TTCF4LAMMPS: A toolkit for simulation of the non-equilibrium behaviour of molecular fluids at experimentally accessible shear rates
本文发布 TTCF4LAMMPS 工具包，融合直接 NEMD 与 TTCF，使 LAMMPS 能在跨越 15 个数量级、实验可达的低剪切速率下高效模拟分子流体非平衡响应。
2023-11-27 cond-mat.soft
Efficient $d$-dimensional molecular dynamics simulations for studies of the glass-jamming transition
我们开发了一种适合于并行分子动力学模拟在$d$空间维度的算法，并描述了其在C++中的实现。所有例程在任意$d$中工作;最大模拟$d$仅受可用计算资源的限制。这些例程包括几个对玻璃/干扰过渡的研究特别有用的例程，例如SWAP Monte Carlo和FIRE能量最小化。模拟运行时间与粒子数$N$和模拟线程数$n_{\rm threads}$的比例与流行的MD代码，如LAMMPS。高效的并行实现允许模拟的系统是远远大于那些在以前的高维玻璃化转变研究。作为演示的代码的能力，我们表明，过冷$d = 6$液体可以拥有的动力学，是实质上更异质性和经验的斯托克斯-爱因斯坦关系，这是大大强于以前的报道，至少部分是由于在早期的模拟采用的系统尺寸小得多。
2022-05-17 cond-mat.soft
Thermomechanical properties of polypropylene and styrene-ethylene-butylene-styrene blends: a molecular simulation and experimental study
由两种或多种聚合物组成的聚合物共混物对于各种工业和工艺都很重要，但是，它们的热机械行为的精确机理还不完全清楚。为了更清楚地理解聚合物共混物，必须确定聚合物共混物的相容性和组分之间的相互作用及其宏观热机械性能。本研究通过对SEBS和等规PP共混物（SP）的实验研究和分子动力学模拟，探讨了分子间相互作用对共混物热机械性能的影响。为了研究SEBS、PP及其不同配比共混物的玻璃化转变温度（Tg），建立了SEBS、PP及其共混物的分子结构晶胞。采用LAMMPS分子动力学方法预测了分子的密度、比容、自由体积、焓、动能、势能和键能。通过对这些性能的分析，预测了SEBS、PP和SP共混物的（Tg）s。有趣的是，SEBS，PP及其共混物的Tg的模拟值与我们的实验结果从动态力学分析（DMA）显示出良好的一致性。该方法可用于研究其它复杂聚合物共混物的玻璃化转变。
2021-01-09 cond-mat.soft
A parallel algorithm for step- and chain-growth polymerization in Molecular Dynamics
经典的分子动力学（MD）模拟提供了许多软物质系统的性质的见解。在某些情况下，模拟化学键的产生是有趣的，这一过程不是MD框架的一部分。在这种情况下，我们提出了一个并行算法的步骤和链增长聚合，是基于一个通用的反应方案，在给定的固有速率和产生连续的轨迹。我们在ESPResSo++仿真软件中给出了一个实现，并将其与LAMMPS中的相应功能进行了比较。对于链的增长，我们的结果相比，现有的模拟文献。对于步骤的增长，速率方程提出的交联剂人口的演变，比较以及低交联剂功能或短时间的模拟。
2015-03-03 cond-mat.soft physics.chem-ph
Pressure Waves During Granular Flows in Varying Gravity Environments
本研究通过LAMMPS分子动力学模拟30,000个软球体在垂直料仓中的二维重力流，探讨了不同重力、弹性模量和出口直径下产生的向上压力波，发现这些波为非线性激波且遵循与线性波预期不同的幂律。
2025-06-27 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
Molecular dynamics simulations of active entangled polymers reptating through a passive mesh
