En las simulaciones de dinámica molecular (MD), el efecto del cubo de hielo volador es un artefacto en el que la energía de los modos fundamentales de alta frecuencia se drena hacia modos de baja frecuencia, particularmente hacia movimientos de frecuencia cero, como la traslación y rotación generales del sistema. El artefacto deriva su nombre de una manifestación particularmente notable que surge en las simulaciones de partículas en el vacío , donde el sistema que se está simulando adquiere un alto momento lineal y experimenta movimientos internos extremadamente amortiguados, congelando el sistema en una única conformación que recuerda a un cubo de hielo u otro cuerpo rígido volando por el espacio. El artefacto es completamente una consecuencia de los algoritmos de dinámica molecular y es completamente no físico, ya que viola el principio de equipartición de energía . [1]
El artefacto del cubo de hielo volador surge de reescalamientos repetidos de las velocidades de las partículas en el sistema de simulación. El reescalamiento de velocidad es un medio de imponer un termostato en el sistema al multiplicar las velocidades de las partículas de un sistema por un factor después de que se completa un paso de tiempo de integración, como lo hacen el termostato Berendsen y el termostato Bussi-Donadio-Parrinello. [2] Estos esquemas fallan cuando el reescalamiento se realiza a una distribución de energía cinética de un conjunto que no es invariante bajo dinámica molecular microcanónica ; por lo tanto, el termostato Berendsen (que reescala al conjunto isocinético) exhibe el artefacto, mientras que el termostato Bussi-Donadio-Parrinello [2] (que reescala al conjunto canónico) no exhibe el artefacto. El reescalamiento a un conjunto que no es invariante bajo la dinámica molecular microcanónica da como resultado una violación de la condición de equilibrio que es un requisito de las simulaciones de Monte Carlo (las simulaciones de dinámica molecular con termostatos de reescalamiento de velocidad pueden considerarse como simulaciones de Monte Carlo con movimientos de dinámica molecular y movimientos de reescalamiento de velocidad), que es la razón subyacente del artefacto. [3]
Cuando se descubrió por primera vez el problema del cubo de hielo volador, el termostato Bussi–Donadio–Parrinello [2] aún no se había desarrollado y se deseaba seguir utilizando el termostato Berendsen debido a la eficiencia con la que los termostatos de reescalado de velocidad relajan los sistemas a las temperaturas deseadas. Por lo tanto, se dieron sugerencias para evitar el efecto del cubo de hielo volador con el termostato Berendsen, como eliminar periódicamente los movimientos del centro de masa y utilizar un tiempo de acoplamiento de temperatura más largo. [1] Sin embargo, más recientemente se ha recomendado que la mejor práctica es descontinuar el uso del termostato Berendsen por completo a favor del termostato Bussi–Donadio–Parrinello [2] , ya que se ha demostrado que este último termostato no exhibe el efecto del cubo de hielo volador. [3]