Modeling surface vibrations and their role in molecular adsorption: a generalized Langevin approach
本文提出一种基于广义朗之万方程的方法，从原子模拟数据推导参数以描述表面声子集体运动，揭示了记忆核的双峰形式及其受声子限域效应影响，并量化了其对粘附系数的作用。
2024-05-02 physics.chem-ph
Semi-classical generalized Langevin equation for equilibrium and nonequilibrium molecular dynamics simulation
基于Langevin方程的分子动力学（MD）模拟已广泛应用于不同相态物质结构、热性质的研究。通常，原子动力学由经典的运动方程描述，环境的影响通过涨落力和摩擦力来考虑。通常，核量子效应及其与其他自由度的耦合难以以有效的方式包括在内。这可能是一个严重的限制，其应用程序的动态性能的研究材料制成的轻元素，在存在外部驱动电场或热场。金属表面的单分子动力学就是这样一个系统，它是表面科学中一个重要的研究对象。在这篇综述中，我们总结了最近的努力，扩大朗之万分子动力学包括核量子效应和它们的耦合流动电流。我们讨论了它在金属表面吸附动力学、分子结中的电流诱导动力学以及不同储层间的量子热输运研究中的应用。
2018-02-03 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Molecular dynamics, Langevin, and hybrid Monte Carlo simulations in multicanonical ensemble
我们证明，多规范的方法是不限于蒙特卡罗模拟，但也可以应用到模拟技术，如分子动力学，朗之万，和混合蒙特卡罗算法。用能量函数对蛋白质折叠问题进行了验证。模拟在多正则系综的三种方法进行五肽，甲硫氨酸脑啡肽。对于每一种算法，它表明，从只有一个模拟运行，不仅可以找到全球最低能量构象，但也可以获得在任何温度下的正则系综的概率分布，它允许计算任何热力学量作为温度的函数。
1997-10-18 cond-mat physics.chem-ph
Continuum limit and preconditioned Langevin sampling of the path integral molecular dynamics
我们调查的连续极限，珠的数量趋于无穷大的环状聚合物表示的热平均值。研究轨迹采样方程的连续极限，揭示了可能的预处理技术的采样环聚合物配置与大量的珠。我们提出了两个预处理的Langevin采样动力学，这被证明具有改善的稳定性和采样精度。我们提出了一个仔细的模式分析的预处理动力学，并显示其连接到正常模式，分期坐标和松原模式表示环聚合物。在势为二次势的情况下，我们证明了预条件质量修正的Langevin动力学的连续极限指数快速地收敛到其平衡点，这表明有限维动力学具有与维数无关的收敛速率.此外，预处理技术可以自然地应用于非绝热区域的多能级量子系统，这是兼容的各种数值方法。
2020-02-05 physics.chem-ph physics.comp-ph
Langevin equation with colored noise for constant-temperature molecular dynamics simulations
我们讨论了使用一个朗之万方程与有色（相关）噪声进行恒温分子动力学模拟。由于运动方程本质上是线性的，因此很容易预测哈密顿系统对这种恒温器的响应，并随意调整不同频率模式的弛豫时间。这允许优化系统热化和生成独立配置所需的时间。我们展示了如何利用这种依赖于频率的响应来控制温度的汽车Parrinello样的动力学，保持在低温下的电子自由度，而不影响绝热分离的离子的振动。
2010-01-04 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-ph
Fast-Forward Langevin Dynamics with Momentum Flips
基于Langevin方程的随机恒温器，其中系统耦合到外部热浴，由于其遍历性和易于实现，是分子动力学模拟中用于温度控制的流行方法。传统上，这些恒温器在高摩擦极限下会出现缓慢行为，这与Nosé-Hoover家族的恒温器不同，后者的性能在强耦合状态下下降得更温和。我们提出了一个简单的和易于实现的修改的集成方案的朗之万算法，解决了高摩擦朗之万动力学的过阻尼行为的根本来源：如果恒温器的动作导致粒子的动量改变方向，它被翻转回来。这个快速前进的朗之万方程保持了动量分布，因此保证了正确的平衡采样。它模仿了Nosé-Hoover恒温器的二次行为，并在强耦合极限下显示出类似的良好性能。我们测试这个计划的效率，将其应用到1维谐振子，以及水和Lennard-Jones聚合物。由相关系统变量的相关时间测量的快进Langevin方程恒温器的采样效率至少与传统Langevin恒温器一样好，并且在过阻尼状态下快进恒温器表现得更好，在我们考虑的最高摩擦下将效率提高了一个数量级。
2018-04-24 physics.chem-ph
Nonadiabatic Dynamics of Molecules Interacting with Metal Surfaces: Extending the Hierarchical Equations of Motion and Langevin Dynamics Approach to Position-Dependent Metal-Molecule Couplings
本文将运动分层方程框架内的电子摩擦理论扩展至位置依赖的金属-分子耦合模型，为朗之万动力学引入了新的力贡献，适用于平衡与非平衡态及强相互作用分子模型。
2024-06-05 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Position-dependent memory kernel in generalized Langevin equations: theory and numerical estimation
广义Langevin方程的非线性力和位置相关的线性摩擦记忆内核，如通常用于描述的有效动力学的粗粒度变量的分子动力学，严格推导出的Mori-Zwanzig形式主义。一个波动耗散定理有关的噪声的内存内核的属性。推导还产生Volterra型方程的内核，它可以用于从全原子模拟的模型的数值参数化。
2022-07-06 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-ph
