Вид изнутри: молекулярная динамика

В ящике выполняется молекулярная динамика: для каждого атома применяются законы Ньютона с маленькими шагами по времени. Сила определяется потенциалом Леннарда—Джонса

U(r) = 4ε [ (σ/r)¹² − (σ/r)⁶ ]

Член r⁻¹² — это крутая стенка (атомы не могут перекрываться); член r⁻⁶ — слабое ван-дер-ваальсово притяжение. Минимум находится при r = 2^(1/6) σ ≈ 1,12 σ, а глубина равна ε. При ε/k_B ≈ 120 K и σ ≈ 0,34 nm это хорошо описывает аргон.

На каждом шаге используется метод velocity Verlet: скорости наполовину изменяются под действием силы, атомы перемещаются, силы вычисляются заново, а затем скорости снова наполовину изменяются. Этот метод очень хорошо сохраняет энергию при длительных расчётах, поэтому его используют почти во всех программах молекулярной динамики. Термостат слегка изменяет скорости, чтобы поддерживать заданную температуру.

Радиальная функция распределения g(r) отвечает на вопрос: если я стою на одном атоме, насколько вероятнее найти другой атом на расстоянии r, чем в однородном газе? В кристалле появляются резкие пики на расстояниях между узлами решётки; у жидкости есть один сильный пик, несколько затухающих волн, а затем значение 1; у газа значение близко к 1 везде за пределами стенки.