一、均方位移

研究方向：分子模擬

概念解釋：

均方位移（Mean Square Displacement, MSD），指的是粒子隨時間移動后的位置相對于參考位置的偏差的量度。當(dāng)觀測時間趨于無窮大時，MSD與極限觀測時間成正比。在統(tǒng)計力學(xué)中其定義為t時刻的系綜平均，公式為

式中，N為粒子數(shù)，t為時間，

為目標(biāo)粒子在t時間內(nèi)經(jīng)過的矢量距離，

為平衡后的系綜平均。

MSD的斜率是擴(kuò)散系數(shù)RDC（Running Diffusion Constant, RDC），公式為：

即

目的：說明粒子擴(kuò)散的速度。

二、案例展示

不同熱力學(xué)條件下乙醇濃度對甲烷水合物分解的影響

左上圖是不同濃度的乙醇溶液中甲烷水合物體系中甲烷分子的MSD。隨著模擬時長的增加，MSD先緩慢上升，后迅速上升。在甲烷水合物未分解的6?ns前，40?mol%體系的MSD最高。從右上圖可以看出在6?ns前40?mol%體系的擴(kuò)散系數(shù)最大，說明40?mol%體系的分解速度最快，40?mol%乙醇溶液對水合物分解的影響最大。

左上圖為267.15?-?302.15?K和200?bar條件下，40?mol%乙醇的甲烷水合物體系中甲烷分子在0?- 10?ns內(nèi)的MSD。267.15?K和272.15?K的MSD幾乎沒有變化，說明水合物是穩(wěn)定的。其他溫度的體系的MSD隨著模擬時長的增加先緩慢上升，然后迅速上升。且隨著溫度的升高，MSD值增大，說明溫度越高甲烷分子越容易從水合物籠中逸出，分解速率越快。

本項(xiàng)目僅提供常規(guī)圖與數(shù)據(jù)文件。

三、計算方案要求

可能存在的風(fēng)險：

模擬計算的結(jié)構(gòu)、條件均是嚴(yán)格意義上的、理想的，實(shí)際條件或許更為復(fù)雜可能計算結(jié)果不完全與實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨勢相一致。

技術(shù)難點(diǎn)：

依據(jù)具體體系、體系大小有關(guān)。例如分子鏈結(jié)構(gòu)建模、力場優(yōu)化等。

四、常見問題

問題一

1.我的實(shí)驗(yàn)條件是常溫常壓，為何弛豫時NPT系綜，跑動力學(xué)時使用NVT系綜呢？

具體情況具體分析。這種情況一般是NPT弛豫來獲得穩(wěn)定尺寸的盒子，模擬相互作用時使用等溫等體積系綜。

問題二

2.軟件的使用涉及版權(quán)問題嗎？

如果使用常見的Gromacs, LAMMPS等開源軟件來做模擬無需考慮版權(quán)問題；但如果使用Materials Studio等商業(yè)軟件則需考慮版權(quán)問題。需注意涉及分子優(yōu)化的過程，可能涉及Gaussian等商業(yè)軟件。

問題三

3.分子模擬中非鍵相互作用包括什么？力場使用的哪個呢？

具體情況具體分析。這種情況一般是NPT弛豫來獲得穩(wěn)定尺寸的盒子，模擬相互作用時使用等溫等體積系綜。

問題四

4.我的MSD結(jié)果數(shù)據(jù)不是直線，我要如何計算斜率呢？

計算擴(kuò)散系數(shù)需要取MSD的線性部分，可自行截取，斜率數(shù)值大的擴(kuò)散速度快。

問題五

5.交付的結(jié)果中是否包含了模型的可視化軌跡文件？

可以提供模型的軌跡文件，方便您后期可以使用可視化軟件（VMD）進(jìn)行出圖調(diào)整。

問題六

6.需要提供哪些信息呢？

溫度壓強(qiáng)；體系中各物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，可提供cdx文件或者手畫的也可以；體系中各物質(zhì)數(shù)目比例，需將其換算成摩爾比；如有指定的分子相互作用位點(diǎn)也請給出。

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