蒙特卡洛模拟在分子模拟教学中的应用

发布时间：2021-11-18 09:29

　　以有机化合物的模板诱导沉积实验为例,介绍了蒙特卡洛模拟在分子模拟教学中的应用。本实验在有机化合物诱导沉积实验的基础上,将诱导沉积实验、蒙特卡洛模拟方法系统综合在一个实验教学中,让学生在学习蒙特卡洛模拟方法的同时,更直观、形象地理解分子间相互作用对有机分子聚集形貌的影响,加深学生对有机分子自组装概念的理解。通过实际上机操作,学生还能初步了解Dev-C++,RasMol等相关软件的使用,并加深学生对结构化学及计算化学课程相关知识的理解。 

【文章来源】：化学教育(中英文). 2020,41(14)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

蒙特卡洛模拟流程(a)及事件列表(b)

(1)首先构建40a×40a×30a(其中a为格子参数)的三维空间体系,在体系中初始化40a×40a×2a的空间作为SiO2基底,随后在三维基底中间构建宽度8a×8a×4a的金点模板,体系中其他点位为有机分子的可聚集区域(图2)。整个体系中所有空间点位都由属性参数site(x,y,z)和相互作用参数p(x,y,z)进行标记。site(x,y,z)=0表示此坐标位置为空,site(x,y,z)=1表示此坐标位置被有机分子占据。有机分子可扩散到的点位 p(x,y,z)= ε pp , 基底SiO2空间处的p(x,y,z)为 ε ps / ε pp , 金点处的p(x,y,z)为 ε pg / ε pp , 因此相邻点位粒子的相互作用能可直接由2个坐标的相互作用参数p(x,y,z)相乘得到。图2 诱导沉积体系(灰色球代表SiO2基底,黄色球代表金点,

图3 体系(εpp=0.2)分别在沉积(a)100,(b)500,(c)1 000和(d)1 500个有机分子时的聚集形貌(2)在每个沉积事件中,新进入体系的有机分子沿垂直基底的方向进行沉积,当在z方向上碰到其他粒子时,沉积粒子停止运动,新添加的有机分子固定在此点位上,沉积过程结束。为了提高计算效率,本实验中有机分子的沉积速率简化为每成功运行10 000个蒙特卡洛循环,在体系中沉积一个新的有机分子。

【参考文献】：
期刊论文
[1]分子模拟实验课程建设的探索与实践[J]. 张恒,马莹,刘刚,张冬菊,宋其圣,苑世领.  大学化学. 2019(09)
[2]Monte Carlo模拟研究有机分子的模板诱导定位沉积[J]. 刘刚,张恒,苑世领,刘成卜.  中国科学:化学. 2015(12)



本文编号：3502648