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1、卿颤圈器舒与魏暴朗豢一经典分子动力学模拟的主要技术樊康旗,贾建援西安电子科技大学机电工程学院,西安、发展过程及主要应,摘要综述了分子动力学模拟的基本原理用介绍了原子间势函数的发展及势参数的确定,给出、初始条件及边界条件的选取、平了分子动力学模拟中相关的有限差分算法、。衡态系综及其调控感兴趣量的提取及主要过程最后还指出了分子动力学模拟方法本身进一步。的研究方向关键词分子动力学原子间作用势有限差分算法分子动力学系综中图分类号文献标识码文章编号一一一而一,一一,加,,皿以石呼诚,,,娜,,被视为在其他所有原子核和电子所提供的经验势场引
2、言。作用下按牛顿定律运动分子动力学计算机模拟是研究复杂的微观系统年,和’〕首先在硬球的有力工具,这一技术既能得到微观粒子的运动轨模型下采用分子动力学研究气体和液体的状态方迹,还能像做实验一样作各种观察。目前,该技术程,开创了用分子动力学模拟方法研究物质宏观性、、。,已成功地用于研究晶格畸变晶粒生长拉压质的先例年和圈等人发展应力一应变关系、蠕变行为、高温变形行为、扩散、了该方法并扩展到了存在速度梯度的非平衡系统。、、、、、,沉积烧结固结纳米摩擦原子操纵微流体年川等人创造了恒压分子动力学〕。。,和微传热等方面洲方法年〔〕等人将该方法
3、推广到具,,所谓分子动力学模拟是指对原子核和电子所有温度梯度的非平衡系统从而形成了非平衡系统,。,构成的多体系统用计算机模拟原子核的运动过分子动力学方法体系年图等人完成,,。,程从而得到系统的结构和性质其中每一原子核了恒温分子动力学方法的创建年针对势收稿日期《洲又一一目娜汤恻婚叭瘾知砂赫厌勒兔憾梦心多微纳电子技术年第期顾颤姆鲁得与魏疆亩下的一函,数模型化比较困难的半导体和金属等和间的作用力和势经常用于描述金币’创提出了将电子论与分子动力学方法有,,一。属前者多用于后者多用于。,机统一起来的第一原理分子动力学方法年多体势和’〕‘进
4、一步提出了适用于处理吸附问嵌入原子法。,题的巨正则系综分子动力学方法目前分子动力势的基本思想是把晶体的总势能分成两。学方法还在进一步发展中部分一部分位于晶格点阵上的原子核之间的相互,,对于非平衡系统分子动力学模拟的主要过程作甩势另一部分是原子核镶嵌在电子云背景中的、。包括初始条件和边界条件的确定牛顿运动方程的嵌人势总势能为。数值求解和感兴趣量的提取平衡系统与非平衡系‘。介艺瓦令艺电统的主要差别在于边界条件和所提取的量与时间无‘尹。‘‘关本文主要对经典分子动力学模拟的基本原理和式中双为势嵌人能第二项是对势项是除。第原子以外的所有其
5、他原子的核外电子在第原主要过程进行综合性的阐述子处产生的电子云密度之和,可表示为牛顿运动方程‘碑,。。艺由牛顿第二定律可得原子的运动方程为护·一,习,通沙、尹、气界袱吸且,、户势伪不下一爪‘,一年罗和提出了描述凝聚,。双一电、态硅体系原子间相互作用的多体势即势该艺。一叮尹势在半导体材料中得到了广泛应用,,‘,、式中叭式和关分别为第原子的质量位取总势能为置、原子间作用力和其他的力电为反映原子,。,巧,,,。。介艺艺间相互作用的势函数,在分子动力学模拟中通过差分求解牛顿运动。,二。。两体势为。训倒方程可得到系统中原子的一系列位形。,
6、,。,,三体项为。。卜原子间势函数叫合含翻。和,分别作为能量和长度单位时,当以势参数原子间势函数反映了原子间的相互作用其准一‘刀,,下确性对分子动力学模拟的精度影响较大,经历了从刁丙,,、’“。了之对势到多体势的发展过程乃‘,,而,瓜,叹不,不,尽砚,瓦,氏对势一一玩势川,,”二吸‘价’而疏一’斋悬“胎今、〔“件〕,〕‘韵势吧吮、‘气凡,一“乓,‘嚷〔如八」。““’几仁,,了鬓氛势。。,。电、几、厂破召以,,,,,,,,式一中,勺为原子,的间距其他的式中人和为势参数叹为。。几原子所组成的三角中围绕原子的角未知量为势参数,玩一势常
7、用于描述气体分子或水分子多体势函数还有很多种如修正型嵌人原子核微纳电子技术年第期心沙创娜洽洲劝叭媲知映汤灭初扬礴护蜒颤赐易碍与橇瀑,令一··、一算法〔,势势和势、,,,。算法将量级为‘等限于篇幅不再详述可参考相关文献「〕△式右边一二项和△式右边第三项项相加,势参数的确定。随着计算次数的增多将会使误差积累改,,一原子间势函数的形式多种多样对于不同的应进了算法提出了算法,了△卜·‘△,·用对象势参数又互不相同所以势参数的确定在分卜警。子动力学模拟的应用中至关重要·‘一·“’势参数的确定通常有三种方法一是通过实验誓鲁卜鲁、、口值例如晶
8、格常数弹性系数振动谱等拟和势一。和算法只能求解线性常微分方程参数二是通过蒙特卡罗方法确定势参数三是通,为了求解非线性常微分方程提出了基于预过基于量子力学得到的各种微观信息来确定势参一。测校正积分方法的算法,〔数如松冈等人基于量子力学提出了反映水分·,算法。子间相
