Потенциал порядка связи - это класс эмпирических (аналитических) межатомных потенциалов, который используется в моделировании молекулярной динамики и молекулярной статики. Примеры включают потенциал Терсоффа , [1] потенциал EDIP, [2] [3] потенциал Бреннера, [4] потенциалы Финниса -Синклера, [5] ReaxFF, [6] и потенциалы сильной связи второго момента. [7] Они имеют преимущество перед обычными силовыми полями молекулярной механики. в том, что они могут с одинаковыми параметрами описывать несколько различных состояний связи атома и, таким образом, в некоторой степени могут правильно описывать химические реакции . Потенциалы были разработаны частично независимо друг от друга, но разделяют общую идею о том, что прочность химической связи зависит от среды связывания, включая количество связей и, возможно, также углы и длины связей . Он основан на концепции порядка облигаций Линуса Полинга [1] [8] и может быть записан в виде
Это означает, что потенциал записывается как простой парный потенциал, зависящий от расстояния между двумя атомами , но сила этой связи изменяется окружением атома через ордер на облигации . - функция, которая в потенциалах типа Терсофф обратно пропорциональна числу связей с атомом , валентные углы между наборами из трех атомов , и, возможно, от относительных длин связей , . [1] В случае только одной атомной связи (как в двухатомной молекуле ),что соответствует самой прочной и кратчайшей возможной связи. Другой предельный случай, когда количество связей в пределах некоторого диапазона взаимодействия увеличивается, и потенциал становится полностью отталкивающим (как показано на рисунке справа).
В качестве альтернативы потенциальная энергия может быть записана в виде модели встроенного атома
где является плотность электронов в месте расположения атома. Можно показать, что эти две формы энергии эквивалентны (в частном случае, когда функция порядка связине содержит угловой зависимости). [9]
Более подробное изложение того, как концепция порядка связи может быть мотивирована приближением сильной связи второго момента, и обе эти функциональные формы, производные от него, можно найти в [10].
Первоначальная концепция потенциала порядка облигаций была доработана, чтобы включить отдельные порядки облигаций для сигма-облигаций и пи-связей в так называемые потенциалы ПБ. [11]
Расширение аналитического выражения для порядка связи сигма-связей с целью включения четвертых моментов точного порядка сильной связи обнаруживает вклады как интегралов сигма-, так и пи-связей между соседними атомами. Эти вклады пи-связей в порядок сигма-связей ответственны за стабилизацию асимметричной перед симметричной (2x1) димеризованной реконструкцией поверхности Si (100). [12]
Также потенциал ReaxFF можно рассматривать как потенциал порядка облигаций, хотя мотивация его условий порядка облигаций отличается от описанной здесь.
Рекомендации
- ^ a b c Терсофф, Дж. (1988). «Новый эмпирический подход к структуре и энергии ковалентных систем». Phys. Rev. B . 37 : 6991. Bibcode : 1988PhRvB..37.6991T . DOI : 10.1103 / PhysRevB.37.6991 . PMID 9943969 .
- ^ Базант, МЗ; Kaxiras, E .; Хусто, Дж. Ф. (1997). «Зависящий от окружающей среды межатомный потенциал для объемного кремния». Phys. Rev. B . 56 (14): 8542. arXiv : cond-mat / 9704137 . Bibcode : 1997PhRvB..56.8542B . DOI : 10.1103 / PhysRevB.56.8542 .
- ^ Хусто, JF; Базант, МЗ; Kaxiras, E .; Булатов, В.В.; Ип, С. (1998). «Межатомный потенциал кремниевых дефектов и неупорядоченных фаз». Phys. Rev. B . 58 : 2539. arXiv : cond-mat / 9712058 . Bibcode : 1998PhRvB..58.2539J . DOI : 10.1103 / PhysRevB.58.2539 .
- ^ Бреннер, DW (1990). «Эмпирический потенциал углеводородов для использования при моделировании химического осаждения из паровой фазы алмазных пленок» . Phys. Rev. B . 42 (15): 9458. Bibcode : 1990PhRvB..42.9458B . DOI : 10.1103 / PhysRevB.42.9458 . PMID 9995183 .
- ^ Финнис, MW (1984). «Простой эмпирический потенциал N-тела для переходных металлов». Филос. Mag. . 50 (1): 45. Bibcode : 1984PMagA..50 ... 45F . DOI : 10.1080 / 01418618408244210 .
- ^ ReaxFF: поле реактивной силы для углеводородов, Адри CT ван Дуин, Сиддхарт Дасгупта, Франсуа Лоран и Уильям А. Годдард III, J. Phys. Chem. А, 2001, 105 (41), стр. 9396–9409
- ^ Cleri, F .; В. Розато (1993). «Потенциалы сильной связи для переходных металлов и сплавов». Phys. Rev. B . 48 : 22. Bibcode : 1993PhRvB..48 ... 22C . DOI : 10.1103 / PhysRevB.48.22 . PMID 10006745 .
- ^ Абелл, GC (1985). «Эмпирическая химическая псевдопотенциальная теория молекулярной и металлической связи». Phys. Rev. B . 31 : 6184. Bibcode : 1985PhRvB..31.6184A . DOI : 10.1103 / PhysRevB.31.6184 .
- ^ Бреннер, Д. (1989). «Связь между методом погруженного атома и потенциалами Терсоффа». Phys. Rev. Lett . 63 : 1022. Bibcode : 1989PhRvL..63.1022B . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.63.1022 . PMID 10041250 .
- ^ Albe, K .; К. Нордлунд (2002). «Моделирование взаимодействия металл-полупроводник: аналитический потенциал порядка связи для платины и углерода». Phys. Rev. B . 65 : 195124. Bibcode : 2002PhRvB..65s5124A . DOI : 10.1103 / Physrevb.65.195124 .
- ^ Pettifor, DG; И.И. Олейник (1999). "Аналитические потенциалы порядка связи за пределами Терсофф-Бреннера. I. Теория". Phys. Rev. B . 59 : 8487. Bibcode : 1999PhRvB..59.8487P . DOI : 10.1103 / PhysRevB.59.8487 .
- ^ Kuhlmann, V .; К. Шершмидт (2007). «Выражение σ-связи для аналитического потенциала порядка связи: включая π и местные условия в четвертый момент». Phys. Rev. B . 76 (1): 014306. Bibcode : 2007PhRvB..76a4306K . DOI : 10.1103 / PhysRevB.76.014306 .