گام زمانی در دینامیک مولکولی
در شبیه سازی های دینامیک مولکولی، تحول زمانی ساختارهای اتمی با استفاده از قوانین نیوتن و مفهوم گام زمانی صورت می گیرد. از دیدگاه محاسباتی، گام زمانی در این دسته از شبیه سازی ها بازه های معین از زمان است که حل معادله نیوتن در این بازه ها صورت گرفته و در نهایت رفتار اتمی سیستم در یک دوره کلی پیش بینی می شود. اندازه گام های زمانی در شبیه سازی های دینامیک مولکولی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار خواهد بود به گونه ای که می توان گفت: به طور کلی گام زمانی انتخاب شده در یک شبیه سازی دینامیک مولکولی باید به گونه ای باشد که تغییر مکان اتم ها در هر گام چشمگیر نبوده و تغییر موقعیت اتم ها نسبت به یکدیگر ناچیز باشد. به بیان دقیق تر مقدار گام زمانی در یک شبیه سازی باید یک دهم دوره تناوب نوسان های اتمی ساختار تعریف شده باشد. به عنوان نمونه در یک ساختار پلیمری، دوره تناوب نوسانی برای پیوند کربن-هیدروژن برابر با ۱۰ فمتوثانیه است. بنابراین گام زمانی برای این ساختار برابر با یک دهم این مقدار (۱ فمتوثانیه) خواهد بود. با تقریب بیان شده در این قسمت می توان چنین گفت که برای ساختارهای صلب تر (سخت تر) از نمونه های پلیمری، می توان گام های زمانی کوچک تر و برای نمونه هایی با درجه آزادی بالاتر (نرم تر) همچون گازها بهتر است گام زمانی بزرگتر انتخاب شود. در جدول ۱ مقدار تقریبی گام زمانی برای انواع ساختارهای اتمی ارائه شده است. جدول ۱. گام زمانی مناسب در انواع ساختارهای اتمی مرسوم. باید توجه داشت که روش های بیان شده و مقادیر عددی گزارش شده در جدول ۱ تقریبی بوده و باید از عملکرد صحیح ساختارهای اتمی تحت این گام های زمانی اطمینان حاصل شود. یک راهکار مناسب برای تشخیص مناسب بودن اندازه گام زمانی انتخابی، کوچک کردن مقدار آن (گام زمانی) است. در صورتی که خواص فیزیکی نمونه های اتمی شبیه سازی شده با کوچک شدن گام زمانی تغییر نکند، در آن صورت می توان نتیجه گیری کرد که اندازه هر گام زمانی در شبیه سازی ها به درستی انتخاب شده است. از دیدگاه تکنیکی، مقدار گام زمانی در اسکریپت های ورودی نرم افزار لمپس با استفاده از دستور “timestep” تعیین می شود (شکل ۱).
شکل ۱. دستور گام زمانی در نرم افزار لمپس.
انواع ساختارهای اتمی
گام زمانی مناسب(ثانیه)
اتم ها
۱e-14
ساختارهای صلب
۵e-15
ساختارهای منعطف با پیوندهای صلب
۲e-15
ساختارهای منعطف با پیوندهای منعطف
۱e-15 یا ۵e-16