Кіріспе

Эвальд жиынтығы - Пауль Питер Эвальдтың есімімен аталған, мерзімді жүйелерде ұзақ аралықтағы өзара әрекеттесулерді (мысалы, электростатикалық өзара әрекеттесулерді) есептеу әдісі. Ол алғаш рет ионды кристаллдардың электростатикалық энергиясын есептеу әдісі ретінде әзірленді және қазір есептеу химиясында ұзақ аралықтағы өзара әрекеттесулерді есептеу үшін қолданылады. Эвальд қосындысы - Пуассон қосындысы формуласының ерекше жағдайы, ол нақты кеңістіктегі өзара әрекеттесу энергиясының қосындысын Фурье кеңістігіндегі баламалы қосындымен алмастырады. Бұл әдісте ұзақ аралықтағы өзара әсер екіге бөлінеді: қысқа аралықтағы үлесі және сингулярлығы жоқ ұзақ аралықтағы үлесі. Қысқа аралықтағы үлес нақты кеңістікте есептеледі, ал ұзақ аралықтағы үлес Фурье түрлендірмесінің көмегімен есептеледі. Бұл әдістің артықшылығы - энергияның тікелей жиынтықтауға қарағанда тез конвергенциясы. Бұл әдіс ұзақ аралықтағы өзара әрекеттесулерді есептеу кезінде жоғары дәлдікке және орынды жылдамдыққа ие екенін білдіреді, сондықтан ол мерзімді жүйелерде ұзақ аралықтағы өзара әрекеттесулерді есептеудің де факто стандартты әдісі болып табылады. Бұл әдіс жалпы Куломбикалық өзара әрекеттесуді дәл есептеу үшін молекулалық жүйенің зарядтық бейтараптығын талап етеді. Колафа мен Перрам бұзылған нүктелі заряд жүйелерінің энергиясы мен күшін есептеуде енгізілген қысқарту қателерін зерттеді.

Диполды терминал

Полярлы кристаллдың (яғни бірлік жасушадағы таза диполы бар кристаллдың) электростатикалық энергиясы шартты түрде конвергентті, яғни жиынтықтың ретінен байланысты. Мысалы, егер орталық блок-көкшелердің блок-көкшелермен үнемі өсіп келе жатқан кубта орналасқан диполдық диполдық өзара әрекеттесулері болса, энергия өзара әрекеттесу энергиясының сфералық түрде қосылғаннан басқа мәнге түседі. Шамамен айтқанда, бұл шартты конвергенция пайда болады, өйткені (1) радиус қабығында өзара әрекеттесетін диполдардың саны өседі; (2) бір диполдың диполдық өзара әрекеттесуінің күші төмендейді; және (3) математикалық жиынтық әртүрлі болады. Бұл таңғаларлық нәтиже нақты кристалдардың шекті энергиясымен үйлесе алады, өйткені мұндай кристалдар шексіз емес, яғни белгілі бір шекарасы бар. Нақтырақ айтқанда, полярлы кристаллдың шекарасында оның бетінде тиімді беткі заряд тығыздығы бар, онда беткі нормальдық вектор және көлеміне таза дипольдік моментті білдіреді. Сол беттік заряд тығыздығы бар орталық бірлік жасушадағы диполдың өзара әрекеттесу энергиясы жазылуы мүмкін, онда және - бірлік жасушаның таза диполдық моменті мен көлемі, кристалл бетіндегі шексіз шағын аудан және орталық бірлік жасушадан шексіз шағын ауданға дейінгі вектор. Бұл формула энергияны интеграциялаудан туындайды, мұнда шексіз шағын беткі зарядтың (Кулон заңы) туғызатын шексіз шағын электр өрісін білдіреді. Теріс белгі , оның анықтамасынан туындайды, ол зарядқа қарай емес, одан алыстамайды.

Тарих

Эвальд жиынтығын 1921 жылы Пол Питер Эвальд ионды кристаллдардың электростатикалық энергиясын (соның нәтижесінде Маделунг тұрақтысын) анықтау үшін әзірлеген (төмендегі сілтемелерді қараңыз).

Өлшемін өзгерту

Әдетте, Ewald жиынтығының әртүрлі әдістері әртүрлі уақыт күрделілігін береді. Тікелей есептеу арқылы , - бұл жүйедегі атомдар саны. PME әдісі береді .