ミー電位

ミーポテンシャルは、原子レベルでの粒子間の相互作用を記述する相互作用ポテンシャルです。主に分子間相互作用の記述に用いられますが、分子内相互作用、すなわち結合のモデル化にも用いられることがあります。

ミーポテンシャルはドイツの物理学者グスタフ・ミーにちなんで名付けられました。^{[ 1 ]}しかし、分子間ポテンシャルの歴史はもっと複雑です。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}ミーポテンシャルは、おそらく最も広く使用されているペアポテンシャルであるレナード・ジョーンズ（LJ）ポテンシャルの一般化されたケースです。 ^{[ 5 ] [ 6 ]}

ミー電位${\displaystyle V(r)}$は関数である${\displaystyle r}$は2つの粒子間の距離であり、^{[ 7 ]と表記される。}

${\displaystyle V(r)=C\,\varepsilon \left[\left({\frac {\sigma }{r}}\right)^{n}-\left({\frac {\sigma }{r}}\right)^{m}\right],~~~~~~(1)}$

と

${\displaystyle C={\frac {n}{nm}}\left({\frac {n}{m}}\right)^{\frac {m}{nm}}}$

ポテンシャル最小値は${\displaystyle V_{min}=-\varepsilon }$。

レナード・ジョーンズポテンシャルは、次の特殊なケースに対応します。${\textstyle n=12}$そして${\textstyle m=6}$式（１）において。式（１）において、${\displaystyle \varepsilon }$は分散エネルギーであり、${\displaystyle \sigma }$距離を示します${\displaystyle V=0}$これは「衝突半径」と呼ばれることもあります。${\textstyle \sigma }$一般的に、衝突に関与する粒子の大きさを表す指標である。${\textstyle n}$そして${\textstyle m}$ポテンシャルの形状を特徴づける：${\textstyle n}$反発の性質を説明し、${\textstyle m}$そのアトラクションの特徴を説明する。

魅力的な指数${\textstyle m=6}$物理的にはロンドン分散力によって正当化されるが^{[ 4 ]}、反発指数のある値に対する正当化は知られていない。反発傾斜パラメータ${\textstyle n}$ミーポテンシャルは、圧縮率や音速などの熱力学的微分特性のモデリングに大きな影響を与える。したがって、ミーポテンシャルは、より単純なレナード・ジョーンズポテンシャルよりも柔軟な分子間ポテンシャルである。

ミーポテンシャルは、今日、分子モデリングにおける多くの力場で使用されています。通常、引力指数は次のように選択されます。${\textstyle m=6}$一方、反発指数はモデルフィッティング中に調整可能なパラメータとして使用されます。

レナード・ジョーンズポテンシャルによって相互作用する粒子によって定義される理論上の物質が存在するレナード・ジョーンズ物質と同様に、特定のミーポテンシャルによって相互作用する単一サイトの球状粒子として定義されるミー物質の物質クラスが存在します。異なるn、mパラメータを使用して無限の数のミーポテンシャルが存在するため、一意に定義されるレナード・ジョーンズ物質とは異なり、同数のミー物質が存在します。分子モデリングの実用的な用途では、ミー物質は主に、例えば希ガスなどの小さな分子のモデリングや、より大きな分子、あるいは分子の集合が構造的に単純化され、単一のミー粒子によって記述される粗視化モデリングに関連しています。しかし、長鎖アルカンなどのより複雑な分子は、ミー粒子の均一な鎖としてうまくモデル化されています。^{[ 8 ]}このように、ミーポテンシャルは、「自由」ミー粒子によって挙動が正確に捉えられるシステムよりもはるかに複雑なシステムのモデリングに役立ちます。

近年、ミー流体とミー粒子から構築された鎖状分子の両方の熱物性については数多くの論文が発表されている。調査された物性には、ビリアル係数^{[ 9 ]}、界面^{[ 10 ]} 、気液平衡[ ^{11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}、輸送特性^{[ 15 ]}などがある。^このような研究に基づいて、相互作用ポテンシャルの形状（ nとmで表される）と熱物性との関係が解明されている。

また、ミー物質やミー粒子から形成される鎖状分子の熱物性値を記述するための多くの理論的（解析的）モデルが開発されており、例えばいくつかの熱力学的状態方程式^{[ 8 ] [ 16 ] [ 17 ]}や輸送特性のモデル^{[ 18 ]などがある。}

さまざまな組み合わせが観察されています (${\displaystyle n,m}$）は同様の位相挙動を示す可能性があり、^{[ 19 ]}この縮退はパラメータによって捉えられる。

${\displaystyle \alpha =C\left[{\frac {1}{m-3}}-{\frac {1}{n-3}}\right]}$、

異なる指数を持つ流体だが、同じ${\displaystyle \alpha }$-パラメータは同じ位相挙動を示す。^{[ 19 ]}

柔軟性があるため、ミーポテンシャルは力場における実際の流体のモデリングによく用いられます。今日では多くの分子モデルで相互作用ポテンシャルとして使用されています。ポトフらが開発したものなど、いくつかの（信頼性の高い）結合原子転送可能力場はミーポテンシャルに基づいています。^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}ミーポテンシャルは粗視化モデリングにも使用されています。^{[ 23 ]}結合原子力場と転送可能力場の両方でミー力場モデルを構築するための電子ツールが利用可能です。^{[ 24 ] [ 23 ]}ミーポテンシャルは小さな球状分子（つまりミー物質そのもの - 上記参照）のモデリングにも使用されています。下の表にいくつかの例を示します。ここでは、分子モデルはミーポテンシャル自体のパラメータのみを持っています。