原子間ポテンシャル

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原子間ポテンシャル

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2025/03/05 17:20 UTC 版)

原子間距離 r_ij に対して典型的な原子間ペアポテンシャルをプロットすると図のようになる。極小値の左側は斥力的 (repulsive)、右側は引力的 (attractive) な相互作用を表す。

原子間ポテンシャル（げんしかんポテンシャル、英: Interatomic potential）は、与えられた原子の空間位置から原子系のポテンシャルエネルギーを計算するための関数である^[1][2][3][4]。原子間ポテンシャルは化学や分子物理学、材料物理学の分野で、凝集 (en:英語版) 、熱膨張、材料の弾性特性などの効果に関する分子力学法や分子動力学法 (MD) によるシミュレーションの物理的基盤として広く用いられる^{[5][6][7][8][9][10]}。

関数形

原子間ポテンシャルは1つの原子位置の関数、もしくは2つ、3つ…の原子位置の組の関数を項とする級数展開で表すことができる。このとき系のポテンシャルの総和 V_TOT は以下のように書ける^[3]。

${\displaystyle V_{\mathrm {TOT} }=\sum _{i}^{N}V_{1}({\vec {r}}_{i})+\sum _{i,j}^{N}V_{2}({\vec {r}}_{i},{\vec {r}}_{j})+\sum _{i,j,k}^{N}V_{3}({\vec {r}}_{i},{\vec {r}}_{j},{\vec {r}}_{k})+\cdots }$