本文旨在从理论层面系统比较分子动力学MolecularMD）与（尤其是，DensityDFT）计算方法的核心差异，并阐明它们在材料科学研究中的各自优势和局限。

模拟第一性原理计算Kohn-Sham电子结构两种方法各有特点关注体系随时间演化的动力学行为，适合研究宏观尺度的动态过程；DFT关注体系的电子结构和能量性质，能预测材料的静态性质。后文将围绕基本原理、物理建模方法、可处理的体系规模及计算代价、可分析的材料性质和时空尺度、模拟精度与参数依赖等方面展开对比，以期为科研人员在不同研究场景中合理选择模拟方法提供参考。

分子动力学模拟相比之下，第一性原理方法基于量子力学，通过求解多电子体系的薛定谔方程来获得体系的基态性质。密度泛函理论（DFT）是常用的一种第一性原理实现，它根据电子密度而不是多体波函数来描述体系，大大简化了计算量。

前者用于描述原子核的运动，后者用于计算电子结构和总能量。

MD的准确性在很大程度上依赖于力场参数的质量。

，。

系统规模与计算代价

但是，MD需要以飞秒（10^-15此外，经典MD模拟通常具有较好的并行伸缩性，可借助高性能计算资源模拟百万级别甚至更多原子的体系。

DFT计算往往需要高精度的基组和k点采样，其内存和计算开销随体系复杂度增加而快速上升。紧束缚、经典力场等近似方DOI:10.1021/cm050999v.

材料性质与时空尺度

在MD中，原子运动的动能与温度直接相关，因此能够自然地模拟温度对材料结构和性质的影响。

与之不同，DFT主要用于计算材料的基态和平衡性质。传统DFT计算通常基于零温条件，只给出平衡态信息。虽然可以通过第一性原理分子动力学在有限温度下模拟动力学，但这类模拟计算开销极大，通常只能达到皮秒级或更短的时间尺度。因此，MD经典力场的参数通常从实验数据或高精度量子计算结果中拟合获得；如果力场模型不准确或不适用于待研究体系，则模拟结果可能存在较大偏差。

AMBER针对目标体系验证和调优力场此外，常见的经典力场通常不包含电子极化和化学反应的效应，对于涉及键断裂和电子重排的过程无法直接描述，必须采用针对性更强的反应力场或第一性原理MD方法。

目前尚无通用的精确泛函，不同泛函对体系的描述会有系统性误差，例如局域密度近似（LDA）或广义梯度近似（GGA）常低估半导体的能带隙，并对弱相互作用处理不足。

DFT方法提供了从头预测的能力，但其结果的可靠性仍需通过实验数据或更高精度方法进行校验。

DOI:10.1021/cm050999v.