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。     

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．     

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。     

超临界CO_2中正烷烃溶解行为的多尺度计算机模拟

利用分子动力学和耗散粒子动力学相结合的多尺度计算机模拟方法研究正烷烃在超临界CO2中的溶解行为.先在微观尺度利用分子动力学模拟方法计算得到超临界CO2和正烷烃的密度及溶度等物性参数,再构造耗散粒子粗粒化模型,利用耗散粒子动力学模拟C39在超临界CO2中的溶解行为,通过直观图像及序参量对其溶解行为进行表征,并计算C39在超临界CO2中的最小混相压.     

基于LAMMPS系统的集群运算系统架构

为解决分子动力学计算系统LAMMPS(Large scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator)运算数据量大、不易控制的问题,应用云计算方法,设计了智能化、高效化的集群LAMMPS运算系统架构。该架构将FTP(File Transfer Protocol)存储技术、UDP(User Datagram Protocol)快速网络传输、LAMMPS分子动力学计算技术相结合,降低了运算过程中的人工干预,提高了分子模型处理效率,并为分子级别物理、化学的计算机仿真研究提供了新的集群化解决方案。     

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。     

NO基团的位置对(BEDSe-TTF)2[Fe(CN)5NO]总能量的影响

采用基于密度泛函理论的从头计算分子动力学方法,研究了(BEDSe-TTF)2[Fe(CN)5NO]中NO基团的具体指向对材料的总能量的影响,即其具体指向对(BEDSe-TTF)2[Fe(CN)5NO]的稳定态的影响.我们发现所有的NO基团平行于xoy平面而不指向任何有机分子时,(BEDSe-TTF)2[Fe(CN)5NO]是最稳定的.     

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...     

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。     

5-硝基-1-氢-四唑衍生物热分解机理的从头算分子动力学模拟及密度泛函理论研究

应用从头算分子动力学模拟方法以及密度泛函理论对5－硝基－1－氢－四唑衍生物的热解机理进行了研究。报道了三条相关的反应途径，包括直接开环途径和质子转移途径，其中N1－N2键断裂直接开环的机理与文献报道一致。而涉及质子转移的反应途径则是一个新的发现。另一条关于C5－N4键断裂直接开环的途径由于能垒较高，因此发生几率较小。