Towards a Universal Embedded Atom Method Interatomic Potential for Pure Metals

Abstract

A new interatomic potential for metals based on the embedded atom method is proposed in this paper. Some approximation of electron density distribution is suggested from the basic principles of quantum mechanics. The functional form of the electron density distribution includes two adjustable parameters. The form of this distribution defines the pair potential and, in part, the form of embedding energy func- tion. The parameters are determined empirically by fitting to the equilibrium lattice constant, cohesion energy, vacancy formation energy, low index surface energy and elastic constants. Potential parameters for 27 metals (10 fcc metals, 9 bcc metals and 8 hcp metals) are presented. Potential is expressed by simple functions and can be used in molecular dynamics simulations of large atomic systems. PACS: 34.20.Cf, 61.50.Ah

Предлагается новый подход к построению потенциала взаимодействия для металлов на основе метода внедренного атома. Из основных принципов квантовой механики задаётся аппроксимация распределения электронной плотности атомов, из которой следует не только парный потенци- ал взаимодействия, но и частично конкретный вид функции внедрённой энергии. Для описания свойств конкретного металла требуется подобрать два параметра распределения электронной плотности и дополнительные параметры функции внедренной энергии. Подбор этих парамет- ров осуществляется для равновесной решетки с использованием экспериментальных значений параметров решетки, энергии связи, энергии образования вакансии, упругих постоянных и по- верхностной энергии. Приводятся потенциалы взаимодействия для 27 металлов с различными кристаллическими структурами. Общий вид потенциала имеет простую аналитическую форму и может использоваться для моделирования больших атомных систем в рамках метода моле- кулярной динамики