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Jerkwin2020-11-27T05:18:18+08:00 Jerkwin
拉曼光谱的计算2020-11-26T00:00:00+08:00 Jerkwin https://t066v5.coding-pages.com/2020/11/26/拉曼光谱的计算 <![CDATA[
  • 2020-11-26 16:15:10

前些天推过一篇与红外光谱计算有关的文章, 讨论了如何基于MD模拟的轨迹计算红外谱. 如果对比使用这种方法计算的水的红外谱与实验谱, 可能会发现SPCE水模型给出的红外谱非常尖锐, 而实验谱更宽, 更平滑. 所以这种方法更适合于确定峰的位置. 如果你想得到与实验符合更好的红外谱, 可能的途径有:

  1. 对O-H键使用更合理的势函数, 如Morse势
  2. 考虑极化作用
  3. 使用AIMD之类

如果我们考虑了极化作用, 顺便可以计算拉曼谱, 这也是不少人关心的. 下面是一些相关的文献, 供参考. 我本来想写段脚本来示例下如何考虑极化并计算拉曼光谱, 初步尝试了一下, 发觉严格处理起来远比我想得复杂, 暂时就作罢了.

  • “Simulations of the infrared, Raman, and 2D-IR photon echo spectra of water in nanoscale silica pores”; Paul C. Burris, Damien Laage, Ward H. Thompson; J. Chem. Phys. 144(19):194709, 2016; 10.1063/1.4949766

  • “On the infrared and raman spectra of water in the region 5–250 cm−1”; P.a. Madden, R.w. Impey; Chem. Phys. Lett. 123(6):502-506, 1986; 10.1016/0009-2614(86)80051-3

  • “Temperature Dependence of Water Vibrational Spectrum: A Molecular Dynamics Simulation Study”; Matej Praprotnik, Dušanka Janežic, Janez Mavri; J. Phys. Chem. A 108(50):11056-11062, 2004; 10.1021/jp046158d

  • “Effects of Intermolecular Charge Transfer in Liquid Water on Raman Spectra”, Hironobu Ito, Taisuke Hasegawa, Yoshitaka Tanimura; J. Phys. Chem. Lett. 7(20):4147-4151, 2016; 10.1021/acs.jpclett.6b01766

  • “The vibrational proton potential in bulk liquid water and ice”; C. J. Burnham, D. J. Anick, P. K. Mankoo, G. F. Reiter; J. Chem. Phys. 128(15):154519, 2008; 10.1063/1.2895750

  • “Simulation of Raman and Raman optical activity of saccharides in solution”; Vladimír Palivec, Vladimír Kopecký, Pavel Jungwirth, …, Jakub Kaminský, Hector Martinez-seara; Phys. Chem. Chem. Phys. 22(4):1983-1993, 2020; 10.1039/c9cp05682c

  • “Hydrogen bonding and Raman, IR, and 2D-IR spectroscopy of dilute HOD in liquid D2O”; B. Auer, R. Kumar, J. R. Schmidt, J. L. Skinner; Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104(36):14215-14220, 2007; 10.1073/pnas.0701482104

  • “Ultrafast Vibrational Dynamics of Water Disentangled by Reverse NonequilibriumAb InitioMolecular Dynamics Simulations”; Yuki Nagata, Seiji Yoshimune, Cho-shuen Hsieh, Johannes Hunger, Mischa Bonn; Phys. Rev. X 5(2):021002, 2015; 10.1103/PhysRevX.5.021002

  • “Simulation of the intermolecular vibrational spectra of liquid water and water clusters”; Wayne B. Bosma, Laurence E. Fried, Shaul Mukamel; J. Chem. Phys. 98(6):4413-4421, 1993; 10.1063/1.465001

  • “Are water simulation models consistent with steady-state and ultrafast vibrational spectroscopy experiments?”; J.r. Schmidt, S.t. Roberts, J.j. Loparo, …, M.d. Fayer, J.l. Skinner; Chem. Phys. 341(1-3):143-157, 2007; 10.1016/j.chemphys.2007.06.043

  • “Low-frequency Raman spectra of liquid water: A molecular dynamics simulation”, V. Mazzacurati, M.a. Ricci, G. Ruocco, M. Sampoli; Chem. Phys. Lett. 159(4):383-387, 1989; 10.1016/0009-2614(89)87504-9

