分子模擬/極化力場

極化性

當一個分子被放置在不同的環境中時，分子中的電荷分佈會發生變化。這就是極化性的定義。力場在分子動力學中起著關鍵作用，因此，如果這些力場更準確，它們就能夠描述物理現實。因此，從模擬中獲得的輸出將更加精確。因此，對偏電荷的大小及其在原子核中的位置進行良好的近似是至關重要的。另一方面，非極化（固定電荷）模型對無法完全捕捉多體效應的近似值提供了較差的解釋或有效勢。換句話說，固定電荷模型提供了易於處理的描述，並且適合均質系統的平衡性質。相反，由於極化經驗力場包含多體效應，因此它在函式形式上提供了清晰而系統的開發。

Drude模型（也稱為彈簧上的電荷）

Drude極化力場透過在系統中新增帶負電的“Drude”粒子來近似誘導極化的影響。這些粒子透過諧波勢與系統中非氫原子相連。與其他帶電粒子的靜電相互作用會導致Drude粒子響應地移動，模擬誘導電子極化的影響。在這個理論中，Lennard-Jones勢被用來展示色散相互作用。Drude模型的一些積極特點是它在現有的力場中相對容易實現，並且它也是化學直觀的。它的一個主要缺點是透過使用許多額外的電荷，相互作用計算的數量會增加。給定原子的原子極化性， $\alpha$ ，可以從公式（1）獲得，其中 $r_{D}$ 是Drude粒子上的電荷， $k_{D}$ 是將該Drude粒子連線到其母原子核的彈簧的力常數。

\alpha =q_{D}^{2}/k_{D}

(1)

SWM4-NDP Drude極化水分子示意圖。Drude粒子及其諧波系鏈用紅色顯示。孤對粒子 (LP) 在 H-O-H 平分線上。

一個SWM4-NDP Drude極化模型水分子被相鄰鉀離子的電場極化。Drude粒子（紅色）帶負電，移動以最大化其與鉀的相互作用。

AMOEBA模型（用於生物分子應用的原子多極最佳化能量學）

AMOEBA是眾多能夠描述電子極化的力場之一。AMOEBA使用固定和極化多極的組合處理靜電。在AMOEBA中，極化力場透過互動的原子感應偶極子建模。每個原子的感應偶極子是其原子極化率和由所有其他原子的永久多極子和感應偶極子在該原子產生的靜電場的乘積。因此，這個未來導致靜電相互作用的計算不同於之前使用庫侖勢來評估電荷-電荷相互作用的計算。因此，在AMOEBA中應該在力場中新增額外的項來解釋電荷-偶極子和偶極子-偶極子相互作用。AMOEBA模型的一個優點是它強調複製分子極化率和靜電勢，而不僅僅是相互作用能。

AMOEBA和固定電荷力場之間的區別：AMOEBA勢具有靜態原子電荷、點偶極矩和以每個原子為中心的點四極矩。每個原子也包含一個可極化的點偶極矩。極化程度由原子極化率引數定義。這些偶極子的最穩定方向和大小是透過迭代計算的。

參考文獻

Baker, Christopher M. (2015). "用於生物分子分子動力學模擬的極化力場". Comput.Mol.Sci. {{cite journal}}: Check date values in: |year= (help); Italic or bold markup not allowed in: |journal= (help); Text "doi: 10.1002/wcms.1215" ignored (help)

"AMOEBA 極化力場的現狀". J.Phys.Chem. 114, 8: 2549–2564. 2019. doi:doi.org/10.1021/jp910674d. {{cite journal}}: Check |doi= value (help); Check date values in: |year= (help); Italic or bold markup not allowed in: |journal= (help)