Potencial de orden de bonos

El potencial de orden de enlace es una clase de potenciales interatómicos empíricos (analíticos) que se utiliza en simulaciones de dinámica molecular y estática molecular . Algunos ejemplos incluyen el potencial de Tersoff , ^{[ 1 ]} el potencial EDIP, el potencial de Brenner , ^{[ 2 ]} los potenciales de Finnis -Sinclair, ^{[ 3 ]} ReaxFF , ^{[ 4 ]} y los potenciales de enlace fuerte de segundo momento. ^{[ 5 ]}

Presentan la ventaja sobre los campos de fuerza de mecánica molecular convencionales de que, con los mismos parámetros, pueden describir varios estados de enlace diferentes de un átomo y, por lo tanto, hasta cierto punto, pueden describir correctamente las reacciones químicas . Los potenciales se desarrollaron parcialmente de forma independiente entre sí, pero comparten la idea común de que la fuerza de un enlace químico depende del entorno de enlace, incluyendo el número de enlaces y posiblemente también los ángulos y las longitudes de enlace . Se basa en el concepto de orden de enlace de Linus Pauling ^{[ 1 ] [ 6 ]} y se puede escribir en la forma

${\displaystyle V_{ij}(r_{ij})=V_{\mathrm {repulsivo} }(r_{ij})+b_{ijk}V_{\mathrm {atractivo} }(r_{ij})}$

Esto significa que el potencial se escribe como un potencial de par simple que depende de la distancia entre dos átomos.${\displaystyle r_{ij}}$pero la fuerza de este enlace se ve modificada por el entorno del átomo.${\displaystyle i}$mediante la orden de bonos${\displaystyle b_{ijk}}$.${\displaystyle b_{ijk}}$es una función que en potenciales de tipo Tersoff depende inversamente del número de enlaces al átomo${\displaystyle i}$, los ángulos de enlace entre conjuntos de tres átomos${\displaystyle ijk}$y, opcionalmente, sobre las longitudes de enlace relativas.${\displaystyle r_{ij}}$,${\displaystyle r_{ik}}$. ^{[ 1 ]} En caso de un solo enlace atómico (como en una molécula diatómica ),${\displaystyle b_{ijk}=1}$que corresponde al enlace más fuerte y más corto posible. El otro caso límite, para un número cada vez mayor de enlaces dentro de algún rango de interacción,${\displaystyle b_{ijk}\to 0}$y el potencial se vuelve completamente repulsivo (como se ilustra en la figura de la derecha).

Alternativamente, la energía potencial puede escribirse en la forma del modelo de átomo embebido.

${\displaystyle V_{ij}(r_{ij})=V_{\mathrm {pair} }(r_{ij})-D{\sqrt {\rho _{i}}}}$

dónde${\displaystyle \rho _{i}}$es la densidad electrónica en la ubicación del átomo${\displaystyle i}$. Se puede demostrar que estas dos formas para la energía son equivalentes (en el caso especial de que la función de orden de enlace${\displaystyle b_{ijk}}$no contiene dependencia angular). ^{[ 7 ]}

Un resumen más detallado de cómo el concepto de orden de enlace puede estar motivado por la aproximación de segundo momento de enlace fuerte y ambas formas funcionales derivadas de ella se pueden encontrar en ^{[ 8 ] .}

El concepto original de potencial de orden de enlace se ha desarrollado aún más para incluir órdenes de enlace distintos para los enlaces sigma y los enlaces pi en los llamados potenciales BOP. ^{[ 9 ]}

Extender la expresión analítica para el orden de enlace de los enlaces sigma para incluir los cuartos momentos del orden de enlace de enlace fuerte exacto revela contribuciones de las integrales de enlace sigma y pi entre átomos vecinos. Estas contribuciones de enlace pi al orden de enlace sigma son responsables de estabilizar la reconstrucción dimerizada asimétrica antes de la simétrica (2x1) de la superficie Si(100). ^{[ 10 ]}

Asimismo, el potencial ReaxFF puede considerarse un potencial de orden de enlace, aunque la motivación de sus términos de orden de enlace es diferente de la descrita aquí.