Quantum corrected Langevin dynamics for adsorbates on metal surfaces interacting with hot electrons
我们调查的重要性，包括量子化的初始条件，在朗之万动力学吸附与热库的电子相互作用。对于二次势的时间演化是精确描述的经典朗之万方程，它示出了如何严格获得量子力学的概率从经典的相空间分布产生的动力学。在短时间尺度下，经典和准经典的初始条件导致错误的结果，只有正确的量子化初始条件给出了一个密切的协议与固有的量子力学主方程的方法。以CO在Cu（100）表面上的吸附为例，研究了具有从头计算摩擦张量和势能面的体系的量子化效应，并表明量子化初始条件对分子的脱附几率和振动态分布都有很大的影响.
2010-03-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Internal Trajectories and Observation Effects in Langevin Splitting Schemes
Freie Universität Berlin（柏林自由大学）
本研究从内部轨迹和观测点角度分析兰格vin分裂方案，揭示了不同方案在精度上的差异及观测效应的影响。
2026-02-02 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-ph
Robust and efficient configurational molecular sampling via Langevin Dynamics
University of Edinburgh（爱丁堡大学）
本文评估了多种数值方法用于求解分子动力学中的随机微分方程，通过 Baker-Campbell-Hausdorff 展开研究采样精度，发现某些方案在谐振子中能精确计算构型平均，从而在生物分子建模中提升性能，同时在溶剂化和非溶剂化模拟中实现更高的准确性与计算效率。
2013-04-24 cond-mat.stat-mech cs.NA math.NA
Vibrational Instabilities in Charge Transport through Molecular Nanojunctions: The Role of Nonconservative Current-Induced Electronic Forces
本文采用基于电子摩擦和朗之万动力学的混合量子-经典方法，结合非平衡格林函数精确计算电子力，研究分子纳米结中电流诱导的振动不稳定性，并通过朗之万模拟与本征模式分析识别失控模式出现的参数区间。
2025-03-25 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Interpretation of surface diffusion data with Langevin simulations - a quantitative assessment
吸附物在表面上运动的扩散研究经常使用2D Langevin模拟进行分析。这些模拟计算成本低，并提供了宝贵的洞察动力学，然而，他们简化了基板和吸附原子之间的复杂相互作用，忽略了两个物种的运动的相关性。这种简化对使用朗之万模拟提取的观测值的准确性的影响以前是未量化的。在这里，我们报告了一个数值研究，旨在评估这种方法的有效性。我们比较了实验可观察到的计算使用朗之万模拟与那些从显式分子动力学模拟。我们的研究结果表明，在我们探索的参数范围内，Langevin模拟提供了一个很好的替代计算扩散过程，即相关性的影响太小，无法在本研究的数值精度内观察到，并且很可能不会对实验数据的解释产生显着影响。我们的两种数值方法的比较也表明了温度相关的摩擦对计算的观测值的影响，说明了解释实验数据时考虑这种温度依赖性的重要性。
2015-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Effects of Cooling Rate on Structural Relaxation in Amorphous Drugs: Elastically Collective Nonlinear Langevin Equation Theory and Machine Learning Study
理论方法制定调查的分子流动性在不同的冷却速率下的无定形药物。我们将标记分子的结构弛豫过程描述为笼级动力学和第一配位壳层以外的集体分子重排的耦合过程。局域动力学和非局域动力学之间的耦合在不同的物质中表现得不同。对22种无定形药物和聚合物的结构弛豫时间、玻璃化转变温度和动态脆性进行了理论计算。数值计算结果与实验数据以及采用Vogel-Fulcher-Tammann拟合函数和机器学习方法提取的物理量在定量上有很好的一致性。机器学习方法揭示了玻璃化转变温度和熔点之间的线性关系，这是药物溶解度的关键因素。我们的预测方法是开发药物制剂的可靠工具。
2019-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ab initio current-induced molecular dynamics
我们将基于密度泛函理论的从头计算分子动力学（AIMD）方法推广到电子系统中存在电流的非平衡情形。动力学处理使用半经典的广义朗之万方程。我们演示了如何充分的非谐描述的原子间的力量是重要的，以了解电流感应加热和能量分布在频率和真实空间。
2019-12-24 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Testing the variants of the Stokes-Einstein relation in the framework of self-consistent generalized Langevin equation theory
Stokes-Einstein关系式通常采用两种函数形式D~1/tau和D~T/tau，其中D为扩散常数，tau为弛豫时间，T为温度。提出了一种预测胶体和分子液体长时间动力学的自洽广义朗之万方程（SCGLE）理论。本文以截断Lennard-Jones类液体为例，在SCGLE理论框架下对两种变体的合理性进行了检验。结果表明，在SCGLE理论框架下，D~1/tau是Stokes-Einstein关系的一个很好的变体，而D~T/tau并不是一个很好的变体，即使在SCGLE理论中建立了Stokes-Einstein关系，取一个分数作为D~（T/tau）^zeta，其指数zeta也不等于1.0.
