一种模拟热导率的非平衡分子动力学方法

提出一种计算热导率的非平衡分子动力学(NEMD)方法,通过构造均匀内热源获得抛物线形温度分布,并基于Fourier导热定律计算热导率,与Müller-Plathe发展的反扰动非平衡分子动力学(RNEMD)方法相比,不仅具有能量动量守恒和收敛性好的优点,还克服了常规NEMD方法中热冷源区域存在局域热力学非平衡的问题,并有模拟系统温差影响小的特点.对液态氩的热导率进行模拟并与RNEMD方法的模拟结果进行对比.     

飞秒强激光场中水分子的电离激发

本文运用含时密度泛函理论和分子动力学非绝热耦合的方法, 研究了水分子在不同极化方向的激光场中的电离和动力学行为. 计算结果表明, 对应相同的极化方向, 随着激光强度的增加, 水分子的电离增强; 对于相同强度的激光, 当激光极化方向沿水分子对称轴方向时, 水分子的电离最强, 当激光极化方向垂直水分子对称轴方向时, 水分子电离受到最大程度的抑制. 对水分子偶极矩的研究表明, 当分子处于线性响应区域时, x方向的激光只能激发起x方向的偶极振动而y方向的激光只能激发起y方向的偶极振动. 对水分子的键长和键角的研究表明, 在激光场中水分子的键长变长, 键角变大, 但变化幅度随着激光极化角的增大而减小. 此外, 研究还发现, 虽然在不同极化方向的激光脉冲的驱动下, 水分子OH键的振动频率与激光频率相当, 在脉冲关闭后, 振动频率减小, 但激光场的极化方向对水分子振动模式具有选择性. 关键词： 含时密度泛函理论 分子动力学 水分子 电离     

基于接触数引导的迭代多组独立分子动力学模拟实现配体-蛋白质结合与解离过程

配体的结合与解离过程在蛋白质实现其生物学功能方面非常关键,因此对这些高度动态过程的研究变得非常重要. 尽管已有实验方法可以确定蛋白质-配体复合物的三维结构,但一般仅可获得静态图片. 随着计算机算力的快速提高以及算法的优化,分子动力学模拟在探索配体的结合与解离过程方面具有诸多优势. 然而,当系统变得足够大时,分子动力学模拟的时间和空间尺度成为了巨大的挑战. 本工作提出了一种研究配体-蛋白质结合与解离的增强采样工具,它基于配体和蛋白质之间形成的接触数来引导迭代多组独立分子动力学模拟. 在腺苷酸激酶的模拟结果中,观测到配体的结合和解离过程,而使用传统分子动力学模拟在同一时间尺度下则无法实现这一过程.     

Fe、Co、Ni混合团簇磁性的密度泛函研究

基于13原子二十面体结构,采用密度泛函方法系统计算研究了Fe、Co及Ni单质及二元混合团簇的磁性.发现有限温度下团簇磁性随结构畸变的敏感性随Fe、Co、Ni顺序逐渐减弱,同时发现二十面体结构Fe_(13)及Co_(13)均具有不同磁矩的近简并低能态.对FeNi及CoNi混合团簇、其磁矩随组分的变化不存在反常现象,但对于FeCo混合团簇、其磁矩随组分的演化行为存在个别反常现象.我们认为:这种反常现象能够对FeCo非晶合金中的实验观测结果提供一种可能的理论解释.     

地黄梓醇和乙酰胆碱酯酶作用的分子动力学模拟

梓醇能有效的的改善阿茨海默尔症状,但与乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase,AchE)作用的分子机制尚不明晰.本文运用分子动力学模拟、结合自由能的计算和丙氨酸突变扫描的方法研究了两者的结合模式,结果表明:梓醇结合位点为乙酰胆碱酯酶的催化活性中心,并形成3个氢键,结合自由能为-60.59 k J/mol,结合的主要驱动力是范德华力和静电作用力,主要抑制力是极性溶剂化能,Tyr151和Gln176是两者结合的关键氨基酸.这些研究为开发高效的Ach E梓醇类似物抑制剂提供理论支持.     

