન્ટ ડી. એફ. ટી. (ટી. ડી. ડી. એફ. ટી.), કોન્ફિગરેશન ઇન્ટરેક્શન (સી. આઈ.), સેકન્ડ ઓર્ડર મોલર-પ્લેસેટ પર્ટર્બેશન થિયરી (એમ. પી. 2), કપલ્ડ ક્લસ્ટર (સી. સી.) અને ડેન્સિટી ફંક્શનલ ટાઈટ બાઇન્ડિંગ (ડી. એફ. ટી. બી.). ઉત્તેજિત સ્થિતિઓની ગણતરી રૂપરેખાંકન ક્રિયાપ્રતિક્રિયા (CI), સમય-આધારિત ઘનતા કાર્યાત્મક સિદ્ધાંત (TDDFT), સમય-આધારિત DFTB (TD-DFTB), સમીકરણ-ઓફ-મોશન કપલ્ડ-ક્લસ્ટર (EOM-CC) અને GW અંદાજ સાથે કરી શકાય છે. દ્રાવક અસરોની સારવાર પોલરાઇઝેબલ કન્ટિનમ મોડલ (પી. સી. એમ.) સાથે કરી શકાય છે. એફ. એમ. ઓ. કોડ સામાન્યીકૃત વિતરિત ડેટા ઇન્ટરફેસ (જી. ડી. ડી. આઈ.) નો ઉપયોગ કરીને ખૂબ જ અસરકારક રીતે સમાંતર છે અને સેંકડો સીપીયુનો ઉપયોગ લગભગ સંપૂર્ણ સ્કેલિંગ સાથે કરી શકાય છે. 2009માં પ્રકાશિત થયેલા એફ. એમ. ઓ. પુસ્તકમાં, એફ. એમ. ઓ. વિકાસ અને એપ્લિકેશન્સના નિષ્ણાતો દ્વારા લખાયેલા 10 સચિત્ર પ્રકરણો, તેમજ ઇનપુટ અને આઉટપુટ ફાઇલોના એનોટેટેડ નમૂનાઓ સાથેનો સી. ડી. આર. ઓ. એમ., ફેસિઓ મોડેલિંગ સોફ્ટવેર અને ફેસિઓ સાથે મુશ્કેલ પી. ડી. બી. ફાઇલોની સારવાર માટે વીડિયો ટ્યુટોરિયલ્સ (એપલગાઇડ મૂવીઝ, માઉસ ક્લિક દર્શાવતી) મળી શકે છે. આ પુસ્તક ઉપરાંત, અન્ય પુસ્તકોમાં ઘણા પ્રકરણો પ્રકાશિત થયા છે. 2013-2014 માં, જાપાનીઝ જર્નલ, CICSJ બુલેટિન, જાપાનીઝમાં FMO પેપરની શ્રેણી પ્રકાશિત કરે છે (કુલ લગભગ 100 પૃષ્ઠો), જે તાજેતરના FMO વિકાસ અને જાપાનમાં કરવામાં આવેલી એપ્લિકેશનોના પ્રતિનિધિ સારાંશ આપે છે, જેમાં ફેસિયોમાં GAMESS/FMO ઇન્ટરફેસ પરના પેપર અને K કમ્પ્યુટર પર GAMESS/FMOનું ઓપનએમપી વર્ઝન વિકસાવવાનો સમાવેશ થાય છે. બાદમાં, એફ. એમ. ઓ. ને ફુગાકુ અને શિખર સુપરકોમ્પ્યુટર્સ પર મૂકવામાં આવ્યું હતું. 2007, 2012, 2014, 2017 અને 2022માં એફ. એમ. ઓ. ની ઘણી સમીક્ષાઓ પ્રકાશિત થઈ છે. 2021 અને 2023માં બે નવા એફ. એમ. ઓ. પુસ્તકો પ્રકાશિત થયા હતા. ડી. એફ. ટી. બી. નો ઉપયોગ કરીને એફ. એમ. ઓ. સાથે ગણતરી કરવામાં આવેલી સૌથી મોટી પ્રણાલીઓ છે (એ) <આઇ. ડી. 2> અણુઓ ધરાવતી ફુલેરાઇટ સપાટીનો સ્લેબ, જેની ભૂમિતિ સંપૂર્ણપણે ઓપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવી હતી અને (બી) <આઇ. ડી. 1> અણુઓ ધરાવતી 10.7 માઇક્રોનની સફેદ ગ્રેફીન નેનો સામગ્રી, જેના માટે મોલેક્યુલર ડાયનેમિક્સ સિમ્યુલેશન કરવામાં આવ્યાં હતાં. દવાઓની શોધ માટે એફ. એમ. ઓ. ની અરજીઓને સરળ બનાવવા માટે, એફ. એમ. ઓ. સંઘની સ્થાપના કરવામાં આવી હતી. એફ. એમ. ઓ. ના ઉપયોગો એફ. એમ. ઓ. ના બે મુખ્ય ઉપયોગ ક્ષેત્રો છેઃ બાયોકેમિસ્ટ્રી અને દ્રાવણમાં રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓની મોલેક્યુલર ગતિશીલતા. વધુમાં, અકાર્બનિક ઉપયોગોનું એક ઊભરતું ક્ષેત્ર છે. 