Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
Maison » Potentiel Lennard-Jones

Potentiel Lennard-Jones

1924
  • John Lennard-Jones
Scène de laboratoire avec un scientifique effectuant des simulations de dynamique moléculaire en utilisant le potentiel de Lennard-Jones.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Un modèle mathématique simple et largement utilisé qui approxime l'énergie potentielle d'interaction entre deux atomes ou molécules neutres. Il combine un terme attractif à longue portée ([latex]propto r^{-6}[/latex]) représentant Van der Waals forces avec un terme répulsif à courte portée et à forte pente ([latex]propto r^{-12}[/latex]) représentant la répulsion de Pauli. La formule est [latex]V_{LJ}(r) = 4epsilon [(frac{sigma}{r})^{12} – (frac{sigma}{r})^6][/latex].

Le potentiel de Lennard-Jones est une pierre angulaire de la physique et de la chimie computationnelles en raison de sa simplicité et de son efficacité à capturer les aspects essentiels de la physique des interactions atomiques. Ce potentiel décrit deux caractéristiques principales. La partie attractive, [latex]-(frac{sigma}{r})^6[/latex], modélise le Force de dispersion de LondresCette interaction, qui domine à moyenne et longue portée, est théoriquement justifiée par la dépendance en [latex]r^{-6}[/latex] pour l'interaction entre deux dipôles induits. La partie répulsive, [latex]+(frac{sigma}{r})^{12}[/latex], modélise la forte répulsion qui se produit lorsque deux atomes se rapprochent fortement et que leurs nuages ​​électroniques commencent à se chevaucher. Cette répulsion est une conséquence du principe d'exclusion de Pauli. La forme [latex]r^{-12}[/latex] a été choisie principalement pour des raisons de commodité de calcul (étant le carré du terme [latex]r^{-6}[/latex]), bien qu'elle fournisse une approximation raisonnable de la forte répulsion.

Les deux paramètres du modèle ont une signification physique claire : ε représente la profondeur du puits de potentiel, soit l’intensité de l’attraction, et σ représente la distance à laquelle l’énergie potentielle est nulle, soit le diamètre effectif de l’atome. Bien qu’il s’agisse d’une approximation, le potentiel de Lennard-Jones prédit remarquablement bien les propriétés des substances simples et non polaires et constitue un élément fondamental pour les champs de force plus complexes utilisés pour simuler les protéines, les polymères et d’autres matériaux.

UNESCO Nomenclature: 2202
- Physique atomique et moléculaire

Taper

Modèle mathématique

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Théories des forces de Van der Waals (Keesom, Debye, Londres)
  • Le principe d'exclusion de Pauli de la mécanique quantique
  • Le potentiel de Mie, une forme plus générale du potentiel interatomique
  • Premiers travaux sur les équations d'état pour les gaz réels

Applications

  • dynamique moléculaire (DM) et Monte Carlo Simulations (MC) de fluides, de solides et de gaz simples
  • chimie computationnelle et science des matériaux pour le développement de champs de force
  • modélisation thermodynamique propriétés et diagrammes de phases de substances comme l'argon
  • fournir un modèle de base pour les forces interatomiques dans l'enseignement de la physique

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • développement de champs de force hautement optimisés pour les simulations de repliement des protéines et la découverte de médicaments
  • méthodes basées sur l'IA pour dériver des potentiels interatomiques précis directement à partir de données de mécanique quantique
  • simulation en temps réel de la fracture des matériaux et de la propagation des contraintes
  • criblage virtuel de matériaux pour les applications de stockage de gaz (par exemple, hydrogène, CO2)
  • design of self-assembling nanostructures through computer simulation
  • predictive modeling of viscosité and transport properties in novel liquid mixtures
  • simulateurs pour étudier les premiers stades de la nucléation et de la croissance des cristaux
  • logiciel éducatif pour l'exploration interactive des forces atomiques et des transitions de phase
  • algorithmes de conception de matériaux à dilatation thermique négative
  • création de jumeaux numériques pour les réacteurs chimiques afin d'optimiser les performances
Related to: Lennard-Jones potential, molecular dynamics, potential energy, intermolecular force, Pauli repulsion, Van der Waals, computational chemistry, simulation, force field, argon.

Contexte historique

Potentiel Lennard-Jones

1920
1921
1922
1924
1925
1926
1926
1920
1920
1921
1924
1924
1925
1926
1927

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

Les images en pleine résolution et les téléchargements sont uniquement disponibles, et 100% gratuits, pour les membres inscrits.