【摘要】 分子力场计算方法与严格的量子力学算法相比,最大的特点就是处理体系很大。

分子模拟中分子力场计算方法与严格的量子力学算法相比,最大的特点就是处理体系很大。在分子力场的算法中很多的参数来自于广泛实验数据的拟和和严格量子力学计算,因此这类算法不仅在重复实验结构方面很适用,而且部分量子效应也包含在这些半经验的算法中了。分子力场算法特点可归纳为以下几点:

 

1. 处理体系大小与量子力学计算相比要大几个数量级,因此采用分子力场算法可以模拟凝聚态分子体系,生物大分子(蛋白质,多肽结构),晶体结构,有机和无机化合物分子等,计算方面主要是计算一些与微观量子效应不敏感的性质,如相组织的分离,状态方程以及键能等。

 

2. 可以对构成体系总能量的各个部分进行单独分析,比如前面提到的能量计算中键能由成键作用,非键作用以及交叉作用等构成,可以单独分析这些作用产生的物理效应。

 

3. 在分子力场计算中可以方便的引入各种约束条件,比如固定结构中部分原子的坐标,固定晶体晶格常数,晶体体积等,这些约束在研究类似于界面问题时是很重要的。

 

一般而言,分子力场函数由以下几个部分构成:

 

键伸缩能:构成分子的各个化学键在键轴方向上的伸缩运动所引起的能量变化;

 

键角弯曲能:键角变化引起的分子能量变化;

 

二面角扭曲能:单键旋转引起分子骨架扭曲所产生的能量变化;

 

非键相互作用:包括范德华力、静电相互作用等与能量有关的非键相互作用;

 

交叉能量项:上述作用之间耦合引起的能量变化。

 

参考文献

[1] 赵立峰. 分子力场方法及其在材料科学中的若干应用问题[D]. 上海交通大学, 2008.

 

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