НАЗВАНИЕ СТАТЬИ:
Молекулярная динамика идеального ферми-газа для расчета термодинамических свойств

СПИСОК АВТОРОВ:
Демьянов Г.С., Левашов П.Р.

СПИСОК АВТОРОВ (С РАСШИФРОВКОЙ):
Демьянов Георгий Сергеевич, Левашов Павел Ремирович

DOI:
https://doi.org/10.33849/2025301

ПОСТУПИЛА В РЕДАКЦИЮ:
20 ноября 2025 г.

ЖУРНАЛ:
Вестник Объединенного института высоких температур

ТОМ:
19

ГОД:
2025

СТРАНИЦЫ:
4-11

РУБРИКА:
Низкотемпературная плазма

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
молекулярная динамика; идеальный ферми-газ; псевдопотенциал; обменные эффекты; термодинамические свойства; радиальная функция распределения; структурный фактор; квантовая статистика; моделирование вырожденных систем; термодинамика ферми-систем

КОДЫ КЛАССИФИКАТОРОВ:
УДК 533.9

АННОТАЦИЯ:
В данной работе рассматривается псевдопотенциальный	подход к моделированию идеального неполяризованного ферми-газа методом классической молекулярной динамики. На основе детерминантного представления конфигурационной функции распределения получены выражения для псевдопотенциала, сил и энергии, позволяющие воспроизводить квантово-статистическое конфигурационное распределение с помощью решения классических уравнений движения с термостатом Нозе--Гувера. В работе проведено прямое сравнение результатов моделирования с аналитическими решениями для энергии, радиальных	функций распределения и статического структурного фактора в широком диапазоне параметра вырождения. Показано, что метод обеспечивает количественно точное воспроизведение всех исследованных статических характеристик идеального ферми-газа и корректно учитывает обменное взаимодействие. Этот метод иллюстрирует, что классическая молекулярная динамика может быть применена для точного расчета статистических свойств невзаимодействующих и, потенциально, взаимодействующих ферми-систем.

TITLE:
Molecular Dynamics of an Ideal Fermi Gas for Computing Thermodynamic Properties

AUTHORS:
Demyanov G.S., Levashov P.R.

KEYWORDS:
molecular dynamics; ideal Fermi gas; pseudopotential; exchange effects; statistical properties; radial distribution function; structure factor; quantum statistics; degenerate systems; thermodynamics of Fermi systems

ABSTRACT:
The present work explores a pseudopotential approach for modeling an ideal unpolarized Fermi gas using classical molecular dynamics. The present study derives expressions for the pseudopotential, forces, and energy that facilitate the reproduction of the quantum-statistical configurational distribution. This is achieved by starting from a determinant representation of the configurational distribution function and subsequently solving classical equations of motion with a Nosé thermostat. The results of the simulations are then compared directly with analytical solutions for the energy, radial distribution functions, and static structure factor over a wide range of degeneracy parameters. The method has been demonstrated to reproduce all examined static properties of the ideal Fermi gas with quantitative accuracy and to correctly account for exchange effects. This finding underscores the efficacy of classical molecular dynamics in accurately computing statistical properties of noninteracting and, potentially, interacting Fermi systems.