纳米尺度理论与计算-从头算分子动力学模拟.pdfVIP

从头算分子动力学模拟介绍及应用 Why: 为什么发展从头算分子动力学? What:从头算分子动力学处理什么问题? How:用什么工具进行从头算分子动力学? 参考书 AB INITIO MOLECULAR DYNAMICS: BASIC THEORY AND ADVANCED METHODS 分子动力学的核心：如何描述原子间的相互作用 经典分子动力学：采用预定义的势函数（predefined potentials），力场（force field） 获取方式：经验数据 牛顿运动方程： = 局限性：难以处理复杂化学体系；多种原子或分子类型必须参数化；无法模拟电子结构或化 学键发生变化的体系 可迁移性差：改变一种组分，需要重新拟合参数 研究对象：凝聚态体系包括生物分子组装体（力场）；材料体系包括晶格生长、缺陷运动， 表界面重构等（二体势，如Lenard-Jones势） why ab initio molecular dynamics ? 3N L = 1 2  ( ) 经典分子动力学模拟 K −U = m v − E  r ,, r 2  i i 1 3N i=1  ( ) 能否使用DFT方法计算 U = E  r ,, r 1 3N 从头算分子动力学统一了分子动力学和电子结构理论，带来了计算机模拟 复杂分子体系和过程（包括化学反应）的革命 基本思想：通过电子结构计算，计算实时施加在原子核上的力 从头算分子动力学（AIMD） 1. 计算基态能量 2. 进行一步MD，原子核移动 F = ma 3. 计算新的基态能量 4. 下一步MD。。。 要求： 1. 电子基态的计算在不同原子构型下有相同的精度 2. 计算机能够忍受的可行的计算方法 如何找到效率较高的计算方法完成MD运算？ 按照方程求解过程近似处理方式可分为二种 1. Born–Oppenheimer （波恩-奥本海默）dynamics 2. Car–Parrinello dynamics Born–Oppenheimer近似/绝热近似 由于电子的质量比原子核质量远小得多，所以可以把电子和原子核的运动 分开处理，即只考虑原子核对电子的库伦作用，不考虑其他两者的作用， 相当于原子核对电子只提供外势。 电子的量子行为与核的经典行为具有相对独立性 相互作用的非均匀电子云 Born won the 1954 Nobel Prize in Physics for his fundamental research in quantum mechanics, especially in the statistical interpretation of the wave function. 博士生：彭桓武、程开甲、杨立铭 合作者：黄坤， 《晶格动力学》 Max Born Oppenheimer was the wartime head of the Los Alamos L