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极化与虚拟位点模型

Drude 壳模型和 TIP4P 的 M 位点都把电荷放在原子核以外的地方。 molpy.builder.virtualsite 构建器为结构副本添加这些虚拟位点， 并自动重分配电荷。

虚拟位点的用途

有些力场把相互作用位点放在原子核之外：

  • Drude 振子（CL&Pol）在重原子上挂一个可移动的带电壳层，用来描述诱导极化。
  • TIP4P 水模型把负电荷放在 HOH 角平分线上一个偏离氧原子的 M 位点， 而不是直接放在氧原子上。

VirtualSiteBuilder 复制结构、选择宿主原子、构建额外位点、重分配电荷——整个过程不改动原输入。

构建器接口

每个构建器都走相同的四步流水线，入口统一为 apply：

new_struct = builder.apply(struct)      # struct: Atomistic -> Atomistic（副本）

apply 内部按顺序执行 select（选宿主）→ build_sites（创建额外粒子）→ redistribute（把电荷转移到新粒子上）。通常只调用 apply 就够了；剩下三个方法是留给自定义构建器的扩展钩子。

Drude 极化（CL&Pol）

DrudeBuilder 给每个可极化的重原子添加一个 Drude 壳层（DrudeParticle）， 按原子类型的极化率分配参数：

from molpy.builder.virtualsite import DrudeBuilder, load_polarizability

alpha = load_polarizability()                 # 内置的 alpha.ff 参数
drude = DrudeBuilder(polarizability=alpha, drude_prefix="D")
polarized = drude.apply(struct)
参数 说明
polarizability Drude 参数，类型为 dict[类型 -> dict[参数 -> float]]。设为 None 则回退到内置的 alpha.ff；load_polarizability(path) 读取自定义文件。
drude_prefix 生成的 Drude 粒子名称前缀（默认 "D"）。

TIP4P M 位点

Tip4pBuilder 在每个水分子的 HOH 角平分线上放一个 MasslessSite——接口相同，规则不同：

from molpy.builder.virtualsite import Tip4pBuilder

tip4p = Tip4pBuilder(d_om=0.1546)     # O–M 距离，单位为 nm
water4p = tip4p.apply(water)

d_om 是氧原子到 M 位点的距离；默认值与 TIP4P 几何参数一致。

编写自定义构建器

继承 VirtualSiteBuilder，实现 select、build_sites 和 redistribute； apply 编排这些步骤并处理结构复制。DrudeBuilder 和 Tip4pBuilder 是两个现成的参考实现。

注意事项

  • apply 返回副本——原始 struct 不变，使用返回值。
  • Drude 输出需要能识别壳层粒子的力场，应与 CL&Pol 或可极化类型分配路径配合使用，而非普通的固定电荷力场。
  • MasslessSite / DrudeParticle 是辅助粒子——下游导出器和引擎需要把它们当作虚拟位点，而不是原子。

另请参阅