自由能微扰

✍ dations ◷ 2025-08-06 13:46:17 #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

  • 语序语序(英语:word order)是一种文法上的词汇的顺序,任何语言都有主词、受词、动词之分,因此就出现了语序和语法格的问题,多数的语言都有一种主要的语序,如汉语、英语等,但是有时不只有
  • 纽约大都会纽约大都会(New York Mets)是一支在纽约州纽约的美国职棒大联盟球队,隶属国家联盟东区。 他们赢过两次世界大赛冠军,第一次是在1969年,第二次则是1986年。1959年7月27日,纽约律师
  • 荔枝湾荔枝湾(英语:Lychee Bay)是一个河涌,位于广东省广州市荔湾区西关泮塘一带,有二千多年的历史,历史上是有名消夏游乐地,素有小秦淮之称,荔湾区因此而命名。荔枝湾是西关涌(包括上西关涌
  • 东芝事件东芝事件(英语:Toshiba-Kongsberg scandal,日语:東芝機械ココム違反事件)指的是冷战期间,日本东芝机械伙同挪威的孔斯贝格公司(英语:Kongsberg Gruppen)、日本伊藤忠商社、日本和光贸
  • 洛福斯·温莱特洛福斯·麦葛瑞格·温莱特(英语:Rufus McGarrigle Wainwright,1973年7月22日-),曾获格莱美奖提名的加拿大裔美国创作歌手。他发表了五张原创音乐专辑,数张EP,与许多收录于合辑与电影
  • 橄榄果渣油橄榄果渣油(英语:olive pomace oil)是指从油橄榄果实压榨后的果渣中得到的油脂。当油橄榄果经机械压榨后,仍有5-8%的油脂留存在果渣中。此时,可采用溶剂等方法将剩余的油脂提取出
  • 朱作勇朱作勇(1942年8月-),男,安徽巢湖人,中华人民共和国政治人物,曾任甘肃省政协副主席。因受贿罪被判处有期徒刑12年。
  • 李修善李修善(David Hill,1840年-1896年),英国循道公会在华传教士。1840年,李修善出生于英格兰约克郡,在里士满接受神学训练。成为牧师以后,1865年,他被英国循道公会派往中国湖北省传教。18
  • σ-代数在数学中,某个集合 X 上的 σ-代数又叫 σ-域,是 X 的幂集的子集合(X 的幂集即包含所有 X 的子集的集合系)。这个子集满足对于补集运算和可数个并集运算的封闭性(因此对于可数个
  • 井上修井上修,(1946年7月20日 —),日本棒球选手。1 郑百胜 | 2 赖崇光 | 3 李坤哲 | 5 吕文生 | 6 余富诚 | 7 林克 | 8 吴思贤 | 9 罗敏卿 | 11 谢佳训 | 12 耿健辉 | 14 贺亮德 | 1