BioTech - 量子化学与分子力场

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量子化学是应用量子力学的规律和方法来研究化学问题的一门学科，主要关注分子的结构、性质和反应过程。 量子化学的理论方法有很多，如HF、DFT、MCSCF、多参考方法等，都是基于解薛定谔方程或其近似来求得分子的波函数和能量。

分子力场是描述各种形式的相互作用力对分子势能影响的势能函数，包括键合能和非键合能相互作用。分子力场是来自实验结果的经验公式，可以简化分子的能量计算，但精度相对较低。 分子力场的参数通常来源于热力学和光谱学实验，或者量子化学计算结果。

量子化学和分子力场都是计算化学中常用的方法，可以用来进行几何优化、振动分析、分子动力学模拟、蒙特卡罗方法等任务。 量子化学和分子力场的区别在于，量子化学是从头算或半从头算的方法，基于物理原理，精度高但耗时大；分子力场是经验的方法，基于实验数据，精度低但耗时小。 量子化学和分子力场的选择取决于研究的目的、体系的大小和复杂度、可用的计算资源等因素。

计算量子化学和分子力场的软件有很多，根据不同的理论方法、功能和性能，可以分为以下几类：

• 基于量子力学的软件，如Gaussian、NWChem、VASP、Q-Chem、ADF、Turbomole、Molpro、Gamess等，可以求解薛定谔方程或其近似，得到分子的电子结构、能量、频率、反应路径等信息。
• 基于分子力学的软件，如Amber、Gromacs、LAMMPS、NAMD、DL_POLY等，可以使用经验的势能函数来模拟分子的运动、相变、热力学性质等。
• 基于深度学习的软件，如Cybertron、MindSPONGE、SchNetPack、DeepMD等，可以使用神经网络来拟合高精度的分子力场，提高模拟的效率和准确性。
• 基于半经验的软件，如MOPAC、Spartan、HyperChem等，可以使用简化的量子力学方法来计算分子的能量和力，适用于中等大小的体系。
• 基于多尺度的软件，如Materials Studio、LIGGGHTS、OpenFOAM等，可以使用不同的模型和方法来模拟不同的尺度和层次的物理和化学现象。

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分子力场