
【电】 Ewald method
angstrom; dust
【化】 angstrm
【医】 angstrom; tenthmeter
tile
【化】 tile; watt
【医】 tile
ear; erbium
【医】 aures; auri-; auris; ear; ot-; oto-
heart; mind; morals; virtue
dharma; divisor; follow; law; standard
【医】 method
【经】 law
埃瓦耳德法(Ewald method)是计算晶体或周期性系统中长程库仑相互作用的高效数值方法。该方法由德国物理学家保罗·彼得·埃瓦耳德(Paul Peter Ewald)于1921年提出,最初用于分析离子晶体的静电势能分布,现已成为凝聚态物理、计算化学和材料科学领域的经典算法。
倒易空间分割技术
埃瓦耳德法将库仑势分解为短程实空间项和长程倒易空间项,通过快速傅里叶变换(FFT)加速收敛。数学表达式为: $$ U{text{total}} = sum{i<j} frac{qi qj}{r{ij}} text{erfc}(alpha r{ij}) + frac{2pi}{V} sum{mathbf{k} eq0} frac{e^{-k/(4alpha)}}{k} left| sum{i} q_i e^{imathbf{k}cdotmathbf{r}_i} right| $$ 其中$alpha$为收敛参数,erfc为互补误差函数(来源:Ewald P.P., 1921年《晶体点阵的静电势计算》)。
收敛优化特性
相比直接求和方法,该算法将计算复杂度从$O(N)$降低至$O(N^{3/2})$(N为粒子数),通过引入高斯屏蔽电荷实现快速收敛(来源:Frenkel D., 《分子模拟理解》第三版)。
现代应用拓展
该方法已被整合进LAMMPS、GROMACS等主流分子模拟软件,在诺贝尔奖级研究如石墨烯性能预测中发挥关键作用(来源:Materials Today, 2018年综述)。
埃瓦耳德法(Ewald method)是计算晶体或其他周期性系统中长程静电力的一种数值方法,主要用于处理涉及库仑相互作用的复杂物理问题。其核心原理是将电场分解为短程和长程两部分,分别通过实空间和倒易空间的求和来高效计算总势能,从而避免直接求和导致的收敛困难。
关键点解析:
该方法由德国物理学家Paul Peter Ewald于1921年提出,最初用于晶格能计算,后成为凝聚态模拟的基础工具之一。更详细的技术参数可参考物理化学或计算材料学相关文献。
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