从分子动力学轨迹估算位置相关和各向异性扩散张量：现有方法及展望

约束会显著改变材料的物理化学性质，通过打破平移各向同性并使所有物理性质位置相关。分子动力学 (MD) 模拟在表征此类空间异质性并探讨约束对材料性质影响方面已被证明是重要工具。对于静态性质，这一任务相对直接，可通过简单的空间分箱实现。然而，这种方法难以直接应用于输运系数，因为其在 bulk 中的自相关方法缺乏自然的扩展。扩散率便是一例，它在 bulk 中可从粒子 mobility 统计中估计，这些统计满足福克-普朗克方程。但在约束下，这些统计遵循斯莫拉斯科方程，而该方程缺乏闭合形式解析解。本简短综述探索了从 MD 模拟轨迹估算扩散张量剖面的丰富历史，并讨论了为此目的开发的各种近似方法和算法。除讨论 bulk 方法的经验性扩展外，我们概述了更严谨的算法，包括基于核的方法、贝叶斯方法和算子离散化技术。此外，我们概述了基于施加偏置势或对示踪粒子施加约束的方法。最后，我们讨论了从平均第一次到达时间或 committor 概率轮廓估算扩散率的方法，这一概念框架最初是为描述计算化学和生物学中稀有事件的 collective variable 空间而开发的。总之，本文为估算 MD 轨迹中扩散率的多种方法提供了简明概述，突出了该领域的挑战与机遇。