在这项工作中，我们探讨了积极的纠缠链的动力学使用分子动力学模拟的一个修改后的Kremer-Grest模型。为了避免约束释放效应，活性链被稀释在一个很长的被动线性链的网格中，并以沿着原始路径赋予恒定极性漂移速度的方式向单体施加一个主动力.模拟结果表明，在很宽的活性值范围内，链和管的构象性质不受影响，但是链条的动力学被严重改变。尽管没有一个明确的管，模拟验证了所有的预测理论对所有可能的观测非常准确，包括扩散系数，成为独立的分子量在中等值的活动。总的来说，这项工作提供了新的信息，积极纠缠聚合物的研究，给出了路线图研究这种现象和一种有效的方法来获得一个极性活动，再现了物理学的积极爬行理论。
2022-10-30 cond-mat.soft
Tunable dynamics of microtubule based active isotropic gels
我们研究了由驱动蛋白分子马达簇驱动的成束微管活性凝胶的动力学。加入ATP后，数千个分子马达的协调作用将凝胶驱动到高度动态的类似于胶体的状态，这种状态持续数小时，并且仅受组成蛋白质的稳定性和化学燃料的可用性的限制。我们的特征如何增强运输和紧急宏观流动的活性凝胶依赖于相关的分子参数，包括ATP，驱动蛋白电机，和耗尽浓度，微管体积分数，以及化学计量的组成电机集群。我们的研究结果表明，基于微管的活性凝胶的动力学和结构特性是高度可调的。它们还表明存在最佳浓度的分子马达，其使活性各向同性MT凝胶的远离平衡的活性最大化。
2014-09-26 cond-mat.soft
Liquid Crystals with Patterned Molecular Orientation as an Electrolytic Active Medium
微尺度下流体和粒子的输运是基础科学和应用科学的重要课题。最成功的方法之一是使用电场，这需要系统携带或感应电荷。我们描述了一种通用的方法来产生电动流动，通过使用表面图案化的分子取向的液晶（LC）作为电解质。表面图案化通过光对准产生。在存在电场的情况下，空间变化的取向感生触发LC流动的空间电荷。活性图案化LC电解质将电能转化为LC流，并沿着预先设计的轨迹输送任何类型（流体、固体、气体）的嵌入颗粒，对这些颗粒和界面的电性质（电荷、极化率）没有限制。图案化的LC电解质表现出二次场的流速依赖性，它诱导持续的可控的旋转速度和方向，是典型的微米和纳米级混合应用的涡流。
2015-10-05 cond-mat.soft
MolMod: An open access database of force fields for molecular simulations of fluids
介绍了MolMod数据库，该数据库可在www.example.com上公开访问，目前包含超过150种纯流体的分子间力场。它由Boltzmann-Zuse Society for Computational Molecular Engineering（BZS）开发和维护。MolMod数据库中的一组分子模型为流体的分子模拟提供了一个连贯的框架。MolMod数据库中的分子模型包括Lennard-Jones相互作用位点、点电荷、点偶极和点四极，它们可以等效地由多个点电荷表示。力场可以导出为模拟程序ms2和ls1 martyn、Gromacs和LAMMPS的输入文件。为了解释与数值数据库内容相关的语义，引入了一种力场命名法，该命名法也可用于原子和介观层面的材料建模中的其他上下文中。包括在数据库中的纯物质的模型通常是优化的，例如产生良好的代表性的实验数据的汽-液平衡，重点是蒸汽压和饱和液体密度。在许多情况下，模型也产生良好的预测纯流体的热量，运输和界面性质。对于所有模型，提供了开发它们的原始作品的参考。该模型可以直接用于预测流体混合物的性质，使用已建立的组合规则。输入误差是仿真中的主要误差源。MolMod数据库有助于减少此类错误。
2019-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.comp-ph
Fluidization and Active Thinning by Molecular Kinetics in Active Gels
我们从连接极性元件的弹性分子动力学模型推导出活性极性凝胶的本构方程。分子结合动力学引起材料的流化，产生麦克斯韦粘弹性，并且如果细致平衡被打破，则产生主动应力。我们给出了明确的表达式的活性凝胶的分子性质，包括非线性的贡献偏离平衡的输运系数。特别是，当活动有利于连接器解结合，我们预测的粘度与活动减少-主动变薄-动力学起源，这可以解释一些实验结果的细胞皮质。通过在分子尺度和流体力学尺度之间架起桥梁，我们的结果有助于理解分子扰动与细胞和组织力学之间的相互作用。
