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レナード=ジョーンズの可能性

1924
  • John Lennard-Jones
Lennard-Jonesポテンシャルを用いた分子動力学シミュレーションを行う科学者の研究室風景。.

(画像はイメージです)

2 つの中性原子または分子間の相互作用のポテンシャルエネルギーを近似する、シンプルで広く使用されている数学モデル。長距離引力項 ([latex]propto r^{-6}[/latex]) と、 ファンデルワールス パウリ反発を表す急峻で短距離の反発項([latex]propto r^{-12}[/latex])を持つ力。式は[latex]V_{LJ}(r) = 4epsilon [(frac{sigma}{r})^{12} – (frac{sigma}{r})^6][/latex]です。

The Lennard-Jones potential is a cornerstone of computational physics and chemistry due to its simplicity and effectiveness in capturing the essential physics of atomic interactions. The potential describes two main features. The attractive part, [latex]-(\frac{\sigma}{r})^6[/latex], models the London dispersion force, which dominates at medium to long ranges. The [latex]r^{-6}[/latex] dependence is theoretically justified for the interaction between two induced dipoles. The repulsive part, [latex]+(\frac{\sigma}{r})^{12}[/latex], models the strong repulsion that occurs when two atoms get very close and their electron clouds begin to overlap. This repulsion is a consequence of the Pauli exclusion principle. The [latex]r^{-12}[/latex] form was chosen primarily for computational convenience (as the square of the [latex]r^{-6}[/latex] term), though it provides a reasonable approximation of the steep repulsive wall.

このモデルにおける 2 つのパラメータには明確な物理的意味があります。[latex]epsilon[/latex] (イプシロン) はポテンシャル井戸の深さで、引力の強さを表し、[latex]sigma[/latex] (シグマ) はポテンシャルエネルギーがゼロになる距離で、原子の実効直径を表します。近似式ではありますが、レナード・ジョーンズポテンシャルは単純な非極性物質の特性を予測するのに非常に優れており、タンパク質、ポリマー、その他の材料をシミュレートするために使用されるより複雑な力場の基本的な構成要素となっています。

UNESCO Nomenclature: 2202
原子・分子物理学

タイプ

数理モデル

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • Theories of Van der Waals forces (Keesom, Debye, London)
  • 量子力学におけるパウリの排他原理
  • ミーポテンシャルは、原子間ポテンシャルのより一般的な形式である。
  • 実在気体の状態方程式に関する初期の研究

アプリケーション

  • molecular dynamics (MD) and Monte Carlo (MC) simulations of simple fluids, solids, and gases
  • 力場開発のための計算化学と材料科学
  • modeling thermodynamic properties and phase diagrams of substances like argon
  • 物理教育における原子間力の基本モデルを提供する

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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歴史的背景

レナード=ジョーンズの可能性

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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

関連する発明、革新、および技術原理

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