无Jarzynski等式计算非平衡过程中的势均势和扩散系数
统计力学
2007-05-23 v1 其他凝聚态物理
摘要
通常情况下，针对从少量非平衡单向驱动分子动力学（SMD）路径重建势均势（PMF）的直接应用，受限于对极少数 dissipative work为负的罕见路径的抽样。这类轨迹暂时违反第二定律，对JE的有效性至关重要。为解决这一困难问题，我们提出了一种简单高效的方法，称为FR方法，通过在正向（F）和反向（R）两个方向上进行少量快速SMD拉伸，同时计算势均势U(z)和对应的扩散系数D(z)，而无需依赖JE。我们采用更为普遍的Crook瞬时涨落定理和刚性弹簧近似，证明：(i) F和R拉伸的平均dissipative功W_d相等；(ii) U(z)和W_d可由F和R过程的平均功轻松计算得到；(iii) D(z)可由W_d的斜率得到。为测试其可行性，我们将FR方法应用于确定单壁碳纳米管（SWNTs）中单文件水分子的U(z)和D(z)。得到的U(z)与其他PMF计算方法（如伞采样）的结果非常吻合。最后，将U(z)和D(z)作为输入用于基于Fokker-Planck方程的随机模型，以描述在MD模拟难以访问的尺度上SWNTs中的水传输。
关键词
引用
@article{arxiv.cond-mat/0510762,
title = {Calculating potentials of mean force and diffusion coefficients from nonequilibirum processes without Jarzynski's equality},
author = {Ioan Kosztin and Bogdan Barz and Lorant Janosi},
journal= {arXiv preprint arXiv:cond-mat/0510762},
year = {2007}
}
备注
ReVTeX4, 13 pages, 6 EPS figures, Submitted to Journal of Chemical Physics