Granular thermostat implementation within the soft-sphere Discrete Element Method (DEM) framework, considerations and limitations
Westlake University（西湖大学）；University of Cambridge（剑桥大学）
针对软球DEM中Langevin与Nosé-Hoover恒温器的互补缺陷，提出两种成对混合恒温器，实现精确控温并调控速度统计，在固定惯性数下升高颗粒温度可降低表观摩擦。
2026-09-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Influence of Thermostats on the Dynamics of the Helix-Coil Transition
本文通过全原子分子动力学模拟，比较 Langevin、Andersen 和 Nosé-Hoover 三种恒温器对聚丙氨酸螺旋-卷曲转变非平衡动力学的影响，发现现象学差异较小但定量动力学不同。
2025-08-21 cond-mat.soft
Generalized Langevin Equation Formulation for Anomalous Polymer Dynamics
为了复制异常的东西，广义Langevin方程（GLE）是一类具有亚扩散或超扩散性质的随机动力系统，近年来得到了广泛的应用。出于一个具有异常动力学的系统是否可以具有GLE公式的问题，在这里我考虑聚合物物理，其中亚扩散行为是常见的。我提供了一个确切的推导GLE幻影劳斯聚合物，andby识别聚合物对当地菌株的反应，我认为的情况下，GLE制定的自避免聚合物和聚合物易位通过一个狭窄的孔在膜。在聚合物物理学中，异常动力学对应于GLE的实例的数量似乎相当普遍。
2010-01-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simulation of quantum zero-point effects in water using a frequency-dependent thermostat
像水这样的分子，其振动模式的零点能量远高于室温。因此，经典的分子动力学模拟的液体在很大程度上低估了具有较高零点温度的模式的能量，这转化为低估共价原子间的距离，由于非谐效应。零点效应可以使用路径积分分子动力学模拟来恢复，但是这些在计算上是昂贵的，使得它们与从头算分子动力学模拟的组合成为挑战。作为路径积分方法的替代方案，从计算简单的角度来看，可以设想设计一种恒温器，该恒温器能够在其相应的零点温度下平衡和保持不同的振动模式。最近，Ceriotti等人（Phys.Rev.Lett. 102 020601（2009））引入了一种框架，以使用具有相关噪声的定制朗之万方程，其可以用于包括经典分子动力学模拟中的量子波动。在这里，我们表明，它是可以使用的广义朗之万方程与抑制噪声结合鼻子胡佛恒温器有效地施加零点温度独立模式在液态水。使用我们的简单和廉价的方法，我们实现了良好的协议相比，路径积分分子动力学模拟的所有原子对关联函数。
2013-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diffusion of a tracer in a dense mixture of soft particles connected to different thermostats
我们研究的动态示踪剂在一个稠密的混合物中的粒子连接到不同的恒温器。从描述系统演化的过阻尼Langevin方程出发，在粒子间软相互作用的限制下，推导出了悬浮液中标记粒子的自扩散系数的表达式。我们的推导，这依赖于线性化的迪恩-川崎方程服从的密度场和路径积分表示的动态的示踪剂，延伸了以前的推导，保持示踪剂接触一个单一的浴。我们的分析结果是面对布朗动力学模拟的结果。与数值模拟的协议是非常好的，即使是高密度。我们展示了示踪剂的扩散率如何受到可能代表聚合物线圈的软颗粒的密集环境的活动的影响-这一结果可能与生物介质中扩散率测量的解释有关。最后，我们的分析结果是一般性的，可以应用到示踪剂的扩散耦合到不同类型的波动环境，只要它们的演化方程是线性的，示踪剂和浴之间的耦合是弱的。
2022-12-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Lopsided Rigid Dumbbell Rheology from Langevin Equation: A Graduate Tutorial
本教程针对不对称刚性哑铃颗粒建模问题，提出基于朗之万分析的直接方法，推导得到构象张量、应力及取向分布函数扩散方程，结果与已有方法一致，为相关研究提供教学参考。
