barostattechnieken

Barostattechnieken zijn methoden die in moleculaire simulaties worden gebruikt om de druk te regelen en zo het isothermal-isobare (NPT) ensemble te benaderen. Ze passen het volume en soms de vorm van het simulatievak aan zodat de gemiddelde druk rond een doelwaarde ligt, terwijl de temperatuur gereguleerd blijft door een thermostaat.

Er bestaan zowel deterministische als stochastische barostats, en combinaties daarvan. Deteministische barostats voeren een voortdurende dynamiek uit waarbij het vakvolume en/ of -vorm meegesleept worden door extra variabelen. Voorbeelden zijn de Berendsen-barostat (snelle, eenvoudige drukregeling maar levert geen exacte NPT-verdeling op) en de Parrinello-Rahman-barostat (staatloedt fluctuaties toe in de vakvorm en levert doorgaans correcte NPT-sampling). De Martyna-Tuckerman-Klein-variant (MTK, ook wel MTK-Barostat) is een verfijning die stabielere integratie mogelijk maakt. Stochastische opties zoals de Langevin-piston voegen een randomterm toe aan de drukregelaar om betere sampling van fluctuaties te geven. Monte Carlo-barostats bepalen de druk door Monte Carlo-pogingen tot volumeveranderingen.

Barostattechnieken kunnen isotroop zijn, waarbij het hele vakvlak in alle richtingen gelijkelijk wordt aangepast, of anisotroop, waarbij afzonderlijke richtingen onafhankelijk kunnen worden samengedrukt of uitgerekt worden. Anisotrope drukregeling is vooral relevant bij kristallen, membranen of systemen met verschillende mechanische eigenschappen langs verschillende assen.

Belangrijke overwegingen bij gebruik zijn de keuze van de drukconstante (tau_p), de thermostaat-koppeling (tau_T), de tijdstap en de stabiliteit van de integrator. Barostattechnieken kunnen equilibratie versus productie onderscheiden: sommige systemen vereisen lange equilibration om artefacten te vermijden. De meeste moderne MD-pakketten, zoals GROMACS, LAMMPS, NAMD en AMBER, bieden meerdere barostat-opties en combinaties met thermostaten.