从头计算分子动力学方法及其应用

从头计算分子动力学方法把密度泛函理论和分子动力学方法有机地结合起来,使电子的极化效应及化学键的本质均可用计算机分子模拟方法进行研究,是目前计算机模拟实验中最先进、最重要的方法之一。文章简述了从头计算分子动力学方法的基本原理,介绍了该方法在水、水溶液及其他氢键液体的结构与动力学研究中的应用。     

从头计算分子动力学的理论基础

本介绍了基于密度泛函理论的从头计算分子动力学的理论基础,具体推导了HatreeFock方程和Kohn-Sham方程,并给出了运用从头计算分子动力学方法进行现代新材料的设计以及计算晶体材料电子结构的流程图。     

用多极矩展开方法计算H2分子间的相互作用对势

分子间相互作用对势是利用分子动力学研究物态性质的重要基础．作者利用多极矩展开方法，获得了H2-H2的从头算相互作用对势．采用从头算分子结构程序，先计算了3种不同数目特定构型下的相互作用势，再由此荻取多极矩的展开系数，构造相互作用对势，并对不同的展开方法下荻取的H2-H2的相互作用对势进行了分析比较．     

用第一性原理计算硅单空位缺陷

采用分子动力学模型及共轭梯度,并在局域密度挖下,用密度泛函的方法从头计算了硅单晶的晶格常数、单空位缺陷能等。计算结果表明,在硅单晶中,单空位邻近的硅原子会发一弛豫,使对称性下降;两个单空位有可能形成一个双空位。     

高密度氢的从头计算分子动力学模拟

运用从头计算分子动力学方法模拟研究了两种密度（rs=0.62、1．24）下的高密度氢,确定了切断能与总能量的关系,并给出了离子和电子的互作用随距离的变化关系,最后得出当rs不大于0．62时高密度氢表现为等离子体相。     

钠原子团簇性质研究

我们发展了一个距离相关的紧密结合分子动力学模型来系统地研究钠原子团簇Ｎａｎ的结构、热力学和碰撞动力学性质，计算结果能够很好地符合从头计算法的计算结果和实验结果。同时我们也探讨了这种有限数目团簇随温度升高可能发生的从类固相到类液相的相变和碰撞过程中形成的双团簇的动力学稳定性。     

氩气热力学参数和输运系数的分子动力学模拟

运用一维分子动力学模拟的方法计算了由氩气分子组成系统的热力学参数和输运系数，并与相应的三维分子动力学模拟的结果及实验数据进行了比较，发现运用一维分子动力学模拟能够得到比较接近宏观真实系统的某些物理性质，并减少计算时间。该方法能够模拟计算分子数目更多的系统。因此，对所研究系统的某些物理性质来说，一维分子动力学模拟是一种有效的分子模拟方法。     

从头算价键理论的研究进展

作为现代化学键理论之一,价键理论为分子电子结构性质和化学反应机理提供了直观的化学图像理解.虽然当前分子轨道理论占据着量子电子结构研究的主导地位,但是随着计算机运算能力的迅速提升以及量子理论计算算法的日益完善,从头算价键理论重新引起了人们的重视.本文简要回顾了40年来从头算价键理论方法所取得的突破,着重阐述厦门大学化学键理论研究团队在这一领域取得的研究进展.首先介绍早期从头算价键理论方法的发展历史;然后讨论从头算价键理论中的计算方法,包括最基本的价键自洽场方法,在此基础上考虑动态电子相关的价键计算方法,以及溶液环境下的计算方法;最后简要介绍价键理论中的矩阵元计算方法以及国际上具有重要影响的从头算价键程序,并展望未来发展方向.     

几种碳团簇的几何构型及电子结构的计算

对电子结构计算中常用的量子化学从头算方法及几种量子化学半经验计算方法进行了讨论，采用这几种电子结构计算方法对C4、C8、C20和C60团簇的几何构型进行了优化，并对几种计算结果进行了比较．对于碳团簇MINDO／3、MNDO、MNDO／d、AM1及PM3五种半经验方法与从头算方法计算结果接近，而且极大地缩短了计算时间。     

准分子动力学

分子动力学计算机模拟是研究复杂凝聚态系统的有力工具，但存在着时间尺度和空间尺度小的局限性。准分子动力学方法，有望成为研究凝聚态系统的跨尺度问题的有力工具。对径受压圆盘的算例表明，准分子动力学方法在解决大尺度力学问题时是有效的。     

Zr53Cu18.7Ni12Al16.3过冷熔体的原子结构以及动力学性质的研究

本文采用第一性原理分子动力学方法,模拟了Zr53Cu18.7Ni12Al16.3过冷液体的原子结构,以及其对动力学性质的影响.通过对Al原子周围的偏对分布函数的分析,发现该过冷液体的原子结构可用以Al原子为中心的团簇来表征.这种局域结构稳定程度的空间不均匀性,导致了过冷液体的动力学在空间分布上的不均匀性,即出现速度较慢的原子.这种慢原子的出现,使得该过冷液体在过冷相区内发生动力学迟缓,从而抑制了晶化.     

