分子动力学模拟的理论与实践

序

前言

第1章 绪言

1.1 分子动力学模拟的发展历史

1.2 MD模拟的应用与意义

1.3 MD模拟的发展趋势

第2章 分子的物理模型

2.1 分子的物理模型在化学中的作用

2.2 原子、分子的几何模型

2.3 分子的经典力学模型

2.4 分子的量子力学模型

第3章 分子间相互作用

3.1 分子间相互作用与势函数

3.2 分子间特殊势函数

3.3 分子间相互作用的起源

3.4 氢键相互作用

3.5 常用分子间相互作用势函数

3.6 无机巨分子物质的势函数

3.7 金属势

3.8 近程相互作用和长程相互作用

第4章 常用分子力场

4.1 水分子力场

4.2 分子力场的种类

4.3 MMn系列分子力场

4.4 全原子分子力场

4.5 联合原子分子力场

4.6 量子化学分子力场

4.7 通用力场

第5章 分子体系的运动方程及其数值解

5.1 分子体系的运动方程(牛顿第二定律)

5.2 分子体系的运动方程(哈密顿运动方程)

5.3 常微分方程的数值解

5.4 分子体系运动方程的求解思路

5.5 分子体系运动方程的数值解

5.6 刚体运动方程的解

5.7 约束动力学

第6章 分子动力学模拟的技巧

6.1 周期性边界条件

6.2 势函数的计算技巧

6.3 长程力的计算

6.4 温度和压力控制技术

第7章 MD模拟的统计力学基础

7.1 热力学的基本概念

7.2 统计系综和可实现状态

7.3 各态历经假设与MD模拟

7.4 体系可实现状态数的估计

7.5 统计系综的概率分布

7.6 非Hamilton体系的统计理论

7.7 演化算符与差分格式

第8章 第一性原理分子动力学模拟

8.1 经典MD模拟的局限性

8.2 BOMD和CPMD模拟方法

8.3 平面波基函数

8.4 赝势

8.5 PIMD模拟

8.6 质子在甲醇分子和水分子之间迁移过程的AIMD模拟

第9章 分子动力学模拟的应用

9.1 MD模拟的计算机软硬件

9.2 模拟体系分子模型的建立

9.3 MD模拟的初始条件

9.4 MD模拟技术参数的确定

9.5 MD模拟的过程

9.6 MD模拟结果的处理

第10章 分子力场的构建与MD模拟的应用实例

10.1 聚炔分子力场的构建

10.2 锂离子电池电解液的MD模拟

第11章 与MD模拟有关的其他分子模拟方法

11.1 非平衡分子动力学模拟

11.3 耗散粒子动力学

11.4 Monte Carlo模拟

参考文献

附录 术语约定

索引

分子动力学模拟是近年来飞速发展的一种分子模拟方法，它以经典力学、量子力学、统计力学为基础，通过计算机数值求解分子体系运动方程的方法，模拟研究分子体系的性质。目前，分子模拟已经成为继实验和理论研究方法之后，研究分子体系性质的第三种研究方法，被广泛用于化学、化工、生物、医药、材料科学、物理等领域。全书容分为三个部分：㈠介绍分子的物理模型，分子间相互作用，以及常用的分子力场。㈡介绍分子动力学模拟的基本原理与方法，包括分子体系运动方程的数值解方法、分子动力学模拟方法的理论基础等。㈢介绍常用的分子动力学模拟算法和技巧，模拟结果的分析与讨论。考虑到与分子动力学模拟有关的文献中理论框架、术语、符号等的不统一给读者带来的不便，《分子动力学模拟的理论与实践》将以分子的物理模型、分子动力学模拟的理论基础、模拟结果的分析与讨论这样的框架介绍分子动力学模拟。同时，《分子动力学模拟的理论与实践》将努力建立一套统一的术语和符号，以期给读者最大的方便。