自由能微扰

✍ dations ◷ 2025-04-04 05:44:19 #计算化学,统计力学

自由能微扰 (英语:Free Energy Perturbation, 缩写:FEP)是用来计算自由能的一种常用方法。最早由R. W. Zwanzig在1954年提出。以正则系综为例,从状态A到状态B的自由能变化可以由下式算出:

其中T为温度, H A {\displaystyle H_{A}} H B {\displaystyle H_{B}} 分别为状态A和状态B的哈密顿量, k B {\displaystyle k_{B}} 为玻尔兹曼常数, {\displaystyle \langle \rangle } 表示在状态A的系综中取系综平均。简单而言,为了计算状态A与状态B之间的自由能差,只需通过在状态A的系综中对两状态之间的能量差采样,然后求平均即可。采样可以使用分子动力学或者蒙特卡洛方法模拟。

以正则系综为例,已知状态A的配分函数为 Q A {\displaystyle Q_{A}}

其中 β = 1 / k B T {\displaystyle \beta =1/k_{B}T} 。那么状态B的配分函数 Q B {\displaystyle Q_{B}} 可以做如下改写

而状态B与A之间的自由能差

故有

自由能微扰被广泛应用于各种自由能的计算,并被集成到各种分子模拟软件中,包括:

在使用自由能微扰进行自由能计算的时候,需要注意由于状态A与B之间能量差太大而导致的采样不足问题。在这种情况下,需要把A到B之间划分成多个窗口进行采样,或者采用其他自由能计算方法,比如Bennett acceptance ratio(英语:Bennett acceptance ratio) 以及Umbrella sampling(英语:Umbrella sampling)。

相关

  • 视力测试视力测试是由眼科医生、眼科视光师及视觉矫正师(英语:Orthoptics)所进行的测试,以评估接受视力测试者的视力能力及水平、对焦点的追踪及对物件的辨识能力。
  • 宝龙街道宝龙街道中华人民共和国广东省深圳市龙岗区下辖的一个街道办事处,名称取自街道内主要道路——宝龙路,下辖宝龙、南约、同乐等共7个社区。该街道主要产业有电气机械及器材制造
  • 原秒阿秒(英语:attosecond),符号 as,是一种时间的国际单位,为 10-18 秒,或 1/1000 飞秒。比例上,一阿秒之于一秒,如同一秒之于 317.1 亿年,约为宇宙年龄的两倍。阿秒的英语为 ,由表示“10-1
  • 章亚若章亚若(英语:Chang Ya-juo,1913年-1942年8月),本名章懋李,生于中国江西省永修县吴城镇,籍贯浙江鄞县高桥,蒋经国情妇,同时也是郭礼伯情妇。并育有孪生私生子蒋孝严与章孝慈。然而一方
  • 安硕MSCI墨西哥可供投资市场指数基金安硕MSCI墨西哥可供投资市场指数基金(NYSE:EWW)是于纽约证券交易所上市的交易所交易基金,这个是在投资上市的MSCI加拿大成份股最有价值基础企业股份类别。现时基金持股比重最大
  • 老友记 (第十季)《老友记》第十季,是由David Crane(英语:David Crane (writer/producer))和Marta Kauffman(英语:Marta Kauffman)制作的美国情景喜剧。它由Bright/Kauffman/Crane Productions(英语
  • 全威全威(1967年12月31日-),笔名阳舟,中国作家、诗人,广东省作家协会会员,世界华文诗人协会会员。出生于湖南省安乡县,1989年毕业于武汉大学。出版有诗集《晒我的影子》,小说《弥留》、《
  • 岛蚺科岛蚺科是爬虫类蛇亚目真蛇下目下的其中一个科,又称“雷蛇”。此科是位于毛里求斯及附近少数岛屿上(如圆岛)的当地蛇种,科下只有两个属。岛蚺曾经在毛里求斯一带生活,不过当中的个
  • 娥摩拉罪恶之城《娥摩拉罪恶之城》(意大利语:Gomorra)是2008年的电影作品,为意大利导演马提欧·加洛尼执导的剧情长片,根据作家罗贝托·萨维亚诺所写的《娥摩拉(意大利语:Gomorra (romanzo))》改编
  • 谷垣专一谷垣专一(日语:谷垣 専一,1912年1月18日-1983年6月27日)是日本政治家、农林官僚。东京帝国大学法学部法律学科毕业后,农林省入省(农务局嘱托)。成为1955年10月 大臣官房长,1956年6月