2017-02-23 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Active microphase separation in mixtures of microtubules and tip-accumulating molecular motors
微管和分子马达的混合物形成具有不同动力学行为的活性材料，这些行为根据其成分的分子性质而变化。我们绘制了微管和尖端累积驱动蛋白-4分子马达的非平衡相图。我们发现，驱动蛋白-4可以驱动全球收缩或顺从性样伸展动力学，这取决于微管和捆绑剂的浓度。我们还观察到一系列的空间异质非平衡相，包括有限大小的径向星，一维蠕虫状链，扩展的二维双层，和系统跨越三维活性泡沫。最后，我们描述了复杂的动力学途径，产生微相分离的结构和产生的内在挫折之间的取向顺序的丝状微管和尖端积累分子马达的位置顺序。我们的工作表明，在细胞骨架网络中的主动应力和阶段的形式不仅取决于单个电机和细丝的属性，但也取决于成分的浓度和空间排列。
2021-08-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Robust Molecular Computation by Active Mechanics
活细胞消耗能量和物质资源来可靠地处理来自环境的信息。为了做到这一点，它利用了不可靠的分子电路，该电路会受到热和其他波动的影响。在这里，我们认为，积极的，物理过程可以提供信息处理的纠错机制。我们分析了一个模型，在该模型中，波动的受体激活诱导收缩应力，招募更多的受体，动态控制资源的使用和准确性。我们表明，这种主动方案可以优于被动，静态集群（如形成，例如，通过蛋白质交联）。我们考虑简单的二进制环境，信息决策树和化学计算;在每种情况下，主动应力用于上下文构建信号平台，动态抑制错误，并允许强大的细胞计算。
2022-04-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Phase Behavior of Active Swimmers in Depletants: Molecular Dynamics and Integral Equation Theory
我们研究了二元混合物的结构和相行为，其中一个组分是自推进的性质。系统中的颗粒间相互作用取自Asakura-Oosawa模型，用于胶体-聚合物混合物，其相图已知。在目前的模型版本中，胶体粒子是使用Vicsek模型的自推进粒子来激活的。用分子动力学方法和积分方程理论对所得活性体系进行了研究。这两种方法产生的结果彼此一致，并表明基于Vicsek模型的活动促进相分离，从而扩大了共存区域。
2014-05-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Molecular dynamics simulations of active Brownian particles in dilute suspension: diffusion in free space and distribution in confinement
在这项工作中，我们报告了一种新的方法来模拟活跃的布朗粒子（ABPs）的分子动力学（MD）模拟。浸入流体中，每个ABP由头部粒子和流体的球形幻影区域组成，微型游泳者的鞭毛在该区域起作用。活性粒子的取向受随机动力学控制，取向持续时间由旋转扩散系数决定。为了流体动力学地驱动作为推动器的活性粒子，一对主动力分别施加在头部粒子和体模流体区域上。沿颗粒取向测量的主动速度与主动力的大小成比例。活性粒子的有效扩散系数是第一次在自由空间测量，显示半定量的协议与分析结果预测的极小模型的ABPs。然后，我们转向约束势中的活性粒子的概率分布。我们发现，随着取向持续时间相对于势阱中的弛豫时间的增加，静止粒子分布经历了从玻尔兹曼型到非玻尔兹曼分布的演变。从固定的分布在限制电位，扩散系数的有效部分进行测量和比较，在自由空间中获得的，显示出良好的半定量协议，而取向的持续时间变化很大，相对于弛豫时间。
2019-02-14 cond-mat.soft nlin.AO
Active translocation of a semiflexible polymer assisted by an ATP-based molecular motor
