1.轨迹映射算法
2.重权重系统动力学算法
3.广义正则系综算法
生物物理学是物理学与生命科学交叉的前沿研究领域，其最终目的是从物理层面解释各种生命现象。从物理角度看，生命体是最复杂也最精妙的非平衡开放系统，它通过复杂的内部机制，持续地与环境之间进行物质、能量和信息的交换，并由此达到自维持及自复制的目的。构成这些内部机制的基本物质单元是细胞中的生物大分子机器DNA、RNA和蛋白质。它们通过复杂而特异的相互作用完成精细识别，从而对细胞中各种物理、化学过程进行特异性调控，使细胞展现出精妙、多变的生命活动（例如，细胞分裂、运动，遗传信息表达）。研究这些分子机器及其相互作用是生物物理学的重要内容。随着近20年来单分子生物物理技术的快速发展，人们已经能够直接研究单个分子机器，与生命过程密切相关的的基本物理问题陆续被提出。例如，分子机器自组装或自组织的物理机制是什么？它们如何在热涨落的环境中稳定工作？如何利用化学能产生机械运动或生成信息？其能量利用效率如何？分子机器的结构设计和优化原则是什么？此外，细胞中各种化学反应模块（例如基因调控模块）如何在热涨落环境中协同工作？，等等。这些问题都指向一个核心，即，大量不可靠（含剧烈热噪声）的元件如何构成总体上稳定、有序的生命系统？这对理论物理学、尤其是统计物理学研究构成了巨大挑战。目前，这些难题都没有答案，还需要生物学、物理学、化学、数学、计算机科学、工程学等多学科的长期密切合作。我们小组围绕上述问题开展理论研究，结合随机过程理论及分子动力学等计算模拟方法，重点研究DNA、蛋白质等生物分子机器的结构、运动机制及能量学，同时也研究相关的非平衡统计物理学。
1.典型生物分子机器之kinesin
2.典型生物分子机器之DNA
3.典型生物分子机器之DNA Polymerase
冰的形成是自然界中最常见的现象，在气候变化、生命科学、航空工业等很多领域中冰水相变都是重要的研究课题。自然界真实的结冰过程鲜有体相纯水体系结冰，纯水可以在零下40摄氏度保持液态而不结冰，绝大部分结冰现象都发生在水中有其他杂质或者与界面接触的情况下，这称之为异相成核过程。多种因素都对成核机制和成核速率有很大影响，比如表面的形态、亲疏水性质、局域电场、表面的粗糙程度、离子吸附、氢键等，这些因素往往又交织在一起，至今人们都不能完全解释水结冰机制或者控制冰的产生。即使最先进的实验技术如cryo-TEM、X-ray laser spectroscopy等，其时间和空间分辨率也不足以探测液固相变过程中原子尺度的细节。得益于近些年分子动力学模拟技术的发展，越来越多的人开始使用分子动力学模拟研究液固相变。本课题组在几年来致力于使用分子动力学模拟方法研究水结冰机制，探究认为控制结冰的手段。
近年来取得的代表性成果如下：
1. Guoying Bai, Dong Gao, Zhang Liu, Xin Zhou*, Jianjun Wang*, Probing the critical nucleus size for ice formation with graphene oxide nanosheets, Nature 576.7787(2019):437-441.
2. Mingzhe Shao, Chuanbiao Zhang, Chonghai Qi, Chunlei Wang, Jianjun Wang, Fangfu Ye and Xin Zhou*, Hydrogen polarity of interfacial water regulates heterogeneous ice nucleation, Phys. Chem. Chem. Phys. 22，258-264 (2020).
3. Han Xue, Youhua Lu, Hongya Geng, Bin Dong, Shuwang Wu, Qingrui Fan, Zhen Zhang, Xiaojun Li, Xin Zhou*, Jianjun Wang*, Hydroxyl Groups on the Graphene Surfaces Facilitate Ice Nucleation, J Phys. Chem. Lett., 10, 2458-2462 (2019).
4. Qi Cheng, Shenglin Jin*, Kai Liu, Han Xue, Bingchen Huo, Xin Zhou*, and Jianjun Wang*, Modifying Surfaces with the Primary and Secondary Faces of Cyclodextrins To Achieve a Distinct Anti-icing Capability,Langmuir, 35 (15), 5176–5182 (2019).
5. Zhen Dong, Jianjun Wang, and Xin Zhou*, Effect of antifreeze protein on heterogeneous ice nucleation based on a 2D random field Ising model, Phys. Rev. E 95，052140 (2017).