Fyzikální ústav Akademie věd ČR

Řešitelé: Václav Petříček, Michal Dušek, Lukáš Palatinus

Jana je krystalografický výpočetní systém zaměřený na řešení, upřesňování a interpretaci složitých, zejména modulovaných struktur. Modulované struktury mohou obsahovat až tři modulační vektory a jejich difrakční data mohou pocházet z monokrystalických i práškových vzorků a být založena na rentgenové, neutronové i elektronové difrakci.

Program umožňuje libovolným způsobem kombinovat vstupní difrakční data. Typickým příkladem takové kombinace jsou neutronová data vzniklá difrakcí na práškovém vzorku a rentgenová data monokrystalu téže látky, kdy je kombinace výhodná vzhledem k odlišné senzitivitě obou metod na různé strukturní vlastnosti. Pro řešení struktur lze použít vestavěný algoritmus Charge flipping (metoda převracení náboje), ale program také komunikuje s externími programy využívající přímé metody řešení fázového problému.

Jana umožňuje výpočty struktur vícefázových systémů, meroedrických dvojčat, dvojčat s částečným překryvem difrakčních stop, souměřitelných a kompozitních (intergrowth) struktur. Obsahuje sofistikované transformační nástroje, které lze využít k úplné transformaci studovaného systému do nižší symetrie, k transformaci do násobných základních buněk anebo k transformaci souměřitelných struktur do trojrozměrné superbuňky. K dispozici je bohatá škála uživatelských restrikcí a vazeb mezi upřesňovanými parametry, nástroj umožňující upřesňovat molekuly v aproximaci pevného tělesa, možnost definovat lokální nekrystalografickou symetrii a mnoho dalšího. Program má v současné době 1500 registrovaných uživatelů a ve výpočtech modulovaných struktur je prakticky monopolním nástrojem.

Současný vývoj systému Jana se odehrává v rámci Akademické prémie, kterou jeho hlavní autor Václav Petříček obdržel v roce 2008. Dlouhodobým cílem je zahrnout do programu veškeré šířeji užívané krystalografické metody a vytvořit tak univerzální nástroj umožňující přes jednotné uživatelské rozhraní výpočty jakýchkoli krystalových struktur s vyjímkou proteinů.

Současný vývoj systému Jana se ubírá třemi směry:

• Vývoj uživatelského rozhraní a základních funkcí programu tak, aby mohl konkurovat systémům pro řešení standartních struktur. Cílem je dosáhnout toho, aby byl program využíván jako výukový nástroj krystalografie na universitách.
• Vývoj upřesňování magnetických struktur. Jde o struktury, které za velmi nízkých teplot prochází magnetickým fázovým přechodem, který vede k uspořádání magnetických momentů a ke vzniku tzv. magnetických reflexí. Tyto reflexe jsou měřitelné pouze pomocí neutronové difrakce, takže řešení magnetických struktur vede nevyhnutelně k potřebě kombinovat málo přesná neutronová data s rentgenovými difrakčními daty, aby nukleární a magnetická struktura mohly být vypočteny současně. Pro upřesňování magnetických struktur lze s výhodou vuyžít formalismus vyvinutý pto modulované struktury, protože magnetické satelity nemusí být souměřitelné s periodicitou základní buňky nukleární struktury.
• Vývoj podpory pro elektronovou precesní difrakci. V rámci projektu Elektronového difraktometru (viz Výzkumná témata oddělení) bude třeba implementovat do programu Jana postupy umožňující korekci na částečně dynamický charakter precesních elektronových difrakčních dat. Tyto metody nejsou ještě dobře vyvinuty, a to zejména pro modulované struktury.

Vývoj užívání a citovanosti programu Jana k měsící září 2008. Černý graf ukazuje kumulovaný počet uživatelů, červený graf ukazuje počet citací programu v daném roce.

Hlavní autor programu, Václav Petříček, ozářený monitorem počítače.

Stránka programu Jana2006

Výuka programu Jana2006