2024-05-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Constant pressure and temperature discrete-time Langevin molecular dynamics
提出了一种新的改进方法，用于周期性边界条件下的分子动力学模拟中温度和压力的同时控制。恒温恒压方程是建立在我们以前开发的随机恒温器，这已被证明是提供正确的统计配置采样的任何时间步，产生稳定的轨迹。在这里，我们扩展的方法，并开发了一组离散时间运动方程的粒子动力学和系统体积，以寻求压力控制，是不敏感的数值时间步长的选择。该方法简单、实用、高效。该方法是通过直接数值模拟的两个特征模型系统-一个一维的颗粒链，可以得到精确的统计结果，并用作基准，和三维系统的Lennard-Jones相互作用的粒子模拟在固相和液相。与Kolb和Dunweg方法进行比较的结果表明，新方法的行为符合目标，即所获得的结构测量的统计平均值和波动对应用于模拟的所选时间步长是准确和鲁棒的。
2014-11-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamic Implicit-Solvent Coarse-Grained Models of Lipid Bilayer Membranes : Fluctuating Hydrodynamics Thermostat
许多粗粒模型已被开发用于脂质双层膜的平衡研究。为了实现在模拟中访问的长度尺度和时间尺度难以达到完全原子分子动力学，这些粗粒度的模型提供了一个简化的分子自由度的描述，并经常删除完全表示的溶剂自由度。在这种隐式溶剂模型中，溶剂的贡献是通过有效的相互作用项内的自由能的有效潜力。在动力学研究中，常使用朗之万动力学。然而，对于双层内的许多动力学过程，这种方法是不够的，因为它忽略了重要的相关性和动力学的贡献，作为一个结果，将通过溶剂发生的动量转移丢失。为了解决这个问题，我们引入了一个新的恒温器的基础上波动的流体动力学的动态模拟隐式溶剂粗粒度模型。我们的方法将粗粒度的自由度耦合到一个随机连续场，该场同时考虑了溶剂流体动力学和热波动。我们表明，我们的方法捕捉到了重要的相关性，在使用传统的朗之万动力学进行模拟的脂质双层的动力学。对于平面双层片和双层囊泡，我们调查的扩散系数的脂质，空间相关性，和脂质流动的双层内。波动流体力学方法提供了一个很有前途的方式来扩展隐式溶剂粗粒脂质模型用于双层内的动态过程的研究。
2012-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Application of the G-JF Discrete-Time Thermostat for Fast and Accurate Molecular Simulations
一个新的Langevin-Verlet恒温器，保留了离散时间步长的波动耗散关系，适用于分子建模和测试对几个流行的套件（琥珀，GROMACS，LAMMPS）使用小分子作为一个例子，可以很容易地模拟所有三个软件包。与现有的方法相反，新的恒温器表现出没有检测到的变化，在采样统计的时间步长是在整个数值稳定范围内变化。该方法的简单形式，我们表示在三种常见的形式（速度显式，Stormer-Verlet，和跳蛙），允许在现有的分子模拟软件包中轻松实现，以实现更快，更准确的结果，没有成本的计算时间或编程复杂性。
2013-10-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
On the connection between sliding friction and phonon lifetimes: Thermostat induced thermolubricity effects in molecular dynamics simulations
典型的纳米摩擦学模拟设置是半无限衬底，其特征在于顶部的滑动珠，并且较低的衬底层恒温以控制温度。一个挑战是处理从基底下边界背反射的声子，因为这些声子将人为地减少作用在滑动珠上的摩擦FR。一种提出的解决方案是使用朗之万恒温器，其在温度TLAN下操作，并且具有相应的阻尼参数，最佳地调谐，使得FR最大化[Benassi等人，PHYSREVB，V82，P081401，2010]。在本文中，该方法被重新审视，并涉及到基板声子寿命，基板温度Tcb，和滑动速度。在低滑动速度，粘滑事件之间的时间是大的声子寿命相比，我们没有观察到太多的依赖性FR的Gamma，这里的恒温器调谐是不需要的。在高滑动速度下，在改变Gamma时，我们确认了上述摩擦最大值，但也观察到Tmax的明显最小值，其在这里偏离TLAN。对于强烈非谐的衬底粒子相互作用，FR随Gamma的变化可以理解为热致陆性的表现，背反射基本上不重要。相反，对于谐波相互作用，声子寿命变得非常长，FR强烈地受到背反射声子的影响，但不足以推翻热致液晶性。
