分子模拟/极化力场

极化性

当一个分子被放置在不同的环境中时，分子中的电荷分布会发生变化。这就是极化性的定义。力场在分子动力学中起着关键作用，因此，如果这些力场更准确，它们就能够描述物理现实。因此，从模拟中获得的输出将更加精确。因此，对偏电荷的大小及其在原子核中的位置进行良好的近似是至关重要的。另一方面，非极化（固定电荷）模型对无法完全捕捉多体效应的近似值提供了较差的解释或有效势。换句话说，固定电荷模型提供了易于处理的描述，并且适合均质系统的平衡性质。相反，由于极化经验力场包含多体效应，因此它在函数形式上提供了清晰而系统的开发。

Drude模型（也称为弹簧上的电荷）

Drude极化力场通过在系统中添加带负电的“Drude”粒子来近似诱导极化的影响。这些粒子通过谐波势与系统中非氢原子相连。与其他带电粒子的静电相互作用会导致Drude粒子响应地移动，模拟诱导电子极化的影响。在这个理论中，Lennard-Jones势被用来展示色散相互作用。Drude模型的一些积极特点是它在现有的力场中相对容易实现，并且它也是化学直观的。它的一个主要缺点是通过使用许多额外的电荷，相互作用计算的数量会增加。给定原子的原子极化性， $\alpha$ ，可以从公式（1）获得，其中 $r_{D}$ 是Drude粒子上的电荷， $k_{D}$ 是将该Drude粒子连接到其母原子核的弹簧的力常数。

\alpha =q_{D}^{2}/k_{D}

(1)

SWM4-NDP Drude极化水分子示意图。Drude粒子及其谐波系链用红色显示。孤对粒子 (LP) 在 H-O-H 平分线上。

一个SWM4-NDP Drude极化模型水分子被相邻钾离子的电场极化。Drude粒子（红色）带负电，移动以最大化其与钾的相互作用。

AMOEBA模型（用于生物分子应用的原子多极优化能量学）

AMOEBA是众多能够描述电子极化的力场之一。AMOEBA使用固定和极化多极的组合处理静电。在AMOEBA中，极化力场通过交互的原子感应偶极子建模。每个原子的感应偶极子是其原子极化率和由所有其他原子的永久多极子和感应偶极子在该原子产生的静电场的乘积。因此，这个未来导致静电相互作用的计算不同于之前使用库仑势来评估电荷-电荷相互作用的计算。因此，在AMOEBA中应该在力场中添加额外的项来解释电荷-偶极子和偶极子-偶极子相互作用。AMOEBA模型的一个优点是它强调复制分子极化率和静电势，而不仅仅是相互作用能。

AMOEBA和固定电荷力场之间的区别：AMOEBA势具有静态原子电荷、点偶极矩和以每个原子为中心的点四极矩。每个原子也包含一个可极化的点偶极矩。极化程度由原子极化率参数定义。这些偶极子的最稳定方向和大小是通过迭代计算的。

参考文献

Baker, Christopher M. (2015). "用于生物分子分子动力学模拟的极化力场". Comput.Mol.Sci. {{cite journal}}: Check date values in: |year= (help); Italic or bold markup not allowed in: |journal= (help); Text "doi: 10.1002/wcms.1215" ignored (help)

"AMOEBA 极化力场的现状". J.Phys.Chem. 114, 8: 2549–2564. 2019. doi:doi.org/10.1021/jp910674d. {{cite journal}}: Check |doi= value (help); Check date values in: |year= (help); Italic or bold markup not allowed in: |journal= (help)