第三章 探索原子构建物质的奥秘 3.1 原子间的相互作用由量子化学从头计算方法得出不同距离时两个原子间的相互作用能，以势能曲线最低点与量子化学从头计算的最小值相重合的拟合原则，拟合出原子间相互作用对势。并尝试用原子间相互作用对势研究铁团簇（奥氏体、铁素体和马氏体）的原子平均结合能和最近平衡原子间距。计算结果表明，这种近似方法对理解金属晶体的相变和许多性能可以提供证据如此推断，可以计算 Fe-Cr-Mn-C-B 系复杂合金的奥氏体的能量变化，并为解释相变的趋势提供参考。 关键词：原子间相互作用势；量子化学从头计算；拟合对势；铁团簇 1．引言 由第一性原理量子力学所作的计算可以给出精确的结果。然而，由于需要很大的计算量来精确求解 Schrödinger 方程，目前这些方法仅限于研究包含几十个原子的体系。原子间相互作用势是分子动力学、蒙特卡罗方法模拟计算的基础，也是在原子、分子层次上进行合金设计的重要部分。原子间相互作用势有很多种，按相互作用的类型划分为两体势（即对势、偶对势）、三体势、四体势、N 体势、嵌入原子势等。物质（包括各种相，如固相、液相和气相）的许多物理性质既可以通过实验观察和测定，也可以在理论上计算和预测。另一方面，经验的原子间相互作用势虽不及上述方法精确，但能处理大得多的体系。对于复杂的材料科学问题的计算机模拟，原子间相互作用势及分子动力学方法占有重要地位[1]。本文尝试用原子间相互作用对势研究奥氏体、铁素体和马氏体铁团簇的原子平均结合能和最近平衡原子间距，为进行 Fe-Cr-Mn-C-B 系实用合金的复杂体系的特性的预测提供参考。 2．原子间相互作用对势 原子间相互作用对势的简单函数是 Lennard-Jones 势。尽管Lennard-Jones 型函数仅仅可以用来描述多体势作用最小的稀有气体，而对于象金属晶体这样多体势作用强的晶体被认为是不适用的，但是，作为对复杂体系合金的初步探讨，这种方法很可能对理解许多性能和过程可以提供有益的参考。 Lennard-Jones 势的形式为[2]： −=nmijrrrUσσε4)(， （1） - 1 -本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：20030151006）资助交通部应用基础研究项目（项目编号：200332922503）资助 http://www.paper.edu.cn 式中 m 和 n 通常取为 12 和 6，ε 和 σ 将由量子化学从头计算方法拟合确定。求出 N 个原子的总势能 ∑<==NjiiijijtRpUR...
