Атомные силовые поля FFSol и QMPFF3 : создание, параметризация и тестирование

• Автор: Переяславец, Леонид Борисович
• Шифр специальности: 03.01.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Оглавление

Список сокращений

Введение

Г лава 1. Обзор литературы

1.1. Классические силовые поля

1.1.1. Стандартный вид невалентных взаимодействий

1.1.2. Валентные взаимодействия

1.1.3. Явные и неявные модели воды

1.2. Поляризуемые силовые поля

1.2.1. Модели с точечными диполями

1.2.2. Модель флуктуирующих зарядов

1.2.3. Модель на основе осцилляторов Друде
1.2.4. Поляризуемость на основе модели Толе
1.2.5. Возможные улучшения поляризуемой модели
1.3. Методы получения параметров СП из экспериментальных данкых
1.3.1. Методы моделирования различных агрегатных состояний
1.4. Квантовые вычисления и их использование для построения СП
1.4.1. Уравнение Шредингера
1.4.2. Метод Хартри-Фока
1.4.3. Наборы базисных функций
1.4.4. Метод МР2 и его модификации
1.4.5. Другие квантовые методы и их применение
1.5. Функциональная форма СП QMPFF3
1.5.1. Зарядовая плотность QMPFF3
1.5.2. Электростатическое взаимодействие
1.5.3. Обменно-отталкивающее взаимодействие
1.5.4. Дисперсионное взаимодействие
1.5.5. Поляризационное взаимодействие

1.6. Параметризация QMPFF3 при помощи квантово-механических данных
1.6.1. Квантовые вычисления для построения QMPFF3
1.6.2. Декомпозиция МР2 энергии для выделения четырех компонент энергии
1.7. Типизация и процедура параметризации QMPFF3
Глава 2. Создание силового поля FFSol, неявно учитывающего водное окружение молекул
2.1 Поле FFSo! и необходимые для его параметризации экспериментальные данные
2.1.1 Функциональная форма силового поля FFSol
2.1.2 Свободная энергия растворения молекул кристалла в воде
2.1.3 Вклад заторможенных в кристалле степеней свободы
2.1.4 Необходимые экспериментальные данные
2.1.5 Создание базы данных CRAFT
2.2 Оптимизация энергии кристалла
2.2.1 Типизация и заряды СП
2.2.2 Энергия кристаллической ячейки и ее минимизация
2.3 Получение невалентных параметров СП
2.3.1 Функция невязки и ее минимизация
2.3.2 Процедура получения параметров
2.4 Тестирование силового поля
2.4.1 Параметры вспомогательного силового поля FFSubl и тестирование их качества
2.4.2 Параметры «водного» силового поля FFSol и тестирование их качества
Глава 3. Уточнение параметров взаимодействий ароматического углерода в СП
QMPFF3
3.1 Коррекция параметров ароматического углерода в СП QMPFF3
3.1.1 Предварительная параметризация на основе МР2 метода
3.1.2 Коррекция дисперсионного параметра с помощью данных CCSD(T)
3.2 Подтверждение качества коррекции
3.2.1 Газовая фаза
3.2.2 Жидкая фаза
3.2.3 Кристаллическая фаза
3.3 Качество силового поля определяется качеством лежащих в его основе квантово-механических данных
Глава 4. Тестирование силового поля QMPFF3
4.1 Предсказание QMPFF3 свойств молекул
4.1.1 Поляризуемость
4.1.2 Дипольный момент
4.2 Энергия Гиббса димеризации в газах
4.3 Моделирование однородных жидкостей и сравнение с другими

4.4 Оптимизация кристаллов и сравнение с другими СП
4.5 Вакуумная минимизация белков как тест силового поля
Заключение
Выводы
Благодарности
Приложение 1. Валентные параметры СП FFSol, FFSubl и качество описания ими
свойств кристаллов
Приложение 2. Предсказания СП QMPFF3
Список публикаций по теме диссертации
Список литературы

вдоль связи от атома 'а' к Ъ'. Параметр связи іАВ представляет собой постоянную «химическую» поляризуемость вдоль связи 'аЬ' (стоит отметить, что не обязательно Поляризуемая часть атомного дипольного момента = 1Ата
выражается через - заданный параметр максимально-допустимого смещения облака для данного типа атома и ха -вектор смещения электронного облака, не превышающий по модулю 1, который участвует в поляризационной компоненте энергии (1.5.6). Схематическое изображение дипольной части атома а представлено на рис. 1.1.

Рис 1.1. Схематическое представление поляризуемости атома а иод влиянием электрического поля Г. а, Ь, с — точечные положительные ядра атомов. Отрицательное электронное диффузное (размытое) облако (показано только для ядра я) смещено относительно ядра а на вектор = Ссг + С, определяемый типами атомов я, Ь, с и полем Г (см. разделы 1.5.1, 1.5.2, 1.5.5). сг = постоянная часть дипольного момента атома я (Кь =1лвпаЬ’1ас = Ссп«с> см- раздел 1.5.1). к Е//йхЩо) - поляризуемая часть дипольного момента атома я под влиянием поля її (см. раздел 1.5.5, (/„-заряд облака, а-поляризуемость атома я). Масштаб не соблюден (длины связей Ь-а и с-я около 1-2А, что значительно больше длины вектора 1„, составляющей не более 0.2А). Рисунок с небольшими изменениями взят из работы (64].
Локальный квадрупольный тензор соа на атоме а вычисляется с помощью квадрупольного параметра 0Лв определенного валентными связями всех атомов
Ь с атомом а, следующим образом: (« ) =2£ Олв (пв4)в(по4)

іє{а)

, где