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hufeng

新虫 (正式写手)

[交流] 【求助】请教分子力学与分子动力学的区别

网上有人如下解释二者的区别,可还是不明白,分子力学的需不需要求解牛顿运动方程?在分子力学中分子的电子波函数需要求解不?分子动力学需要求解电子波函数不?

分子动力学模拟(Molecular dynamics simulation)简称为MD模拟,其基本模拟过程是在一定系综及已知分子位能函数的条件下,从计算分子间作用力着手,求解牛顿运动方程,得到体系中每个分子微观状态随时间的真正变化,再将粒子的位置和动量组成的微观状态对时间平均,即可求出体系的压力、能量、粘度等宏观性质以及组成粒子的空间分布等微观结构。该方法既可计算体系的平衡性质,也可计算体系的各种动力学性质。

分子力学是用计算机在原子水平上模拟给定分子模型的结构与性质,进而得到分子的各种物理性质与化学性质,如结构参数、振动频率、构象能量、相互作用能量、偶极矩、密度、摩尔体积、汽化焓等。用于复杂体系的计算,Force Field (力场):
Amber
CHARMM
OPLS
UFF

[ Last edited by hufeng on 2008-3-7 at 20:12 ]
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huairpan

木虫 (正式写手)

很牛


lei0736(金币+1,VIP+0):多谢
分子动力学模拟是需要给系统一个随机的力,可以跨越势垒;而分子力学在计算之初没有给系统能量,不能跨越势垒。就知道这点区别,有不正确的地方还望高人指点。

[ Last edited by huairpan on 2008-3-7 at 21:05 ]
我思故我在
2楼2008-03-07 21:04:19
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youmufeng

铁虫 (小有名气)

★ ★
lei0736(金币+2,VIP+0):谢谢解答
计算机辅助药物设计应用计算机的计算功能来计算分子三维结构,所基于的理论计算大体有3种:量子化学,分子力学和分子动力学。
量子化学:应用量子力学的原理和方法研究分子的微观结构,是研究分子结构和性质的最重要的方法之一。
分子力学:又称为立场方法,是基于经典牛顿力学方程的一种计算分子的平衡结构和能量的方法。
分子动力学:是基于经典牛顿力学的又一种分子模拟方法。
量子化学和分子力学都用于研究分子结构,二者的主要区别在于:量子化学主要处理对象为电子,其运动服从量子力学规律;而分子力学是经验力场模型,以原子为质点,服从经典力学运动规律。
与分子力学不同,分子动力学求解的是随时间变化的分子的状态、行为和过程。
依据这些定义,可以解答你的问题:分子力学需要牛顿运动方程
分子力学和分子动力学均不需要求解电子的波函数。
3楼2008-03-07 21:20:18
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hufeng

新虫 (正式写手)

感谢二位解答,可是如果我们使用VASP计算分子动力学,也能进行。问题是在VASP
中分子动力学估计是求解薛定谔方程,这样看来分子动力学也有求解薛定谔方程,不求解牛顿方程的情况。不知上述观点对不对?等待高人继续解答。
4楼2008-03-08 17:07:51
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youmufeng

铁虫 (小有名气)

没有用过VASP,但看起软件介绍如下:
VAMP/VASP is a package for performing ab-initio quantum-mechanical molecular dynamics (MD) using pseudopotentials and a plane wave basis set. The approach implemented in VAMP/VASP is based on a finite-temperature local-density approximation (with the free energy as variational quantity) and an exact evaluation of the instantaneous electronic ground state at each MD-step using efficient matrix diagonalization schemes and an efficient Pulay mixing. These techniques avoid all problems occurring in the original Car-Parrinello method which is based on the simultaneous integration of electronic and ionic equations of motion. The interaction between ions and electrons is described using ultrasoft Vanderbilt pseudopotentials (US-PP) or the projector augmented wave method (PAW). Both techniques allow a considerable reduction of the necessary number of plane-waves per atom for transition metals and first row elements. Forces and stress can be easily calculated with VAMP/VASP and used to relax atoms into their instantaneous groundstate.

主要是应用QM和MM相结合的方法,一般QM/MM模型把体系分三部分,即量子力学区域,分子力学区域和交叉区域。各区域用各自算法,引入分子力学的处理方法主要是为了简化计算而已
5楼2008-03-20 12:38:52
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youmufeng

铁虫 (小有名气)

上面是分析静态的,在动态时就涉及到引用动力学来处理,简化计算
6楼2008-03-20 13:07:14
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sunmuer

木虫 (小有名气)

分子动力学用的方程依然是牛顿方程,没有薛定谔方程,所以不论怎样,应该都不会解薛定谔方程。
PS:薛定谔方程解的是波函数,是电子/原子水平的方程,而分子动力学依然是一种力场方法,是分子水平的。所以,分子动力学不会解薛定谔方程!
出清水而不染
7楼2008-03-20 13:49:43
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