異方性粗粒子ダイナミクスのためのモリスワンジー散逸粒子ダイナミクスアプローチ

粗粒子（CG）分子動力学シミュレーションは、原子論的シミュレーションを加速するために広く使用されていますが、一般的にシステムのダイナミクスを維持するための形式が欠けています。球状粒子の場合、Mori-Zwanzigアプローチは、計算上複雑ですが、この問題を改善しました。ここでは、このアプローチの拡張として異方性散逸粒子ダイナミクス（ADPD）モデルを提示します。これは、保守的相互作用と非保守的相互作用の両方の異方性を説明します。単純な異方性システムの場合、全原生論的シミュレーションからの楕円体CG粒子を表す粗粒の力場をパラメーター化します。システムの異方性を表すために、保守的な用語と散逸用語の両方が、力を一致させるアプローチを介してゲイバーン（GB）の機能形式を使用して近似されます。モデルを他のCGモデルと比較し、静的特性と動的特性の両方でより良い結果をもたらすことを示しています。異方性の非保守力を含めると、微視的な動的な詳細が維持されるため、拡散性などの動的特性を非球体モデルによってよりよく再現できます。等方性DPDモデルを一般化することにより、このフレームワークは、ポリマー、高分子、および生物系のCGモデルの開発に効果的で有望です。

Coarse grained (CG) molecular dynamics simulations are widely used to accelerate atomistic simulations but generally lack a formalism to preserve the dynamics of the system. For spherical particles, the Mori-Zwanzig approach, while computationally complex, has ameliorated this problem. Here we present an anisotropic dissipative particle dynamics (ADPD) model as an extension of this approach, which accounts for the anisotropy for both conservative and nonconservative interactions. For a simple anisotropic system we parametrize the coarse grained force field representing ellipsoidal CG particles from the full-atomistic simulation. To represent the anisotropy of the system, both the conservative and dissipative terms are approximated using the Gay-Berne (GB) functional forms via a force-matching approach. We compare our model with other CG models and demonstrate that it yields better results in both static and dynamical properties. The inclusion of the anisotropic nonconservative force preserves the microscopic dynamical details, and hence the dynamical properties, such as diffusivity, can be better reproduced by the aspherical model. By generalizing the isotropic DPD model, this framework is effective and promising for the development of the CG model for polymers, macromolecules, and biological systems.