2019-04-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dissipative particle dynamics for coarse-grained models
本文提出DPDS方法，通过DPD恒温器将溶剂流体动力学引入既有粗粒化溶质模型且不改变其平衡性质，并在聚合物动力学和纳米孔电渗流中验证其适用性。
2024-04-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the connection between dissipative particle dynamics and the Itô-Stratonovich dilemma
耗散粒子动力学（DPD）是研究具有不可忽略的平衡热涨落的系统的流体动力学行为的一种流行的模拟模型。DPD采用系统粒子之间的软核排斥相互作用，从而允许它们重叠。这应该允许相对较大的积分时间步长，这是大时间尺度上的模拟的重要特征。然而，在实践中，积分时间步长的增加导致采样统计中越来越大的系统误差。在这里，我们证明了这些系统误差的主要来源是朗之万方程中热噪声项的乘法性质，即，它取决于粒子的瞬时坐标。这导致了随机微分朗之万方程的解释的模糊性，被称为伊藤-斯特拉托诺维奇困境。基于以前的研究的困境的见解，我们提出了一种新的算法DPD模拟表现出几乎一个数量级的精度提高，和常用的DPD Langevin恒温器的效率的近两倍。
2016-02-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Viscoelastic active diffusion governed by nonequilibrium fractional Langevin equations: underdamped dynamics and ergodicity breaking
研究非平衡分数阶朗之万方程的主动动力学与遍历性破缺，发现主动噪声与长时黏弹性记忆效应的相互作用导致复杂非平衡动力学，系统在恢复遍历性前存在长期破缺状态。
2023-09-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Model studies on motion of respiratory droplets driven through a face mask
口罩用来拦截呼吸道飞沫，防止空气传播疾病的传播。设计效率更高的口罩需要从微观上了解呼吸道飞沫如何通过口罩。在这里，我们研究了一个简单的模型拦截液滴的面罩。该面具被视为一个聚合物网络在一个不对称的限制，而液滴被视为一个微米大小的示踪剂胶体粒子，受到驱动力，模仿呼吸。我们研究数值，使用朗之万动力学，示踪粒子渗透通过聚合物网络。我们表明，渗透是一个激活的过程后的阿耳忒弥斯依赖于温度。负责的活化过程的势能分布与示踪剂的大小，示踪珠的相互作用，网络刚度增加，并与驱动力和约束长度减少。在室温下，在驱动力的存在下，更深的能垒导致更好的效率来拦截给定尺寸的示踪剂颗粒。本文的研究结果可为更有效的掩模设计提供参考。
2022-09-08 cond-mat.soft
Characterization of local dynamics and mobilities in polymer melts - a simulation study
通过MD模拟研究的PEO熔体的局部动力学特征进行了比较，两个模型链系统，即著名的劳斯模型以及半柔性链模型（SFCM），另外还包括链刚度。除了分析，而一般的量，如均方位移（MSD），我们提出了一种新的统计方法来提取本地珠流动性从模拟数据的基础上的Langevin方程，从而提供了一个补充的方法，以经典的Rouse模式分析。这使我们能够检查朗之万方程的有效性，因此，劳斯模型。此外，新方法具有广泛的应用，用于分析更复杂的聚合物体系，如梳状支化聚合物或聚合物共混物的动力学。
2010-05-31 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.comp-ph
Spreading Dynamics of Polymer Nanodroplets
采用分子动力学模拟研究了聚合物液滴的铺展。为了研究前体足和本体液滴两者的动力学，使用珠-弹簧模型模拟约200，000个单体的大液滴，所述珠-弹簧模型用于每个链的链长为10、20和40个单体的聚合物。我们比较平坦和原子表面上的传播，链长效应，以及不同的应用程序的朗之万和耗散粒子动力学恒温器。我们发现扩散行为的前体脚和良好的协议与分子动力学模型的液滴扩散使用平面和原子表面。尽管大的系统尺寸和较长的模拟时间相对于以前的模拟，我们没有发现任何证据的流体动力学行为的扩散液滴。
2003-08-08 cond-mat.soft
