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《團簇研究中的原子間勢函數(shù)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、3團簇研究中的原子間勢函數(shù)33蔡文生林翼邵學廣(中國科學技術大學化學系合肥230026)摘要原子間勢函數(shù)在團簇結構和性質的理論研究中十分重要。本文將模擬團簇原子間相互作用的勢函數(shù)劃分成三類,對各類勢函數(shù)的發(fā)展狀況進行了綜述;并對原子間勢函數(shù)與最優(yōu)化方法和分子動力學相結合,在團簇結構和性能研究中的應用和發(fā)展方向進行了討論。關鍵詞團簇原子間勢函數(shù)優(yōu)化算法分子動力學模擬中圖分類號:O641文獻標識碼:A文章編號:10052281X(2005)0420588209InteratomicPotentialFuncti
2、oninClusterResearch33CaiWenshengLinYiShaoXueguang(DepartmentofChemistry,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei230026,China)AbstractInteratomicpotentialfunctionsarecrucialinclusterresearch.Thepotentialfunctionsappliedinsimulatingtheinteractionsofatom
3、sinclustersareclassifiedintothreetypes,andthedevelopmentofeachtypeisreviewed.Theapplicationscombinedwithoptimizationmethodsandmoleculardynamicsinstudyingthestructuresandpropertiesoftheclusters,andthetrendsinthepotentialfunctionsarediscussed.Keywordscluster
4、;interatomicpotentialfunction;optimizationalgorithm;moleculardynamicssimulation當前對團簇有關結構、熱力學和動力學的計算機模擬研究,常用的方法有分子力學法(molecularmechanics)、分子動力學法(moleculardynamics)和蒙特卡洛法(MonteCarlo)。分子力學法利用勢函數(shù)來計算原子間的相互作用能,結合最優(yōu)化算法使系統(tǒng)總勢能最小化,來預測復雜團簇的能量最低結構。分子動力學法在選定勢函數(shù)的情況下,利用牛
5、頓運動方程來模擬系統(tǒng)內(nèi)各個原子的運動狀態(tài),從而獲得體系的各個狀態(tài)量、結構和熱力學性質。蒙特卡洛法是一種統(tǒng)計力學方法,也是利用勢能函數(shù)計算初始構象的能量,采用Metropolis準則,經(jīng)過大量的狀態(tài)遷移,得到體系的熱力學性質、最低能量結構和構象的采樣序列。由此可見,原子間勢函數(shù)在以上三種模擬方法中都起著重要的作用。體系的勢能由原子與原子間的相互作用決定,多用關于原子核位置坐標的函數(shù)來近似計算,該函一、引言近些年來,人們對團簇獨特的化學物理性質產(chǎn)生了濃厚的興趣1,許多實驗方法已廣泛應用于團簇的合成以及結構和性能
6、的測定。對于實驗中難以分離的團簇或難以合成的大團簇,理論方法提供了可靠的結構和性能的預測和分析,成為實驗方法的重要互補性手段。隨著計算機技術的飛速發(fā)展,用各種理論模擬研究團簇成了當前的一個熱點2。通常指的團簇包括原子團簇和分子團簇,是由兩個或兩個以上的原子、分子通過物理和化學結合力組成相對穩(wěn)定的聚集體,原子或分子的數(shù)目可以從2到幾萬的范圍內(nèi),而團簇的物理和化學性質隨所含原子數(shù)目而變化。常見的原子團簇包括金屬和非金屬團簇,比如CN、SiN、CuN和AgN等,分子團簇有(C60)N和(H2O)N等。收稿:200
7、4年7月,收修改稿:2004年12月3國家杰出青年科學基金(No.20325517)和高等學校優(yōu)秀青年教師教學科研獎勵計劃資助項目33通訊聯(lián)系人e2mail:xshao@ustc.edu.cn第4期蔡文生等團簇研究中的原子間勢函數(shù)·589·數(shù)即稱為勢函數(shù)(potentialfunction),或原子間勢函數(shù)(interatomicpotentialfunction)。從團簇的分子力學、分子動力學以及蒙特卡洛模擬的結果可以看到,選取不同的勢函數(shù),對于團簇能量最低結構模擬過程的準確度和最終計算結果的精確度都會產(chǎn)
8、生不同的影響,而且不同的勢函數(shù)所適用的體系也不一樣。本文對多種目前已在團簇研究中廣泛應用的原子間勢函數(shù)進行了分類和綜述,并對其與最優(yōu)化方法和分子動力學相結合,在團簇研究中的應用和今后的發(fā)展方向進行了討論。二、原子間勢函數(shù)從作用原理看,勢函數(shù)可以分成三類:經(jīng)驗勢、基于第一性原理的自洽勢和緊束縛勢3。表1列舉了在團簇研究中常用的勢函數(shù),以及相應的適用體系。表1主要勢函數(shù)的分類和應用Table1Classificati
