分子动力学简介

分子动力学是一门结合物理，数学和化学的综合技术。分子动力学是一套分子模拟方法，该方法主要是依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动，以在由分子体系的不同状态构成的系统中抽取样本，从而计算体系的构型积分，并以构型积分的结果为基础进一步计算体系的热力学量和其他宏观性质。

分子动力学简史

1957年：基于刚球势的分子动力学法（Alder and Wainwright）

1964年：利用Lennard-Jones势函数法对液态氩性质的模拟（Rahman）

1971年：模拟具有分子团簇行为的水的性质（Rahman and Stillinger）

1977年：约束动力学方法（Rychaert, Ciccotti & Berendsen; van Gunsteren）

1980年：恒压条件下的动力学方法（Andersen法、Parrinello-Rahman法）

1983年：非平衡态动力学方法（Gillan and Dixon）

1984年: 恒温条件下的动力学方法(Berendsen et al.)

1984年：恒温条件下的动力学方法（Nosé-Hoover法）

1985年：第一原理分子动力学法（→Car-Parrinello法）

1991年：巨正则系综的分子动力学方法（Cagin and Pettit）

基本步骤

确定起始构型

进行分子动力学模拟的第一步是确定起始构型， 一个能量较低的起始构型是进行分子模拟的基础 ，一般分子的起始构型主要来自实验数据或量子化学计算。

在确定起始构型之后要赋予构成分子的各个原子速度，这一速度是根据玻尔兹曼分布随机生成的，由于速度的分布符合玻尔兹曼统计，因此在这个阶段，体系的温度是恒定的。另外，在随机生成各个原子的运动速度之后须进行调整，使得体系总体在各个方向上的动量之和为零，即保证体系没有平动位移。

进入平衡相

由上一步确定的分子组建平衡相，在构建平衡相的时候会对构型、温度等参数加以监控。

进入生产相

进入生产相之后体系中的分子和分子中的原子开始根据初始速度运动，可以想象其间会发生吸引、排斥乃至碰撞，这时就根据牛顿力学和预先给定的粒子间相互作用势来对各个粒子的运动轨迹进行计算，在这个过程中，体系总能量不变，但分子内部势能和动能不断相互转化，从而体系的温度也不断变化，在整个过程中，体系会遍历势能面上的各个点（理论上，如果模拟时间无限）。计算分析所用样本正是从这个过程中抽取的。

计算结果

用抽样所得体系的各个状态计算当时体系的势能，进而计算构型积分。