전원자 분자동역학
전원자 분자동역학은 정해 둔 상호작용 규칙으로 모든 원자의 움직임을 따라가며 구조와 이동, 이완을 통계로 읽는다.
Pd₃₀L₆₀ 골드버그 케이지
가지형 PAMAM 분자
분자의 움직임을 원자 단위로 본다
전원자 분자동역학(MD)은 모든 원자의 움직임을 시간에 따라 계산한다. 결합한 원자와 서로 가까운 원자의 상호작용을 미리 정한 수학식인 고전 역장으로 각 스텝의 힘을 구한다. 원자의 종류와 국소 분자 구조, 용매, 이온을 표현한 긴 궤적이 쌓인다.
궤적 전체에서 물성을 구한다
궤적의 여러 시점에서 같은 관측량을 계산하면 확산 계수와 이완 시간, 값의 분포를 얻는다. 전원자 MD는 액체 구조, 분자 이동, 고분자 질서화, 국소 역학 응답을 연구하는 데 적합하다. 결합 관계가 고정된 고전 역장은 구조와 수송을 다룬다. 결합이 바뀌는 반응은 반응형 역장이나 전자 계산으로 연구한다.
연구실에서 쓰는 방식
모형 유리에서는 작은 탐침을 끌 때 받는 힘으로 주변의 역학을 읽는다. 이를 능동 미시유변학이라 한다. 힘의 변화는 원자가 이웃이 만든 임시 우리 안에서 움직이는 빠른 과정과 그 우리를 벗어나는 느린 구조 이완을 나눠 보여 준다. 블록 공중합체는 서로 다른 화학 성분을 이어 만든 고분자다. 시뮬레이션에서 드물게 나타나는 구조까지 찾도록 설계한 방법을 이용하면 원통들이 정렬되는 도중 방향이 어긋난 원통망이 잠시 머무는 과정을 볼 수 있다. 두 연구는 궤적에서 구조가 생기는 순서를 해석한다.
더 단순한 모형의 기준
전원자 결과는 여러 원자를 한 단위로 묶는 조대화 모형이 맞춰야 할 기준도 제공한다. 구조 분포와 이완 거동, 각 값의 불확실성을 함께 넘기면 단순한 모형이 재현할 목표와 작동 범위가 정해진다.
관련 논문
Yu et al., Science Advances (2020), 금속 유리의 능동 미시유변학
Madanchi et al., Soft Matter (2021), 유리의 마찰 동역학
Seo et al., Soft Matter (2020), 원통형 마이크로상 분리
Kim et al., J. Phys. Chem. Lett. (2024), Al³⁺ 용해