
【電】 Ewald method
angstrom; dust
【化】 angstrm
【醫】 angstrom; tenthmeter
tile
【化】 tile; watt
【醫】 tile
ear; erbium
【醫】 aures; auri-; auris; ear; ot-; oto-
heart; mind; morals; virtue
dharma; divisor; follow; law; standard
【醫】 method
【經】 law
埃瓦耳德法(Ewald method)是計算晶體或周期性系統中長程庫侖相互作用的高效數值方法。該方法由德國物理學家保羅·彼得·埃瓦耳德(Paul Peter Ewald)于1921年提出,最初用于分析離子晶體的靜電勢能分布,現已成為凝聚态物理、計算化學和材料科學領域的經典算法。
倒易空間分割技術
埃瓦耳德法将庫侖勢分解為短程實空間項和長程倒易空間項,通過快速傅裡葉變換(FFT)加速收斂。數學表達式為: $$ U{text{total}} = sum{i<j} frac{qi qj}{r{ij}} text{erfc}(alpha r{ij}) + frac{2pi}{V} sum{mathbf{k} eq0} frac{e^{-k/(4alpha)}}{k} left| sum{i} q_i e^{imathbf{k}cdotmathbf{r}_i} right| $$ 其中$alpha$為收斂參數,erfc為互補誤差函數(來源:Ewald P.P., 1921年《晶體點陣的靜電勢計算》)。
收斂優化特性
相比直接求和方法,該算法将計算複雜度從$O(N)$降低至$O(N^{3/2})$(N為粒子數),通過引入高斯屏蔽電荷實現快速收斂(來源:Frenkel D., 《分子模拟理解》第三版)。
現代應用拓展
該方法已被整合進LAMMPS、GROMACS等主流分子模拟軟件,在諾貝爾獎級研究如石墨烯性能預測中發揮關鍵作用(來源:Materials Today, 2018年綜述)。
埃瓦耳德法(Ewald method)是計算晶體或其他周期性系統中長程靜電力的一種數值方法,主要用于處理涉及庫侖相互作用的複雜物理問題。其核心原理是将電場分解為短程和長程兩部分,分别通過實空間和倒易空間的求和來高效計算總勢能,從而避免直接求和導緻的收斂困難。
關鍵點解析:
該方法由德國物理學家Paul Peter Ewald于1921年提出,最初用于晶格能計算,後成為凝聚态模拟的基礎工具之一。更詳細的技術參數可參考物理化學或計算材料學相關文獻。
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