MD原理与Lammps实例.pptVIP

* Laboratory of Space Materials Science and Technology 分子动力学模拟与 LAMMPS 软件的使用 李留辉 2016.05 分子动力学模拟基础 MD势函数 LAMMPS软件简介 LAMMPS运行实例 主要内容 MD：根据描述原子间相互作用的势函数， 求解经典牛顿运动方程，得到系统确定的运动轨迹 1. 分子动力学模拟基础 原子间作用势 MD计算流程图 Newton 运动方程的数值求解：有限差分 1、Verlet、 Velocity-Verlet、Leap-Frog算法 2、Gear预测－校正算法 微正则系综 (NVE) —— 孤立体系 正则系综 (NVT) —— 温度恒定 等温等压系综 (NPT) —— 温度和压力恒定 MD中的系综 (Ensemble) 温度标定： ~ MD中的结构表征 1、双体分布函数 (Pair Distribution Function) 局域原子数密度与平均数密度之比 配位数 3、键对分析技术 (Pair Analysis) 区分不同的团簇结构 2、结构因子S(q) q：倒易空间矢量 原子扩散 表面、界面、缺陷 晶体生长、 固态相变 熔化、凝固、非晶形成 力学性质 声子、热力学性质 密度、膨胀系数 焓、比热 表面张力、粘度、扩散系数 熔点、熔化热 MD的应用 热物理性质 2. MD 势函数 对势：Lennard-Jones、Morse 多体势[1] EAM、Finnis-Sinclair, Extended FS SMA-TB、Smoothed SMA-TB Johnson、Mishin、Zhou …… 考虑角度效应 MEAM / 2NN-MEAM Stillinger-Weber、Tersoff Bond-Order potential 对势项 多体项 电子密度： [1] J. H. Li, et al, Physics Reports, 2008, 455:1-134 Lennard-Jones势: e：势阱深度；s：u=0 时的原子间距 Fij = ? rm= ? 缺点：无方向性，没有考虑多体项，不适合大多数金属 Finnis-Sinclair势 两个孤立 Ni-Ni 原子的 FS 势 Run FS.m using Matlab/Scilab/FreeMat/Octave … MEAM[1] 总能量 嵌入能 电荷密度 [1] M. I. Baskes, Physical Review B, 1992, 46:2727-2742 3. LAMMPS软件简介 Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator 超大规模原子/分子并行模拟器 官网：/ 开源，可下载源程序或二进制文件 发表论文实例： 模拟对象：原子，金属，聚合物，生物分子，粒状和粗粒化体系 计算体系：小至几个粒子，大到上百万甚至上亿个粒子 运行平台：单个处理器的 PC，多处理器并行计算机 功能和优点： 可以串行或并行计算 开源，高移植性C++语言编写 可以方便的扩展，增加新功能 自定义变量和方程 一个输入脚本实现一个或多个模拟任务 力场：(pair/bond/angle/dihedral/improper/kspace style) 对势：L-J, Buckingham, Morse, Yukawa 多体势：EAM, Finnis-Sinclair EAM, MEAM, Stillinger-Weber, Tersoff 水势能：TIP3P，TIP4P，SPC 长程库伦力：Ewald, Wolf, PPPM 化学：CHARMM，AMBER，OPLS，GROMACS相兼容的力场 GPU 加速的势函数 系综：NVE，NVT，NPT，NPH 约束条件，边界条件：(fix命令) 二维/三维体系，正交/非正交空间 不同的温度和压力控制 非平衡分子动力学 (NEMD) 原子创建： (命令：read_data, lattice, create-atoms, delete, replicate) 从文件中读入原子坐标 在一个或多个晶格中创建原子 删除、复制、替换 输出： (命令：dump, restart) 原子的位置、速度、加速度，能量、压力等 每个原子的时间与空间平均 用户自定义变量 原子图像：XYZ，XTC，DCD，CFG格式 二进制续算文件 LAMMPS不具备的功能： 图形用户界面 创建分子体系 自动施加力场参数 MD的可视化和输出数据作图 数据的前/后处理： Tools中提供了一系列前/后处理工具 其它分子动力学软件包： DL_POLY、GULP CHARMM、AMBER、NAMD、NWCHEM、T