分子动力学在材料科学中的应用摘要： 本文综述了几种常见条件下的分子动力学模拟方法以与分子动力学模拟的最新进展趋势.介绍用分子动力学模拟方法讨论固休的休相结构,表面问题,界面问题以与薄膜形成过程等方面的讨论成果。关键词：分子动力学;计算机模拟;材料科学1 引言 分子动力学（Molecular Dyanmica,简称 MD）用于计算以固体、液体、气体为模型的单个分子运动，它是探究各种现象本质和某些新规律的一种强有力的计算机模拟方法，具有沟通宏观特性与微观结构的作用，对于许多在理论分析和实验观察上难以理解的现象可以做出一定的解释 ［1］。MD 方法不要求模型过分简化，可以基于分子（原子、离子）的排列和运动的模拟结果直接计算求和以实现宏观现象中的数值估算。可以直接模拟许多宏观现象，取得和实验相符合或可以比较的结果，还可以提供微观结构、运动以与它们和体系宏观性质之间关系的极其明确的图象［2］。MD 以其不带近似、跟踪粒子轨迹、模拟结果准确［3］，而倍受讨论者的关注，在物理、化学、材料、摩擦学等学科与纳米机械加工中得到广泛而成功的应用。本文主要评述 MD 方法在材料科学中的应用. 目前在材料微观结构的讨论中，由于实验条件的限制，使得许多重要的微观结构的信息难以得到，如，对于由液态金属快速凝固的非晶转变过程，其微观结构的瞬时变化根本无法用实验仪器去测量。理论分析、实验测定与模拟计算已成为现代材料科学讨论的 3 种主要方法[2]。20 世纪 90 年代以来，由于计算机科学和技术的飞速进展，模拟计算的地位日渐突显。计算机模拟可以提供实验上尚无法获得或很难获得的信息。虽然计算机模拟不能完全取代实验，但可以用来指导实验的进行，从而促进理论和实践的进展，所以有必要对这一领域进行介绍。2 分子动力学基本原理 分子动力学将连续介质看成由 N 个原子或分子组成的粒子系统，各粒子之间的作用力可以通过量子力学势能函数求导得出，忽略量子效应后，运用经典牛顿力学建立系统粒子运动数学模型，通过数值求解得到粒子在相空间的运动轨迹，然后由统计物理学原理得出该系统相应的宏观动态、静态特性。 图 1 所示是 MD 模拟过程。MD 具体的做法是计算机上求运动方程的数值解。通过适当的格式对方程进行近似，使之适于在计算机求数值解。从使用连续变数和微分算符的描述过渡到使用离散变数和有限差分算符的描述，显然会有误差，误差的阶数取决于具体的近似机制，即所用的算法。模拟首先...