2005 માં, 20,000 થી વધુ અણુઓ સાથે પ્રકાશસંશ્લેષણ પ્રોટીનની ગ્રાઉન્ડ ઇલેક્ટ્રોનિક સ્થિતિની ગણતરી માટે એફ. એમ. ઓ. ની અરજીને સુપરકમ્પ્યુટિંગ 2005 માં શ્રેષ્ઠ તકનીકી પેપર એવોર્ડથી અલગ કરવામાં આવી હતી. બાયોકેમિકલ સમસ્યાઓ માટે એફ. એમ. ઓ. ની સંખ્યાબંધ એપ્લિકેશનો પ્રકાશિત કરવામાં આવી છે, ઉદાહરણ તરીકે, ડ્રગ ડિઝાઇન, માત્રાત્મક માળખું-પ્રવૃત્તિ સંબંધ (ક્યુ. એસ. એ. આર.) તેમજ ઉત્તેજિત અવસ્થાઓ અને જૈવિક પ્રણાલીઓની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓના અભ્યાસ માટે. અલગ બંધની અનુકૂલનશીલ સ્થિર ભ્રમણકક્ષા (એ. એફ. ઓ.) સારવાર એફ. એમ. ઓ. માટે વિકસાવવામાં આવી હતી, જેનાથી ઘન પદાર્થો, સપાટીઓ અને સિલિકોન નેનોવરિયર્સ જેવી નેનો પ્રણાલીઓનો અભ્યાસ કરવો શક્ય બને છે. એફ. એમ. ઓ.-ટી. ડી. ડી. એફ. ટી. ને મોલેક્યુલર સ્ફટિકો (ક્વિનક્રિડોન) ની ઉત્તેજિત સ્થિતિઓ પર લાગુ કરવામાં આવી હતી. અકાર્બનિક પ્રણાલીઓમાં, સિલિકા-સંબંધિત સામગ્રી (ઝિયોલાઇટ્સ, મેસોપોરસ નેનોપાર્ટિકલ્સ અને સિલિકા સપાટીઓ) નો એફ. એમ. ઓ., તેમજ આયનીય પ્રવાહી અને બોરોન નાઇટ્રાઇડ રિબન સાથે અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો. એફ. એમ. ઓ. ની અન્ય એપ્લિકેશનો છે. એફ. એમ. ઓ. માટે સોફ્ટવેર એફ. એમ. ઓ. પદ્ધતિ ગેમ (યુએસ), એ. બી. આઈ. એન. આઈ. ટી.-એમ. પી., પી. એ. આઈ. સી. એસ. અને ઓપન. એફ. એમ. ઓ. સોફ્ટવેર પેકેજોમાં લાગુ કરવામાં આવે છે, જેનું વિના મૂલ્યે વિતરણ કરવામાં આવે છે. ફુ, એક સામાન્ય ઓપન સોર્સ GUI છે જે FMO માટે ઇનપુટ ફાઇલો પેદા કરી શકે છે. એમ. સુએનાગા દ્વારા વિકસાવવામાં આવેલ અન્ય ગ્રાફિકલ યુઝર ઇન્ટરફેસ ફેસિઓ પાસે એફ. એમ. ઓ. (અન્ય સુવિધાઓ ઉપરાંત) નો ખૂબ જ અનુકૂળ વિશિષ્ટ ટેકો છે, જેની સાથે મોલેક્યુલર ક્લસ્ટર્સ, પ્રોટીન, ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ, સેકરાઇડ્સ અને તેના કોઈપણ સંયોજન (દા. ત., સ્પષ્ટ દ્રાવકમાં ડીએનએ અને પ્રોટીન સંકુલ) નું સ્વચાલિત વિભાજન થોડી મિનિટોમાં કરી શકાય છે, અને ઘન પદાર્થો અને સપાટીઓનું જાતે વિભાજન અલગ કરવા માટે બોન્ડ્સ પર ક્લિક કરીને પૂર્ણ કરી શકાય છે. ફેસિઓ એફ. એમ. ઓ. ગણતરીઓના પરિણામોની કલ્પના પણ કરી શકે છે, જેમ કે જોડીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ. GAMESS માં FMO અમલીકરણ (E-ઊર્જા, G-ઢાળ, H-હેસિયન; બોલ્ડ-નો ઉપયોગ PCM સાથે થઈ શકે છે) આ પણ જુઓ GAMESS (US) સંદર્ભો કોમ્પ્યુટેશનલ રસાયણશાસ્ત્ર મોલેક્યુલર બાયોલોજી