Non-Markovian modeling of non-equilibrium fluctuations and dissipation in active viscoelastic biomatter
基于一个包含示踪剂和活性粒子之间弹性耦合的哈密顿量，我们推导出一个广义Langevin模型，用于描述活性粘弹性生物物质的非平衡力学响应。我们的模型考虑了嵌入聚合物网络的幂律粘弹性响应以及活性和示踪粒子之间的非平衡能量转移。我们的频率依赖性响应函数和位置自相关函数的解析表达式同意很好的红细胞和肌动球蛋白网络与ATP的实验数据。拟合的有效活性粒子的温度，弹性常数和有效摩擦系数，我们的模型允许直接的物理解释。
2022-07-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Detachment of semiflexible polymer chains from a substrate - a Molecular Dynamics investigation
使用分子动力学模拟，我们研究了力诱导的粗颗粒模型聚合物链从粘性基底上的脱离。由此，以恒定速度将链端之一拉离有吸引力的基底，并且针对各种参数分析所测量的平均力$< f >$与端部段在平面上的高度$D$的所得锯齿形轮廓。结果表明，所观察到的特征振荡的$< f >$ - $D$配置文件依赖于弯曲，而不是对扭转刚度的分离链。考虑到流体动力学相互作用（HI）在具有明确溶剂和DPD恒温器的设置中的存在，而不是朗之万恒温器的情况，人们发现HI对$< f >$ - $D$分布几乎没有影响。此外，从亲溶剂性到疏溶剂性的基质亲和性的变化被发现在解吸过程中发挥的作用可以忽略不计。相比之下，在$AB$ -共聚物从粘合剂表面脱离时，$A$ -和$B$ -链段结合能的变化比率$ε_s^A / ε_s^B$强烈地改变了$< f >$曲线，从而当$ε_s^A / ε_s^B < 0.15$ .最后，进行原子模拟的（生物）-聚合物{ \it聚甘氨酸}，我们证明了模拟结果，来自我们的粗粒度模型，符合有利的全原子模拟。
2014-11-24 cond-mat.soft
Hot crystals of thermo-responsive particles with temperature dependent diameter in presence of a temperature gradient
本文利用带Langevin恒温器的分子动力学模拟，研究了温度梯度下热响应粒子的结构形成，发现冷热粒子直径比超过特定值时冷热区均出现长程有序结构，有助于理解非平衡稳态极端条件下的有序结构。
2023-05-08 cond-mat.soft
Beyond the Markovian limit: Exact solutions for active motion in a power-law viscoelastic bath
Wenzhou Institute of the University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学温州研究院）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；Departament de Física de la Matèria Condensada, Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学凝聚态物理学系）；Chinese Academy of Sciences Key Laboratory of Soft Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所软物质物理重点实验室）；UBICS University of Barcelona Institute of Complex Systems（巴塞罗那大学复杂系统研究所）
通过求解非马尔可夫广义朗之万方程，解析研究了幂律粘弹性介质中主动粒子的运动，揭示了分数短时输运、增强长时持续性和力-取向去相关等新现象。
2026-08-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Force spectroscopy of polymer desorption: Theory and Molecular Dynamics simulation
采用基于Onsager随机方程的粗粒化解析动力学模型和基于Langevin恒温器的分子动力学（MD）模拟方法，研究了强吸附在固体基质上的高分子单链的强制脱附.所建议的方法使得有可能超越传统的Bell-Evans模型的局限性。我们观察到一系列的特征力峰值时，拉力测量对悬臂位移在分离过程中以恒定速度$v_c$（位移控制模式），并发现该力的平均大小增加$v_c$增长。研究了不同吸附能$ε$和牵引速度$v_c$时，牵引力和末端单体离表面距离的概率分布.我们广泛的MD模拟验证和支持的主要理论研究结果。此外，模拟揭示了一个新的行为：对于一个强摩擦和大规模的悬臂的力尖峰模式涂抹在大$v_c$。作为一个具有挑战性的任务，在未来的实验生物聚合物测序，我们建议制作刚性，超轻，纳米尺寸的原子力显微镜探针。
