王乾孫云分子動力學模擬淺論200年分子動力學模擬淺論王乾,孫云(常州輕工職業(yè)技術(shù)學院江蘇常州23164)摘要:綜述了分子動力學模擬技術(shù)的發(fā)展,介紹了分子動力學的基本原理、有關的有限差分技術(shù)勢函數(shù)的發(fā)展、初始調(diào)建和邊界條件的選取、平衡態(tài)系綜及其調(diào)控等,最后還指出了分子動力學模擬方法本身進一步研究的方向。關鍵詞:分子動力學;有限差分法;原子間作用勢;平衡態(tài)系綜中圖分類號: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,可以采用各種有限差分隨著計算機的軟硬件和計算技術(shù)的長足發(fā)展,法來求解運動方程,常用的有以下幾種算法:①ver利用計算機對物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和運動進行數(shù)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(shù)值法;④cear算法。運算統(tǒng)計求和的分子動力學(MD)方法。所謂分子1.4勢函數(shù)動力學模擬,是指對于原子核和電子所構(gòu)成的多體原子間的勢函數(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從對勢到多體勢系統(tǒng),用計算機模擬原子核的運動過程,并從而計算的過程,對勢認為原子間的相互作用是兩兩之間的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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關,而實際上,在多原子其他原子核和電子所提供的經(jīng)驗勢場作用下按牛頓體系中,一個原子的位置不同,將影響其它原子間的定律運動。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凝聚特性得出與試驗結(jié)果相符合或可比擬的勢函數(shù)。計算結(jié)果,而且可以提供微觀結(jié)構(gòu)粒子運動以及它們和物質(zhì)宏觀性質(zhì)關系的明確圖像有利于從中提取2分子動力學模擬的條件新的概念和理論。2.1分子動力學模擬的初始條件1原子的運動方程合理的初始位形和初始速度將使得計算系統(tǒng)迅速松弛到所要求的平衡狀態(tài),減少計算次數(shù)。初始1.1分子動力學的運動方程位形和初始速度可通過實驗數(shù)據(jù)、理論模型、或兩者分子動力學模擬的出發(fā)點是假定粒子的運動可相結(jié)合來確定。如果模擬系統(tǒng)無固定晶格結(jié)構(gòu),則以用經(jīng)典力學來處理對一個由N個粒子構(gòu)成的孤每個原子的位置可用舍選法或 Petropolis等方法從立體系,粒子的運動由牛頓運動方程決定。初始密度分布得到,每個原子的初速度可從初始溫1.2牛頓運動方程度分布下的 Maxwell- Boltzmann分布來隨機選取。由牛頓第二定律可得原子的運動方程。在分子對于流體分子系統(tǒng)粒子的初始速度按高斯分布選動力學模擬中,通過差分求解牛頓運動方程可得到取比較合理系統(tǒng)中原子的一系列位形2.2中國煤化工莫擬宏觀體系問題,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空航天大學,助教,常州輕工職業(yè)技術(shù)學院從事機械方面研究。際上是由基本單元在各個方向上重復疊合而成。但第3期王乾孫云分子動力學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(shù)的形勢但是對于大多數(shù)原子而言努力元由平移對稱性關聯(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(shù),仍然時,通常采用“最小影像”約定,實際上,這個約定就是極大的挑戰(zhàn)。把第一原理計算、量子化學分析與是通過滿足不等式條件r2