Coarse-grained simulation of water: A comparative study and overview
Notice bibliographique
Résumé
In spite of the tremendous increase in computational power over the last few decades, the problem of simulating atomistic systems containing large amounts of water molecules over longer lengths and time scales still remains. In this respect, the coarse-grained (CG) force field reduces the computational cost and, therefore, allows simulations of larger systems for longer times. However, the specific scope of the different CG water models is more limited compared to their atomistic counterparts. In this context, we conducted a comparative study on the molecular physical structure, thermodynamic, and dynamic properties of bulk water systems using six distinct CG water models and all-atom (AA) simulations. The six CG simulation procedures involved modeling with three variants of the water model coming from the MARTINI force field, one from the SPICA force field, and the two Iterative Boltzmann Inversion (IBI) derived potentials from the AA simulations. The AA simulations have been performed using the SPC/E and TIP4P force fields. The IBI models, namely SPC/E-IBI and TIP4P-IBI, depict the structural features in close agreement with the atomistic samples. The explicit number of water molecules in the first coordination shell for the three MARTINI models and the SPICA force field is in excellent agreement with the SPC/E and TIP4P values. The ensuing simulated densities for the various water models align significantly with the literature data, indicating the reliability of our approach. The SPC/E and SPICA models stand out in predicting the enthalpy of vaporization among the all-atom and CG force fields, respectively. The two all-atom models and their IBI equivalents are better at representing the isobaric specific heat capacity compared to the other models. The isothermal compressibility is reproduced comprehensively by the SPC/E force field followed by TIP4P, while SPICA is the better choice within the CG models. With respect to the dynamics of the system, the diffusion coefficient of the SPICA force field is in perfect agreement with the experimental data, even better than the atomistic samples. The overall scores of the different models, indicative of their relative performances compared to the other models, have also been computed.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».