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Dinámica molecular de integrales de trayectoria

La dinámica molecular de integral de trayectoria ( PIMD ) es un método para incorporar la mecánica cuántica en simulaciones de dinámica molecular utilizando integrales de trayec...

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La dinámica molecular de integral de trayectoria ( PIMD ) es un método para incorporar la mecánica cuántica en simulaciones de dinámica molecular utilizando integrales de trayectoria de Feynman . En PIMD, se utiliza la aproximación de Born-Oppenheimer para separar la función de onda en una parte nuclear y una parte electrónica. Los núcleos se tratan mecánicamente cuánticamente mapeando cada núcleo cuántico en un sistema clásico de varias partículas ficticias conectadas por resortes (potenciales armónicos) gobernadas por un hamiltoniano efectivo, que se deriva de la integral de trayectoria de Feynman. El sistema clásico resultante, aunque complejo, puede resolverse relativamente rápido. Ahora existen varias técnicas de simulación computacional de materia condensada de uso común que utilizan la formulación de integral de trayectoria, incluyendo la dinámica molecular de centroide ( CMD ), [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [4] [ 5 ] la dinámica molecular de polímeros en anillo ( RPMD ), [ 6 ] [ 7 ] y el método cuasiclásico de Wigner de Feynman-Kleinert ( FK-QCW ) . [ 8 ] [ 9 ] Las mismas técnicas también se utilizan en el método de Monte Carlo de integral de trayectoria (PIMC). [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]

Existen dos maneras de calcular la dinámica de PIMD. La primera es la teoría de análisis del espacio de fases no hamiltoniano [ 15 ] , que se ha actualizado para crear un "sistema extendido" de ecuaciones de movimiento isocinéticas que supera las propiedades de un sistema que generó problemas dentro de la comunidad. La segunda manera es mediante el uso de la cadena de Nosé-Hoover [ 16 ] , que es una cadena de variables en lugar de un termostato único de una sola variable.

Combinación con otras técnicas de simulación

Las simulaciones realizadas por PIMD pueden caracterizar ampliamente los sistemas biomoleculares, abarcando toda la estructura y organización de la membrana, incluyendo la permeabilidad, las interacciones proteína-lípido, junto con las interacciones lípido-fármaco, las interacciones proteína-ligando y la estructura y dinámica de las proteínas.

Aplicaciones

PIMD se utiliza ampliamente para describir efectos cuánticos nucleares en química y física. [ 17 ]

La dinámica molecular de integral de trayectoria se puede aplicar a la física de polímeros , tanto a teorías de campos, cuánticas como no cuánticas, a la teoría de cuerdas , a la dinámica estocástica, a la mecánica cuántica y a la gravedad cuántica . PIMD también se puede utilizar para calcular funciones de correlación temporal [ 18 ].

