分子动力学讲课VIP免费

上海大学材料学院分子动力学在金属表面生长中的研究目录CONTENTS1234分子动力学介绍文献阅读结论展望1分子动力学介绍定义：是指对于原子核和电子所构成的多体系统,用计算机模拟原子核的运动过程,并从而计算系统的结构和性质,其中每一原子核被视为在全部其它原子核和电子所提供的经验势场作用下按牛顿定律运动.1分子动力学介绍原理：分子动力学模拟的出发点是假定粒子的运动可以用经典动力学来处理，对一个由N个粒子构成的孤立体系，粒子的运动由牛顿运动方程决定1分子动力学模拟主要步骤1选取要研究的系综2确定边界条件4给定系统中粒子的初始位置和动量6获得各宏观参数和输运性质3选择合适的势能函数5建立合理的模拟算法1系综理论微正则系综（NVE）A正则系综（NVT）B巨正则系综（UVT）C在一定的宏观条件下，大量性质和结构完全相同的、处于各种运动状态的、各自独立的系统的集合。全称为统计系综。N：粒子数V：体积E：能量T：温度U：内能1边界条件设置边界条件原因：由于计算机模拟能力的限制，因此所选系统中粒子束只能为几十至几百不等，不可以模拟大量分子，只能模拟有限空间中的有限分子，对于有限空间，就存在边界的限制。边界条件分类（1）固体边界条件：不仅仅存在分子之间的相互作用，同时也存在壁面对分子的作用（2）周期边界条件：为了模拟尽可能多的原子并且减少计算机的计算量，分子动力学模拟通常采用周期性边界条件。首先在模拟体系中选择合理的原胞，其周围部分为它的镜像。1势函数势函数是原子（分子）间相互作用的函数。在分子力学中，势函数常称为力场。一般体系的势能由分子内相互作用和分子间相互作用之和。势函数对势多体势间断对势连续对势勒让-琼斯势（L-J势）Born-lande势morse势Johnson势嵌入原子法（EAM）F-S势1多体势多体系相互作用：总势能分为两个部分--一部分为晶格点阵上的原子间相互作用对势--另一部分是原子镶嵌在电子云背景的嵌入能，代表多体作用1多体势：Finnis和Sinclair势1984年，根据金属能带紧束缚理论，发展一种数学上等同于EAM的势函数。1分子动力学模拟的初始条件理论模型实验数据系统的初始位形和初始速度实验数据和理论数据结合Maxwell-Boltzmann分布每个原子的初速度1牛顿运动方程式中，mi，ri分别为第i个原子的质量和位置。▽i=∂/∂ri，v(r1,r2,rN)为体系所处的势),,(m2122NiiirrrVdtrd运动方程的数值积分Verlet算法蛙跳（Leap-frog）算法Velocity-Verlet算法Gear的预测-校正算法求算方法：有限差分法来对二阶常微分方程进行积分1分子动力学介绍Verlet算法：60年代后期出现，以三阶泰勒展开为基础，具有占计算机内存小，易编程的优点，但精度不高LtattVtrttrt2)()()()()(2m)()()(2)()(2tFttrtrttrtttrttrttvtttrttrtv)()()21(2)()()(LtattVtrttrt2)()()()()(2（1）（2）（3）（4）（5）•优点：显式速度，计算量稍小•缺点：速度和位置不同步1Leap-Frog算法Hockney在1970年提出)2/(2/21)()2/()()()2/()2/()()2/()2/()()2/()2/(ttvttvtvtttvtrttrttvtttrtFmtttvttvmtFtttvttviiiiiiiiii1速度Verlet算法1982年Swope提出22)()(21)()(21)()()(ttFttFmtvttvttFttvtrttriiiiiii相比前面两种，速度Verlet算法精度和稳定性最好1预测校正算法利用泰勒展开预测新的位置、速度、加速度。再根据新的计算的力计算加速度并与泰勒级数展开式中加速度比较，二者之差在校正步里校正位置和速度项1微观状态与宏观性质微观量相对应的宏观量是一定宏观条件下所有运动状态平均值微观量：组成它的微观粒子的运动状态，如微观粒子的速度、动量、能量等；宏观量：从整体上描述系统的宏观性质，如气体的容积、压强、温度和总能量。1分子动力学介绍分子动力学工作方框图2文献阅读2研究背景物理科学和信息产业快速发展薄膜物理和薄膜生长技术受到关注理想薄膜微观上对薄膜生长过程研究难以直接观察分子动力学模拟2研究目的与意义Cu衬底分子动力学...