Molekulaardünaamika

Molekulaardünaamika (MD) on arvutipõhine uuringumeetod, mille abil modelleeritakse aatomite ja molekulide liikumist ajas. See põhineb klassikalisel mehaanikal ning lahendab iga atomi Newtoni liikumisvõrrandid. Potentsiaalenergia ja jõud kirjeldatakse potentsiaalenergia välja ehk force-fieldidega, mis sisaldavad sidemete, nurkade ja dihedraalide interaktsioone ning lühikeste ja pikaulatusega interaktsioone. Populaarsed force-fieldid on AMBER, CHARMM, OPLS ja GROMOS.

MD kasutab tavaliselt ajasammu umbes 0,5–2 femtoseconds ja simulatsioonid võivad kesta nanosekunditest mikrosekunditeni, sõltuvalt süsteemist ja arvutusressursidest. Enne täisprodukti tehakse sageli süsteemi soojendamine ja tasakaalustamine (equilibration). MD simulatsioonides saab kasutada erinevaid termodünaamilisi piiranguid ehk ensemble, näiteks NVE (mikrokanoniline), NVT ja NPT. Termostaatideks ja barostatideks on kasutatavate meetodite näideteks Nosé-Hoover, Langevin ja Parrinello-Rahman.

Tulemused annavad trajektooriume ja võimaldavad arvutada erinevaid omadusi, nagu struktuurilised korraldused (nt radial distribution function), difusioonikordajad ja potentsiaalenergiad. MD on oluline tööriist bioloogiliste molekulide, lahustite, membraanide ja materjalide dünaamika uurimisel. Piiranguteks on klassikaline MD, mis ei suuda tavaliselt keemilisi reaktsioone täpselt kirjeldada ilma reaktiivsete potentsiaalide või ab initio meetoditeta; kvanttehnilised efektid võivad olla olulised ning suurte süsteemide ja pikkade ajalõikude puhul on vaja märkimisväärseid arvutusressursse.

Tarkvara hulgas on GROMACS, NAMD, AMBER ja LAMMPS.