哈桑·梅廷·阿克图加;萨加尔·潘迪特（Sagar A.Pandit）。;阿德里·C·T·范·杜恩。;阿南斯·格拉玛。 反应分子动力学：数值方法和算法技术。 （英语） Zbl 1387.65128号 SIAM J.科学。计算。 34，第1号，C1-C23（2012）. 摘要：原子和分子系统建模需要计算密集型量子力学方法，例如但不限于密度泛函理论[R.A.弗里斯纳，程序。国家。阿卡德。科学。美国102，第19期，6648–6653（2005年；Zbl 1355.81187号)]. 这些方法已成功地预测了原子尺度下化学系统的各种性质。由于量子力学固有的非局域性，根据所用方法和所涉及的近似值，这些方法的可扩展性范围从（O（N^3））到（O（N ^7））不等。这显著地将模拟系统的大小限制为几千个原子，即使在大型并行平台上也是如此。另一方面，量子系统的经典近似虽然在计算上（相对而言）容易实现，但产生的模型更简单，缺乏反应性和电荷转移等基本化学性质。最近的工作阿德里·C·T·范·杜恩等[J.Phys.Chem.A 105，No.41，9396–9409（2001）doi:10.1021/jp004368u)]通过谨慎地通过经验键序势合并有限的非局域性（以模拟量子行为），克服了非反应经典分子动力学（MD）近似的局限性。这种被称为ReaxFF的反应性经典MD方法在很大程度上保持了经典MD的计算简单性的同时，实现了基本的量子特性。反作用力场的实现带来了重大的算法挑战。由于这些方法对键断裂和形成进行建模，因此有效的实现必须依赖于复杂的动态数据结构。这些方法中的电荷转移是通过电荷平衡使静电能最小化来实现的。这需要在每个时间步长求解带有屏蔽静电核的大型线性系统（10^8自由度及以上）。单个时间步长本身通常在十分之一飞秒的范围内，需要在时间步长内和跨时间步长进行优化，以将模拟缩放到纳秒或更远，从而可以观察到有趣的现象。在本文中，我们介绍了sPuReMD（普渡反应分子动力学系列程序）的实现细节，这是一个独特的反应经典MD代码。我们描述了各种数据结构，以及模拟引擎核心的电荷平衡求解器。这个Krylov子空间解算器依赖于一个基于带阈值的不完全LU因式分解（ILUT）的预条件器，专门针对我们的应用程序。我们全面验证了sPuReMD在各种碳氢化合物系统上的性能和准确性。特别是，我们显示出良好的每一步时间、系统大小的线性时间缩放和低内存占用。sPuReMD是一个具有GPL的自由分布软件，目前正用于建模各种系统，从生物膜中的氧化应激到Si-Ge纳米棒中的应变弛豫。 引用于2文件 MSC公司： 65页第10页 含辛积分器哈密顿系统的数值方法 65F08个 迭代方法的前置条件 65层10 线性系统的迭代数值方法 65层50 稀疏矩阵的计算方法 70英尺10英寸 \（n\）-身体问题 81V55型 分子物理学 关键词：反应经典分子动力学;键序势;雷克斯FF;电荷平衡;Krylov子空间解算器;基于ILUT的预处理器 引文：Zbl 1355.81187号 软件：sPuReMD公司;车灯;格鲁马克斯 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{H.M.Aktulga}等人，SIAM J.Sci。计算。34，第1号，C1--C23（2012；Zbl 1387.65128） 全文： 内政部 链接