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多体系统—分子动力学 Multi-body System Molecular Dynamics 引 言  物质基本构成—分子、原子 • 在分子、原子这个微观水平上来考察物质：多体 世界 • 查清楚微观世界，宏观就清楚了  从微观考虑问题的现实可行性  从微观考虑问题的必要性 • 物性的观测性参数：热传导、温度、压力、粘 性、... …  微观处理的前提 • 已知微观粒子间的相互作用  假设 • 分子为球，惰性，分子间的作用只取决于分子间 的距离  分子动力学(Molecular Dynamics，MD) MD的应用  领域：物理、化学、生物、材料等  MD方法能实时将分子的动态行为显示到计算机屏 幕上, 便于直观了解体系在一定条件下的演变过程  MD含温度与时间, 因此还可得到如材料的玻璃化转 变温度、热容、晶体结晶过程、输送过程、膨胀过 程、动态弛豫(relax)以及体系在外场作用下的变化 过程等  水和离子在微小硅孔中的运动  聚乙烯的结晶 MD的基本原理  用牛顿经典力学计算许多分子在相空间中的 轨迹 • 求解系统中的分子或原子间作用势能和系统外加 约束共同作用的分子或原子的牛顿方程。 • 模拟系统随时间推进的微观过程。 • 通过统计方法得到系统的平衡参数或输运性质 • 计算程序较为复杂，占用较多内存 MD的主要步骤  选取要研究的系统及其边界，选取系统内粒 子间的作用势能模型  设定系统中粒子的初始位置和初始动量  建立模拟算法，计算粒子间作用力及各粒子 的速度和位置  当体系达到平衡后，依据相关的统计公式， 获得各宏观参数和输运性质 分子间势能及相互作用  N个粒子系统的总势能 V V (r ) V (r ) V (r )  12 13 1N V (r23 ) V (r2 N )   V (rN -1, N ) N  V (r ) ij i j 1 V V V d r d r r -  r  d  r  d d 