分子動力學(xué)是一門結(jié)合物理，數(shù)學(xué)和化學(xué)的綜合技術(shù)。分子動力學(xué)是一套分子模擬方法，該方法主要是依靠牛頓力學(xué)來模擬分子體系的運動，以在由分子體系的不同狀態(tài)構(gòu)成的系統(tǒng)中抽取樣本，從而計算體系的構(gòu)型積分，并以構(gòu)型積分的結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)一步計算體系的熱力學(xué)量和其他宏觀性質(zhì)。

分子動力學(xué)簡史

1957年：基于剛球勢的分子動力學(xué)法（Alder and Wainwright）

1964年：利用Lennard-Jones勢函數(shù)法對液態(tài)氬性質(zhì)的模擬（Rahman）

1971年：模擬具有分子團(tuán)簇行為的水的性質(zhì)（Rahman and Stillinger）

1977年：約束動力學(xué)方法（Rychaert, Ciccotti & Berendsen; van Gunsteren）

1980年：恒壓條件下的動力學(xué)方法（Andersen法、Parrinello-Rahman法）

1983年：非平衡態(tài)動力學(xué)方法（Gillan and Dixon）

1984年: 恒溫條件下的動力學(xué)方法(Berendsen et al.)

1984年：恒溫條件下的動力學(xué)方法（Nosé-Hoover法）

1985年：第一原理分子動力學(xué)法（→Car-Parrinello法）

1991年：巨正則系綜的分子動力學(xué)方法（Cagin and Pettit）

基本步驟

確定起始構(gòu)型

進(jìn)行分子動力學(xué)模擬的第一步是確定起始構(gòu)型， 一個能量較低的起始構(gòu)型是進(jìn)行分子模擬的基礎(chǔ) ，一般分子的起始構(gòu)型主要來自實驗數(shù)據(jù)或量子化學(xué)計算。

在確定起始構(gòu)型之后要賦予構(gòu)成分子的各個原子速度，這一速度是根據(jù)玻爾茲曼分布隨機(jī)生成的，由于速度的分布符合玻爾茲曼統(tǒng)計，因此在這個階段，體系的溫度是恒定的。另外，在隨機(jī)生成各個原子的運動速度之后須進(jìn)行調(diào)整，使得體系總體在各個方向上的動量之和為零，即保證體系沒有平動位移。

進(jìn)入平衡相

由上一步確定的分子組建平衡相，在構(gòu)建平衡相的時候會對構(gòu)型、溫度等參數(shù)加以監(jiān)控。

進(jìn)入生產(chǎn)相

進(jìn)入生產(chǎn)相之后體系中的分子和分子中的原子開始根據(jù)初始速度運動，可以想象其間會發(fā)生吸引、排斥乃至碰撞，這時就根據(jù)牛頓力學(xué)和預(yù)先給定的粒子間相互作用勢來對各個粒子的運動軌跡進(jìn)行計算，在這個過程中，體系總能量不變，但分子內(nèi)部勢能和動能不斷相互轉(zhuǎn)化，從而體系的溫度也不斷變化，在整個過程中，體系會遍歷勢能面上的各個點（理論上，如果模擬時間無限）。計算分析所用樣本正是從這個過程中抽取的。

計算結(jié)果

用抽樣所得體系的各個狀態(tài)計算當(dāng)時體系的勢能，進(jìn)而計算構(gòu)型積分。