LAMMPS命令類別詳解

LAMMPS命令類別詳解LAMMPS輸入腳本通常有4個部分：Initialization;Systemdefinition;Simulationsettings;Runasimulation.Initialization：相關的命令有：units,dimension,newton,processors,boundary,atom_style,atom_modify.如果要讀取的文件中出現(xiàn)了力場參數(shù)，這些命令將告訴LAMMPS正在使用哪種力場:pair_style,bond_style,angle_style,dihedral_style,improper_style.Systemdefinition：有三種方法來定義模擬單元，為力場信息預留空間，并在LAMMPS中填充原子。分別通過read_data或read_restart命令從(1)數(shù)據(jù)文件或(2)重啟文件中讀取它們。這些文件還可以包含分子拓撲信息?；蛘?3)創(chuàng)建一個模擬單元，用晶格上的原子填充它(沒有分子拓撲)，使用以下命令:lattice,region,create_box,create_atomsorread_dump.使用replicate命令，可以復制整個原子集以進行更大的模擬。Simulationsettings：一旦定義了原子和分子拓撲，就可以指定各種設置:力場系數(shù)、模擬參數(shù)、輸出選項等等。力場系數(shù)由以下命令設置（它們也可以在讀取文件中設置）：pair_coeff,bond_coeff,angle_coeff,dihedral_coeff,improper_coeff,kspace_style,dielectric,special_bonds.各種模擬參數(shù)由以下命令設置：neighbor,neigh_modify,group,timestep,reset_timestep,run_style,min_style,min_modify.修復會強加各種邊界條件、時間積分和特征選項。Fix命令有多種形式?？梢允褂胏ompute、compute_modify和variable命令指定模擬期間執(zhí)行的各種計算。輸出選項由Thermo，Dump和Restart命令設置。Runasimulation：使用run命令運行分子動力學模擬。使用minimize命令來執(zhí)行能量最小化(分子靜力學)?？梢允褂胻emper命令運行并行回火(副本交換)模擬。Initialization1.1unitsunits關鍵字用來說明整個模擬體系所涉及到的物理量的單位制,后面的參數(shù)lj是在告訴LAMMPS所有物理量都采用無量綱的約化單位。LAMMPS還有很多種單位制可以選擇,這需要根據(jù)實際體系來具體考慮,例如：unitssi；unitsmetal；unitslj；unitsreal;unitsstyle（style=ljorrealormetalorsiorcgsorelectronormicroornano）對于除lj以外的所有單位，LAMMPS使用來自的物理常數(shù)。對于以實際單位為千卡的定義，LAMMPS使用1卡路里=4.184J。對于lj，所有量都是無單位的。在不失一般性的前提下，LAMMPS設置基本量：質量，σ，ε，和玻爾茲曼常數(shù)kB=1。指定的質量，距離和能量是這些基本值的倍數(shù)。還給出了將減少或無單位數(shù)量與相同數(shù)量單位相聯(lián)系的公式。因此，您可以使用質量＆σ＆ε值，然后將無單位LJ模擬的結果轉換為物理量。1.2newton此命令可打開或關閉牛頓的第三定律以進行成對和鍵合交互。對于大多數(shù)問題，將牛頓的第三定律設置為“開”意味著在計算上節(jié)省了適度的時間，但通訊量卻增加了兩倍。是否更快，取決于問題的大小，強制截止長度，機器的計算/通信比率以及使用的處理器數(shù)量。newtonflag#flag=onoroff成對和鍵合相互作用都打開或關閉newtonflag1flag2#flag1=onoroff成對交互作用打開或關閉#flag2=onoroff鍵合相互作用打開或關閉Setupsimulationboxboundary在每個維度中為全局模擬框設置邊界樣式。單個字母將相同的樣式分配給框的下表面和上表面。兩個字母將第一種樣式分配給下表面，將第二種樣式分配給上表面。模擬框的初始大小由read_data，read_restart或create_box命令設置。對于樣式p表示盒子是周期性的，因此粒子可以跨邊界交互，并且它們可以退出盒子的一端并重新進入另一端。樣式f，s和m表示盒子是非周期性的，因此粒子不會越過邊界相互作用，也不會從盒子的一側移動到另一側。對于樣式f，面的位置是固定的。如果一個原子移動到面外，它將在下一個發(fā)生重鉆孔的時間步被刪除。