Сравнение потенциалов ab initio с моделью Леннарда-Джонса и их влияние на характер рассеяния пучка частиц в газе
Никитенко С.А.1, Варшавчик Л.А.1, Люллин З.Г.2, Галицын Д.Д.1, Старовойтов С.А.1, Бочарников В.А.1, Мухин Е.Е.1
1Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
2Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина), Санкт-Петербург, Россия

Email: lidia.varsh@mail.ioffe.ru
Поступила в редакцию: 7 апреля 2025 г.
В окончательной редакции: 12 мая 2025 г.
Принята к печати: 13 мая 2025 г.
Выставление онлайн: 21 октября 2025 г.
Проведено сравнение классического потенциала Леннарда-Джонса с потенциалами межатомного взаимодействия, рассчитанными методом ab initio в программном пакете NWChem. Расчеты потенциалов ab initio выполнены с использованием методов MP2, CCSD и CCSD(T) с последующей экстраполяцией к пределу полного базисного набора. Полученные потенциалы использованы для моделирования рассеяния пучка атомов бора в гелии и аргоне с помощью кода KITe. Проведено сравнение рассчитанных углов рассеяния, полных и транспортных сечений, а также характера рассеяния модельного пучка атомов при различных межатомных потенциалах. Показано, что по сравнению с точным потенциалом ab initio потенциал Леннарда-Джонса, обладая вычислительной простотой, демонстрирует отклонения в области потенциальной ямы и области отталкивания. При рассеянии модельного пучка с потенциалом Леннарда-Джонса атомы быстрее теряют энергию, чем с потенциалом ab initio, хотя формы фронтов оказываются схожими. Результаты работы позволяют обосновать выбор потенциала межатомного взаимодействия для описания процессов упругого рассеяния, исходя из поставленной задачи. Ключевые слова: NWChem, KITe, межатомный потенциал, ab initio, потенциал Леннарда-Джонса, упругое рассеяние, Монте-Карло.
- N. Ohtori, Y. Ishii. Phys. Rev. E, 91, 012111 (2015)
- B. Vorselaars. J. Chem. Phys., 142, 114115 (2015)
- L. Wang, N. Xu. Phys. Rev. Lett., 112, 055701 (2014)
- N. Sharifi-Mood, J. Koplik, C. Maldarelli. Phys. Rev. Lett., 111, 184501 (2013)
- E. Apr\`a, E.J. Bylaska, W.A. de Jong, N. Govind, K. Kowalski, T.P. Straatsma, M. Valiev, H.J.J. van Dam, Y. Alexeev, J. Anchell, V. Anisimov, F.W. Aquino, R. Atta-Fynn, J. Autschbach, N.P. Bauman, J.C. Becca, D.E. Bernholdt, K. Bhaskaran-Nair, S. Bogatko, P. Borowski, J. Boschen, J. Brabec, A. Bruner, E. Cauet, Y. Chen, G.N. Chuev, C.J. Cramer, J. Daily, M.J.O. Deegan, T.H. Dunning Jr, M. Dupuis, K.G. Dyall, G.I. Fann, S.A. Fischer, A. Fonari, H. Fruchtl, L. Gagliardi, J. Garza, N. Gawande, S. Ghosh, K. Glaesemann, A.W. Gotz, J. Hammond, V. Helms, E.D. Hermes, K. Hirao, S. Hirata, M. Jacquelin, L. Jensen, B.G. Johnson, H. Jonsson, R.A. Kendall, M. Klemm, R. Kobayashi, V. Konkov, S. Krishnamoorthy, M. Krishnan, Z. Lin, R.D. Lins, R.J. Littlefield, A.J. Logsdail, K. Lopata, W. Ma, A.V. Marenich, J. Martin del Campo, D. Mejia-Rodriguez, J.E. Moore, J.M. Mullin, T. Nakajima, D.R. Nascimento, J.A. Nichols, P.J. Nichols, J. Nieplocha, A. Otero-de-la-Roza, B. Palmer, A. Panyala, T. Pirojsirikul, B. Peng, R. Peverati, J. Pittner, L. Pollack, R.M. Richard, P. Sadayappan, G.C. Schatz, W.A. Shelton, D.W. Silverstein, D.M.A. Smith, T.A. Soares, D. Song, M. Swart, H.L. Taylor, G.S. Thomas, V. Tipparaju, D.G. Truhlar, K. Tsemekhman, T. Van Voorhis, A. Vazquez-Mayagoitia, P. Verma, O. Villa, A. Vishnu, K.D. Vogiatzis, D. Wang, J.H. Weare, M.J. Williamson, T.L. Windus, K. Wolinski, A.T. Wong, Q. Wu, C. Yang, Q. Yu, M. Zacharias, Z. Zhang, Y. Zhao, R.J. Harrison. J. Сhem. Рhys., 152 (18), 184102 (2020)
