一、分子动力学MD简介

1. 分子动力学不仅仅是一门微观的学科，还是一门统计的学科。通过数值模拟方法研究分子、原子或粒子系统在经典力学下时间演化的计算技术。可以通过分子动力学观察和分析分子系统在微观尺度上的动态行为，通过统计物理的方法建立起体系微观和宏观之间的关系。（以小见大）
2. 历史上第一个分子动力学模拟：1957年，研究由硬质球体相互作用组成的系统中的固体流体转变瞬间碰撞。
3. 并行计算机（多个处理器组成，相互通讯协调）的效率远高于串行计算机（只有单个处理区顺序执行计算机程序）。分子动力学的并行相对比较简单，因为受力的计算都是局域的。
4. 分子动力学软件：GROMACS/LAMMPS/CHARMM/AMBER/NAMD/DL_POLY/Materials Studio。

二、分子动力学步骤

分子动力学本质上是预测一个原子在体系中是怎么运动的。

1. 初始速度一般按玻尔兹曼分布或者高斯分布取得，通常计算前检查粒子总动量为0，否则容易不稳定。
2. 边界条件分三种：周期性边界条件（晶体、周期性流动体系）、包裹边界条件（孤立大分子、纳米颗粒）、固定边界条件（薄膜生长）。
3. 原子间相互作用势，描述原子间相互作用关系的函数或模型，直接决定了原子模拟结果的可靠性。
4. 力的计算：近邻列表。原子间相互作用：短程排斥作用的Pauli exclusion principle、远程吸引作用的London dispersion。
5. 分子动力学方法通过统计平均的方法获得平衡体系的物理量。在平衡后的模拟过程中收集数据进行统计分析。
6. 对分子结构和模拟结果的输出进行直观分析，可视化。

三、分子动力学优势与局限

1. 分子动力学可以拓展到百万个到上亿个原子的体系。往下可以和量子力学兼容，往上可以和连续介质的模型衔接。
2. MD是一个确定性的过程，可以非常好地可视化微观过程。
3. 材料科学中的应用：纳米线表面位错移动、纳米颗粒组装和聚集、催化界面结构、聚合物剪切变薄、蛋白质折叠、星球内部极端条件物相。
4. 在分子动力学模拟中，用牛顿方程替代了原子核的薛定谔方程。当德布罗意波长远大于粒子间距的时候，认为量子效应将会非常显著。
5. 一个时间步大概是飞秒的级别。尺寸大约10^8个原子。