Vue interne : dynamique moléculaire.

La boîte exécute une dynamique moléculaire : elle applique les lois de Newton à chaque atome, par petits pas de temps. La force provient du potentiel de Lennard-Jones

U(r) = 4ε [ (σ/r)¹² − (σ/r)⁶ ]

Le terme r⁻¹² est une paroi très abrupte (les atomes ne peuvent pas se chevaucher) ; le terme r⁻⁶ est la faible attraction de van der Waals. Le minimum se trouve à r = 2^(1/6) σ ≈ 1,12 σ, avec une profondeur ε. Avec ε/k_B ≈ 120 K et σ ≈ 0,34 nm, ce modèle décrit bien l'argon.

Chaque étape utilise velocity Verlet : les vitesses reçoivent une demi-impulsion due à la force, les atomes se déplacent, les forces sont recalculées, puis les vitesses reçoivent une nouvelle demi-impulsion. Cette méthode conserve très bien l'énergie sur de longues simulations, c'est pourquoi presque tous les codes de dynamique moléculaire l'utilisent. Un thermostat réajuste doucement les vitesses pour maintenir la température cible.

La fonction de distribution radiale g(r) répond à la question suivante : en me plaçant sur un atome, quelle est la probabilité relative de trouver un autre atome à la distance r, par rapport à un gaz uniforme ? Un cristal donne des pics nets aux distances de son réseau ; un liquide donne un pic marqué, quelques ondulations qui s'atténuent, puis 1 ; un gaz est proche de 1 partout au-delà de la paroi.