Моделирование образования химических связей при адсорбции
Авторы: Логинова М.Б., Марамыгин К.В., Пономарев А.В., Русинов С.В., Сакович И.О.
Опубликовано в выпуске: #4(40)/2015
DOI: 10.18698/2308-6033-2015-4-1388
Раздел: Металлургия и материаловедение | Рубрика: Нанотехнологии и наноматериалы
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 уравнения атома на основе гамильтониана и теории сильных связей. Для моделирования перемещений взаимодействующих атомов использован корректирующий алгоритм расчета кинематических характеристик. Представлены два методологических этапа: расчетный, на котором задают начальные условия и определяют уровни энергетических барьеров возможных химических реакций, и модельный, на котором выполняют оценку сил межатомарного взаимодействия. Особенностью моделирования является комбинация методов молекулярной динамики и аппроксимации сильной связи. Преимущество такого подхода - существенное увеличение размеров системы без значительной потери точности при расчетах. Методология продемонстрирована на примере образования химических связей при адсорбции.
Литература
[1] Paine M.C., Teter M.P., Allan D.C., Arias T.A., Joannopoulos J.D. Iterative Minimization Techniques for ab initio Total-Energy Calculations: Molecular Dynamics and Conjugate Gradients. Rev. Modern Phys., 1992, vol. 64, pp. 1045-1097.
[2] Patrice E.A., Gonis A., Colombo L. Tight-Binding Approach to Computational Materials Science. Boston, MIT, 1998, 542 p.
[3] Tersoff J. Empirical Interatomic Potential for Carbon, with Applications to Amorphous Carbon. Phys. Rev. Lett., 1988, vol. 61, pp. 2879-2882.
[4] Tersoff J. Modeling Solid-State Chemistry: Interatomic Potentials for Multicomponent Systems. Phys. Rev. B, 1989, vol. 39, pp. 5565-5568.
[5] Brenner D.W. Empirical Potential for Hydrocarbons for Use in Simulating the Chemical Vapor Deposition of Diamond Films. Phys. Rev. B, 1990, vol. 42, pp. 9458-9471.
[6] Brenner D.W., Shenderova O.A., Harrison J.A., Stuart S.J., Ni B., Sinnott S.B. A Second-Generation Reactive Empirical Bond Order (REBO) Potential Energy Expression for Hydrocarbons. J. Phys. Condens. Matter, 2002, vol. 14, pp. 783-802.
[7] Wang C.Z., Ho K.M. Tight-Binding Molecular Dynamics Studies of Covalent Systems. Adv. Chem. Phys., 1996, vol. XCIII, pp. 651-702.
[8] Wang C.Z., Ho K.M. Environment Dependent Tight-Binding Potential Model. Phys. Rev. B, 1996, vol. 53, pp. 979-987.
[9] Wang C.Z., Ho K.M. Material Simulations with Tight-Binding Molecular Dynamics. J. Phase Equil., 1997, vol. 18, pp. 516-527.
[10] Liu Z.P., Hu P. General Rules for Predicting where a Catalytic Reaction should Occur on Metal Surfaces. J. Am. Chem. Soc., 2003, vol. 125, pp. 1958-1967.
[11] Verlet L. Computer Experiments on Classical Fluids. Phys. Rev., 1968, vol. 159, pp. 98-103.
[12] Иванов В.А., Рабинович А.П., Хохлов А.Р. Методы компьютерного моделирования. Москва, Либроком, 2009, 662 с.
[13] Berendsen H.J.C., Postma J.P.M., Gunsteren W.F., Dinola A., Haak J.R. Molecular Dynamics with Coupling to an External Bath. J. Chem. Phys., 1984. vol. 81, pp. 3684-3690.
[14] Xu C.H., Wang C.Z., Chan C.T., Ho K.M. A Transferable Tight-Binding Potential for Carbon. J. Phys. Condens. Matter, 1992, vol. 4, pp. 6047-6054.
[15] Li X.P., Nunes R.W., Vanderbilt D. Density-matrix Electronic-structure Method with Linear System-Size Scaling. Phys. Rev. B, 1993, vol. 47, pp. 10891-10894.