Diseñe y resuelva pasos de simulación de dinámica molecular de desequilibrio y qué libros se deben tomar prestados.

El primer paso

es la configuración del modelo, que es la selección de la función potencial. El estudio de funciones potenciales está estrechamente relacionado con la descripción de la materia en sistemas físicos. El más temprano es el potencial de esfera dura, que es infinito cuando es menor que el valor crítico y cero cuando es mayor o igual al valor crítico. Las más utilizadas son la función potencial LJ y la función potencial EAM. Los diferentes estados materiales se describen mediante diferentes funciones potenciales.

Una vez determinada la función potencial del modelo, las cantidades conservadas en la simulación se pueden derivar de las leyes de la física.

Paso 2

Dar las condiciones iniciales. Resolver las ecuaciones de movimiento requiere conocer la posición inicial y la velocidad de las partículas, y diferentes algoritmos requieren diferentes condiciones iniciales. Por ejemplo, el algoritmo Verlet requiere dos conjuntos de coordenadas para iniciar el cálculo, un conjunto de coordenadas en tiempo cero, un conjunto de coordenadas un paso adelante o un conjunto de valores de velocidad en tiempo cero.

En términos generales, es imposible conocer las condiciones iniciales del sistema y, de hecho, no es necesario elegir con precisión las condiciones iniciales del sistema, porque cuando el ejercicio de simulación es lo suficientemente largo, el sistema olvidará las condiciones iniciales. Por supuesto, condiciones iniciales razonables pueden acelerar el tiempo y el ritmo para que el sistema alcance el equilibrio y obtenga una buena precisión.

Las condiciones iniciales comúnmente utilizadas se pueden seleccionar de la siguiente manera: la posición inicial está en la cuadrícula de la cuadrícula diferencial y la velocidad inicial se muestrea aleatoriamente de la distribución de Boltzmann; la posición inicial se desvía aleatoriamente de la cuadrícula de; la cuadrícula diferencial. La velocidad inicial es cero; la velocidad inicial también se muestrea aleatoriamente a partir de una distribución de Boltzmann en una cuadrícula con posiciones iniciales que se desvían aleatoriamente de la cuadrícula diferencial.

El tercer paso

Tiende a equilibrar el cálculo. Dadas las condiciones de contorno y las condiciones iniciales, se pueden resolver las ecuaciones de movimiento y realizar simulaciones de dinámica molecular. Pero el sistema calculado de esta manera no tendrá la energía requerida y este estado en sí no es un estado de equilibrio.

Para equilibrar el sistema se diseña en la simulación un proceso de equilibrio, es decir, en este proceso, añadimos o quitamos energía al sistema hasta que se dé un determinado valor energético de forma continua. Decimos que el sistema ha alcanzado el equilibrio en este punto. El tiempo para alcanzar el equilibrio se llama tiempo de relajación.

En dinámica molecular, la elección del paso de tiempo es muy importante, ya que determina el tiempo necesario para la simulación. Para reducir el error, el tamaño del paso debe ser pequeño, pero si es pequeño, el tiempo de relajación de la simulación del sistema será largo. Así que elija el tamaño de paso adecuado según la experiencia. Por ejemplo, para la función potencial lj de un sistema con cientos de moléculas de Ar en argón, se encontró que tomar H como 0,01 da un buen diagrama de fases. La H elegida aquí no tiene dimensiones. De hecho, el tiempo correspondiente a H seleccionado de esta manera es del orden de 10-14 s. Si la simulación se realiza durante 1000 pasos, el sistema alcanza el equilibrio y el tiempo de relajación es de sólo 10-11 s.

Paso 4

Cálculo de cantidades físicas macroscópicas. El cálculo real de cantidades físicas macroscópicas suele realizarse en la etapa final de la simulación. Se calcula promediando a lo largo de la trayectoria del espacio de fase (el promedio de tiempo reemplaza el promedio del conjunto) y los problemas específicos se analizan en detalle.

Hasta donde yo sé, actualmente no hay libros sobre dinámica molecular, pero la introducción a la dinámica molecular en los libros de simulación molecular es relativamente completa. Puede consultar dichos libros. Actualmente, el libro escrito por el profesor Cheng de la Universidad Sun Yat-sen de Taiwán es muy bueno. Puede descargar la versión electrónica en línea. Espero que le resulte útil.