Embedded-Atom-Methode


Embedded-Atom-Methode

Die Embedded–Atom–Methode[1],[2] (engl. embedded atom method), kurz: EAM, ist eine Methode, die es gestattet die totale Energie einer beliebigen Anordnung von Atomen in einem Metall näherungsweise zu berechnen. Die Energie einer solchen Anordnung ist hierbei gegeben durch eine Summe von rein elektrostatischen Paartermen und einer Einbettungfunktion, die die lokale Elektronendichte beschreibt.

Genau wie bei der Dichtefunktionaltheorie (DFT) wird in dieser Beschreibung ausgenutzt, dass sich die Energie eines Systems als Funktional der Elektronendichte beschreiben lässt. Die Embedded Atom Methode macht hierbei jedoch die Näherung, dass sich die Dichte des Gesamtsystems einfach als Superposition von lokalen Atomdichtefunktionen beschreiben lässt. EAM ist verwandt mit dem Ansatz der Tight-Binding-Theorie.

Energiefunktion

Die totale Energie lässt sich demnach folgendermaßen schreiben:

$ E_\mathrm{tot} = \sum_{i} F(\rho_i) + \frac{1}{2} \sum_{i\neq j} \phi(r_{ij}) $,

wobei $ r_{ij} $ der Abstand zwischen Atom $ i $ und $ j $ ist, $ \phi(r) $ die Paarpotentialfunktion für die Elektrostatik und $ \rho_i $ die lokale Elektronendichte am Ort von $ i $ ist mit der Einbettungsfunktion $ F $.

Für ein System aus einem einzelnen Element werden drei Funktionen in einer EAM-Beschreibung benötigt. Die Einbettungsfunktion, die Elektronendichtefunktion und das Paarwechselwirkungspotential. Diese Funktionen werden meist durch Fitten an experimentelle und ab-initio Daten bestimmt. So kann man zum Beispiel für die Paarwechselwirkung die funktionale Form eines Lennard-Jones-Potential annehmen und dieses an Daten aus DFT-Rechnungen für das entsprechende System fitten.

Einzelnachweise

  1. Daw, M. und Baskes, M. Embedded-atom method: Derivation and application to impurities, surfaces, and other defects in metals Phys. Rev. B. 29 S. 6443-6453
  2. Chol-Jun Yu: Atomistic Simulations for Material Processes Within Multiscale Method. Abgerufen am 20. April 2010 (pdf).