《分子動力學方法》PPT課件.ppt

分子動力學方法 Molecular Dynamics Simulation,Qing-Yu Zhang State Key Laboratory for Materials Modification by Laser, Ion and Electron Beams,微觀尺度材料設計 分子動力學,分子動力學是在原子、分子水平上求解多體問題的重要的計算機模擬方法，可以預測納米尺度上的材料動力學特性。 通過求解所有粒子的運動方程，分子動力學方法可以用于模擬與原子運動路徑相關的基本過程。 在分子動力學中，粒子的運動行為是通過經(jīng)典的Newton運動方程所描述。,微觀尺度材料設計 分子動力學,原子體系的運動方程Lagrangian方程 定義Lagrangian函數(shù)為 L= K-V 則運動的Lagrangian方程為,微觀尺度材料設計 分子動力學,原子體系的運動方程Lagrangian方程,微觀尺度材料設計 分子動力學,原子體系的運動方程,微觀尺度材料設計 分子動力學,有限差分方法-預測校正法 預測校正法是分子動力學模擬中的常用算法之一，其基本思想是Taylor展開：,微觀尺度材料設計 分子動力學,有限差分方法-預測校正法 根據(jù)新的原子位子rp，通過運動方程可以獲得校正后的ac(t+ t)。定義預測誤差,微觀尺度材料設計 分子動力學,有限差分方法-Gear預測校正因子 定義一組矢量：,微觀尺度材料設計 分子動力學,有限差分方法-Gear預測校正因子,微觀尺度材料設計 分子動力學,有限差分方法-Gear預測校正因子,微觀尺度材料設計 分子動力學,有限差分方法-Gear預測校正因子 對于一階運動方程,微觀尺度材料設計 分子動力學,有限差分方法-Gear預測校正因子 對于二階運動方程,微觀尺度材料設計 分子動力學,有限差分方法-Gear預測校正因子 對于二階運動方程,微觀尺度材料設計 分子動力學,有限差分方法-Verlet算法,微觀尺度材料設計 分子動力學,有限差分方法-速度Verlet算法,微觀尺度材料設計 分子動力學,有限差分方法-leap-frog算法,微觀尺度材料設計 分子動力學,有限差分方法-Verlet算法比較,微觀尺度材料設計 分子動力學,力場的截斷 在分子動力學中，出于計算上的考慮，力場的截斷是必須的，即在某一范圍內力場是有效的，因此會導致一些計算上的困難。 勢函數(shù)直接截斷：,微觀尺度材料設計 分子動力學,力場的截斷 力場連續(xù)的勢函數(shù)截斷：,微觀尺度材料設計 分子動力學,力場的截斷,微觀尺度材料設計 分子動力學,近鄰表- Verlet近鄰表,微觀尺度材料設計 分子動力學,近鄰表- 網(wǎng)格近鄰表 l = L/M rc Nc=N/Md ftime=3dNNc/0.5N(N-1),微觀尺度材料設計 分子動力學,近鄰表- 網(wǎng)格近鄰表,微觀尺度材料設計 分子動力學,等溫分子動力學-隨機方法 采用隨機數(shù)重新標定系統(tǒng)的速度 動量空間新舊狀態(tài)的幾率比為,微觀尺度材料設計 分子動力學,等溫分子動力學-擴展系統(tǒng)方法 增加一個熱池，允許熱流在系統(tǒng)和熱池之間交換。,微觀尺度材料設計 分子動力學,等溫分子動力學-約束方法 利用速度調整因子約束系統(tǒng)的溫度。,微觀尺度材料設計 分子動力學,等溫分子動力學-約束方法,微觀尺度材料設計 分子動力學,等溫分子動力學-約束方法,微觀尺度材料設計 分子動力學,等壓分子動力學-擴展系統(tǒng)方法 增加一個“活塞”， “活塞”具有質量Q，體積V。,微觀尺度材料設計 分子動力學,等壓分子動力學-約束方法,微觀尺度材料設計 分子動力學,等壓分子動力學-約束方法,微觀尺度材料設計 分子動力學,分子動力學演示,微觀尺度材料設計 分子動力學,分子動力學的應用-薄膜生長,Evolution of substrate temperatures at various incident energy,微觀尺度材料設計 分子動力學,分子動力學的應用-薄膜生長,0.1 eV 10.0 eV,Morphologies of Au/Au(001) films at various incident energy,微觀尺度材料設計 分子動力學,分子動力學的應用-薄膜生長,微觀尺度材料設計 分子動力學,分子動力學的應用-薄膜生長,Epitaxial growth process of SrO on SrTiO3(100) surface terminated by TiO2 atomic layer Kubo et al, J. Chem Phys. 109 (1998),微觀尺度材料設計 分子動力學,