新方法能更精確計算大分子間範德華力

科技日報記者 劉霞

奧地利維也納理工大學科學家對以往計算分子間作用力的方法進行了改進，新方法在計算大分子之間的範德華力時更加精確。相關研究成果發表於新一期《自然·通訊》。

從壁虎爬牆，到氮氣在-196℃時液化，許多日常現象都離不開範德華力的作用。範德華力的精確計算在材料科學、藥物研發等領域至關重要。無論是理解藥物在片劑中的結晶過程，還是評估材料儲存氫能的能力，都離不開對分子間作用的準確模擬。

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

研究團隊對目前最常用的兩種方法進行了比較：一種是量子蒙特卡羅模擬，通過計算機模擬無數可能的電子排布；另一種是耦合簇方法，先處理分子的低能狀態，再引入高能構型作為修正。

耦合簇方法一直被視為“金標準”，但團隊發現，與蒙特卡羅模擬相比，該方法存在微小卻持續的系統性偏差，原因多年來未能找到。

如今，團隊找到了答案：耦合簇方法會系統性地高估大分子和高極化分子的結合能。他們對此方法進行了改進，在不顯著增加計算成本的前提下糾正了偏差，使結果與量子蒙特卡羅數據更為吻合。

新方法大幅降低了大分子系統的計算負擔。過去，對含有一百個以上原子的分子進行模擬，計算量極為龐大，如今這一難題迎刃而解。

研究團隊表示，這一進展不僅有助於科學家更準確地預測大分子行為，也為深入理解生物系統、推動可再生能源技術發展奠定了基礎。此外，新方法所提供的高可靠性數據，還可作為人工智能模型的訓練樣本，用於虛擬環境中新材料與藥物的設計。