复杂带电粒子体系的快速算法研究

许多物理和生物体系的计算机模拟需要使用平均场和粗粒化近似的方法来减少体系的自由度，常常带来处理非均匀电介质的困难。比如生物分子体系的隐式溶液模型和混合溶液模型显隐区域界面的处理，以及研究带电胶体溶液系统表面极化电荷对离子的影响。本项目研究一些多尺度溶液体系静电场计算的新型快速算法。发展高精度镜像电荷方法来得到界面问题偏微分方程格林函数的简单表示，使之可以与快速多极子算法耦合得到线性标度计算。特别地，我们将利用多界面反射方法研究多界面体系的镜像电荷近似。针对非规则复杂表面的连续介质模型，进一步研究广义波恩理论，将快速有效波恩半径计算与八叉树算法相耦合得到整体O(NlogN)算法。我们将利用Monte Carlo和分子动力学模拟方法，测试这些算法的性能，并研究相关体系的物理性质。本项目的实施将对生物和胶体模拟提供更有力的计算工具，是非常重要的科学计算课题，具有广阔的应用前景。

项目以软物质体系的静电多体现象为背景，研究了多介质球问题的格林函数问题的算法，并用于胶体的静电排空力研究；发展了离子溶液系统的多尺度反应场方法；和发展了连续介质自洽场理论建模和快速算法。本项目在三年执行期间共发表10篇高水平研究论文。