Kraftfeld (Computerphysik)

In der Computerphysik und verwandten Disziplinen ist ein Kraftfeld (englisch: force field) eine Parametrisierung der potentiellen Energie. Wenn auf ein bestimmtes Kraftfeld verwiesen wird, so wird sowohl auf die funktionelle Form des Kraftfeldes, als auch auf einen speziellen (festgelegten) Parameterset verwiesen.

Häufig enthalten Kraftfelder Terme für Beiträge zur potentiellen Energie, die durch chemische Bindungen vermittelt werden sowie Terme für Wechselwirkungen, die nicht durch chemische Bindungen vermittelt werden:

E=E_{\text{bonded}}+E_{\text{nonbonded}}

.

Der Beitrag $E_{\text{nonbonded}}$ enthält häufig ein Lennard-Jones-Potential-Term und einen Coulomb-Potential-Term. Der Beitrag $E_{\text{bonded}}$ enthält häufig Terme, welche die Torsion von Bindungen, Bindungswinkel und Bindungslängen beschreiben.

Der Term, der die Bindungslänge zwischen Atomtypen der Sorte A und B beschreibt, kann z.B. die Form $E_{AB}=k_{AB}(r_{AB}^{0}-r)^{2}$ annehmen, wobei die Federkonstante $k_{AB}$ sowie der Gleichgewichtsabstand $r_{AB}^{0}$ Parameter sind. Da beispielsweise Kohlenstoffatome, je nachdem, ob eine Doppel- oder Einfachbindung vorliegt, andere Gleichgewichtsabstände und Federkonstanten haben, verwendet man zur Charakterisierung der anzuwendenden Parameter nicht lediglich Elementsymbole, sondern Atomtypen. Bei der (alleinigen) Wahl der obigen funktionellen Form zur Beschreibung der Bindungslänge wäre das Brechen von Bindungen nicht möglich. Es gibt jedoch reaktive Kraftfelder (wie beispielsweise ReaxFF), die das Brechen von Bindungen beschreiben können.

Die Wahl der Parameter eines Kraftfeldes erfolgt so, dass es in Computersimulationen bestimmte Aspekte möglichst exakt wiedergeben kann.

Weit verbreitete Kraftfelder

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Weit verbreitete Kraftfelder sind:

Erste Generation

ECEPP
GROMOS
AMBER
OPLS
CHARMM
ReaxFF
...

Zweite Generation

MM2,^[1] MM3, MM4

Einzelnachweise

↑ Norman Allinger: Conformational analysis. 130. MM2. A hydrocarbon force field utilizing V1 and V2 torsional terms. In: Journal of the American Chemical Society. 99. Jahrgang, Nr. 25, 1977, S. 8127–8134, doi:10.1021/ja00467a001.

[1] Norman Allinger: Conformational analysis. 130. MM2. A hydrocarbon force field utilizing V1 and V2 torsional terms. In: Journal of the American Chemical Society. 99. Jahrgang, Nr. 25, 1977, S. 8127–8134, doi:10.1021/ja00467a001.

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