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伦纳德-琼斯潜力

1924
  • John Lennard-Jones
科学家利用伦纳德-琼斯势能进行分子动力学模拟的实验室场景。.

(图片仅供参考)

一种简单而广泛使用的数学模型,用于近似计算两个中性原子或分子之间相互作用的势能。它结合了一个长程吸引力项([latex]\propto r^{-6}[/latex]),代表了 范德瓦耳斯 力与一个陡峭的短程斥力项([latex]\propto r^{-12}[/latex])代表保利斥力。计算公式为 [latex]V_{LJ}(r) = 4epsilon [(\frac\{sigma}{r})^{12} - (\frac\{sigma}{r})^6][/latex].

由于其简洁性和对原子相互作用基本物理特性的高效捕捉,Lennard-Jones势是计算物理和化学的基石。该势描述了两个主要特征。吸引部分,[latex]-(frac{sigma}{r})^6[/latex],模拟了…… 伦敦色散力, ,在中远距离上占主导地位。从理论上讲,[latex]r^{-6}[/latex] 与两个诱导偶极子之间的相互作用有关。斥力部分,[latex]+(\frac\sigma}{r})^{12}[/latex] 模拟了当两个原子非常接近,它们的电子云开始重叠时产生的强斥力。这种斥力是保利排斥原理的结果。选择 [latex]r^{-12}[/latex] 形式主要是为了计算方便(作为 [latex]r^{-6}[/latex] 项的平方),尽管它提供了陡峭斥力壁的合理近似值。.

模型中的两个参数具有明确的物理含义:[latex]\epsilon[/latex] (epsilon) 是势阱的深度,代表吸引力的强度;[latex]\sigma[/latex] (sigma) 是势能为零的距离,代表原子的有效直径。尽管伦纳德-琼斯势能是一种近似值,但它在预测简单的非极性物质的性质方面却非常成功,是用于模拟蛋白质、聚合物和其他材料的更复杂力场的基本构件。.

UNESCO Nomenclature: 2202
- 原子和分子物理学

类型

数学模型

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 范德华力理论(基森, 德拜, 伦敦)
  • 量子力学中的泡利不相容原理
  • 米氏势,原子间势的更一般形式
  • 早期关于真实气体状态方程的研究

应用程序

  • 分子动力学(MD)和 Monte Carlo 简单流体、固体和气体的蒙特卡罗模拟
  • 用于开发力场的计算化学和材料科学
  • 造型 热力学 氩等物质的性质和相图
  • 为物理教育中的原子间作用力提供基本模型

专利:

NA

潜在创新理念

  • 开发用于蛋白质折叠模拟和药物发现的高度优化力场
  • 基于人工智能的方法,直接从量子力学数据中导出精确的原子间势
  • 材料断裂和应力传播的实时模拟
  • 用于气体存储(例如氢气、二氧化碳)应用的材料虚拟筛选
  • design of self-assembling nanostructures through computer simulation
  • predictive modeling of 粘度 and transport properties in novel liquid mixtures
  • 用于研究晶体成核和生长早期阶段的模拟器
  • 用于交互式探索原子力和相变的教育软件
  • 负热膨胀材料设计算法
  • 创建化学反应器的数字孪生以优化性能
Related to: Lennard-Jones potential, molecular dynamics, potential energy, intermolecular force, Pauli repulsion, 范德瓦耳斯, computational chemistry, simulation, force field, argon.

历史背景

伦纳德-琼斯潜力

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1927

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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