分子动力学(清华课件).ppt

分子动力学方法

MolecularDynamicsSimulation1.特点：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。微观尺度材料设计??分子动力学分子动力学的应用-薄膜生长分子动力学的应用-薄膜生长分子动力学的应用-脆性断裂分子动力学的应用-晶界行为分子动力学的应用-纳米晶体TiO2ProbeWithdrawalTiO2probeWithdrawal分子动力学相关软件ABINIT：主程序使用赝势和平面波，用密度泛函理论计算总能量，电荷密度，分子和周期性固体的电子结构，进行几何优化和分子动力学模拟，用TDDFT（对分子）或GW近似（多体微扰理论）计算激发态。此外还提供了大量的工具程序。程序的基组库包括了元素周期表1-109号所有元素。ABINIT适于固体物理，材料科学，化学和材料工程的研究，包括固体，分子，材料的表面，以及界面，如导体、半导体、绝缘体和金属。MaterialsStudio是专门为材料科学领域研究者所涉及的一款可运行在PC上的模拟软件。他可以帮助你解决当今化学、材料工业中的一系列重要问题。支持Windows98、NT、Unix以及Linux等多种操作平台的MaterialsStudio使化学及材料科学的研究者们能更方便的建立三维分子模型，深入的分析有机、无机晶体、无定形材料以及聚合物。

0.1eV10.0eVMorphologiesofAu/Au(001)filmsatvariousincidentenergy分子动力学的应用-薄膜生长T=300KT=713KEpitaxialgrowthprocessofSrOonSrTiO3(100)surfaceterminatedbyTiO2atomiclayerKuboetal,J.ChemPhys.109(1998)SimulatingContact(TiO2)(a)(b)(c)Gromacs：是荷兰Groningen大学一个组开发的分子动力学模拟软件包，是一个生物大分子的分子动力学模拟软件

Namd：(NAnoscaleMolecularDynamics)cansimulatethemovementofproteinswithmillionsofatoms,makingittheworldsfastestparallelmoleculardynamicsprogramCHARMm:由哈佛大学开发的分子力学计算工具。可以为用户提供处理各种小分子、大分子(包括蛋白质、核酸和糖)的经验化能量计算,模拟过程提供了有关分子结构、相互作用、能量等信息。Amber：用于分子（特别是生物大分子）的动力学模拟以及小分子与大分子相互作用的研究工具VMD,Guassion等：**分子动力学模拟方法可以看作是体系在一段时间内的发展过程的模拟。在这样的处理过程中我们可以看出：分子动力学方法中不存在任何随机因素。在分子动力学方法处理过程中，方程组的建立是通过对物理体系的微观数学描述给出的。在这个微观的物理体系中，每个分子都各自服从经典的牛顿力学。每个分子运动是用理论力学上的哈密顿量或者拉格朗日量来描述，也可以直接用牛顿运动方程来描述。系统的动力学机制决定运动方程的形式这种方法可以处理与时间有关的过程，因而可以处理非平衡态问题。但是使用该方法的程序较复杂，计算量大，占内存也多。适用范围广泛：原则上，分子动力学方法所适用的微观物理体系并无什么限制。这个方法适用的体系既可以是少体系统，也可以是多体系统；既可以是点粒子体系，也可以是具有内部结构的体系；处理的微观客体既可以是分子，也可以是其它的微观粒子。实际使用的限制:一个是有限观测时间的限制；另一个是有限系统大小的限制。通常人们感兴趣的是体系在热力学极限下（即粒子数目趋于无穷时）的性质。但是计算机模拟允许的体系大小要比热力学极限小得多，因此可能会出现有限尺寸效应。自五十年代中期开始，分子动力学方法得到了广泛的应用。它与蒙特卡洛方法一起已经成为计算机模拟的重要方法。应用分子动力学方法取得了许多重要成果，例如气体或液体的状态方程、相变问题、吸附问题等，以及非平衡过程的研究。为了减小有限尺寸效应，人