恒压MD模拟
2022-10-05 07:55 作者:邱新龙分子模拟小破屋 | 我要投稿
1.比例系数恒压法
正如希望在MD模拟中控制系统的温度一样,也希望控制系统的压力。与 现实世界中的实验方法一致,MD模拟也是通过调整系统体积的方法控制系统的 压力。系统压力和体积的变化由等温压缩系数关联,

压力的调控算法与温度调控算法类似。在Berendsen的恒压活塞算法中,压力调控通过下式进行,

式中,τp为压力阻尼时间;Ppiston为由活塞强加于系统的压力;P(t)为t时刻系统的实际压力。由此可以得到系统的体积乘数儿

与温度的调控不同,如果通过在系统中各个粒子的位置坐标上乘以一个系数 的方法,从而达到调整系统体积、控制压力的目的,则系统中原子间的键长也将 被调整,引起错误的模拟结果。因此,简单的乘数算法不能用于模拟压力的调 控,分子体系的实际模拟算法较上述方法复杂。另外一个重要的区别是,MD模 拟中的温度虽有波动,但并不显著;相反,MD模拟中的压力波动巨大,是体系 各种热力学量中波动最大的之一。
2. Andersen扩展体系法
在Andersen扩展系统算法中,系统的哈密顿函数增加一扩展自由度项,与 系统体积对应,其动能和势能分别为

,M为活塞的质量。 Andersen提出的扩展体系恒压法是对MD模拟的重要贡献,后来启发Nose提出 扩展体系恒温法,以及MD模拟理论等一系列重大发展。但是,Andersen扩展 体系恒压法只允许中心元胞的体积作等比例的变化,不允许中心元胞形状的任何 变化。后来,Parrinello和Rahman提岀的推广方法,才允许中心元胞体积和形 状的同时变化。