在这项工作中，我们研究了跨膜纳米孔的聚合物的辅助易位，其中分子马达施加由ATP分子的水解提供燃料的力。在我们的模型中，马达在固定的时间内切换到其活动状态，同时等待ATP分子结合并触发脉冲，在指数分布的时间间隔内。聚合物被建模为珠弹簧链与排除的体积和弯曲的贡献，并在一个随机的三维环境中移动与Langevin动力学建模在固定的温度。由此产生的动力学表明，取决于链的灵活性的Michaelis-Menten易位速度。研究了不同弯曲度下平均迁移时间随聚合物长度的标度行为。
2017-05-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Efficient Simulation of Tunable Lipid Assemblies Across Scales and Resolutions
我们提出了一个极小模型，用于以计算高效的方式模拟各种脂质组装体的动力学。我们的模型是基于粒子的，由放在一个模块化平台上的粗粒珠子组成，以提供具有可调特性的通用分子脂质。粗颗粒之间的相互作用是由软，短程的潜力，占重正化的疏水效应在隐式溶剂。该模型忠实地形成胶束，管状胶束，或双层（周期性无限，bicelles，或囊泡）取决于包装比的脂质分子。重要的是，对于自组装双层膜，实现凝胶相和流体相是直接的，后者通常是主要的兴趣。我们表明，新兴的物理在广泛的尺度和分辨率是（有一些限制）的普遍性。与其他流行的脂质模型相比，该模型表现出数值稳定性增加和动力学增强的形式。定制模型的可能策略（例如，添加化学特异性）进行了简要讨论。LAMMPS分子动力学模拟器[Plimpton. J. Comp. Phys. 117，1-19.（1995）]，包括来自我们呈现的模拟的说明性输入示例。
2019-10-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Molecular Assembly Lines in Active Droplets
大的蛋白质复合物由蛋白质亚基组装而成，形成特定的结构。在我们的理论工作中，我们提出，组装成正确的结构可以可靠地实现通过装配线与特定序列的装配步骤。使用液滴接口定位隔室边界，我们表明，装配线可以自组织的活性液滴。因此，组装步骤可以在空间上布置，使得实现特定的组装顺序，并且强烈抑制不正确的组装。
2021-03-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Molecular chaos in dense active systems
分子混沌的假设在动力学理论中起着核心作用，它提供了一个封闭，导致玻尔兹曼方程定量描述经典流体。然而，如何将它适当地推广到主动系统，在非平衡物理学中仍然是一个悬而未决的问题。结合实验，模拟和理论，我们调查的紧急集体行为的自我推进的粒子，表现出避碰，一种移动策略，通常采用在自然和工程主动系统。这个致密的活性系统显示出由多体相互作用强烈调控的不寻常的相动力学，这不能用假设分子混沌的理论来解释。为了合理化不同的紧急阶段之间的相互作用，提出了一个简单的动力学模型与修改后的分子混沌假说，处理多体效应隐含通过分类不同类型的粒子对碰撞。我们的模型预测的最佳增长率的群集，并说明了一个通用的方法来理解密集的活性系统。
2023-02-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Strain Stiffening Induced by Molecular Motors in Active Crosslinked Biopolymer Networks
我们通过将分子马达建模为力偶极子，研究了具有柔顺和刚性交联的肌动蛋白网络的弹性响应。我们的有限元模拟表明，对于顺应性交联剂，如细丝蛋白A，网络可以被硬化两个数量级，而硬化实现与不顺应性的链接，如scruin是显着较小，通常是一个因素的两个，在最近的实验非常一致。我们表明，差异产生的事实，即电机能够拉伸的顺应性交联到最大可能的程度，这反过来又导致变形的长丝。随着施加的应变增加，细丝进一步变形，导致硬化的弹性响应。当交联不顺从时，由于马达引起的收缩力不会以显著的方式改变网络形态，因此仅观察到小的硬化。
2010-09-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Molecular motors robustly drive active gels to a critically connected state
