Begin jaren 90 van de vorige eeuw kwam Eddy Brinkman van Betase voor het eerst in aanraking met de programmeertaal Fortran, tijdens zijn afstudeerwerk van de studie Chemische Technologie aan de Universiteit Twente.

Onderzoekers binnen de vakgroep Chemische Fysica gebruikten het computersimulatiepakket GROMOS (Groningen Molecular Simulation) onder meer voor het uitvoeren van moleculaire dynamica computersimulaties aan eiwitten in oplossingen. Een belangrijk deel van Eddy’s afstudeerwerk bestond uit het aanpassen van dit pakket, geschreven in Fortran, om het geschikt te maken om ionogene systemen zoals keramiek en zouten te simuleren.

Destijds werden in het oorspronkelijke GROMOS-pakket de Coulomb-interacties aangepakt met een bolvormige afbakening (‘spherical cut-off’), wat niet adequaat is voor ionogene systemen waarvan het effect veel verder reikt. In computersimulaties moet je op een bijzondere manier omgaan met Coulomb langeafstandsinteracties vanwege de omgekeerde afhankelijkheid van de Coulomb-potentiaal met de afstand tussen de ladingen. De reikwijdte van deze Coulomb-potentiaal is groter dan de halve boxlengte voor een simulatie van zo’n 500 deeltjes waar we hier mee te maken hadden.

Een nauwkeurige en efficiënte manier om de Coulomb langeafstandsinteracties tussen een ion en al z’n buren te berekenen (inclusief periodieke afbeeldingen ervan) is de Ewald-som. De essentie van de Ewald-som is dat een reeks discrete rijen van ladingen in drie dimensies wordt vervangen door twee wiskundige reeksen die ingewikkelder zijn, maar wel snel convergeren.

In hoofdstuk 3 van het afstudeerverslag van Eddy Brinkman uit 1990 staat de theorie van deze Ewald-som beschreven, alsmede de omwerking hiervan naar de praktische toepassing in Fortran in het relevante onderdeel van GROMOS. Klik op de onderstaande afbeelding om dit hoofdstuk als gescand PDF-document te openen.