Stiff-spring approximation revisited: inertial effects in non-equilibrium trajectories
计算物理
2016-07-26 v1 统计力学
生物物理
摘要
使用谐波引导势是实现导向分子动力学（SMD）模拟的最常用方法，此类模拟旨在利用非平衡功（NEW）定理获取分子系统的平均力势（PMFs）。谐波引导势也是单分子力谱实验中的自然选择。Schulten 及其同事提出的硬弹簧近似（SSA）使得利用沿 SMD 轨迹所做的功来获取 PMF 成为可能。我们讨论并展示了 SSA 有效性所必需的高弹簧常数如何可能违反该理论的另一个要求，即系统布朗动力学的有效性。违反布朗条件会导致在 SMD 模拟期间对外部功引入动能贡献。这些惯性效应导致功分布发生偏斜，而非 SSA 预测的高斯分布。惯性效应还会导致功分布变宽，这在计算功平均值时加剧了偏斜的影响。值得注意的是，我们的结果强烈表明，功分布的偏斜度和宽度与平均漂移速度和物理不对称性无关。功分布的偏斜和展宽导致了对 PMF 的有偏估计。这种偏差表现为一种随模拟时间增加而增大的系统误差。我们讨论了的适当上限，以避免惯性效应。将该上限与的下限关系结合使用，能够在满足布朗动力学的同时进行精确的导向。此外，我们论证并证明，使用功分布的峰值（而非统计均值）可以大幅减少计算出的 PMF 中的偏差并提高精度。
引用
@article{arxiv.1607.07430,
title = {Stiff-spring approximation revisited: inertial effects in non-equilibrium trajectories},
author = {Mostafa Nategholeslam and C. G. Gray and Bruno Tomberli},
journal= {arXiv preprint arXiv:1607.07430},
year = {2016}
}