Referencias

  1. ↑ Cao, J.; Voth, GA (1994). "La formulación de la mecánica estadística cuántica basada en la densidad del centroide de la trayectoria de Feynman. I. Propiedades de equilibrio" (PDF) . The Journal of Chemical Physics . 100 (7): 5093. Bibcode : 1994JChPh.100.5093C . doi : 10.1063/1.467175 . Archivado del original el 24 de septiembre de 2017. Recuperado el 29 de abril de 2018 .
  2. ↑ Cao, J.; Voth, GA (1994). "La formulación de la mecánica estadística cuántica basada en la densidad del centroide de trayectoria de Feynman. II. Propiedades dinámicas". The Journal of Chemical Physics . 100 (7): 5106. Bibcode : 1994JChPh.100.5106C . doi : 10.1063/1.467176 .
  3. ↑ Jang, S.; Voth, GA (1999). "Una derivación de la dinámica molecular del centroide y otros métodos aproximados de evolución temporal para variables de centroide de integral de trayectoria". The Journal of Chemical Physics . 111 (6): 2371. Bibcode : 1999JChPh.111.2371J . doi : 10.1063/1.479515 .
  4. ↑ RamíRez, R.; López-Ciudad, T. (1999). "La formulación de Schrödinger de la densidad del centroide de la trayectoria de Feynman". The Journal of Chemical Physics . 111 (8): 3339. arXiv : cond-mat/9906318 . Bibcode : 1999JChPh.111.3339R . doi : 10.1063/1.479666 . S2CID 15452314 . 
  5. ↑ Polyakov, EA; Lyubartsev, AP; Vorontsov-Velyaminov, PN (2010). "Dinámica molecular centroide: comparación con resultados exactos para sistemas modelo". The Journal of Chemical Physics . 133 (19): 194103. Bibcode : 2010JChPh.133s4103P . doi : 10.1063/1.3484490 . PMID 21090850 . 
  6. ↑ Craig, IR; Manolopoulos, DE (2004). "Estadística cuántica y mecánica clásica: funciones de correlación en tiempo real a partir de la dinámica molecular de polímeros en anillo". The Journal of Chemical Physics . 121 (8): 3368– 3373. Bibcode : 2004JChPh.121.3368C . doi : 10.1063/1.1777575 . PMID 15303899 . 
  7. ↑ Braams, BJ; Manolopoulos, DE (2006). "Sobre el límite de tiempo corto de la dinámica molecular de polímeros en anillo". The Journal of Chemical Physics . 125 (12): 124105. Bibcode : 2006JChPh.125l4105B . doi : 10.1063/1.2357599 . PMID 17014164 . 
  8. ↑ Smith, Kyle KG; Poulsen, Jens Aage; Nyman, Gunnar; Rossky, Peter J. (28 de junio de 2015). "Una nueva clase de algoritmos de conservación de conjuntos para la dinámica cuántica aproximada: formulación teórica y problemas modelo". The Journal of Chemical Physics . 142 (24): 244112. Bibcode : 2015JChPh.142x4112S . doi : 10.1063/1.4922887 . hdl : 1911/94772 . ISSN 0021-9606 . PMID 26133415 .  
  9. ↑ Smith, Kyle KG; Poulsen, Jens Aage; Nyman, Gunnar; Cunsolo, Alessandro; Rossky, Peter J. (28 de junio de 2015). "Aplicación de un nuevo algoritmo de simulación de dinámica cuántica que conserva el conjunto al parahidrógeno líquido y al ortodeuterio". The Journal of Chemical Physics . 142 (24): 244113. Bibcode : 2015JChPh.142x4113S . doi : 10.1063/1.4922888 . hdl : 1911/94773 . ISSN 0021-9606 . OSTI 1237171. PMID 26133416 .   
  10. ↑ Berne, BJ; Thirumalai, D. (1986). "Sobre la simulación de sistemas cuánticos: métodos de integral de trayectoria". Annual Review of Physical Chemistry . 37 : 401–424 . Bibcode : 1986ARPC...37..401B . doi : 10.1146/annurev.pc.37.100186.002153 .
  11. ↑ Gillan, MJ (1990). "La simulación de integrales de trayectoria de sistemas cuánticos, Sección 2.4". En CRA Catlow; SC Parker; MP Allen (eds.). Modelado computacional de fluidos, polímeros y sólidos . Serie C de la OTAN ASI. Vol. 293. pp. 155–188 . ISBN   978-0-7923-0549-1.
  12. ↑ Trotter, HF (1959). "Sobre el producto de semigrupos de operadores" . Actas de la Sociedad Matemática Americana . 10 (4): 545– 551. doi : 10.1090/S0002-9939-1959-0108732-6 . JSTOR 2033649 . 
  13. ↑ Chandler, D. (1981). "Explotando el isomorfismo entre la teoría cuántica y la mecánica estadística clásica de fluidos poliatómicos". The Journal of Chemical Physics . 74 (7): 4078– 4095. Bibcode : 1981JChPh..74.4078C . doi : 10.1063/1.441588 .
  14. ↑ Marx, D.; Müser, MH (1999). "Simulaciones de integrales de trayectoria de rotores: Teoría y aplicaciones". Journal of Physics: Condensed Matter . 11 (11): R117. Bibcode : 1999JPCM...11R.117M . doi : 10.1088/0953-8984/11/11/003 . S2CID 250913547 . 
  15. ↑ "Teoría no hamiltoniana" .
  16. ↑ "Cadenas de aspiradoras nasales" (PDF) . 1992.
  17. ↑ Hirshberg, Barak (2019). " PIMD para senos - PNAS" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 116 (43): 21445– 21449. doi : 10.1073/pnas.1913365116 . PMC 6815177. PMID 31591226 .  
  18. ↑ Cao, J.; Voth, GA (1996). "Aproximaciones semiclasicas a las funciones de correlación temporal dinámicas cuánticas". The Journal of Chemical Physics . 104 (1): 273– 285. Bibcode : 1996JChPh.104..273C . doi : 10.1063/1.470898 .

Lecturas adicionales

  • Feynman, RP (1972). «Capítulo 3». Mecánica estadística . Reading, Massachusetts: Benjamin. ISBN 0-201-36076-4.
  • Morita, T. (1973). "Solución de la ecuación de Bloch para sistemas de muchas partículas en términos de la integral de trayectoria". Journal of the Physical Society of Japan . 35 (4): 980– 984. Bibcode : 1973JPSJ...35..980M . doi : 10.1143/JPSJ.35.980 .
  • Wiegel, FW (1975). "Métodos de integral de trayectoria en mecánica estadística". Physics Reports . 16 (2): 57– 114. Bibcode : 1975PhR....16...57W . doi : 10.1016/0370-1573(75)90030-7 .
  • Barker, JA (1979). "Un método Monte Carlo cuántico-estadístico; integrales de trayectoria con condiciones de contorno". The Journal of Chemical Physics . 70 (6): 2914– 2918. Bibcode : 1979JChPh..70.2914B . doi : 10.1063/1.437829 .
  • Ceperley, DM (1995). "Integrales de trayectoria en la teoría del helio condensado". Reviews of Modern Physics . 67 (2): 279– 355. Bibcode : 1995RvMP...67..279C . doi : 10.1103/RevModPhys.67.279 .
  • Chakravarty, C. (1997). "Simulaciones de integrales de trayectoria de sistemas atómicos y moleculares". International Reviews in Physical Chemistry . 16 (4): 421– 444. Bibcode : 1997IRPC...16..421C . doi : 10.1080/014423597230190 .
  • "Matrices de densidad e integrales de trayectoria" . SMAC-wiki . Archivado del original (código informático) el 1 de mayo de 2016. Recuperado el 12 de mayo de 2012 .
  • John Shumway; Matthew Gilbert (2008). "Simulación de Monte Carlo de integral de trayectoria" . doi : 10.4231/D3T43J39D .{{cite journal}}: La cita de la revista requiere |journal=( ayuda ) CS1 maint: nombres múltiples: lista de autores ( enlace )