如何模拟离子扩散？

本文系统介绍了均方位移（MSD）的理论基础、计算方法和应用领域。MSD作为分子动力学模拟中表征粒子扩散行为的关键指标，起源于统计力学和布朗运动理论，通过量化粒子位移平方的平均值来研究扩散行为。文章详细阐述了MSD的定义、特点及其在不同维度下的依赖性，并介绍了在分子动力学模拟中计算MSD的步骤和扩散系数的提取方法。此外，文章还展示了MSD在电池、催化、合金和生物等领域的应用案例，如研究离子在电池电解质中的扩散行为、催化剂表面质子的迁移机制、高熵合金的高温变形行为以及生物分子在脂质膜中的扩散特性。这些应用案例表明，MSD为理解材料扩散机制和优化设计提供了原子尺度的理论依据。