计算液态水中 $^1$H 核的频率相关 NMR 弛豫
软凝聚态物质
2024-02-20 v2 化学物理
摘要
本文旨在提出一个计算框架，用于从分子动力学（MD）模拟中可靠地确定自旋 核的频率相关分子间和分子内 NMR 偶极-偶极弛豫速率。该方法避免了由众所周知的平移扩散有限尺寸效应所引起的偏差。此外，还推导出一个程序来控制和校正由固定的距离采样截断和周期性边界条件引起的效应。通过构造，该方法能够准确预测分子间 NMR 偶极-偶极弛豫速率的正确低频标度行为，从而允许在多个数量级上可靠地计算频率相关的弛豫速率。我们的方法基于利用 Hwang 和 Freed 关于分子间偶极-偶极相关函数及其相应谱密度的理论 [J. Chem. Phys. 63, 4017 (1975)]，并将其与分子动力学（MD）模拟数据相结合。通过随机行走蒙特卡洛模拟，量化了由周期性边界条件和采样距离截断引起的与 Hwang 和 Freed 理论的偏差。还建议了一个基于 Hwang 和 Freed 理论的表达式来校正这些效应。作为原理验证，我们基于 TIP4P/2005 模型的模拟，计算了在 和 下液态水中 H 核的频率相关分子间和分子内偶极 NMR 弛豫速率，从而展示了我们的方法。我们的计算表明，在极端窄化极限下，TIP4P/2005 模型的 H NMR 弛豫速率的分子间贡献此前被严重低估了。
引用
@article{arxiv.2312.02712,
title = {Computing the Frequency-Dependent NMR Relaxation of $^1$H Nuclei in Liquid Water},
author = {Dietmar Paschek and Johanna Busch and Eduard Mock and Ralf Ludwig and Anne Strate},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.02712},
year = {2024}
}
备注
15 pages, 8 figures, removed typos, added an additional Figure 4, corrected mistake in Figure 8 (previously Figure 7)