2023-03-08 cond-mat.soft physics.chem-ph
Velocity Jumps for Molecular Dynamics
本文提出速度跳跃（JUMP）积分器，结合朗之万扩散与分段确定性过程，以随机速度重采样替代长程计算，加速模拟并保持动力学性质，在Tinker-HP中实现且性能优于BAOAB系列。
2025-03-15 physics.chem-ph physics.comp-ph
Non-Adiabatic Effects of Nuclear Motion in Quantum Transport of Electrons: A Self-Consistent Keldysh-Langevin Study
分子结的几何形状是仿照核的自由度，嵌入在一个随机的量子环境中的非平衡电子。分子几何形状的时间演化是由平均力、摩擦力和随机力控制的，这些力是由给定核振动的许多电子穿过结隧穿而产生的。相反，电流驱动的核动力学反馈到电子电流，这可以根据对经典核速度和加速度具有显式依赖性的电流的扩展表达式来捕获。在Wigner空间中，通过Keldysh-Kadanoff-Baym方程的时标分离解，利用非平衡格林函数计算了电流感生核力和非绝热电流.将该理论应用于分子结表明，非绝热修正起着重要的作用，当核运动被认为是非平衡的，特别是，表明核运动的非平衡和平衡描述产生显着不同的电流特性。据观察，非平衡的描述一般会产生相对于平衡的描述，并提供证据表明，有效的温度是一个有效的措施的稳态特性提高电导率的配置文件。最后，我们观察到，核运动的非平衡描述可以引起的Landauer喷灯效应，通过多极小势能面的出现，结合非均匀的温度分布。探讨了Landauer喷灯效应及其对电流特性、等待时间和Fano因子的影响，其有效绝热势随电压在单、双和三重势之间变化。
2020-09-29 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Understanding Molecular Dynamics with Stochastic Processes via Real or Virtual Dynamics
结合随机过程的分子动力学为计算化学、生物和材料体系的结构和热力学性质提供了一种方便的方法。结果表明，我们为朗之万方程提出的虚动力学情况[J. Chem. Phys. 147，184104（2017）]原则上也存在于其他类型的随机恒温器中。作为示例，研究了Andersen恒温器的推荐中间方案[J. Chem. Phys. 147，034109（2017）]。分析和数值计算结果表明，在高碰撞频率极限下，真实动力学和虚拟动力学的特征相关时间接近同一平台，但在很宽的范围内，采样的精度和效率对碰撞频率的值相对不敏感。在我们比较了Andersen恒温器和Langevin动力学的行为之后，我们提出了一个启发式的示意图来理解具有分子动力学的有效的随机恒温过程。
2018-01-20 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
A General Non-Markovian Electronic Friction and Langevin Dynamics Framework for Nonequilibrium Systems
Institute of Physics, University of Freiburg（弗赖堡大学物理研究所）；College of Science and Engineering, James Cook University（詹姆斯库恩大学科学与工程学院）
提出非马尔可夫电子摩擦与朗之万动力学通用框架，通过马尔可夫嵌入和指数分解记忆核，精确模拟非平衡分子振动动力学，优于传统马尔可夫近似。
2026-09-28 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Coarse-graining conformational dynamics with multi-dimensional generalized Langevin equation: how, when, and why
Princeton University（普林斯顿大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；AI for Science Institute（北京科学智能研究院）；Peking University（北京大学）
本研究开发受涨落耗散定理约束的AIGLE数据驱动方法，可构建与全原子分子动力学动力学一致的高维粗粒化构象动力学模型，提出长期一致性准则，并通过案例阐明该方法与其马尔可夫极限的适用场景。
2024-05-20 cs.LG physics.bio-ph physics.chem-ph
A physically realizable molecular motor driven by the Landauer blowtorch effect
本文提出一种由Landauer吹焰效应驱动的分子电子结分子马达模型，通过非平衡格林函数计算电子摩擦与扩散系数，结合半经典朗之万动力学模拟，发现旋转方向偏好源于分子几何，机制具有普适性。
2023-05-23 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Fully quantum description of the Zundel ion: combining variational quantum Monte Carlo with path integral Langevin dynamics
