原子間ポテンシャルとは
げんしかんぽてんしゃる
原子の配置からエネルギーと力を与える関数。レナード・ジョーンズ型、金属の埋め込み原子法、共有結合用、機械学習ポテンシャルなどがある。
「原子間ポテンシャル」は、2分野の4問の練習問題に出てきます(計算材料科学, 機械的性質と破壊など)。
この用語の分野: 計算材料科学
原子間ポテンシャルの練習問題に挑戦
分子動力学法で使う原子間ポテンシャルについての説明として正しいものはどれか。
- Aレナード・ジョーンズ・ポテンシャルは2原子間の距離だけで決まる対ポテンシャルで、金属の結合や共有結合の方向性もよく表せる
- B埋め込み原子法(EAM)のポテンシャルは、周りの原子がつくる電子密度に応じた埋め込みエネルギーを加えて、金属の多体的な結合を表す
- Cシリコンのような共有結合の結晶には、結合の角度によらない対ポテンシャルを使うのが最も適している
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正解：B. 埋め込み原子法(EAM)のポテンシャルは、周りの原子がつくる電子密度に応じた埋め込みエネルギーを加えて、金属の多体的な結合を表す
レナード・ジョーンズ・ポテンシャルは原子2個の距離だけで決まる対ポテンシャルで、希ガスのような方向性のない弱い結合をよく表しますが、金属や共有結合の性質は表せません。金属では、原子1個の結合の強さが周りの原子の数によって変わる多体の効果が大きく、EAMはこれを周りの原子がつくる電子密度の関数として加えます。対ポテンシャルだけでは、各原子が対称中心にあるFCCやBCCの結晶で応力がないとき、弾性定数に C₁₂ = C₄₄(コーシーの関係)が必ず成り立ちますが、多くの金属はこれを満たしません。共有結合では結合の角度が重要なので、角度の項を含むスティリンジャー・ウェーバーやターソフのポテンシャルを使います。DFTの結果を学習した機械学習ポテンシャルも広く使われています。
解説の中の「原子間ポテンシャル」
ヤング率は弾性域での応力とひずみの比 E = σ/ε で、原子間の結合の強さ(原子間ポテンシャルの曲率)で決まる、組織に鈍感な性質です。
鋼のヤング率についての説明として正しいものはどれか。原子間ポテンシャルを使う古典的な分子動力学法は、数千〜数百万個の原子をナノ秒程度まで追えます。
材料の計算手法と、ふつうに扱える空間と時間の規模の組み合わせとして最も適切なものはどれか。経験的な原子間ポテンシャルで運動方程式を解くのは、古典的な分子動力学法です。
密度汎関数理論(DFT)の考え方についての説明として正しいものはどれか。
「原子間ポテンシャル」が出てくる問題(4問)
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