从头计算分子动力学的理论基础邹卫东.pdfVIP

　　　 　　　 　　　　　　　 　　　 　　　　　 　　　 第 2 1 卷第 6 期 咸 　宁 　师 　专 　学 　报 Vol . 2 1 ,No . 6 　　 　 　　　　　　 　 　　　 　　　 　　　 2 0 0 1 年 1 2 月 Journal of Xianning Teachers College Dec . 2001 ( ) 文章编号 :1006 - 5342 2001 06 - 0013 - 06 从头计算分子动力学的理论基础 邹卫东 (咸宁师范高等专科学校 　物理系 ,湖北 　咸宁 　437005) 摘 　要 :本文介绍了基于密度泛函理论的从头计算分子动力学的理论基础 ,具体推导了 Hatree - Fock 方程和 Kohn - Sham 方程 ,并给出了运用从头计算分子动力学方法进行现代新材料的设计以 及计算晶体材料电子结构的流程图. 关键词 :密度泛函理论 ;从头计算分子动力学 ;Hatree - Fock 方程 ; Kohn - Sham 方程 中图分类号 :O4 - 39 ;O4 113 　　　　　　文献标识码 :A 0 　引言 计算机模拟是研究复杂凝聚态系统的有力工具 ,它是对理论和实验的有力补充. 尤其是许多与原子有 关的微观细节 ,在理论计算上有一定的难度 ,也无法直观的体现. 而实验中 ,凝聚态系统的微观情况 , 比如 电子结构 、缺陷运动 、表面和界面的重构等现象也无法得到. 这些机理及其动力学的情况 ,采取计算机模拟 却能很清楚的知道 ,而且计算机还能对材料的热力学特征 ,诸如自由能、扩散系数 、材料的溶解温度等进行 ( ) ( 模拟. 具体模拟有各种各样的模型以及方法 , 比如蒙特卡罗 Monte Carlo 法 、LMTO 法 、格林函数 Green function) 法 、Car - Parrinello 法等等. 各种方法都有其可取之处. 本文主要介绍由 RCar 和 MParrinello[ 1] 在 ( ) 1985 年发展起来的从头计算分子动力学方法. 这一方法成功的将分子动力学 MD 方法和密度泛函理论 ( ) DFT 有机的结合起来 ,在现代新材料的设计以及电子结构的计算等方面具有及其广泛的用途. 本文重点 介绍这种方法的理论基础 ,并简略的给出具体计算的程序流程图. 1 　理论描述[2 ,4 ] 11 　Hatree - Fock 方程的推导 从头计算分子动力学, 用如下的牛顿动力学方程来描述原子核的运动 2 d ( ) ( ) 　　　　M R