基于体积约束的渼象正则分子动力学

分子动力学模拟通常受限于固定粒子数，这限制了我们对系统组成在模拟时间内发生变化的化学和物理过程的仿真能力。典型例子是计算杂质溶液中核化和晶体生长速率，这些速率的计算取决于流体组成。相对于计算时不变的生长和核化速率，常化学势分子动力学模拟更为必要。虽然可以通过添加和删除粒子来实现广义正则分区函数，但在浓缩相中由于事件接受概率低，实际操作非常低效。自适应分辨率方案使用一组非相互作用粒子的储备库，这些粒子可以被转化为溶质粒子，从而规避了这一问题，但需要相对复杂的代码实现。本文提出了一种更简单的方法，通过谐和体积约束来控制溶质的渼象压力，这可以被视为系统化学势的近似。渼象压力调节器被证明能够再现理想气体和理想溶液的预期性质。使用 mW 水模型，渼象压力调节器被显示能够在电解质溶液中提供恒定的冰生长速率，而标准分子动力学模拟则无法做到这一点。