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Problema del campo dipolo en el método de Ewald de malla de partículas con condiciones de contorno periódicas

Estoy trabajando en una tesis que hace un gran uso de la dinámica molecular de las simulaciones, y estoy tratando de entender cómo la partícula de malla de Ewald método funciona. El problema es que tengo dificultades para entender su premisa; ahora voy a explicar lo que creo que he aprendido:

De largo alcance de las fuerzas electrostáticas no convergen, si periódica de las condiciones de contorno son de obligado cumplimiento; por lo tanto no podemos obtener sumando de a pares las interacciones entre cada carga en el sistema, si tomamos las imágenes periódicas de los cargos en cuenta. El problema es, yo veo esto como un problema con graves consecuencias en la práctica, y no puedo imaginar cómo un matemático reorganizar podría solucionarlo. Voy a hacer un ejemplo:

Supongamos que tenemos una eléctricamente neutro de la celda unidad que gana un momento dipolar eléctrico durante la simulación. Esta unidad de la célula, y su momento dipolar, sería instantáneamente reproducido en la imagen de las células. Vamos a considerar el potencial eléctrico en un punto arbitrario: habría un número infinito de conchas de dipolos alrededor, con área de creciente como $r^2$ ($r$ es el shell de radio) y el campo eléctrico del dipolo componente se reducen como $r^{-2}$; la suma no convergen, por lo que tendríamos un infinito potencial eléctrico en cada punto! Me estoy perdiendo algo?

No puedo ver cómo PME o Ewald Suma, o cualquier otro algoritmo, puede resolver un problema físico, a menos que de alguna manera los métodos establecer otras condiciones de contorno. Pero no veo cómo. Me puede ayudar a entender? Gracias de antemano.

EDIT: yo estaba equivocado acerca de la potencial infinito, porque no es un coseno de un término en el dipolo componente que ceros el potencial en mi propuesta de shell-por-shell de cálculo. De todos modos, si consideramos que el campo eléctrico en su lugar, tenemos que caer en $r^{-3}$; agregando el campo producido por cada concha obtenemos una serie de $1/r$ términos, que todavía es divergente a infinito, así que mi problema sigue sin resolverse.

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Daniel Huckstep Puntos 2017

Así, el punto de partida es el hecho de que $1/r$ Coulomb interacción que diverge al infinito en el espacio k solo es $1/k^2$ que converge en el infinito, pero se aparta en 0. Si uno toma sólo de ambas partes de que no convergen, entonces es posible evitar divergencias en todo.

¿Está usted de acuerdo con esto y el problema aparece en el siguiente paso, o usted no está de acuerdo con este punto de partida?

De hecho, Ewald suma no se hacen por arte de magia divergentes integrales convergen. Si intenta tomar el periódico del sistema con "+" y "-" de los cargos, la divergencia en el infinito derivados de la divergencia de Coulomb es no físico: a gran distancia, el precio medio visto por distante de la sonda de carga es cero. Sin embargo, si se rompen en partes, la energía de interacción con "+" y "-" cargos por separado no divergen. Ewald suma es la matemática rigurosa truco para evitar el cálculo de la interacción con "+"y "-"s por separado. Uno puede así calcular la interacción con los dipolos que no divergen.

En su pregunta, se están haciendo hincapié en el papel de periódico de las condiciones de contorno. Son realmente importantes? ¿Has probado a considerar la red infinita en su lugar?

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user1215305 Puntos 31

He resuelto el problema. En realidad estaba perdiendo algo. Yo no me di cuenta de que el campo eléctrico en el centro de una cáscara esférica de ideal dipolos es cero. Creo que no es evidente si se observa la fórmula, pero puede ser demostrado mediante la continua límite y la integración en el shell completo. Desde que trabajamos con neutro cajas de simulación (por supuesto), y el otro multipolo componentes del campo eléctrico son de corto alcance, creo que podemos decir que el campo total converge. Por lo que la divergencia es un problema matemático, de hecho, no uno físico.

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