Efficient and reproducible folding simulations of the Trp-cage protein with multiscale molecular dynamics

Folding simulations are often time-consuming or highly sensitive to the initial conformation of the simulation even for mini protein like the Trp-cage. Here, we present a multiscale molecular dynamics method which appears to be both efficient and insensitive to the starting conformation based on the testing results from the Trp-cage protein. In this method the simulated system is simultaneously mod- eled on atoms and coarse-grained particles with incremental coarsening levels. The dynamics of coarse-grained particles are adapted to the recent trajectories of finer-grained particles instead of fixed and parameterized energy functions as used in previous coarse-grained models. In addition, the compositions of coarse-grained particles are allowed to be updated automatically based on the coherence during its history. Starting from the fully extended conformation and other several different conformations of the Trp-cage protein, our method successfully finds out the native-like conformations of the Trp-cage protein in the largest cluster of the trajectories in all of the eight performed simulations within at most 10 ns simulation time. The results show that approaches based on multiscale modeling are promising for ab initio protein structure prediction.     

液态甲胺中双稳态溶剂化双电子:神秘的自旋交叉动力学及双电子交换

本文利用从头算分子动力学模拟研究了一类普适液体介质(液态甲胺)中溶剂化双电子的结构及动力学行为,揭示了其独特的结构特征及时间演化动力学, 特别是发现了溶剂化双电子具有迷人的自旋交叉动力学特征,是一类双稳态的双极化子。模拟结果表明,液态甲胺中2个电子优先定域于2个独立的溶剂笼,且进行非协同时间演化。单态时具有稳态动力学演化特征,而三态时则表现为电子交换动力学。非常有趣的是单态及三态轨迹均表明此类动态双极化子展现了双稳态,在时间演化上呈现铁磁态与反铁磁态之间频繁的自旋转换。本工作首次详细报道了一类广泛应用液态介质中双稳态溶剂化双电子的动态自旋交叉现象及动力学规律,为探索此类磁性液体的实际应用提供了新的见解。     

分子动力学模拟在钙基地聚合物研究中的进展

随着材料研究从宏观到微观逐步发展的趋势,分子动力学模拟成为研究材料微观结构的重要手段。基于分子动力模拟在钙基地聚合物的研究,综述了分子动力学的基本理论,详细介绍了分子动力学模拟对钙基地聚合物中C—S—H、N—A—S—H和C—A—S—H凝胶的研究进展。通过模拟得到的数据,同已有的实验数据进行对比,验证了计算机模拟的可操作性。最后,指出当前研究中存在的问题并对下一步的工作进行了展望。     

金刚石（100）表面dimer重构的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟（MDS）研究了金刚石（100）表面的重构特性．模拟中采用Brenner导出的多体参数化势模拟系统特性,并采用Langevin分子动力学方法模拟系统的退火过程．结果表明,对dimer重构的金刚石（100）表面进行弛豫,得到稳定的C（100）-（2×1）重构基态结构．该结构为对称dimer结构,其中dimer键长1．38A,计算得到的重构能为-3．02eV／dimer,与ab initio方法计算结果及实验结果都符合较好．     

分子和金表面相互作用的第一性原理研究

充氢官能团可以很强地吸附于金表面上，从而可作为连接体用于纳米电子学中的分子器件。我们从第一性原理出发利用密度泛函理论研究了SH－C8H16－SH分子和金表面的相互作用，并利用前线轨道理论和微扰理论定量地确定了该相互作用能常数。     

Neural network representation of electronic structure from ab initio molecular dynamics

Despite their rich information content,electronic structure data amassed at high volumes in ab initio molecular dynamics simulations are generally under-utilize...     

模型势函数的正则坐标展式确定多原子分子力场的研究

提出了直接在正则坐标下模拟多原子分子力场的方法，在正则坐标下，势能函数的展开式无交叉项，整个模拟过程是以大大简化，用此方法，我们在ａｂ ｉｎｉｔｉｏ水平上获得了多原子分子的力常数，将其用于分子振动分析计算，所得结果优于从头算梯度法等其它理论方法的结果。     

六次指数势的正则系综分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟正则系综中高密度氢在六次指数势作用下的动力学行为,考察了系统动能,势能和总能量随模拟时间步的变化关系。