第三章-分子动力学基础与分子动力学模拟.pptxVIP

;分子动力学？;是从统计物理学发展起来的一种描述纳米科技这类处于原子、分子状态的固体或液体的动力学特性的微观现象的有效方法。

分子动力学总是假定原子的运动服从某种确定的描述，这种描叙可以牛顿方程、拉格朗日方程或哈密顿方程所确定的描述，也就是说原子的运动和确定的轨迹联系在一起。在忽略核子的量子效应和Born-Oppenheimer绝热近似下，分子动力学的这一种假设是可行的。

是对理论计算和实验的有力补充，广泛应用于材料科学、生物物理和药物设计等。经典MD模拟，其系统规模在一般的计算机上也可达到数万个原子，模拟时间为纳秒量级。;3.1分子动力学的基本原理及特点;在分子动力学模拟中，通常假设分子的动力学行为遵循经典运动方程，这在典型分子的DeBroglie波长远小于下例公式表示的分子平均距离的平移运动中确实是一种满意的近似。;一、研究内容：

分子动力学是在原子、分子水平上求解多体问题的重要的计算机模拟方法，可以预测纳米尺度上的材料动力学特性。

通过求解所有粒子的运动方程，分子动力学方法可以用于模拟与原子运动路径相关的基本过程。

在分子动力学中，粒子的运动行为是通过经典的Newton运动方程所描述。

;分子动力学理论特点：;仍存在的主要问题：;图中标有阴影的单元是选定体积为V（边长为L)的立方体、内含N个粒子的模拟单元。;2.分子动力学模拟的基本步骤;模拟模型的设定;3.2平衡态分子动力学模拟理论

核心是要计算系统中所有粒子的运动规律和轨迹。

计算中需要假设：

所有粒子的运动都遵循经典牛顿力学规律；

粒子之间的相互作用满足叠加原理；;3.2平衡态分子动力学模拟;在统计物理中的正则系综模拟是针对一个粒子数N、体积V、温度T和总动量（P=0）为守恒量的系综（NVT）。这种情况就如同一个系统置于热浴之中，此时系统的能量可能有涨落，但系统温度则已经保持恒定。在正则系综的MD模拟中施加的约束与微正则系综中的不一样。正则系综MD方法是在运动方程组上加上动能恒定（即温度恒定）的约束，而不是像微正则系综的MD模拟中对运动方程加上能量恒定的约束。;1、基本运动方程;2.典型势函数;3.2.2典型势函数;?

;(3).Stillinger-Weber作用势;Stilliger-Weber作用势包括二体及三体相：;4.硬球势;3.2.3求解方法;分子动力学模拟计算;两步法;截断半径法是为了克服计算繁杂，耗费机时而引入的一种处理方法。其特点是预先选定一个截断半径rc只计算以截断半径为球体内的粒子间的作用力，而与粒子之间的距离超过截断半径时，则不考虑它们的作用。同时，系统中粒子数量很大时，还可以利用邻域列表法判断粒子的分步情况，进一步节省机时。Verlet算法的邻域列表法如图所示;;3.2.4边界条件与初值;;3.3非平衡态分子动力学模拟;1.均匀非平衡态模拟;;Sllod算法求解均匀非平衡态系统（对等温剪切流动系统）模拟的应用实例方程：;2.非均匀非平衡态分子动力学模拟

;5.量子分子动力学方法;利用这一量子分子动力学方法，可以定性地研究光辐照与动能改变及原于分裂之间的关系，从而较好地理解光与物质之间相互作用的基本机制。;思考题;感谢阅读