1
УДК 539.2
Моделирование
образования химических связей
при адсорбции
© М.Б. Логинова, К.В. Марамыгин, А.В. Пономарев,
С.В. Русинов, И.О. Сакович
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Калужский филиал, Калуга, 248000, Россия
Перечислены основные математические методы, используемые при описании меж-
атомарных взаимодействий: квантово-механические методы, методы молекулярной
динамики на основе эмпирических потенциалов и молекулярно-динамические методы
на основе аппроксимации сильных связей. Приведены их достоинства и недостатки.
Рассмотрен математический аппарат для приближенного расчета волнового уравне-
ния атома на основе гамильтониана и теории сильных связей. Для моделирования пе-
ремещений взаимодействующих атомов использован корректирующий алгоритм рас-
чета кинематических характеристик. Представлены два методологических этапа:
расчетный, на котором задают начальные условия и определяют уровни энергетиче-
ских барьеров возможных химических реакций, и модельный, на котором выполняют
оценку сил межатомарного взаимодействия. Особенностью моделирования является
комбинация методов молекулярной динамики и аппроксимации сильной связи. Пре-
имущество такого подхода — существенное увеличение размеров системы без значи-
тельной потери точности при расчетах. Методология продемонстрирована на при-
мере образования химических связей при адсорбции.
Ключевые слова:
компьютерное моделирование, методы молекулярной динамики,
приближение сильной связи, гетерогенные системы.
Введение.
В проблематике синтеза кристаллических материалов,
покрытия твердых поверхностей различными адсорбентами, конст-
руирования макромолекул и т. п. условия образования химических
связей имеют ключевое значение.
В настоящее время можно выделить три группы методов,
которые применяют для описания и анализа особенностей межато-
марных взаимодействий:
1) первопринципные квантово-механические методы (
ab initio
);
2) классические методы молекулярной динамики (МД) на основе
эмпирических потенциалов и законов
классической физики;
3) полуклассические методы МД на основе квантово-механи-
ческой аппроксимации сильных связей — методы МДСС.
Наиболее точными являются первопринципные квантово-меха-
нические методы, базирующиеся на теории функционала плотности
[1]. Однако вычислительные процедуры таких методов высоко-