- L.A. Varshavchik, N.A. Babinov, P.A. Zatylkin, A.A. Chironova, Z.G. Lyullin, Al.P. Chernakov, A.M. Dmitriev, I.M. Bukreev, E.E. Mukhin, A.G. Razdobarin, D.S. Samsonov, V.A. Senitchenkov, S.Yu. Tolstyakov, I.T. Serenkov, V.I. Sakharov. Plasma Phys. Controlled Fusion, 63 (2), 025005 (2021)
- Л.А. Варшавчик, Д.Д. Галицын, Е.А. Старовойтов, В.А. Бочарников, С.А. Никитенко, Е.Е. Мухин. Письма в ЖТФ, 51 (3), 26 (2025). DOI: 10.61011/PJTF.2025.03.59816.20011
- А.А. Селезенев. Основы метода молекулярной динамики: учебно-методическое пособие (СарФТИ, Саров, 2017)
- J.E. Lennard-Jones. Proc. Roy. Soc., A106, 463 (1924)
- P.M. Morse. Phys. Rev., 34, 57 (1929)
- R.A. Buckingham. Proc. Roy. Soc., A168, 264 (1938)
- С.К. Игнатов. Квантово-химическое моделирование атомно-молекулярных процессов: учебное пособие (ННГУ им. Н.И.Лобачевского, Нижний Новгород, 2019)
- M. Head-Gordon, J.A. Pople, M.J. Frisch. Chem. Phys. Lett., 153, 503 (1988)
- S. Saeb, J. Almlof. Chem. Phys. Lett., 154, 83 (1989)
- M.J. Frisch, M. Head-Gordon, J.A. Pople. Chem. Phys. Lett., 166, 275 (1990)
- K. Raghavachari, J.A. Pople. Int. J. Quantum Chem., 14, 91 (1978)
- N.C. Handy, R.D. Amos. Chem. Phys. Lett., 98, 428 (1983)
- G.D. Purvis, R.J. Bartlett. J. Chem. Phys., 76, 1910 (1982)
- G.E. Scuseria, C.L. Janssen, H.F. Schaefer III. J. Chem. Phys., 89, 7382 (1988)
- G.E. Scuseria, H.F. Schaefer. J. Chem. Phys., 90, 3700 (1989)
- J.A. Pople, M. Head-Gordon, K. Raghavachari. J. Chem. Phys., 87, 5968 (1987)
- C.D. Sherrill, H.F. Schaefer III. Advances in Quantum Chemistry, 34, 143 (1999)
- J.B. Foresman, M. Head-Gordon, J.A. Pople, M.J. Frisch. J. Phys. Chem., 96, 135 (1992)
- M. Head-Gordon, R.J. Rico, M. Oumi, T.J. Lee. Chem. Phys. Lett., 219, 21 (1994)
- M. Head-Gordon, D. Maurice, M. Oumi. Chem. Phys. Lett., 246, 114 (1995)
- A.C. West, J.D. Lynch, B. Sellner, H. Lischka, W.L. Hase, T.L. Windus. Theor. Chem. Acc., 131, 1123 (2012)
- J.B. Foresman, A.E. Frisch. Exploring chemistry with electronic structure methods: A guide to using Gaussian, 2nd edition (PA: Gaussian Inc., Pittsburgh, 1996)
- Электронный ресурс. Режим доступа: https://habr.com/ru/articles/580770/
- Электронный ресурс. Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=oU1zO2bPPB4\&list= PLm8ZSArAXicL3jKr_0nHHs5TwfhdkMFhh\&index=100
- R. Hellmann, E. Bich, E. Vogel. Molecular Phys., 105 (23-24), 3013 (2007). DOI: 10.1080/00268970701730096
- D.S. Bezrukov, N.N. Kleshchina, I.S. Kalinina, A.A. Buchachenko. J. Chem. Phys., 150, 064314 (2019). DOI: 10.1063/1.5071457
- D.N. Ruzic, S.A. Cohen. J. Chem. Phys., 83, 5527 (1985). DOI: 10.1063/1.449674
- T.H. Dunning Jr. J. Сhem. Рhys., 90 (2), 1007 (1989)
- A.P. Rendell, T.J. Lee, A. Komornicki, S. Wilson. Theoreticachimica Аcta, 84 (4), 271 (1993)
- S. Lehtola. Intern. J. Quant. Chem., 119 (19), e25968 (2019)
- K.A. Peterson, D.E. Woon, T.H. Dunning Jr. J. Chem. Phys., 100, 7410 (1994). DOI: 10.1063/1.46688433
- D. Feller, J.A. Sordo. J. Chem. Phys., 112, 5604 (2000). DOI: 10.1063/1.481135