科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞

奧地利維也納理工大學(xué)科學(xué)家對(duì)以往計(jì)算分子間作用力的方法進(jìn)行了改進(jìn)，新方法在計(jì)算大分子之間的范德華力時(shí)更加精確。相關(guān)研究成果發(fā)表于新一期《自然·通訊》。

從壁虎爬墻，到氮?dú)庠?196℃時(shí)液化，許多日常現(xiàn)象都離不開范德華力的作用。范德華力的精確計(jì)算在材料科學(xué)、藥物研發(fā)等領(lǐng)域至關(guān)重要。無論是理解藥物在片劑中的結(jié)晶過程，還是評(píng)估材料儲(chǔ)存氫能的能力，都離不開對(duì)分子間作用的準(zhǔn)確模擬。

然而，這種分子間微弱的作用力一直難以精確計(jì)算，不同方法得出的結(jié)果常常相互矛盾，成為長期困擾學(xué)界的難題。

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)目前最常用的兩種方法進(jìn)行了比較：一種是量子蒙特卡羅模擬，通過計(jì)算機(jī)模擬無數(shù)可能的電子排布；另一種是耦合簇方法，先處理分子的低能狀態(tài)，再引入高能構(gòu)型作為修正。

耦合簇方法一直被視為“金標(biāo)準(zhǔn)”，但團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，與蒙特卡羅模擬相比，該方法存在微小卻持續(xù)的系統(tǒng)性偏差，原因多年來未能找到。

如今，團(tuán)隊(duì)找到了答案：耦合簇方法會(huì)系統(tǒng)性地高估大分子和高極化分子的結(jié)合能。他們對(duì)此方法進(jìn)行了改進(jìn)，在不顯著增加計(jì)算成本的前提下糾正了偏差，使結(jié)果與量子蒙特卡羅數(shù)據(jù)更為吻合。

新方法大幅降低了大分子系統(tǒng)的計(jì)算負(fù)擔(dān)。過去，對(duì)含有一百個(gè)以上原子的分子進(jìn)行模擬，計(jì)算量極為龐大，如今這一難題迎刃而解。

研究團(tuán)隊(duì)表示，這一進(jìn)展不僅有助于科學(xué)家更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)大分子行為，也為深入理解生物系統(tǒng)、推動(dòng)可再生能源技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。此外，新方法所提供的高可靠性數(shù)據(jù)，還可作為人工智能模型的訓(xùn)練樣本，用于虛擬環(huán)境中新材料與藥物的設(shè)計(jì)。