Molecular Dynamics Calculation of Neutron Inelastic Scattering from Water

Abstract

The data generated by a molecular dynamics calculation on liquid water at 1 gm cm⁻³ and 10°C have been used to simulate a neutron inelastic scattering experiment on water. It is shown that already at κ ∼ 1 Å ⁻¹ the function ω²S_inc (κ, ω)/κ ² is a good replica of the spectrum of proton velocity autocorrelation. It is emphasized that the separation of S_inc (κ, ω) into quasielastic and inelastic parts or the use of a phonon expansion in analyzing the data are both invalid procedures.

Résumé

La diffusion inélastique des neutrons par l’eau est simulée, utilisant des trajectoires produites par un calcul de dynamique moleculaire sur l’eau de densité 1 gm cm⁻³ et à une temperature 10°C. On a trouve qu’ une valur de k ~ 1 Â⁻¹ est déjà suffisamment petite pour que ω²S_inc(κ, ω)/κ² soit une bonne representation du spectre de corrélation des vitesses de protons. On constate que (i) la séparation de S_inc (κ, ω) en une partie quasiélastique et une partie inélastique et (ii) l’usage d’une expansion phononique pour l’analyse des données d’une expérience de cette sorte sont, tous les deux, des procédés non-valables.

Work performed in part under the auspices of the U.S. Atomic Energy Commission.