Boundary based on exchange symmetry theory for multilevel simulations, 1; Basic theory

多階層シミュレーションにおける交換対称性に基づく境界条件,1; 理論

志賀 基之   ; Masia, M.*

Shiga, Motoyuki; Masia, M.*

本論文では、拡散系に対応した新しい多階層分子シミュレーション法を提案する。この手法では、溶液のように、階層間移動のある拡散粒子系において、その移動を妨げる緩やかな拘束力をかけて、粒子の混合を抑制する。このとき、粒子の交換対称性に則った拘束力を与えることで、その影響が系の熱力学的性質に全く及ばないようにすることができることを示す。簡単なモデルでこれを理論的に証明するとともに、応用として、セシウムイオン水溶液の多階層分子シミュレーションを、古典力場モデルの範囲で試験的に行うことで提案手法の検証を行った。

In this paper we lay the foundations for a new method that allows multilevel simulations of a diffusive system, i.e. a system where a flux of particles through the boundaries might disrupt the primary region. The method is based on the use of flexible restraints that maintain the separation between inner and outer particles. It is shown that, by introducing a bias potential that accounts for the exchange symmetry of the system, the correct statistical distribution is preserved. Using a toy model consisting of non-interacting particles in a asymmetric potential well, we prove that the method is formally exact. A real-world test is then made by considering an hybrid MM/MM calculation of cesium ion in water.