[學(xué)習(xí)]分子建模與模擬導(dǎo)論

1、分子建模與模擬導(dǎo)論,課 程 作業(yè)與考 核,課程主頁：http://power.itp.ac.cn/~wangyt/class/fall_09/md.htm八次日常作業(yè)，一個(gè)期末上機(jī)作業(yè)日常作業(yè)：10% 期中口試：20% 期末作業(yè)：70%,預(yù)修課程：1）四大力學(xué)；2）Linux/Unix 操作系統(tǒng)環(huán)境及命令；3）C/C++ 編程語言；4）數(shù)值計(jì)算基本知識(shí)。課本：1）Frank Jensen

2、 “Introduction to Computational Chemistry” (1st Ed.) John Wiley & Sons Ltd. 1999.2）Daan Frenkel and Berend Smit “Understanding Molecular Simulation — From Algorithms to Applications” (2nd Ed.) Academic Press, 2002.

3、參考書目：1) M．P．Allen and D. J. Tildesley “Computer Simulation of Liquids” Oxford Science Publications, 1987.2) David Chandler “Introduction to Modern Statistical Mechanics” Oxford University Press, 1987.3) Syed Mansoor

4、Sarwar, Robert Koretsky, Syed Aqeel Sarwar “Unix — The Text Book” (2nd Ed.) Pearson Education, 2005.,課 程 大 綱,I． 第一性計(jì)算 1． 電子結(jié)構(gòu)方法 2． 密度泛函理論 3． 應(yīng)用舉例II． 分子建模 1． 通用分子建模方法 2． Lennard-Jones 勢(shì) 3

5、． 金屬體系力場(chǎng) 4． 化學(xué)體系力場(chǎng) 5． 粗?；椒?III． 分子模擬方法 1． 系綜與邊界條件 2． 蒙特卡羅方法 3． 分子動(dòng)力學(xué)方法 4． 高級(jí)技術(shù) 5． 數(shù)據(jù)分析方法IV． 優(yōu)化技術(shù) 1． 尋找局部最小值 2． 尋找全局最小值 3． 尋找反應(yīng)路徑,研 究 對(duì) 象,實(shí)際材料分子體系及其抽象模型,

6、,I.1. 第 一 性 計(jì) 算 ? 電子結(jié)構(gòu)方法,解多體薛定諤方程：HΨ({r}) = E Ψ ({r})方程中包含所有原子核和電子的哈密頓量和波函數(shù),原子間相互作用由主要由電子決定 計(jì)算系統(tǒng)最低能量構(gòu)型，原子光譜等 計(jì)算化學(xué)反應(yīng)勢(shì)壘，速率等 Gaussian 軟件包,One-unit Kapton,電子結(jié)構(gòu)方法舉例 ? 最小能量態(tài),I.2. 第 一 性 計(jì) 算 ? 密 度 泛 函 理 論,解多體薛定諤方程：HΨ(ρ({

7、r})) = E Ψ (ρ({r}))用電子密度代替電子坐標(biāo)，從而大大減少計(jì)算自由度,適于進(jìn)行較大體系的計(jì)算 VASP 軟件包,密度泛函方法舉例 ? 納米金的晶體結(jié)構(gòu),A. S. Barnard, X. M. Lin, L. A. Curtiss J. Phys. Chem. B 109, 24465 (2005).,II. 分 子 建 模,以原子為質(zhì)點(diǎn)，原子間作用為經(jīng)驗(yàn)勢(shì) 通用方法：給定原子間作用力函數(shù)形式，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或

8、第一性計(jì)算數(shù)據(jù)擬合參數(shù) Lennard-Jones 勢(shì)：惰性氣體,氬原子之間的相互作用，wikipedia,金屬體系力場(chǎng)：多體作用 化學(xué)體系力場(chǎng)：成鍵作用，靜電作用和范德華力作用,粗?；憾鄠€(gè)原子組合成一個(gè)粗?；c(diǎn),Y. Wang, G. A. Voth to be submitted.,,,,,,,,,,,,,Empirical force fields are determined by fitting

9、experimental results or data from first principles calculations Quality of empirical force fields has big influence on simulation results Capable of simulating up to millions of atoms (parallel computing),Solving Newto

10、n’s Equations of Motion.,III.1. 分 子 動(dòng) 力 學(xué) 模 擬,III.2. 蒙 特 卡 羅 模 擬,http://cmm.cit.nih.gov/intro_simulation/node25.html,只計(jì)算勢(shì)能，不用計(jì)算力 基于 Boltzmann 分布，只能模擬平衡態(tài)體系 模擬步長(zhǎng)可以很大,IV.1. 優(yōu) 化 技 術(shù) ? 尋 找 最 小 值,總能運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)方法找到局部最小值 尋找全局最小值具