分子動(dòng)力學(xué)模擬淺論

王乾孫云分子動(dòng)力學(xué)模擬淺論200年分子動(dòng)力學(xué)模擬淺論王乾,孫云(常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院江蘇常州23164)摘要:綜述了分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)的發(fā)展,介紹了分子動(dòng)力學(xué)的基本原理、有關(guān)的有限差分技術(shù)勢函數的發(fā)展、初始調建和邊界條件的選取、平衡態(tài)系綜及其調控等,最后還指出了分子動(dòng)力學(xué)模擬方法本身進(jìn)一步研究的方向。關(guān)鍵詞:分子動(dòng)力學(xué);有限差分法;原子間作用勢;平衡態(tài)系綜中圖分類(lèi)號:04113文獻標識碼:B文章編號:1671-749X(2009)03-0046-021.3有限差分法0引言為了得到原子的運動(dòng),可以采用各種有限差分隨著(zhù)計算機的軟硬件和計算技術(shù)的長(cháng)足發(fā)展,法來(lái)求解運動(dòng)方程,常用的有以下幾種算法:①ver利用計算機對物質(zhì)的微觀(guān)結構和運動(dòng)進(jìn)行數值模擬let算法;② velocity-Ⅴeret算法;③Leap-frog算計算得到了迅速發(fā)展,并在此基礎上發(fā)展了用數值法;④cear算法。運算統計求和的分子動(dòng)力學(xué)(MD)方法。所謂分子1.4勢函數動(dòng)力學(xué)模擬,是指對于原子核和電子所構成的多體原子間的勢函數的發(fā)展經(jīng)歷了從對勢到多體勢系統,用計算機模擬原子核的運動(dòng)過(guò)程,并從而計算的過(guò)程,對勢認為原子間的相互作用是兩兩之間的系統的結構和性質(zhì),其中每一原子核被視為在全部作用,與其他原子的位置無(wú)關(guān),而實(shí)際上,在多原子其他原子核和電子所提供的經(jīng)驗勢場(chǎng)作用下按牛頓體系中,一個(gè)原子的位置不同,將影響其它原子間的定律運動(dòng)。這種方法不僅可以直接模擬許多物質(zhì)的有效相互作用,多體勢能更準確地表示多原子體系宏觀(guān)凝聚特性得出與試驗結果相符合或可比擬的勢函數。計算結果,而且可以提供微觀(guān)結構粒子運動(dòng)以及它們和物質(zhì)宏觀(guān)性質(zhì)關(guān)系的明確圖像有利于從中提取2分子動(dòng)力學(xué)模擬的條件新的概念和理論。2.1分子動(dòng)力學(xué)模擬的初始條件1原子的運動(dòng)方程合理的初始位形和初始速度將使得計算系統迅速松弛到所要求的平衡狀態(tài),減少計算次數。初始1.1分子動(dòng)力學(xué)的運動(dòng)方程位形和初始速度可通過(guò)實(shí)驗數據、理論模型、或兩者分子動(dòng)力學(xué)模擬的出發(fā)點(diǎn)是假定粒子的運動(dòng)可相結合來(lái)確定。如果模擬系統無(wú)固定晶格結構,則以用經(jīng)典力學(xué)來(lái)處理對一個(gè)由N個(gè)粒子構成的孤每個(gè)原子的位置可用舍選法或 Petropolis等方法從立體系,粒子的運動(dòng)由牛頓運動(dòng)方程決定。初始密度分布得到,每個(gè)原子的初速度可從初始溫1.2牛頓運動(dòng)方程度分布下的 Maxwell- Boltzmann分布來(lái)隨機選取。由牛頓第二定律可得原子的運動(dòng)方程。在分子對于流體分子系統粒子的初始速度按高斯分布選動(dòng)力學(xué)模擬中,通過(guò)差分求解牛頓運動(dòng)方程可得到取比較合理系統中原子的一系列位形2.2中國煤化工莫擬宏觀(guān)體系問(wèn)題,CNMH作者葡介:王192-,男,江蘇常州人200年畢業(yè)于南京款引人r示1,采用方法模擬體系實(shí)空航天大學(xué),助教,常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院從事機械方面研究。際上是由基本單元在各個(gè)方向上重復疊合而成。但第3期王乾孫云分子動(dòng)力學(xué)模擬淺論在模擬中只需要保留基本單元,其它單元與基本單許多勢函數的形勢但是對于大多數原子而言努力元由平移對稱(chēng)性關(guān)聯(lián)。在處理粒子之間的相互作用找到盡可能精確而形勢又不太復雜的勢函數,仍然時(shí),通常采用“最小影像”約定,實(shí)際上,這個(gè)約定就是極大的挑戰。把第一原理計算、量子化學(xué)分析與是通過(guò)滿(mǎn)足不等式條件r2