原子间相互作用势简介

就描述对象的物理实质深刻程度来说，原子模拟计算介乎宏观的热力学理论和量子力学第一原理理论之间。由于原子模拟较好地考虑了原子间的相互作用，加之不涉及到解薛定谔方程，因而相对比较简单，它能很好地描述许多固体，特别是金属和合金问题，得到了与实验结果符合得好的结果。因此原子模拟理论得到了重视和发展，在材料设计中成了不可或缺的理论。但是由于实验上无法直接测定原子间的相互作用，因此对原子间势的表述就是关键。人们选取的原子间势不同，原子模型也就不同。如果模型太简单，那么就难于较精确地描述实际的金属及合金；如果太复杂，又难于较广泛地进行有效的应用。

原子间相互作用势是原子级材料计算和设计的基础。从20世纪20年代开始，人们就提出了各种各样的描述原子间相互作用的函数形式，如早期著名的Lennard-Jones势、Morse势、Buckingham势、Bom-Mayer势等原子间相互作用对势形式和近20年发展起来的Tersoff、Stilhnger-Weber、Embedded-atom method（EAM）等原子间相互作用多体势形式，它们在材料的缺陷、表面和界面、断裂、团簇的结构及其它们在温度特性的计算模拟中起着重要的作用。

随着量子力学理论和计算技术的发展以及计算机性能的飞速提高，对材料结构和特性量子力学的研究广泛地开展起来。但由于计算条件的限制，对于由10³个以上的原子组成的复杂体系的各种特性的研究，目前仍然难以通过第一原理计算完成。因此，在材料的静力学、动力学以及统计力学的计算中，各种各样等效的原子间相互作用势仍然起着重要的作用。在对材料从微观到宏观的某些过渡尺度对象的研究中，原子间相互作用势仍然具有不可替代的作用。近二十年来，基于第一原理计算的原子间相互作用势，由于其强大的理论背景而日益受到人们的重视。人们在不断地探索如何基于第一性原理计算，准确而又简洁地获得原子间相互作用势的方法。(www.xing528.com)

20世纪90年代，陈难先先生创造性地将数论中的Möbius变换应用到凝聚态物理的研究，尤其是在三维晶格反演中的应用，给出了一条从第一原理结合能曲线得到原子间相互作用对势的解析途径，由此得到的原子间相互作用对势广泛地应用到了金属、合金、金属间化合物和稀土过渡金属磁性材料的结构、静力学和动力学特性的研究。