Le cube de glace volant : Le redimensionnement de la vitesse en dynamique moléculaire conduit à une violation de l'équipartition de l'énergie

Cet article décrit un phénomène inattendu rencontré lors des simulations MD : le redimensionnement de la vitesse utilisant des protocoles standard peut systématiquement changer la proportion de l'énergie cinétique totale (EC) trouvée dans les mouvements associés aux différents degrés de liberté. Dans ces conditions, la simulation viole le principe de l'équipartition de l'énergie, qui exige une énergie cinétique moyenne de RT/2 pour chaque degré de liberté. Une forme particulièrement pathologique de ce problème se présente si l'on ne supprime pas périodiquement la translation nette de (et la rotation autour) du centre de masse. Dans ce cas, presque toute l'énergie cinétique est convertie en ces deux types de mouvement, produisant un système avec presque aucune énergie cinétique associée aux degrés de liberté internes. Nous appelons ce phénomène « le cube de glace volant ». Nous présentons une analyse mathématique d'un système diatomique simple avec deux degrés de liberté, pour documenter l'origine du problème. Nous présentons ensuite des exemples de trois types de simulations MD, l'une étant une simulation in vacuo sur un système diatomique, une impliquant un modèle de faible résolution d'ADN in vacuo, et la troisième utilisant un modèle traditionnel d'ADN à atomes complets avec solvatation complète, conditions aux limites périodiques, et la méthode du maillage de particules Ewald pour traiter les électrostatiques à longue portée. Enfin, nous discutons des méthodes pour éviter le problème. © 1998 John Wiley & Sons, Inc. J Comput Chem 19: 726–740, 1998