液态硝基甲烷热分解行为及压力效应的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学方法对液态硝基甲烷的热分解行为进行了模拟,结合各产物布居数随时间的演化,讨论了热分解初期可能发生的3种反应,即分子内/分子间的质子迁移反应和C—N键的断裂.在长时间（30 ps）的模拟过程中,H₂O是主要产物.研究了液态硝基甲烷在不同密度（压力）条件下热分解的动力学行为.发现不同密度（压力）条件下液态硝基甲烷热分解呈现明显不同的变化趋势,并给出了解释. 关键词： 硝基甲烷 分子动力学 热分解 压力效应     

Molecular Dynamics Simulation of Temperature-dependent Flexibility of Thermophilic Xylose Isomerase

构建了嗜热栖热菌木糖异构酶与底物木糖的复合物模型,并运用NAMD2.5软件对其在300 和360 K下进行了10 ns的分子动力学模拟. 对该酶的回旋半径、亚基间相互作用及残基柔性进行了计算与统计分析,确定了该酶在360 K时柔性残基及区域. 研究发现与300 K相比,360 K时木糖异构酶中B-因子增幅较大的残基主要可分为两组：一组位于催化结构域,是由残基55～80组成的helex-loop-helix区域,另一组位于其亚基界面上. 研究表明高温下该酶催化结构域回旋半径增加,可能加速了活性中心的运动从而有利于D-木糖的异构化反应.在360 K时亚基界面上减少了8个氢键和5个离子对,这可能也是高温下其整体结构刚性下降并且活性升高的主要原因,该结果也对文献报道的该酶E372G突变体冷适应的实验现象进行了解释. 研究结果揭示了嗜热栖热菌木糖异构酶温度和结构柔性之间的关系.     

基序B参与调控模板依赖的聚合酶抑制作用

RNA依赖的RNA聚合酶是参与新冠病毒进行RNA复制与转录的主要分子机器. 之前的实验研究表明瑞德西韦在模板链上时存在两次抑制作用,即不仅可以抑制与之互补的尿嘧啶核苷三磷酸的加成,还可以抑制下一位核苷三磷酸的加成. 然而,第二次抑制作用的分子机制尚未阐明. 本文运用了分子动力学模拟,发现瑞德西韦在模板链上的第二次抑制不是直接作用于核苷酸在活性位点的加成,而是源于瑞德西韦从+1位点到-1位点的迁移过程受到阻碍,这将导致活性位点无法空出,核苷三磷酸无法进入活性位点从而产物链的延长被终止. 首先,发现了基序B中G683会和瑞德西韦的1''-氰基相互作用,导致移位后态的RNA双链配对稳定性低于移位前态,从而使得瑞德西韦的移位在热力学上不易发生. 其次,由于瑞德西韦的1''-氰基在迁移过程中会与基序B的S682产生位阻,进一步从动力学上阻碍了瑞德西韦动态移位的发生. 本研究不仅揭示了基序B上两个相邻且高度保守的氨基酸可以调控瑞德西韦沿模板链的移位过程,同时,本文的发现也进一步完善了对瑞德西韦抑制新冠病毒RNA复制和转录的分子机制的理解.     

Molecular Dynamics Simulations of Thermal Properties of Solid Uranium Dioxide

Molecular dynamics simulations are performed with the recently developed empirical interaction potential by Morelon et al. Thermodynamics properties of solid UO2 that have been assessed include melt point, density, enthalpy, heat capacity, lattice parameter variation with temperature, mean-square-displacement and diffusion coefficients of oxygen ion. The results are compared with the data in literature and it is suggested that the rigid ionic potential provides perfect results below the superionic range. The data showing thermodynamics properties will become unacceptable when the temperature is higher than 2500 K. Compared with the previous empirical potentials, the empirical potential developed by Morelon et al. improves the agreement of these data with the recommend ones.     

孔洞和孪晶界对银纳米线形变行为联合影响的分子动力学模拟

Based on molecular dynamics simulations, the plastic deformation of silver nanowires under uniaxial tension has been studied systematically. In this paper, the mechanical properties of [111]-oriented twin nanowires with different hole sizes have been studied. The existence of holes has no effect on the elastic deformation stage. The hole on the twin boundary has two main roles in the plastic deformation stage. During the initial stages of plastic deformation, the main function of the hole is to produce new dislocations as dislocation sources at small hole sizes.Upon increasing the hole size, the main effect changes to stop dislocation slip. During the late stages of plastic deformation, the two functions of the hole complement each other, upon increasing the hole size, the function of the hole as dislocation sources becomes obvious, leading to weakening of the plasticity of the nanowires.