अंतरापरमाण्विक विभव और बल क्षेत्र

एक आणविक गतिशीलता सिमुलेशन उतना ही अच्छा होता है जितनी कि वह जिन बलों का उपयोग करता है, और वे अंतरापरमाण्विक विभव और बल क्षेत्रों से आते हैं, जो परमाणुओं के आकर्षण, प्रतिकर्षण और उनकी व्यवस्था के एक कार्य के रूप में बंधन के गणितीय मॉडल हैं।

Definition

एक अंतरापरमाण्विक विभव या बल क्षेत्र परमाणुओं की एक प्रणाली की स्थिति के संदर्भ में संभावित ऊर्जा देने वाला एक कार्य है, जिसका नकारात्मक ढाल आणविक गतिशीलता या मोंटे कार्लो सिमुलेशन को चलाने के लिए उपयोग किए जाने वाले बल प्रदान करता है।

Scope

यह विषय उन मॉडलों को शामिल करता है जो शास्त्रीय सिमुलेशन में बल प्रदान करते हैं: युग्म विभव जैसे लेनार्ड-जोन्स, कई-निकाय धात्विक विभव जैसे एम्बेडेड-एटम विधि, और बंधित और गैर-बंधित पदों वाले आणविक बल क्षेत्र। यह इस बात पर भी ध्यान देता है कि विभवों को कैसे पैरामीटराइज़ किया जाता है, उनकी हस्तांतरणीयता, और लंबी दूरी की अंतःक्रियाओं को कैसे संभाला जाता है।

Core questions

• लेनार्ड-जोन्स जैसे युग्म विभव परमाणुओं के बीच प्रतिकर्षण और आकर्षण को कैसे पकड़ते हैं?
• धातुओं और सहसंयोजक ठोस पदार्थों को युग्म विभव के बजाय कई-निकाय विभव की आवश्यकता क्यों होती है?
• आणविक बल क्षेत्रों को बंधित और गैर-बंधित पदों में कैसे विघटित किया जाता है?
• लंबी दूरी की इलेक्ट्रोस्टैटिक अंतःक्रियाओं को कुशलता से कैसे जोड़ा जाता है?

Key theories

युग्म विभव

लेनार्ड-जोन्स विभव दो मापदंडों के साथ एक तीव्र लघु-श्रेणी प्रतिकर्षण और एक कमजोर लंबी-श्रेणी आकर्षण का मॉडल करता है, जो उत्कृष्ट गैसों का एक सरल फिर भी यथार्थवादी विवरण और सिमुलेशन के लिए एक मानक मॉडल प्रदान करता है।

कई-निकाय और एम्बेडेड-एटम विभव

धातुओं में एक परमाणु की ऊर्जा उसके सभी पड़ोसियों से स्थानीय इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करती है, जिसे एम्बेडेड-एटम विधि और संबंधित कई-निकाय विभव द्वारा कैप्चर किया जाता है जिसे युग्म मॉडल पुनरुत्पादित नहीं कर सकते हैं।

आणविक बल क्षेत्र

अणुओं के लिए बल क्षेत्र बंधन खिंचाव, कोण झुकने और मरोड़ के लिए बंधित पदों को गैर-बंधित वैन डेर वाल्स और इलेक्ट्रोस्टैटिक पदों के साथ जोड़ते हैं, जिन्हें प्रयोग और क्वांटम गणना के खिलाफ पैरामीटराइज़ किया जाता है।

Clinical relevance

विभव का चुनाव यह निर्धारित करता है कि क्या एक सिमुलेशन संरचना, चरण व्यवहार, यांत्रिक प्रतिक्रिया और प्रतिक्रिया ऊर्जावान को ईमानदारी से पुनरुत्पादित करता है, जिससे बल-क्षेत्र विकास सामग्री मॉडलिंग, नरम पदार्थ और बायोमोलेक्यूलर सिमुलेशन के लिए केंद्रीय हो जाता है।

History

लेनार्ड-जोन्स ने 1920 के दशक में गैस समीकरण-की-स्थिति डेटा से अपना युग्म विभव प्रस्तुत किया; एम्बेडेड-एटम विधि जैसे समृद्ध कई-निकाय विभव 1980 के दशक में धातुओं के लिए सामने आए, और बायोमोलेक्यूलर बल क्षेत्र समानांतर में विकसित किए गए, जिसमें मशीन-लर्नड विभव हाल ही में उभरे।

Debates

बल क्षेत्रों की हस्तांतरणीयता बनाम सटीकता

एक सेट की स्थितियों के लिए फिट किए गए विभव दूसरों पर स्थानांतरित नहीं हो सकते हैं, और सरल, हस्तांतरणीय रूपों और अत्यधिक सटीक लेकिन संकीर्ण रूप से फिट किए गए विभवों, जिसमें आधुनिक मशीन-लर्नड वाले भी शामिल हैं, के बीच निरंतर तनाव बना रहता है।

Key figures

• John Lennard-Jones
• Murray Daw
• Michael Baskes

Seminal works

• lennardjones1924
• daw1984

Frequently asked questions

एकल विभव सभी सामग्रियों का वर्णन क्यों नहीं कर सकता?

विभिन्न बंधन प्रकारों, धात्विक, आयनिक, सहसंयोजक और वैन डेर वाल्स में गुणात्मक रूप से भिन्न भौतिकी होती है, इसलिए एक के लिए ट्यून किया गया एक रूप दूसरे के लिए विफल हो जाता है। इसलिए विभवों को प्रणालियों और स्थितियों के विशिष्ट वर्गों के लिए विकसित और मान्य किया जाता है।

लंबी दूरी के इलेक्ट्रोस्टैटिक्स को विशेष रूप से क्यों माना जाता है?

कूलम्ब अंतःक्रियाएं धीरे-धीरे क्षय होती हैं और कलाकृतियों के बिना उन्हें केवल छोटा नहीं किया जा सकता है, इसलिए इवाल्ड योग और इसके मेष-आधारित वेरिएंट जैसी विधियों का उपयोग आवधिक सीमा स्थितियों के तहत उन्हें सटीक और कुशलता से जोड़ने के लिए किया जाता है।