分子动力学模拟在材料科学与生命科学的应用听后感悟由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“分子动力学与生命科学”。
分子动力学模拟在材料科学与生命科学的应用听后感悟
当实验研究方法不能满足研究工作的需求时,用计算机模拟却可以提供实验上尚无法获得或很难获得的重要信息;虽然计算机模拟不能完全取代实验,但可以用来指导实验,并验证某些理论假设,从而促进理论和实验的发展。特别是材料形成过程中许多与原子有关的微观细节,在实验中无法获得,而在计算机模拟中即可以方便地得到。这种优点使分子动力学模拟在材料科学研究中显得非常有吸引力。
分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟是指对于原子核和电子所构成的多体系统,求解运动方程(如牛顿方程、哈密顿方程或拉格朗日方程),其中每一个原子核被视为在全部其它原子核和电子作用下运动,通过分析系统中各粒子的受力情况,用经典或量子的方法求解系统中各粒子在某时刻的位置和速度,以确定粒子的运动状态,进而计算系统的结构和性质。20世纪80年代后期,计算机技术飞速发展,加上多体势函数的提出与发展,使分子动力学模拟技术有了进一步的发展。
根据对原子间作用势不同的简化处理方法,分子动力学可划分为经典分子动力学和现代分子动力学。经典分子动力学计算量较小,可以解决较大规模的问题,但针对不同的问题,可能需要确定不同的经验参数。而现代分子动力学直接从量子力学轨道理论出发获取原子间作用势,不需要经验参数,准确性高,但计算量比较大,一般用来解决较小规模的问题。分子动力学模拟在深入研究液体结构,揭示金属熔体的结构演变、非晶倾向及热力学性质计算等方面具有很大的发展和应用前景。金属熔体结构是一个重要的研究领域,采用分子动力学方法从原子层次上描述熔体系统的原子组态及其凝固过程中的演变过程,进行了微观和宏观的良好结合。进一步扩大分子动力学在该领域的应用显然是凝聚态物理的一个热门发展方向。
生物大分子的具体功能正不断的被科学家们解析。借助于一些新表征方法，诸如 X 射线晶体衍射技术、电子晶体学技术、多维核磁共振波谱、冷冻电子显微镜等，人类甚至已经观测到了生物分子中最小的氢原子，因此，更多的注意力被放在研究生物大分子之间的相互关系上。与此同时，具有跨时代意义的“人类基因组计划”以及其后续的多种科研计划导致了海量生物学数据的产生，这些数据迫切的需要进一步的处理与分析。高性能计算机的发展为生物学中海量数据的处理提供了必要条件，信息时代的来临也为现代生物学的发展提供了最广阔的信息交互平台。高性能计算机与网络也成为现代生物学必不可少的一部分，不断推进着更多，更细分的交叉学科的发展。
