基于力场特定Sternheimer因子利用经典分子动力学计算四极核水溶液离子的NMR弛豫速率
化学物理
2021-09-29 v2 软凝聚态物质
摘要
四极核的核磁共振(NMR)弛豫由其位置处的电场梯度(EFG)涨落所主导。在经典分子动力学(MD)中,电子云对EFG的贡献可通过Sternheimer近似纳入,其中利用量子DFT计算得到的核处完整EFG被认为与由外部经典电荷分布产生的EFG成正比。本工作中,我们系统评估了Sternheimer近似的质量,以及经典力场(FF)对无限稀释下四极水溶液离子NMR弛豫速率的影响。具体而言,我们比较了使用从头算参数化的可极化FF、近期开发的具有缩放离子电荷的经验FF,以及具有形式离子电荷的简单经验非可极化FF所得到的速率。令人惊讶的是,只要采用模型特定的Sternheimer参数化,所考虑的三种FF均对较小且较不易极化的溶质给出了良好的速率值。然而,可极化与缩放电荷FF对二价及更易极化的物种给出了更好的估计。我们发现,量子与经典EFG之间的线性关系在所有考虑的情形中均成立良好,但该近似常导致所得EFG方差的较大误差,而该方差与计算得到的速率成正比。我们尝试通过对EFG引入一阶非线性修正来减小误差,但未发现所得方差有明显改善。后一结果表明,要确定离子位置处的EFG,可能需要更精细的方法,尤其是那些考虑离子周围瞬时原子环境的方法,以系统性改进经典MD中的NMR弛豫速率估计。
引用
@article{arxiv.2107.04355,
title = {NMR relaxation rates of quadrupolar aqueous ions from classical molecular dynamics using force-field specific Sternheimer factors},
author = {Iurii Chubak and Laura Scalfi and Antoine Carof and Benjamin Rotenberg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.04355},
year = {2021}
}
备注
50 pages, 15 figures, 5 tables, supporting information