這通常會生成錯誤，除非您已將thermo_ModifyLost選項設置為允許丟失原子。對于樣式s，面的位置設置為包含該維度中的原子(收縮包裹)，無論它們移動多遠。請注意，如果當前長方體尺寸與收縮包絡長方體尺寸之間的差異很大，則在并行運行時，這可能會導致在運行開始時丟失原子。這是由于(全局)框尺寸的較大變化也導致各個子域大小的顯著變化。如果這些變化比通信中斷的距離更遠，原子將會丟失。通過使用m樣式邊界，將初始框尺寸設置為更緊密地匹配收縮包裝尺寸，可以最好地解決此問題。對于樣式m，會發(fā)生收縮包裝，但受數(shù)據(jù)或重新啟動文件中指定的值或由CREATE_BOX命令設置的值的限制。例如，如果數(shù)據(jù)文件中上部z面的值為50.0，則即使所有原子的最大z范圍變得小于50.0，該面也將始終定位在50.0或更高的位置。如果從空盒子開始模擬，或者希望在盒子的一側留出空間(例如，讓原子從曲面蒸發(fā))，這會很有用。注意：在模擬框由READ_DATA或CREATE_BOX命令或READ_RESTART命令定義后，不能使用此命令。有關如何在定義模擬框邊界后更改其邊界的信息，請參見CHANGE_BOX命令。對于二維模擬，z維必須是周期性的。boundaryxyzboundaryppfboundarypfspboundarysffmx,y,z=porsorform,oneortwoletterspisperiodic#周期性的fisnon-periodicandfixed#非定期和固定的sisnon-periodicandshrink-wrapped#非周期和收縮包裝misnon-periodicandshrink-wrappedwithaminimumvalue#非周期的，并且使用最小值進行收縮包裝boxcommand設置模擬框的屬性。對于Triclinic(非正交)模擬框，TILT關鍵字允許使用任意傾斜因子創(chuàng)建模擬域，例如通過CREATE_BOX或READ_DATA命令。傾斜系數(shù)決定了三斜線盒的傾斜程度；有關LAMMPS中三斜線盒的討論。LAMMPS通常要求傾斜因子不能使長方體傾斜超過平行長方體長度的一半，這是傾斜因子的第一個維度(x表示XZ)。一般地傾斜度設置為小(默認值)，則如果創(chuàng)建的長方體超過此限制，則會生成錯誤。如果傾斜度設置為較大，則不會強制實施任何限制。您可以創(chuàng)建具有任何您希望的傾斜系數(shù)的長方體。請注意，如果模擬框具有較大的傾斜因子，則LAMMPS的運行效率會較低，因為獲取處理器不規(guī)則子域周圍的重影原子需要大量通信。對于傾斜度的極端值，LAMMPS也可能丟失原子并產(chǎn)生錯誤。boxtiltvalue#tiltvalue=smallorlargeboxtiltlarge/small由read_data或create_box命令或read_restart命令定義模擬框后，將無法使用此命令。change_boxcommand更改模擬框的體積和/或形狀和/或邊界條件。正交模擬框具有3個可調(diào)整大小的參數(shù)（x，y，z）。Triclinic（非正交）模擬盒具有6個可調(diào)整的大小/形狀參數(shù)（x，y，z，xy，xz，yz）。這些命令中的任何一個或全部都可以通過此命令獨立調(diào)整。因此，它可以用于擴展或收縮盒子，或向非正交盒子施加剪切應變。它也可以用來更改模擬框的邊界條件，類似于boundary命令。change_boxgroup-IDparameterargs...keywordargs...group-ID=IDofgroupofatomsto(optionally)displaceparameter=xoryorzorxyorxzoryzorboundaryororthoortriclinicorsetorremapx,y,zargs=stylevalue(s)style=finalordeltaorscaleorvolumefinalvalues=lohilohi=boxboundariesafterdisplacement(distanceunits)deltavalues=dlodhidlodhi=changeinboxboundariesafterdisplacement(distanceunits)scalevalues=factorfactor=multiplicativefactorforchangeinboxlengthafterdisplacementvolumevalue=none=adjustthisdimtopreservevolumeofsystemxy,xz,yzargs=stylevaluestyle=finalordeltafinalvalue=tilttilt=tiltfactorafterdisplacement(distanceunits)deltavalue=dtiltdtilt=changeintiltfactorafterdisplacement(distanceunits)boundaryargs=xyzx,y,z=porsorform,oneortwoletterspisperiodic#周期性的fisnon-periodicandfixed#非定期和固定的sisnon-periodicandshrink-wrapped#非周期和收縮包裝misnon-periodicandshrink-wrappedwithaminimumvalue#非周期的，并且使用最小值進行收縮包裝orthoargs=none=changeboxtoorthogonaltriclinicargs=none=changeboxtotriclinicsetargs=none=storestateofcurrentboxremapargs=none=remapatomcoordsfromlastsavedstatetocurrentboxkeyword=unitsunitsvalue=latticeorboxlattice=distancesaredefinedinlatticeunitsbox=distancesaredefinedinsimulationboxunitsExamplechange_boxallxyfinal-2.0zfinal0.05.0boundaryppfremapunitsboxchange_boxallxscale1.1yvolumezvolumeremap初始模擬框的大小和形狀由用于設置模擬的create_box或read_data或read_restart命令指定。尺寸和形狀可以通過隨后的運行來改變，例如通過使用fixnpt或fixtransform命令。create_box，讀取數(shù)據(jù)和read_restart命令還確定模擬框是正交的還是三斜的，并且它們的文檔頁面解釋了xy，xz，yz傾斜因子的含義。該命令中使用的關鍵字按指定順序依次應用于模擬框及其中的原子。注意:這意味著您不能使用change_box命令來放大收縮包裝的盒子，例如，通過create_atoms命令來為插入更多原子騰出空間，因為在change_box命令完成之前，模擬盒子將被重新收縮包裝。相反，你可以這樣做，假設模擬框是非周期性的，原子在所有維度上從0延伸到20:create_boxcommand此命令基于指定區(qū)域創(chuàng)建模擬框。必須首先使用region命令來定義幾何域。create_boxNregion-IDkeywordvalue...N=要在此模擬中使用的atom類型region-ID=要用作模擬域的區(qū)域IDkeyword=bond/typesorangle/typesordihedral/typesorimproper/typesorextra/bond/per/atomorextra/angle/per/atomorextra/dihedral/per/atomorextra/improper/per/atombond/typesvalue=#ofbondtypesangle/typesvalue=#ofangletypesdihedral/typesvalue=#ofdihedraltypesimproper/typesvalue=#ofimpropertypesextra/bond/per/atomvalue=#ofbondsperatomextra/angle/per/atomvalue=#ofanglesperatomextra/dihedral/per/atomvalue=#ofdihedralsperatomextra/improper/per/atomvalue=#ofimpropersperatomextra/special/per/atomvalue=#ofspecialneighborsperatomExamplecreate_box2myboxcreate_box2myboxbond/types2extra/bond/per/atom1latticecommand#晶格命令定義一個供其他命令使用的晶格。在LAMMPS中，晶格只是空間中的一組點，由具有基本原子的晶胞確定，并在所有維度上無限復制。晶格命令的自變量可用于定義各種晶體學晶格。LAMMPS通過兩種方式使用晶格。首先，create_atoms命令在模擬框內(nèi)的晶格點上創(chuàng)建原子。請注意，create_atoms命令允許將不同的原子類型分配給晶格的不同基礎原子。其次，晶格所隱含的x，y，z維度中的晶格間距可被其他命令用作距離單位（例如create_box，區(qū)域和速度），當基礎問題幾何是原子上的原子時，通常方便使用一個格子。晶格樣式必須與模擬的尺寸一致-請參見標注命令。樣式sc或bcc或fcc或hcp或diamond適用于3d問題。