混合蒙特卡罗-流体动力学 (hybridMC-MetaD)
材料科学
2025-08-25 v1
摘要
我们提出将 Hybrid Monte Carlo (hybridMC) 算法与 Well-Tempered Metadynamics 深度集成的强大方法。这种新算法 hybridMC-MetaD 通过允许利用更广泛的集体变量 (CV)，即非可微集体变量，增强了流体动力学的灵活性和适用性。我们通过分子动力学 (MD) 模拟中五个罕见事件的示例演示了 hybridMC-MetaD 的用法，包括模型势系统中的一次罕见转变、氦原子系统的凝结、接近硬球系统中的晶体化、接近硬双锥体系统和胶体悬浮液。凭借 hybridMC 融合了 MD 和 MC 的优势，我们能够对所有五个案例沿非可微 CV 进行偏置，这在传统 MD 模拟中是不可行的。凭借 metadynamics，我们观察到了相转变的显著加速，并使用 hybridMC-MetaD 模拟数据计算了自由能垒。对于以熵为主要驱动力的接近硬双锥体系统，其晶体化，我们首次报告了该系统的自由能曲面。通过我们的案例研究，我们表明 hybridMC-MetaD 方案简化了流体动力学的使用，提高了其可及性。我们相信 hybridMC-MetaD 算法将激发更广泛的兴趣，促进流体动力学的更广泛应用。
引用
@article{arxiv.2508.15942,
title = {Hybrid Monte Carlo Metadynamics (hybridMC-MetaD)},
author = {Charlotte Shiqi Zhao and Sun-Ting Tsai and Sharon C. Glotzer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.15942},
year = {2025}
}