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分子动力学计算机仿真的现状 ( ) 天津大学 300072 　韩雪松　于思远　林滨 【摘要】随着计算机技术的广泛应用, 计算机仿真取得了迅速发展。这里主要介绍了分子动力 ( ) 学仿真的基本原理, 以及在机械工程领域 超精密加工特别是纳米加工技术 和其他学科中应 用及发展状况。 关键词　分子动力学　哈密顿量　纳米加工 　　 　　世界上第 1 例计算机仿真是 由M et rop o lis, 它提供了一种研究高温高压下的液体和固体平衡特 R o senb lu th , T eller 于 1953 年在L o s A lam o s 美国 性的切实可行的方法, 它不仅有助于理论研究, 而且 国家实验室进行的关于液体的仿真。此后, 计算机仿 也有助于解释实验中出现的现象。它是研究复杂的 真取得了很大进展, 计算机仿真既可提供大量的精 凝聚态系统的有力工具, 是对物理系统的确定的微 确数据、一般化信息, 也能预测事物发展的趋势。一 观描述, 这个系统可以是少体系统, 也可以是多体系 项由美国斯坦福大学研究院做的调查显示, 许多领 统, 并可通过哈密顿量、拉格郎日量或牛顿运动方程 域的研究、分析与实验都将采用计算机仿真, 在世界 来描述。现以哈密顿量为例说明如下: 范围内每年大约有几十亿美金用于购买开展仿真应 n p 2 1 i H = + u ( rij ) ( 1) 2 ∑m i ∑ 用研究的设备, 目前用于仿真的设备以每年 15% 的 i= 1 i j [ 1 ] 式中: p i , m i , rij 分别是原子的动量、质量和 2 个原子 速度递增, 大约每隔5 年翻一番 。有些实际问题可 以精确求解, 有些问题只能近似求解。计算机仿真可 之间的距离。 ( ) 上式是描述由N 个相互作用原子构成的能量 为某些问题 如统计力学 提供精确解答起到非常重 要的作用, 否则这些问题只能近似求解, 或者很难求 守恒的微正则系综的哈密顿量, 也可以采用牛顿运 解。计算机仿真提供了一条从系统的微观细节探索 动方程描述如下: 实验过程宏观特性的捷径。在极温极压条件下很难 2 ( ) d ri t 1 2 = F i ( rij ) (2) ∑ d t m