前方高能！通过Forcite动力学寻找能量最低构象

分子动力学(MD)模拟主要依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动，然后在由分子体系的不同状态构成的系综中抽取样本，从而计算体系的构型积分，并以构型积分的结构为基础进一步计算体系的热力学量和其他宏观性质。

MD模拟主要包括三步：

1）求解体系的总势能V；

2）从总势能求算每个原子的受力F_i，接着求算每个原子受力后随时间的位移△r_i；

3）求算体系的动力学和热力学的物理量，如温度、压力、扩散系数等。

分子力学的基本原理就是分子力场由分子内相互作用和分子间相互作用两部分构成，即力场的势能包括成键和非键相互作用，所有势能的总和即为分子的构象能。

分子势函数：

其中，Forcite是处理分子力学和分子动力学的模拟程序之一，其研究领域包括：计算径向分布函数、取向关联函数和散射曲线，测量距离、角度和旋转半径的分布，给出特定成分的浓度曲线，在学习表中观察并绘制轨迹数据等。

通常情况下，Forcite借助于Amorphous Cell模块构建复杂无定形模型初猜。Amorphous Cell采用Monte Calro法建模，是一种基于“随机数”的计算方法。对于体系中存在重复单元的分布、构象分布大量不确定的情况，Monte Calro随机抽样法可提供模型搭建的思路。

在本文中以构建酒精溶液为例，通过Forcite动力学计算找到体系最稳定的构象。

1
构建酒精溶液的周期性体系

1）分别导入或构建vinyl_alcohol.xsd和water.xsd

2）基于Forcite优化分子结构

完成构型优化后，在project explorer出现中出现了相应的优化构型/输入文件/输出文件等，其中*.txt文件包含着任务类别/精度设置和计算参数（Forcefield / Charges / Summation Method）。

3）在Amorphous Cell Calculation中Task选择“Construction”，Density中输入“0.7 g/cm³”。

2基于Forcite动力学寻找能量最低的构型

计算结束后进入到分析Forcite Analysis，选择“View in study table”，并勾选“Include structures”。

此时在Project explorer出现了一个*.std的学习表文件，里面包含了1001个构型，正好对应动力学计算每500步生成一个构象的情况。

为了找到能量最低的构象，我们对总势能“Total Potential energy”这一列进行Sort Ascending升序排列，排在第一位的即为能量最低的构象。

点击上图中的vinyl_alcohol-19的图标，弹出所选的构象，此时将其复制到新建*.xsd文件中，即可得到最低能量的构象。

最后，此处增加介绍使用Amorphous Cell模块的两个建模实例：

1. 构建水球在TiO₂(001)表面的模型初猜

2.构建碳纳米管填充水分子的模型初猜（主要通过Amorphous Cell模块——Packing实现）

（此处仅是展示Amorphous Cell模块可实现的建模初猜，不与实际课题的建模合理性做比对。）

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