Incorporating Nuclear Quantum Effects in Molecular Dynamics with a Constrained Minimized Energy Surface

量子 分子动力学 统计物理学 波函数 势能面 量子动力学 表面跳跃 物理 计算机科学 量子力学 分子
作者
Zehua Chen,Yang Yang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:14 (1): 279-286 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.2c02905
摘要

The accurate incorporation of nuclear quantum effects in large-scale molecular dynamics (MD) simulations remains a significant challenge. Recently, we combined constrained nuclear-electronic orbital (CNEO) theory with classical MD and obtained a new approach (CNEO-MD) that can accurately and efficiently incorporate nuclear quantum effects into classical simulations. In this Letter, we provide the theoretical foundation for CNEO-MD by developing an alternative formulation of the equations of motion for MD. In this new formulation, the expectation values of quantum nuclear positions evolve classically on an effective energy surface that is obtained from a constrained energy minimization procedure when solving for the quantum nuclear wave function, thus enabling the incorporation of nuclear quantum effects in classical MD simulations. For comparison with other existing approaches, we examined a series of model systems and found that this new MD approach is significantly more accurate than the conventional way of performing classical MD and generally outperforms centroid MD and ring-polymer MD in describing vibrations in these model systems.

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