1分子(或原子)间相互作用势简介
分子(或原子)间相互作用势的准确性对计算结果的精度影响极大，但总的来说，原子之间的相互作用势的研究一直发展得很缓慢，从一定程度上制约了分子动力学在实际研究中的应用．原子间势函数概念本身已把电子云对势函数的贡献折合在内了，原子间势函数的发展经历了从对势，多体势的过程．对势认为原子之间的相互作用是两两之间的作用，与其他原子的位置无关，而实际上，在多原子体系中，一个原子的位置不同，将影响空间一定范围内的电子云分布，从而影响其他原子之间的有效相互作用，故多原子体系的势函数更准确地须用多体势表示．
2 力场简介
力场是一系列表示原子或分子间相互作用的势能函数，在经典力学计算中，力场完备与否决定计算的正确程度。在分子动力学模拟中，模拟体系的总势能一般为各种类型的势能之和，可以表达为：
其中，Ubond，Uangle，Udihed，Uinv，Upair，U3-body，UTersoff，U4-body分别是键伸缩势，键角弯曲势，二面角扭曲势，离平面势，对势，三体势，多体共价势，四体势；UMetal是取决于密度分布的金属势，Uextn是外场势。几种重要的势如下：
1） 键伸缩势
表示两成键原子间由于键长的伸缩而引起的势能变化，见图1。
图1 键伸缩势示意图
常见的几种表达形式有：
Harmonic势
Morse势
12-6势
Buckingham势
FENE势
2）键角弯曲势
表示由于两个键之间的键角的变化引起的势能变化，见图2
图2键伸缩势示意图
常见的表达方式有：
Harmonic势
Quartic势
3）二面角扭曲势
分子中连续键结的四个原子，形成二面角，如图3，一般二面角较为松动，由二面角的扭曲而引起的势能变化为二面角扭曲势。
图3二面角扭曲势示意图
例如可以用以下表达方式：
Harmonic势
4） 对势
在分子动力学模拟的初期，人们经常采用的是对势．应用对势的首次模拟是Alder和Wainwright在1957年的分子动力学模拟中采用的间断对势．Rahman在1964年应用非间断的对势于氩元素的研究，他和Stillinger在1971年也首次模拟了液体HzO分子，并对分子动力学方法作出了许多重要的贡献，比较常见的对势有以下几种：
(a)间断对势
Alder和Wainwrigh在1957年使用间断对势
这个势函数虽然很简单，但模拟结果给人们提供了许多有益的启示．后来他们又采取了另一种形式的间断对势。
（b）连续对势
对势一般表示非键结作用，如范德瓦耳斯作用；常见的表达方式有以下几种：
12-6势
Lennard-Jones势
Buckingham 势
Born-Huggins-Meyer 势：
其中，Lennard—Jones势是为描述惰性气体分子之间相互作用力而建立的，因此它表达的作用力较弱，描述的材料的行为也就比较柔韧．也有人用它来描述铬、钼、钨等体心立方过渡族金属．Born-Lande势是用来描述离子晶体的． Morse势与Johnson势经常用来描述金属固体，前者多用于Cu，后者多用于 Fe．Morse势的势阱大于Johnson势的势阱，因此前者描述的作用力比后者强，并且由于前者的作用力范围比后者长，导致Morse势固体的延性比Johnson势固体好．对势虽然简单，得到的结果往往也符合某些宏观的物理规律，但其缺点是必然导致Cauchy关系，即Cl2=C44，而一般金属并不满足Cauchy关系，因此对势实际上不能准确地描述晶体的弹性性质
5）金属势
描述金属原子间相互作用的势最开始是原子嵌入势(Embedded Atom Model，EAM)，随后，出现了第二针对金属或合金的势能模型Finnis-Sinclair model (FSM)。两种势都是源于密度泛函理论并能很好地描述金属或合金中原子的成键作用。
通常情况下，EAM势或FSM势模型可以表达为：
式中，F(ρi)表示原子嵌入晶格密度为ρi的能量，ρi可以表示为：
有关Uinv、U3-body、UTersoff和U4-body的介绍参见文献。
6)多体势
三体势和四体势等多体势是更复杂的势函数，不可以分解成两体势相加的形式。由于多体势相加的形式。由于多体势的计算量巨大，常用有效势的形式近似多体势。但必须注意的是，有效两体势不能完全表示多体势的全部特征。
作势的方法：
量子理论的不断完善、计算技术以及计算机的飞速发展极大地推动了材料物理的发展.由于目前计算条件和理论的限制,尽管建立在密度泛函理论基础上的第一原理计算方法已取得了巨大的成功,但要处理包含成千上万个原子的复杂材料体系的复杂行为,计算精度和计算速度仍难以令人满意.因此,在材料的静力学、动力学以及统计力学的研究中,各种各样等效的原子间相互作用势仍然起着重要的作用.该文对材料计算中广泛使用的等效的原子间相互作用对势：刚球模型、Buckingham势、Lennard-Jones势、Morse势、Born-Mayer势和它们的应用.近年来，从数论基础上发展起来的陈氏三维晶格反演得到广泛应用,其原理是基于结合能曲线从头计算的结果(基于晶格常数、结合能和体模量的实验数据),获得的原子间相互作用势。计算表明,陈氏三维晶格反演比CGE方法具有更快的收敛性,容易获得较高精度的原子间相互作用势.获得的原子间相互作用势,可以较精确地应用于金属的结构、静力学和动力学的计算.这为确定金属材料中的原子间相互作用对势提供了一个解析的途径. 具体来说，作势的方法有两种：经验拟合和理论计算。
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