sq或sq2或hex樣式適用于2d問題。樣式自定義可用于2d或3d問題。晶格由一個晶胞，該晶胞內(nèi)的一組基礎原子以及一組將晶胞映射到模擬框中的轉換參數(shù)（比例，原點，方向）組成。向量a1，a2，a3是單位晶胞的邊緣向量。這是固態(tài)晶體學中“原始”向量的命名法，但是在LAMMPS中，它們確定的晶胞不必是最小體積的“原始”細胞。注意，在輸入腳本中可以多次使用lattice命令。每次調(diào)用它時，都會重新定義晶格屬性，并將其用于所有后續(xù)命令（使用晶格屬性）。例如，晶格，區(qū)域和create_atoms命令序列可以重復多次以構建具有不同幾何區(qū)域的多晶模型，該幾何區(qū)域中填充了原子的晶格方向不同。樣式為none的晶格不會定義單位像元和基集，因此無法與create_atoms命令一起使用。但是，它確實通過指定的比例參數(shù)定義了晶格間距。如上所述，x，y，z中的晶格間距可以被其他命令用作距離單位。不能為none樣式指定其他關鍵字/值對。默認情況下，定義了“無晶格1.0”，這意味著晶格間距與units命令定義的一個距離單位相同。sc，fcc，bcc和Diamond樣式的格是3d晶格，它們定義了邊長=1.0的立方晶胞。這意味著a1=100，a2=010和a3=001。樣式hcp具有a1=100，a2=0sqrt（3）0和a3=00sqrt（8/3）。在任何固態(tài)物理學課本中都描述了基本原子在晶胞內(nèi)的位置。sc晶格在立方體的左下角具有1個基本原子。一個密件抄送晶格具有2個基本原子，一個在原子的角，一個在立方體的中心。一個fcc晶格具有4個基本原子，一個在角上，一個在立方面中心上為3。hcp晶格具有4個基本原子，兩個在z=0平面中，兩個在z=0.5平面中。鉆石晶格具有8個基本原子。sq和sq2樣式的格是2d晶格，它們定義邊長=1.0的正方形單位像元。這意味著a1=100和a2=010。一個方格在正方形的左下角具有1個基本原子。sq2晶格具有2個基本原子，一個在原子的角上，另一個在正方形的中心。十六進制樣式也是2d晶格，但單位晶格是矩形，a1=100和a2=0sqrt（3）0。它有2個基本原子，一個在原子的角上，一個在矩形的中心。自定義樣式的晶格允許您指定a1，a2，a3以及要放入單位單元中的基本原子的列表。默認情況下，a1，a2和a3是3個正交單位向量（單位立方體的邊）。但是您可以將它們指定為任意長度，并且彼此不正交，以便它們描述傾斜的平行六面體。通過base關鍵字，您可以一次添加一個原子到晶胞中。它的參數(shù)是小數(shù)坐標（0.0<=x，y，z<1.0）。因此，晶胞內(nèi)基本原子的位置向量x是晶胞的3個邊緣向量的線性組合，即x=bxa1+乘a2+bza3，其中bx，by，bz是為晶界指定的3個值基本關鍵字。Latticestylescalekeywordvalues...style=noneorscorbccorfccorhcpordiamondorsqorsq2orhexorcustomscale=scalefactorbetweenlatticeandsimulationboxscale=reduceddensityrho*(forLJunits)scale=以距離單位表示的晶格常數(shù)(forallotherunits)zeroormorekeyword/valuepairsmaybeappendedkeyword=originororientorspacingora1ora2ora3orbasisoriginvalues=xyzx,y,z=fractionsofaunitcell(0<=x,y,z<1)orientvalues=dimijkdim=xoryorzi,j,k=integerlatticedirectionsspacingvalues=dxdydzdx,dy,dz=latticespacingsinthex,y,zboxdirectionsa1,a2,a3values=xyzx,y,z=primitivevectorcomponentsthatdefineunitcellbasisvalues=xyzx,y,z=fractionalcoordsofabasisatom(0<=x,y,z<1)Examplelatticefcc3.52Latticehex0.85Latticesq0.8origin0.00.50.0orientx110orienty-110latticecustom3.52a11.00.00.0a20.51.00.0a30.00.00.5&basis0.00.00.0basis0.50.50.5Latticenoneregioncommand該命令定義空間的幾何區(qū)域。各種其他命令使用區(qū)域。例如，可以通過create_atoms命令用原子填充該區(qū)域?；騾^(qū)域周圍的邊界框可用