计算物理_第四章.pdf

历史回顾(a review) Code development  构筑一个空间无限排列的任意晶胞 (construct a infinitely-large cell)  构筑倒易点阵(construct a reciprocal lattice)  加入周期性边界条件(impose periodical boundary conditions)  计算最近邻原子数(count the number of nearest neighbor) 计算物理 目录 引 言 计算物理学概论（Introduction ） 第一章 晶体结构 第二章 倒易点阵 第三章 周期性边界条件和最近邻原子数 第四章 原子间作用势 第五章 能量和结构驰豫 第六章 第一原理方法 第七章 分子动力学方法 第八章 蒙特卡罗方法 第九章 相场动力学方法 第十章 有限元方法 第十一章结果分析图示与误差分析 第四章原子间作用势 (interatomic potential) 原子间作用力 (interatomic interactions)  原子间作用力决定着物质的结构和性能 (力热光电磁等性能)  五大类 金属键(metallic bond) 共价键(covalent bond) 离子键(ionic bond) 范德华力(van der Waals) 氢键(hytrogen bond) 电子结构：1s2 非 金 属 金 属 锕系金属 金属键 元素周期表中，金属占了大约２／３。  金属原子价电子第一电离能较非金属元素小得多， 价电子脱离原子核的束缚不需很多能量。  当金属原子聚集起来形成金属晶体时，外层的价 电子脱离原来的原子，失去了价电子的原子形成 离子占据了晶体的阵点; 脱离了原子的价电子为整 个晶体所公有，在离子之间运动，形成了近似均 匀分布的电子气。  公有化电子与离子之间的库仑相互作用称为金属 键。 金属键  公有化的电子运动自由，能够导电，所以金属是 良导体。  由于电子的公有，结合键便没有方向性，这样正 离子之间改变相对位置并不会破坏电子与正离子 间的结合力，可以经受较大的塑性变形。  为了增加晶体的稳定性，即降低体系的内能，金 属中原子排列都尽可能的紧密，倾向于有更多的 近邻原子。  相对于离子键和共价键来说，金属键是比较弱的， 因此，性能上反映出金属的熔点低、硬度低。 共价键  当不是离子而是原子作为结合成分子的基元时，把 原子结合形成分子的键称为共价键。  以共价键结合的最简单的物质是氢分子H 。两个氢 2 原子各有一个电子在1s 轨道上，当它们相距很远时 没有相互作用，当它们相互接近，由于泡利不相容 原理的限制，这二个电子取自旋相反的二种状态时 在二个核之间的区域有较大的电子密度，与二个核 同时有较强的吸引作用，形成了氢分子。  为二个不同原子核所共有的自旋相反配对的电子结 构称为共价键。 共价键的二个特点  饱和性：一个原子只能形成一定数目的共价键， 因此只能与一定数目的原子相键合。  方向性：这是由于从电子的运动空间来看，s