阻止能
原子核どうしの距離が非常に縮まったとき発生する斥力は実質的にクーロン相互作用と見なせる。それより距離が遠くなると原子核は電子雲によって互いに遮蔽される。したがって、原子核の間にはたらくクーロン斥力に遮蔽関数 φ(r/a) を掛けることで斥力ポテンシャルを表すことができる。
V ( r ) = 1 4 π ε 0 Z 1 Z 2 e 2 r φ ( r / a ) {\displaystyle V(r)={1 \over 4\pi \varepsilon _{0}}{Z_{1}Z_{2}e^{2} \over r}\varphi (r/a)}
ここで Z1 および Z2 は相互作用を受けている二原子核それぞれの電荷、r は原子核間距離である。a は遮蔽パラメータと呼ばれる。原子間距離が短い極限 r → 0 において遮蔽関数は φ(r/a) → 1 となる。
長年にわたって、半経験的なものと理論計算によるものを含めて多数の斥力ポテンシャルと遮蔽関数が提案されてきた。そのうちZiegler、Biersack、Littmarkが与えたいわゆるZBLポテンシャルは広く使われている。さまざまな原子の組み合わせに対して計算された理論ポテンシャルにユニバーサル遮蔽関数をフィッティングすることで構築されたものである。
しかし、結晶構造が考慮されていない点は多くのケースで有用性を大幅に損ねている。この難点を克服したBCAプログラムもいくつかあり、そのうちMARLOWE、BCCRYS、crystal-TRIMはよく知られている。
BCA方式は多くの物理プロセスを正しく表せるが、高エネルギーイオンの減速プロセスを現実的に表すにはいくつか克服すべき点がある。衝突が二体間でのみ起こるという基本的な前提条件は、多体相互作用を考慮しようとすると深刻な問題を引き起こす。また結晶材料のシミュレーションでは、次に衝突する格子原子と衝撃パラメーター p を選択する過程で、完全にwell-definedな値を持つとは限らないパラメーターが必ず用いられる。このことは結果に10–20%程度影響する。BCA方式で信頼性を最大に高めるには多体間衝突を取り入れる必要があるが、正しく行うのは容易ではない。ただし少なくともMARLOWEはこれを行っている。
運動方程式を数値的に解くことで原子系の時間発展を計算する分子動力学 (MD) シミュレーションは、多原子衝突をモデル化する原理的に明快な方法の一つである。イオン飛程の計算に特化したMD法として、シミュレーションに関与する相互作用と原子の数を減らすことで飛程計算に十分なほど効率を向上させる手法がいくつか考案されている。それらのMDシミュレーションでは核的阻止能の扱いは自明であり、電子的阻止能は摩擦力として取り入れられることもあれば、電子系への加熱や電子と原子の自由度の結合といった効果を再現する高度な方法が用いられることもある。