文档介绍：多体系统一分子动力学
Multi-body System
Molecular Dynamics
物质基本构成一分子、原子
在分子、原子这个微观水平上来考察物质:多体
世界
查清楚微观世界,宏观就清楚了
从微观考虑问题的现实可行性
一从微观考虑问题的必要性
物性的观测性参数:热传导、温度、压力、粘
性
微观处理的前提
已知微观粒子间的相互作用
假设
分子为球,惰性,分子间的作用只取决于分子间
的距离
分子动力学 Molecular Dynamics,MD)
MD的应用
领域:物理、化学、生物、材料等
MD方法能实时将分子的动态行为显示到计算机屏
幕上,便于直观了解体系在一定条件下的演变过程
MD含温度与时间,因此还可得到如材料的玻璃化转
变温度、热容、晶体结晶过程、输送过程、膨胀过
程、动态弛豫( relax)以及体系在外场作用下的变化
过程等
水和离子在微小硅孔中的运动
聚乙烯的结晶
MD的基本原理
用牛顿经典力学计算许多分子在相空间中的
轨迹
求解系统中的分子或原子间作用势能和系统外加
约束共同作用的分子或原子的牛顿方程。
模拟系统随时间推进的微观过程。
通过统计方法得到系统的平衡参数或输运性质
计算程序较为复杂,占用较多内存
MD的主要步骤
■选取要研究的系统及其边界,选取系统内粒
子间的作用势能模型
■设定系统中粒子的初始位置和初始动量
建立模拟算法,计算粒子间作用力及各粒子
的速度和位置
当体系达到平衡后,依据相关的统计公式,
获得各宏观参数和输运性质
分子间势能及相互作用
N个粒子系统的总势能
V=V(2)+V(13)+…+V(1N)+
+V(23)+…+V(r2N)+
+VErmin)
V(r)
r<d
v(r)
V(r)=(-)
V(r)
r> d
)r>d
刚球模型
斥力力心点模型
Southerland模型
分子词势能及相互作用
Lennard- Jones势能
12
(r)=4E
E能量尺度;σ长度尺度
为方便,时常归一化:
V()=4
6
r/o
记W/E→V;r/E→>r
子间势能及相互作用
些气体的参数
Neon Argon Krypon Xenon
N
itrogen
onm)
/kg(K)
221
95
kg=138×102/K: Boltzmann常数