计算材料学是一门以计算机为工具解决材料科学问题的学科。计算材料学既能够模拟实验过程，
通过建立数学模型和模拟计算来揭示材料的规律，又能够通过理论计算设计材料，从而为实验
提供指导。计算材料学研究的时间和空间尺度是具有非常大的跨度的，时间尺度可以从飞秒到
年，空间尺度可以从原子甚至电子结构到米。如此巨大的多尺度计算需要全面的方法论作为支
撑。经过长时间的发展，计算材料学也逐步发展完善了多种计算方法，其中主要包括：第一性
原理从头计算法、分子动力学方法、蒙特卡洛方法、元胞自动机方法、相场法、有限元分析等。
分子动力学（Molecular Dynamics, 简称MD）是计算材料学方法的一种，是依靠
计算机对体系的分子或原子的运动状态进行模拟，从而获取必要的材料学规律的方法。分子动力
学不仅是理论计算和实验的有效补充，它还能模拟得到实验中难以获得的有效信息。比如为了研
究某些材料在极端环境（高温、高压等）下的性能表现，利用实验方法很难实现，而利用分子动
力学的方法则可以很方便地做到。自1957年和1959年Alder和Wainwright首次
运用分子动力学解决实际问题以来，分子动力学经过了半个多世纪的发展，其理论也不断地发展
完善，先后有恒压分子动力学、恒温分子动力学、第一性原理分子动力学、巨正则系综分子动力
学等方法提出，这些方法极大地丰富了分子动力学的内涵，使得分子动力学的研究范围越来越广
泛。分子动力学的发展与计算机科学的发展紧密相关，可以预想到，随着计算机性能的不断提高
和计算理论在材料科学领域的进一步推广应用，分子动力学在材料领域会越来越重要。
在分子动力学模拟研究中，主要的研究过程可以分为以下四个步骤：第一，确定原子间的相互作用
力，即势函数；第二，根据待研究问题构建对应的材料计算模型，并给体系赋予一定的初始状态
（坐标、速度）；第三，根据需要改变体系的平衡状态，体系经过平衡过程重新进入稳定状态；第
四，结果的分析讨论，利用统计方法研究系统的热力学性质和结构性质。