什麼是原子間位能
由原子的配置給出能量與力的函數。有Lennard-Jones型、金屬用的嵌入原子法、共價鍵用的位能，以及機器學習位能等。
日文名稱: 原子間ポテンシャル
「原子間位能」出現在3領域的5道練習題中（計算材料科學, 機械性質與破壞, 材料的熱性質等）。
這個名詞所屬的領域: 計算材料科學
表示什麼的函數
原子間位能是由一組原子位置給出能量的函數，力則把該能量對原子位置微分求得。它不求解電子狀態，而是以簡便的式子近似其結果，因此比直接處理電子的計算快得多，能長時間處理大量原子。式中的參數配合晶格常數、內聚能、彈性常數、空位形成能、疊差能等實驗值，或第一原理計算求得的能量與力來決定。配合什麼來製作，決定了該位能擅長與不擅長之處。
式子的形式與計算量
最簡單的形式是只由2個原子距離決定的對位能，有Lennard-Jones型與Morse型等。在離子晶體中，於近距離的排斥項加上庫侖力項，作用到遠處的庫侖力則以Ewald法等一併計算。為了加快計算，一般省略與超過某距離（截斷距離）的原子的交互作用。Lennard-Jones型在2.5σ截斷時，該處能量的大小只有位能井深度的約1.6%。這樣每個原子交互作用的對象數目有限，計算量大致與原子數成正比。
配合鍵結種類的形式
金屬廣泛使用Daw與Baskes於1980年代提出的嵌入原子法（EAM），也有再加入鍵結方向性的修正嵌入原子法（MEAM）。Si或C這類共價鍵，使用鍵結強度隨周圍鍵數與鍵角而變的鍵級型位能，也有擴充成能處理鍵結斷裂與生成的反應性位能。即使是同一元素，也有許多依不同目的製作的位能，計算相同性質時值常不相同。未用於擬合的性質容易失準，因此使用前要確認能否重現目標性質。
機器學習位能
近年來，學習第一原理計算求得的大量原子配置能量與力的機器學習位能被廣泛使用。以表示距離與角度分布的描述子把各原子周圍的環境數值化，再以類神經網路或高斯過程迴歸學習與能量的關係。在保持接近第一原理計算精度的同時，計算快了好幾個數量級，但比EAM等慢。此外，遇到學習中未包含的配置時，可能回傳看似合理卻錯誤的值。作為對策，會使用在計算途中找出不確定性大的配置並加入學習的主動學習。
練習原子間位能的題目
關於分子動力學法中使用的原子間位能，下列敘述何者正確？
- ALennard-Jones位能是僅取決於原子間距的對位能，也可表示金屬鍵與共價鍵方向性
- B嵌入原子法（EAM）的位能，加上依周圍原子形成的電子密度而定的嵌入能，表示金屬的多體鍵結
- C對矽這類共價鍵晶體，最適合使用與鍵角無關的對位能
查看答案與解析
正確答案：B. 嵌入原子法（EAM）的位能，加上依周圍原子形成的電子密度而定的嵌入能，表示金屬的多體鍵結
Lennard-Jones位能是只由2個原子距離決定的對位能，能良好表示稀有氣體這類沒有方向性的弱鍵結，但無法表示金屬或共價鍵的性質。在金屬中，1個原子的鍵結強度隨周圍原子數目而變的多體效應很大，EAM把它當作周圍原子形成的電子密度的函數加入。只用對位能時，在各原子位於對稱中心的FCC或BCC晶體中，無應力時彈性常數必定成立 C₁₂ = C₄₄（Cauchy關係），但許多金屬並不滿足。共價鍵中鍵角很重要，因此使用含角度項的Stillinger-Weber或Tersoff位能。學習DFT結果的機器學習位能也廣泛使用。
常見問題
原子間位能與力場有什麼不同？
兩者常指相同的東西，材料領域多稱原子間位能，化學與生物分子領域多稱力場。力場常指組合鍵長、鍵角、扭轉、電荷等項的分子用函數與參數組。
Lennard-Jones位能的ε與σ代表什麼？
ε是能量位能井的深度，表示鍵結的強度；σ是能量為0的距離，表示原子的大小。對氬，ε除以波茲曼常數的值約為120 K（ε ≈ 0.010 eV），σ約為0.34 nm，能良好表示稀有氣體固體與液體的性質。
應該選擇哪一種位能？
選擇配合接近想計算的性質的量製作、並已經過確認的位能。計算差排時確認能否重現疊差能與彈性常數，計算熔化時確認熔點，可利用文獻或自己的計算確認。也可利用收集已公開位能及其驗證結果的資料庫。
解析中的「原子間位能」
楊氏模數是彈性區中應力與應變的比 E = σ/ε，由原子間鍵結的強度（原子間位能的曲率）決定，是對顯微組織不敏感的性質。
關於鋼的楊氏模數的敘述，下列何者正確？原子間位能的形狀不對稱：靠近時排斥急遽變強，遠離的一側引力則緩慢減弱。
固體因加熱而膨脹（發生熱膨脹）的主要原因為下列何者？使用原子間位能的古典分子動力學法，能追蹤數千〜數百萬個原子達奈秒左右。
材料的計算方法與一般能處理的空間及時間規模的組合，最適當者為下列何者？以經驗的原子間位能求解運動方程式的，是古典分子動力學法。
關於密度泛函理論（DFT）的想法，下列敘述何者正確？