分子动力学模拟浅论

王乾孙云分子动力学模拟浅论200年分子动力学模拟浅论王乾,孙云(常州轻工职业技术学院江苏常州23164)摘要:综述了分子动力学模拟技术的发展,介绍了分子动力学的基本原理、有关的有限差分技术势函数的发展、初始调建和边界条件的选取、平衡态系综及其调控等,最后还指出了分子动力学模拟方法本身进一步研究的方向。关键词:分子动力学;有限差分法;原子间作用势;平衡态系综中图分类号:04113文献标识码:B文章编号:1671-749X(2009)03-0046-021.3有限差分法0引言为了得到原子的运动,可以采用各种有限差分随着计算机的软硬件和计算技术的长足发展,法来求解运动方程,常用的有以下几种算法:①ver利用计算机对物质的微观结构和运动进行数值模拟let算法;② velocity-Ⅴeret算法;③Leap-frog算计算得到了迅速发展,并在此基础上发展了用数值法;④cear算法。运算统计求和的分子动力学(MD)方法。所谓分子1.4势函数动力学模拟,是指对于原子核和电子所构成的多体原子间的势函数的发展经历了从对势到多体势系统,用计算机模拟原子核的运动过程,并从而计算的过程,对势认为原子间的相互作用是两两之间的系统的结构和性质,其中每一原子核被视为在全部作用,与其他原子的位置无关,而实际上,在多原子其他原子核和电子所提供的经验势场作用下按牛顿体系中,一个原子的位置不同,将影响其它原子间的定律运动。这种方法不仅可以直接模拟许多物质的有效相互作用,多体势能更准确地表示多原子体系宏观凝聚特性得出与试验结果相符合或可比拟的势函数。计算结果,而且可以提供微观结构粒子运动以及它们和物质宏观性质关系的明确图像有利于从中提取2分子动力学模拟的条件新的概念和理论。2.1分子动力学模拟的初始条件1原子的运动方程合理的初始位形和初始速度将使得计算系统迅速松弛到所要求的平衡状态,减少计算次数。初始1.1分子动力学的运动方程位形和初始速度可通过实验数据、理论模型、或两者分子动力学模拟的出发点是假定粒子的运动可相结合来确定。如果模拟系统无固定晶格结构,则以用经典力学来处理对一个由N个粒子构成的孤每个原子的位置可用舍选法或 Petropolis等方法从立体系,粒子的运动由牛顿运动方程决定。初始密度分布得到,每个原子的初速度可从初始温1.2牛顿运动方程度分布下的 Maxwell- Boltzmann分布来随机选取。由牛顿第二定律可得原子的运动方程。在分子对于流体分子系统粒子的初始速度按高斯分布选动力学模拟中,通过差分求解牛顿运动方程可得到取比较合理系统中原子的一系列位形2.2中国煤化工莫拟宏观体系问题,CNMH作者葡介:王192-,男,江苏常州人200年毕业于南京款引人r示1,采用方法模拟体系实空航天大学,助教,常州轻工职业技术学院从事机械方面研究。际上是由基本单元在各个方向上重复叠合而成。但第3期王乾孙云分子动力学模拟浅论在模拟中只需要保留基本单元,其它单元与基本单许多势函数的形势但是对于大多数原子而言努力元由平移对称性关联。在处理粒子之间的相互作用找到尽可能精确而形势又不太复杂的势函数,仍然时,通常采用“最小影像”约定,实际上,这个约定就是极大的挑战。把第一原理计算、量子化学分析与是通过满足不等式条件r2