2013-10-14 cond-mat.soft
A molecular dynamics study on the equilibrium magnetization properties and structure of ferrofluids
利用分子动力学模拟详细研究了不同浓度和不同粒子偶极矩范围内的磁流体的初始磁化率、磁化曲线和微观结构。我们使用Ewald求和的长程偶极相互作用，考虑明确的平移和旋转的自由度，耦合到一个朗之万恒温器。当偶极相互作用能与热能相当时，对磁化特性的模拟结果与理论预测吻合得很好。然而，对于较强的偶极耦合，我们发现系统偏离理论曲线。我们详细分析了在不同条件下观察到的流体的微观结构。团簇的形成被发现在弱磁场下增强磁化强度，从而导致更大的初始磁化率。通过研究铁磁固体，粒子聚集的影响被隔离，铁磁固体由冻结在随机位置但可以自由旋转的磁偶极子组成。由于人工抑制铁磁固体中的团簇，与铁磁流体相比，观察到的磁化率大大降低。
2002-03-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermal Degradation of Adsorbed Bottle-Brush Macromolecules: Molecular Dynamics Simulation
采用分子动力学模拟方法，模拟了瓶刷分子在溶液中和粘性基底上的断裂动力学过程。我们的大分子包含具有$L$片段的长柔性聚合物主链，所述片段由可断裂键组成，以及两个长度为$N$的侧链，所述侧链连接到主链的每个片段。在最近的实验和理论预测的协议，我们发现，键裂解显着增强了强烈吸引力的基板上，即使化学性质的债券保持不变，从而。我们发现，平均键寿命$<τ>$减少吸附后的数量级以上，即使是刷分子与相对较短的侧链$N=1 ÷4$。断裂概率沿主链的键的分布被发现是相当敏感的关于侧链的长度和接枝密度之间的相互作用。$<τ>$的寿命随着轮廓长度$L$的增加而下降，为$<τ>\propto L^{-0.17}$，随着侧链长度的增加而下降，为$<τ>\propto N^{-0.53}$。碎片长度在不同时间的概率分布与实验观测结果吻合得很好。碎片的平均长度$L(t)$随时间的变化证实了热降解过程为一级反应的概念。
2011-03-03 cond-mat.soft
Thermal Degradation of Unstrained Single Polymer Chain: Non-linear Effects at Work
本文利用朗之万恒温器进行分子动力学模拟，研究了非谐势耦合下无应变高分子链的热致断裂。两个下阻尼和过阻尼动力学的情况下进行了研究，并与最近的研究模型聚合物与谐波相互作用的键断进行比较。我们发现，聚合物降解之间的惯性制度和重阻尼动力学定性变化。键愈合（重组）的作用也进行了研究，并获得的重组时间和过度拉伸键长的概率分布。我们广泛的模拟揭示了断裂动力学的许多性质，与独立键随机断裂的概念一致，例如，链断裂的平均时间$<τ>$随温度$T$遵循Arrhenius行为，并取决于聚合物中的键数$N$为$<τ> \propto N^{-1}$。相反，沿着聚合物主链的各个键的断裂速率清楚地表明存在自诱导的不均匀性，所述自诱导的不均匀性由热噪声和非线性的相互作用引起。最后，我们研究的碎裂动力学过程中热膨胀。我们证明，无论是碎片大小的概率分布函数，以及在随后的时间$t$的片段的平均长度表征降解主要是一级反应。
2011-03-11 cond-mat.soft
Thermal decomposition of a honeycomb-network sheet - A Molecular Dynamics simulation study
采用分子动力学模拟方法，利用Langevin恒温器研究了含键的二维三角形石墨烯薄膜的热降解过程.我们表明，断裂键的概率分布是在较低的温度下，而在较高的温度下，债券随机在任何地方的六角片的膜片的边缘处达到高峰。平均断裂时间$τ$被发现减少与网络节点$N$的总数量的幂律$τ\propto N^{-0.5}$，并揭示了一个温度$T$的Arrhenius依赖。分裂时间本身是指数分布的。平均团簇数的碎裂动力学可用不同配位的网络节点$n_i$之间的一级化学反应来描述。碎片大小的分布随着时间的推移从一个$δ$ -函数通过双峰到一个单峰再次在后期的时间。我们的模拟结果是由一组$1^{st}$阶动力学微分方程的$n_i$，它可以精确地解决和来自计算机实验的数据进行比较，提供了更深入的了解热机理的补充。
2012-08-12 cond-mat.soft physics.chem-ph
