整流双极纳米孔的多尺度建模：显式水与隐式水模拟的比较

在多尺度建模方法中，我们在两个建模层面上给出了整流双极纳米孔的计算机模拟结果。在全原子模型中，我们使用显式水通过分子动力学技术直接模拟离子传输。在简化模型中，我们使用隐式水，并应用局部平衡蒙特卡洛方法以及能斯特-普朗克传输方程。这种混合方法以损失细节为代价实现了离子传输的快速计算。我们表明，当在器件（即输入对输出）层面观察系统时，隐式水模型是显式水模型的恰当表示。两个模型对不同电压和模型参数的电流产生定性相似的行为。观察浓度和电势分布的细节，我们发现两个模型之间存在深刻差异。然而，这些差异不影响模型作为器件的基本行为，因为它们不影响作为电流主要决定因素的浓度的$z$依赖性。这些结果进而解决了一个古老的悖论：其假设在纳米尺度器件中应失效的简化模型，如何能预测实验数据？我们的模拟表明，简化模型仍能正确捕捉整体器件物理，即使它们在一些重要的分子尺度物理方面相当错误；简化模型之所以有效，是因为它们包含了从器件功能角度看必要的物理。因此，简化模型足以用于一般器件理解和器件设计，但分子水平理解可能需要更详细的模型。