介绍了一种从第一性原理出发对电子-离子耦合系统进行全量子描述的新方法。它结合了电子部分的变分量子蒙特卡罗（QMC）解和量子核动力学的路径积分（PI）形式。一方面，PI分子动力学包括核量子效应，通过添加一组虚构的经典粒子（珠），旨在通过谐波动力学项再现核量子涨落。另一方面，变分QMC可以提供Born-Oppenheimer（BO）势能面的精度相媲美的最先进的后Hartree-Fock方法，并具有良好的缩放与系统的大小。为了处理QMC的固有噪声，我们根据QMC核力的协方差矩阵，用一个相关的Langevin恒温器对PI分子动力学进行了推广。QMC波函数的变分参数在核动力学过程中演化，使得BO势能面无偏。通过采用珠粒分组平均法，减少了波函数参数的统计误差。我们的一般算法依赖于由离子力驱动的动力学和由谐波interbead耦合的一组之间的特罗特分手。后者是完全集成，即使在朗之万恒温器的存在下，由于映射到一个奥恩斯坦-乌伦贝克过程。这个框架在确定性离子力的情况下也是非常有效的。新的实现验证Zundel离子通过直接比较与标准PI Langevin动力学计算与耦合集群势能面。核量子效应被证实是占主导地位的热效应远远超过室温，使多余的质子增加流动性的量子隧穿。
2018-03-05 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
Model reduction for molecular diffusion in nanoporous media
本文提出一种基于 Langevin dynamics 的降维方法，将纳米多孔介质中气体扩散的三维原子相互作用降阶为一维扩散问题，能高效准确预测自扩散系数，为复杂多孔材料扩散研究提供新途径。
2022-10-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Brownian motion from molecular dynamics
用分子动力学模拟研究了具有不同质量M和直径D的单粒子的布朗运动。在两种不同的流体密度下，除了确定布朗粒子的动量自关联函数外，还确定了布朗粒子的记忆函数和进入广义朗之万方程的涨落力，并研究了它们对质量和直径的依赖关系。从高斯形式的波动力分布的偏差被观察到的小颗粒直径。对于重粒子，波动力与作用在布朗粒子上的总力的偏差随质量比m/M线性减小，其中m表示流体粒子的质量。
2010-10-20 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Best practices for second-generation Car-Parrinello ab initio molecular dynamics with CP2K/Quickstep
Center for Advanced Systems Understanding (CASUS)（先进系统理解中心）；Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；Institute of Artificial Intelligence, Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学人工智能研究所）
本文提出了一套在CP2K中设置第二代Car-Parrinello从头算分子动力学（CP2G AIMD）的实用工作流程，通过一致调谐密度矩阵传播、轨道变换校正器和修正Langevin摩擦参数，显著减少分子动力学步中的自洽场迭代次数，并以32分子液态水基准验证了其有效性。
2026-05-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Speculative Sampling For Faster Molecular Dynamics
FAIR at Meta（Meta FAIR）；School of Computation, Information & Technology, Technical University of Munich（技术大学慕尼黑计算、信息与技术学院）；Munich Data Science Institute（慕尼黑数据科学研究所）；Munich Center For Machine Learning（慕尼黑机器学习中心）
提出Langevin推测动力学（LSD），一种分布式且模型无关的推测采样方法，通过草稿模型快速提议步长并用目标模型并行验证，实现分子动力学模拟的3-9倍加速而不增加相对误差。
2026-06-01 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.chem-ph
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
Rational Construction of Stochastic Numerical Methods for Molecular Sampling
University of Edinburgh（爱丁堡大学）
本文通过Baker-Campbell-Hausdorff引理形式展开Langevin动力学数值方法的不变测度，比较不同积分器的不变分布，发现一种方法在高摩擦极限下具有超收敛性（四阶精度），并可简化为Brownian动力学的Euler-Maruyama方法的非马尔可夫修正，在分子模拟中显著提高构型采样精度。
2012-05-04 cond-mat.stat-mech cs.NA math.NA