  • “High-throughput computation and evaluation of raman spectra”, Qiaohao Liang, Shyam Dwaraknath, Kristin A. Persson; Sci Data 6(1):135, 2019; 10.1038/s41597-019-0138-y

  • 王程超, 谭建宇, 杨家跃, 刘林华; 水和重水红外吸收光谱的 Car-Parrinello 分子动力学模拟; 科学通报, 60(31) 3014-3020, 2015

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matlab和mathmatica的在线版2020-11-18T00:00:00+08:00 Jerkwin https://t066v5.coding-pages.com/2020/11/18/matlab和mathmatica的在线版 <![CDATA[
  • 2020-11-18 13:31:02

matlab和mathmatica我都用过, 前者用的多些, 因为需要处理的大多是数值计算, 只有涉及公式推导的时候才会用到后者. 这两个都是商业软件, 存在版权问题. 前段时间哈工大被禁用matlab还引起过一阵讨论.

matlab和mathmatica都很大, 安装并不方便. 但是它们都提供了在线版, 虽然速度不好, 但是胜在简单, 打开浏览器就可以使用, 运行小的测试或简单的代码很方便. 这些在线版理论上需要注册才能使用, 但是有时我们只想运行下简单的代码或测试, 不想注册, 也不想登录, 只希望将它们当做一个在线计算器. 这里我就分享下如何在不注册的情况下打开这两个软件的在线版. 当然, 这种作法的缺点是远程无法保存你的代码, 每次都需要你重新粘贴代码.

matlab在线版

打开matlab的帮助页面, https://www.mathworks.com/help/matlab/index.html, 点击Examples

随便选一个示例, 就选绘图吧, 可以将这个当做在线的函数绘制器

然后Try This Example, 打开代码编辑页面

图还没出来呢, 那就运行一下

这下就有图了

测试下能否修改下3D图的表达式, 原来的图形长得这样

随便改改, 就长得丑了. 看来是成功的.

基本上, 每个matlab命令都有示例, 因此可以直接在相关命令示例代码基础上进行测试.

mathmatica在线版

打开wolfram alpha, https://www.wolframalpha.com/. 点Example

随便选个, 就选Algebra

再选第一个解方程, 点击=

会打开新的页面, 鼠标移到输入命令的地方, 出现Plain Text, 然后Continue in computable notebook

这样就打开了一个临时的Notebook. 点击File | New Notebook可以新建一个notebook, 在里面输入mathmatica代码了.

其实也不用像上面那样麻烦地操作. 直接在https://www.wolframalpha.com/的输入框中输入一些简单的表达式, 如sin(x), 然后回车, Plain Text | Continue in computable notebook即可. 给出上面的麻烦操作, 只是为了和matlab的方式保持一致, 此外也方便查看一下函数的用法.

测试下能否正常使用mathmatica. 以我最近需要用到的正多面体坐标为例, 输入PolyhedronData["Tetrahedron", "VertexCoordinates"], 然后Shift + Enter, 给出了正四面体的精确坐标. 我们可以用//N将精确坐标转换为数值方便使用.

也可以转换下格式, 使用传统的方式表达坐标, 更方便直接复制

mathmatica支持中文, 每个函数都有提示, 用起来比matlab舒服些.

题外

在搜索相关资料的时候, 发现清华的几个学生10多年前曾写过一个类似mathmatica的东西, maTHmU, 但终于不成气候.

maTHmU作者之一 谢凌曦 的一点说明见如果中国重新开发像MATLAB、solidworks这样的软件大概需要多久? 这个问题下面的很多回答值得思考.

maTHmU项目后来就停止了, 变成了Lab μ. 但还有些人记得, 问mathμ(计算机代数系统)项目还在继续吗?

maTHmU项目的文档整理了一本书, 计算机代数系统的数学原理, 具体内容见计算机如何做符号运算?中的回答.

正像我说的, 我们需要有情怀, 但不能单靠情怀活着, 既要抬头仰望星空, 也要低头看路, 踏实走下去. 或许, 这就是现实理想主义者吧.

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