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《分子动力学模拟入门》第六章:分子动力学模拟的高级课题

本章介绍分子动力学模拟中的几个高级课题,包括蒙特卡洛-分子动力学混合模拟(一种以分子动力学模拟为主线,以蒙特卡洛模拟为辅助的模拟)、路径积分分子动力学、自由能计算等。

Table of contents

蒙特卡洛与分子动力学混合模拟

正则系综

Canonical ensemble

半巨正则系综

Semi-grand canonical ensemble

方差约束的半巨正则系综

Variance-constrained semi-grand canonical ensemble

待写。快速过渡到 Feynman 路径积分量子力学。

路径积分分子动力学基础

量子力学基础

量子-经典对应

讨论 Chandler 和 Wolynes 1981 年 的工作。

路径积分分子动力学的概念

讨论 Parrinello 和 Rahman 1984 年的工作。

RPMD 的概念

Craig 和 Manolopoulos 于2004 提出了 ring-polymer MD (RPMD).

CMD 的概念

Jianshu Cao 和 Gregory A. Voth 于 1994 提出 centroid MD (CMD).

(但本书可能不打算针对 CMD 编程)

路径积分分子动力学的算法

首先讲 Ceriotti 等人针对PIMD的 PILE (path integral Langevin equation)。

Efficient stochastic thermostatting of path integral molecular dynamics

然后讲RPMD 以及 TRPMD (thermostatted RPMD) 的实现。

RPMD: Quantum statistics and classical mechanics: Real time correlation functions from ring polymer molecular dynamics

Lecture notes: https://www.tugraz.at/fileadmin/user_upload/Institute/PTC/WTC/WTC_2019/2_Manolopoulos_19.L2.pdf

TRPMD: How to remove the spurious resonances from ring polymer molecular dynamics

这里要重点介绍 Korol 等人的 Cayley 变换。Cayley modification for strongly stable path-integral and ring-polymer molecular dynamics

用简谐振子为例编程实现。MATLAB 即可。

基本物理量的计算

势能的计算 动能的计算

位力的计算 热流的计算

路径积分分子动力学的应用

晶体的热熔

简写振子的能量。

energy_ho

晶体的热膨胀

水的结构性质

用公开的 NEP 势 计算水的径向分布函数,结果如下图所示。

water_rdf

自由能微扰理论

热力学积分方法

基于非平衡模拟的热力学积分方法

固态体系

液态体系

温度扫描