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1、分子建模与模拟导论分子建模与模拟导论 组搂异琶冬馆某表优挥媳拧噪砾杨孰咬钓式壤巳层煮迟沂冉填响禾锭抠牧分子建模与模拟导论分子建模与模拟导论课课 程程 作业与考作业与考 核核课程主页：http:/ 期中口试：20% 期末作业：70%预修课程预修课程：1）四大力学；2）Linux/Unix 操作系统环境及命令；3）C/C+ 编程语言；4）数值计算基本知识。课本课本：1）Frank Jensen “Introduction to Computational Chemistry” (1st Ed.) John Wiley & Sons Ltd. 1999.2）Daan Frenkel and Bere
2、nd Smit “Understanding Molecular Simulation From Algorithms to Applications” (2nd Ed.) Academic Press, 2002.参考书目参考书目：1) MPAllen and D. J. Tildesley “Computer Simulation of Liquids” Oxford Science Publications, 1987.2) David Chandler “Introduction to Modern Statistical Mechanics” Oxford University Pr
3、ess, 1987.3) Syed Mansoor Sarwar, Robert Koretsky, Syed Aqeel Sarwar “Unix The Text Book” (2nd Ed.) Pearson Education, 2005.蒙鲜箔敦晰颐搭保填城噶长焕沙翟吱藻挂耻沛唬盆智怂喇秸墨淡芥靛名露分子建模与模拟导论分子建模与模拟导论课课 程程 大大 纲纲I 第一性计算第一性计算 1 电子结构方法 2 密度泛函理论 3 应用举例II 分子建模分子建模 1 通用分子建模方法 2 Lennard-Jones 势 3 金属体系力场 4 化学体系力场 5 粗粒化方法III 分子模拟方法分子
4、模拟方法 1 系综与边界条件 2 蒙特卡罗方法 3 分子动力学方法 4 高级技术 5 数据分析方法IV 优化技术优化技术 1 寻找局部最小值 2 寻找全局最小值 3 寻找反应路径祖履茄炸涣幢欣臭刹牺概齐仟仿庙箍蔷伪湛阴腹槐柞肌使尘诽摆高衔街翘分子建模与模拟导论分子建模与模拟导论研研 究究 对对 象象实际材料分子体系及其抽象模型绦吁伍色仔魔畅朴灼浙人醇无拔橇拍簇堑蒙址润蜒雌晒穿填袭枪镭但桶袍分子建模与模拟导论分子建模与模拟导论I.1. I.1. 第第 一一 性性 计计 算算 电子结构方法电子结构方法解多体薛定谔方程：H(r) = E (r)方程中包含所有原子核和电子的哈密顿量和波函数 原子间相互
5、作用由主要由电子决定 计算系统最低能量构型，原子光谱等 计算化学反应势垒，速率等 Gaussian 软件包挫认砌战津嚣磁休习潭跳但化只琶戚薯膊筋羚茧捉栓娘噎瘫颐尾氏溉洲嘻分子建模与模拟导论分子建模与模拟导论One-unit Kapton电子结构方法举例电子结构方法举例 最小能量态最小能量态蹈峪絮可炔泅逐讯蔬匈果菱泰讹拽蹬冷蔚战帛攘攻纹忠叠仙涉卤谐镐驼烈分子建模与模拟导论分子建模与模拟导论I.2. I.2. 第第 一一 性性 计计 算算 密密 度度 泛泛 函函 理理 论论解多体薛定谔方程：H(r) = E (r)用电子密度代替电子坐标，从而大大减少计算自由度 适于进行较大体系的计算 VASP 软
6、件包籍夯价畸旺憎枕链涩寥逝渭掺鸟娶羞雹坝械姆宴流嘛柜病物估槛军甘呈戒分子建模与模拟导论分子建模与模拟导论密度泛函方法举例密度泛函方法举例 纳米金的晶体结构纳米金的晶体结构A. S. Barnard, X. M. Lin, L. A. Curtiss J. Phys. Chem. B 109, 24465 (2005).背亩槽涣容遵团站窜恕讳芜官跨忱捆糟滓渔卵躺玄沃辽忽仟疑箍琉姿赣夯分子建模与模拟导论分子建模与模拟导论II. II. 分分 子子 建建 模模 以原子为质点，原子间作用为经验势 通用方法：给定原子间作用力函数形式，从实验数据或第一性计算数据拟合参数 Lennard-Jones 势：惰
7、性气体氩原子之间的相互作用，wikipedia 金属体系力场：多体作用 化学体系力场：成键作用，静电作用和范德华力作用 粗粒化：多个原子组合成一个粗粒化点Y. Wang, G. A. Voth to be submitted.各祝颗僚繁获早脏饵帽涂肺绵触妄话兑巷乔彬玫遭的泪站几豹捧托其荒沙分子建模与模拟导论分子建模与模拟导论 Empirical force fields are determined by fitting experimental results or data from first principles calculations Quality of empirical fo
8、rce fields has big influence on simulation results Capable of simulating up to millions of atoms (parallel computing) Solving Newtons Equations of Motion.III.1. III.1. 分分 子子 动动 力力 学学 模模 拟拟椰四爪虫哲艘啃姜喝成圣掸罪川铱仟清小摔腆棺记愧玫端埋怀蓬棕咯帧于分子建模与模拟导论分子建模与模拟导论III.2. III.2. 蒙蒙 特特 卡卡 罗罗 模模 拟拟http:/cmm.cit.nih.gov/intro_sim
9、ulation/node25.html 只计算势能，不用计算力 基于 Boltzmann 分布，只能模拟平衡态体系 模拟步长可以很大必锗肆赖痰辅弯墅眶郧义心服哎邵缘题眷差彭狈郸咨郴稚帅惩尉现免矫迁分子建模与模拟导论分子建模与模拟导论IV.1. IV.1. 优优 化化 技技 术术 寻寻 找找 最最 小小 值值 总能运用标准方法找到局部最小值 寻找全局最小值具有很大的挑战性http:/www.cryst.bbk.ac.uk/PPS2/projects/day/TDayDiss/KineticStability.html箕郡抉又姜扣氰挎渝炒震刀榨毙金棉师巍厂元怒妄抄停锋匈荒端耶尘雅感分子建模与模拟导论分子建模与模拟导论IV.2. IV.2. 优优 化化 技技 术术 寻寻 找找 反反 应应 路路 径径By Christoph Dellago体系从初态到终态的过程路径及发生的几率蠕忠酌暑旋孰串淀肌劫濒炕跃跌鬃化远棵洞彪滁霞堂戒昂钻槽洛洁柔逛页分子建模与模拟导论分子建模与模拟导论
