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(shì)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(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(shì);平衡態(tài)系綜中圖分類號(hào):04113文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1671-749X(2009)03-0046-021.3有限差分法0引言為了得到原子的運(yùn)動(dòng),可以采用各種有限差分隨著計(jì)算機(jī)的軟硬件和計(jì)算技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展,法來求解運(yùn)動(dòng)方程,常用的有以下幾種算法:①ver利用計(jì)算機(jī)對(duì)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬let算法;② velocity-Ⅴeret算法;③Leap-frog算計(jì)算得到了迅速發(fā)展,并在此基礎(chǔ)上發(fā)展了用數(shù)值法;④cear算法。運(yùn)算統(tǒng)計(jì)求和的分子動(dòng)力學(xué)(MD)方法。所謂分子1.4勢(shì)函數(shù)動(dòng)力學(xué)模擬,是指對(duì)于原子核和電子所構(gòu)成的多體原子間的勢(shì)函數(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從對(duì)勢(shì)到多體勢(shì)系統(tǒng),用計(jì)算機(jī)模擬原子核的運(yùn)動(dòng)過程,并從而計(jì)算的過程,對(duì)勢(shì)認(rèn)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(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(yàn)勢(shì)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(yùn)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(shì)能更準(zhǔn)確地表示多原子體系宏觀凝聚特性得出與試驗(yàn)結(jié)果相符合或可比擬的勢(shì)函數(shù)。計(jì)算結(jié)果,而且可以提供微觀結(jié)構(gòu)粒子運(yùn)動(dòng)以及它們和物質(zhì)宏觀性質(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(yùn)動(dòng)方程合理的初始位形和初始速度將使得計(jì)算系統(tǒng)迅速松弛到所要求的平衡狀態(tài),減少計(jì)算次數(shù)。初始1.1分子動(dòng)力學(xué)的運(yùn)動(dòng)方程位形和初始速度可通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、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(yùn)動(dòng)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(xué)來處理對(duì)一個(gè)由N個(gè)粒子構(gòu)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(yùn)動(dòng)由牛頓運(yùn)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(yùn)動(dòng)方程度分布下的 Maxwell- Boltzmann分布來隨機(jī)選取。由牛頓第二定律可得原子的運(yùn)動(dòng)方程。在分子對(duì)于流體分子系統(tǒng)粒子的初始速度按高斯分布選動(dòng)力學(xué)模擬中,通過差分求解牛頓運(yùn)動(dòng)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(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(jī)械方面研究。際上是由基本單元在各個(gè)方向上重復(fù)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(shì)函數(shù)的形勢(shì)但是對(duì)于大多數(shù)原子而言努力元由平移對(duì)稱性關(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(shì)又不太復(fù)雜的勢(shì)函數(shù),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(zhàn)。把第一原理計(jì)算、量子化學(xué)分析與是通過滿足不等式條件r2