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分子動力学法

 
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分子動力学法(molecular dynamics method)とは、2体あるいはそれ以上の原子間ポテンシャルの下に、古典力学におけるニュートン方程式を解いて、系の静的、動的安定構造、動的過程(ダイナミクス)などを解析する手法です。いろいろなアンサンブル(統計集団)の計算が可能で、定温、定圧、定温・定圧、定エネルギー、定積、定ケミカルポテンシャル、グランドカノニカル、また、結合長や位置の固定など様々な拘束条件を付加することもできます。計算対象は、バルク、表面、界面、クラスターなど多様です。(ウィキペディア

分子力学法と分子動力学法の違い:分子力学法は静止した分子を扱うのに対し、分子動力学法は分子やその集団の運動を扱う。分子動力学法の中でも分子内あるいは分子間に働く力を記述するために分子力学法が利用されている。(ウィキペディア:分子力学法

分子動力学の研究が行われている大学の研究室の様子。
YOUTUBE動画:泰岡研究室:分子動力学シミュレーション分野をリードする

25分で概要が学べるマサチューセッツ工科大学の分子動力学チュートリアル(英語)。
YOUTUBE動画:Project: Molecular dynamics | MIT 6.189 Multicore Programming Primer, IAP 2007

参考:
Molecular Dynamics Review( 方法論)(Ver. 1.4)平成13 年 (PDFファイル) : “分子計算に使われる三大計算方法として, 分子力学(Molecular Mechanics) 法, 分子軌道(Molecular Orbital) 法, 分子動力学(Molecular Dynamics) 法/モンテカルロ(Monte Carlo) 法がある. 分子力学法とは, 分子内の原子核の挙動を対ポテンシャル関数を用いて計算する方法で, 分子軌道法は, 分子内の電子の挙動を計算する方法である. 計算機の発展に伴い, 最近では新しい手法, 例えば密度汎関数法, 第一原理分子動力学, 疑似徐冷アルゴリズム, 反応場理論による溶媒効果計算法などが盛んに研究されている.このReview では分子計算のおける三大計算方法の一つ, 分子動力学法に関して特に「方法論」を中心にまとめる.”

脂質二重膜・膜蛋白質の分子動力学計算 物性研究86-2(2006-5)シリーズ「科学からみた物性物理」(PDFファイル):”脂質二重膜や溶媒を露に含む膜蛋白質の全原子分子動力学計算は、系に含まれる原子数が必然的に数万から数十万に至る巨大系となるため、本格的な計算が実行されるようになったのは2000年以降である。” “脂質二重膜の分子動力学計算 ほとんどの計算手法や分子力場ポテンシヤルの関数形などは水溶性蛋白質の計算で用いられているものと何ら変わらない 第一項から第四項は分子内相互作用であり、それぞれ、結合長の伸縮、結合角の偏角、二面角の回転に関する関数である。第五項と第六項は分子問相互作用であり、それぞれ、Lennard-Jones相互作用と静電相互作用を表している”

富士通 SCIGRESS 計算モジュール:”SCIGRESS Mechanicsは、分子力学法を用いて分子の最適構造などを計算するモジュールです。分子力学法では、原子核という粒体の対ポテンシャルを求めるので、一般的に計算速度が速く多くの場合かなり精度良く分子の安定コンフォマーを見つけることができます。分子力学の方程式は、電子による結合力に、疑似弾性力で表したバネのポテンシャルエネルギーを使います。分子の力場エネルギーは、結合を伸縮、変角、回転させるエネルギーから求める立体エネルギー(Steric Energy)と呼ぶ理論的エネルギーによって表します。分子力学特有のポテンシャルは、力場(force-field)によって決まります。結合長、結合角、二面角、ひずみ、静電力、ファンデルワールス力、水素結合その他の性質が力場パラメーターになっています。” “SCIGRESS Dynamicsは分子動力学法のソフトウェアで、分子モデルの挙動をシミュレートできます。 SCIGRESS Dynamicsでは、SCIGRESS Mechanicsと同一の力場を使用してポテンシャルエネルギーを計算します。運動エネルギーは、シミュレートしている温度を反映させた分子系での原子の運動速度により計算します。”

計算化学とは:”計算化学とは大別すると、分子軌道法(電子状態の計算)、分子力学法、分子動力学法/モンテカルロ法の三つに大別できる。”

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