生命系统通常表现出内部驱动：活跃的分子过程驱动非平衡现象，如新陈代谢或迁移。活性凝胶构成了一类迷人的内部驱动物质，其中分子马达在聚合物网络内部施加局部应力。有证据表明，需要网络交联以允许马达诱导宏观收缩。然而，对网络连接如何使收缩缺乏定量的理解。在这里，我们实验表明，肌球蛋白马达合同交联肌动蛋白聚合物网络簇无标度的尺寸分布。这种临界行为发生在出乎意料的宽范围的交联浓度。为了理解这种鲁棒性，我们开发了一个考虑到网络重构的收缩网络的定量模型：电机通过迫使交联解除绑定来减少连接。奇怪的是，为了协调整体收缩，运动活动应该是低的。否则，马达会将最初连接良好的网络驱动到临界状态，在这种状态下，整个网络都会出现断裂。
2013-02-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
A potpourri of results on molecular communication with active transport
本文以互信息衡量通信效能，研究分子马达驱动的主动输运如何扩展分子通信距离，并分析中继及主动—扩散粒子混合两种场景的信道表现与缺陷。
2024-10-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech cs.ET
Active mechanics reveal molecular-scale force kinetics in living oocytes
细胞内组分的主动扩散正在成为细胞生物学中的重要过程。这个过程是由分子马达和细胞骨架丝的复杂组装介导的，这些分子马达和细胞骨架丝驱动细胞质中的力产生并促进增强的运动。分子马达的动力学已经通过单分子方法在体外精确地表征，然而，它们的体内行为仍然难以捉摸。在这里，我们研究了小鼠卵母细胞中囊泡的主动扩散，在此过程中发挥了关键作用，在发展过程中的核定位，并结合实验和理论框架，以提取分子尺度的力动力学（力，功率冲程，和速度）的体内活性过程。假设一个单一的主导过程，我们发现，非平衡活性诱导持续时间$τ\sim$ 300 $μ$ s的快速踢，导致体内卵母细胞中囊泡上的平均力为$F \sim$ 0.4 pN，我们的研究结果表明，测量体内活性波动允许提取与单细胞活性一致的分子尺度活性。分子的研究和演示介观框架访问力动力学。
2018-02-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
Particle-based simulations of self-motile suspensions
本文研究了一种模拟主动悬架流动的简单模型。该方法是基于耗散粒子动力学。虽然该模型可能适用于广泛的自推进粒子系统，特定类别的自运动细菌悬浮液被认为是一个建模方案。为了模拟细菌的棒状几何形状，两个耗散粒子动力学粒子通过刚性谐波弹簧连接以形成聚集的耗散粒子动力学分子。细菌运动是通过一个恒定的自推进力沿每个这样的聚集分子的轴施加建模。该模型占自推进剂之间的流体动力学相互作用，通过成对的耗散相互作用传统的耗散粒子动力学。数值模拟使用定制版本的开源LAMMPS（大规模原子/分子大规模并行模拟器）软件包进行。详细研究了药剂浓度、成对耗散相互作用和斯托克斯摩擦对系统统计特性的影响。模拟被用来探索主动悬架中的流体动力学相互作用的影响。当介质浓度较高时，在两两耗散力的共同作用下，系统的运动模式和动能的谱分布呈现出强相关性，而Stokes摩擦力的作用下，系统的速度场呈现出较弱的空间相关性.这些结果表明，流体动力学相互作用可能在主动悬浮液中空间延伸结构的形成中起重要作用。
2013-10-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Chase-and-run dynamics in cell motility and the molecular rupture of interacting active elastic dimers
形态发生和癌症转移中的细胞迁移通常涉及不同细胞类型之间的相互作用。我们构建和研究一个最小的，一维模型，由两个不同的运动细胞与每个细胞表示为一个积极的弹性二聚体。两个细胞之间通过钙粘蛋白的相互作用被建模为弹簧，可以超过阈值力破裂，因为它通过附着的运动细胞进行动态加载。我们得到一个相图组成的追逐和运行动力学和结块动力学的相互作用弹簧的刚度和阈值力的函数。我们还发现，虽然钙粘蛋白和细胞基质之间的相互作用，通过整合素的反馈加重追逐运行的行为，反馈是没有必要的。
2016-12-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
