分子動力學

分子動力學 (分子動力學, 英語 : molecular dynamics )에서는 物理系의 原子 들 사이의 퍼텐셜 或은 힘이 주어졌을 때 이를 利用해서 뉴턴 의 運動方程式 을 數値的으로 풀어냄으로써 原子들의 動力學을 計算한다. 數値的으로 運動方程式을 적분하기 때문에 時間은 不連續的인 것을 다룬다. 分子動力學은 몬테카를로 方法 과는 달리 힘의 方向으로 原子를 움직여 주기 때문에 決定論敵人電算시늉 方法이다. 에르고딕 家庭 이 成立한다고 할 때 分子動力學方法에서 計算한 物理量은 몬테카를로 方法에서 計算한 값과 같게 된다.

힘을 求하는 方法 [ 編輯 ]

原子間의 퍼텐셜을 어떻게 求하는가에 따라 經驗的인 퍼텐셜과 量子力學敵人 퍼텐셜로 크게 나눌 수 있다. 經驗的 퍼텐셜의 境遇實驗값에 잘 맞도록 媒介變數를 定한다. 이 境遇 힘은 單純히 퍼텐셜을 微分하는 것으로 求할 수 있다. 量子力學的인 퍼텐셜을 使用할 때는 헬만-파인만 整理 를 利用하여 힘을 救한다.

運動方程式을 푸는 方法 [ 編輯 ]

第一單純한 方法은 오일러 方法 을 두番쓰는 것이겠지만 實際로 誤差가 너무 甚하기 때문에 使用되지 않는다. 單純하면서 誤差가 甚하지 않는 方法으로 널리 使用되는 것으로 벌렛(Verlet)方法이 있다. 벌렛方法은 또 位置 벌렛方法과 速度 벌렛方法이 있다. 벌렛方法이 많이 쓰이고 또 單純하기 때문에 여러 가지 變形이 있는데 代表的인 것으로 肥滿(Beeman)方法과 靑개구리(Leap-frog)方法이 있다. 이들 方法外에도 기어(Gear)가 考案한 豫測子-數亭子形態의 기어方法도 있다.

分子動力學法 [ 編輯 ]

分子動力學法 ( MD法 ) 이란 2個 또는 그 以上의 原子間 퍼텐셜 아래 古典力學 의 뉴턴 方程式을 풀어 系의 靜寂 및 動的인 安定構造와 動的過程 (dynamics)을 解釋하는 方法이다.

定溫, 靜壓, 靜穩定壓, 政 에너지, 政敵, 政化學퍼텐셜, 그랜드 캐너니컬과 같은 여러 가지 앙상블 計算이 可能하다. 또한, 結合 길이와 位置의 固定等 여러 가지 拘束條件을 追加하는 것도 可能하다. 計算對象은 表面 , 界面 , 클러스터 等多樣한 契를 取扱한다.

取扱할 수 있는 系의 規模로는 數億原子로 이루어진 系의 計算例가 있다. 普通計算規模는 數百에서 數萬原子程度이다.

普通 퍼텐셜 函數는 原子와 原子 사이의 2體 퍼텐셜을 合하여 表現하여 이를 計算時에 變更하지 않는다. 그러므로 化學反應과 같은 原子間結合의 生成 및 解體를 表現하기 위해서는 追加로 다른 努力이 必要하다. 또한, 퍼텐셜은 經驗的 또는 半經驗的인 係數로부터 求할 수 있다.

이러한 퍼텐셜 麵의 精密度問題를 解決하기 위하여 퍼텐셜 面을 電子狀態의 ab initio 計算으로부터 求하는 方法이 있는데, 이를 第 1원里分子動力學法, 卽 AIMD (ab initio molecular dynamics) 라 부른다. 이 方法에서는 퍼텐셜 面은 좀 더 正確해지나 取扱할 수 있는 原子數가 엄청나게 줄어들게 된다. (슈퍼 컴퓨터를 使用해도 約 1,000個)

또한 제 1원里分子動力學法의 大部分은 電子狀態가 恒常 바닥 狀態에 있다는 것을 前提로 하는 것이 많아 들뜬 狀態와 電子狀態 사이의 緋緞熱轉移를 包含하는 現象의 基準에는 이러한 方法의 使用이 더욱 곤란해진다.

分子動力學法의 簡單한 歷史 [ 編輯 ]

1957年 : 剛體九分子動力學法 (Alder & Wainwright)
1964年 : 質點系로의 擴張 (Rahman)
1971年 : 江體系로의 擴張 (Rahman & Stillinger)
1977年 : 拘束系로의 擴張 (Rychaert et al.)
1980年 : 靜壓條件의 導入 (Andersen thermostat, Parrinello-Rahman)
1983年 : 非平衡係로의 擴張 (Gillan and Dixon)
1984年 : 定溫條件의 導入
1985年 : 第 1원里分子動力學法
1991年 : 큰 바른틀 앙상블 로의 擴張

分子動力學 시뮬레이션 소프트웨어 패키지 [ 編輯 ]

같이 보기 [ 編輯 ]

計算化學