Lammps调研简介课件

Lammps调研简介与应用——学习指导老师：郭志新副教授1Lammps概述及历程一种经典分子动力学代码集合，它由Large-scaleAtomic/MolecularMassivelyParallelSimulator首字母缩写而来美国能源部（DOE）下属的两个实验室和三个公司联合开发，Sandia国家实验室发布固、液、气态的经典分子动力学模拟易于扩展，如加入新的力场、原子类型及边界条件等现行版C++MPI，FFT库函数支持GPU和OpenMP一个脚本可以运行一个或多个模拟lammps是一个开源免费的软件，其发行在GNUPublicLicense（GPL）意味着可以根据你的意愿修改和使用早期版本F77F90（2001）2004开始发行C++版2006年开始移植新特性（并行运行的框架构成）引入多体势2particleandmodeltypes

atomscoarse-grainedparticles(e.g.bead-springpolymers)united-atompolymersororganicmoleculesall-atompolymers,organicmolecules,proteins,DNAmetalsgranularmaterialscoarse-grainedmesoscalemodelsfinite-sizesphericalandellipsoidalparticlesfinite-sizelinesegment(2d)andtriangle(3d)particlespointdipoleparticlesrigidcollectionsofparticleshybridcombinationsofthese3力场（势）pairwisepotentials:Lennard-Jones,Buckingham,Morse,Born-Mayer-Huggins,Yukawa,soft,class2(COMPASS),hydrogenbond,tabulatedchargedpairwisepotentials:Coulombic,point-dipole

manybodypotentials:EAM,Finnis/SinclairEAM,modifiedEAM(MEAM),embeddedionmethod(EIM),EDIP,ADP,Stillinger-Weber,Tersoff,REBO,AIREBO(Brenner),ReaxFF,COMBelectronforcefield(eFF,AWPMD)coarse-grainedpotentials:DPD,GayBerne,REsquared,colloidal,DLVOmesoscopicpotentials:granular,Peridynamics,SPHbondpotentials:harmonic,FENE,Morse,nonlinear,class2,quartic(breakable)anglepotentials:harmonic,CHARMM,cosine,cosine/squared,cosine/periodic,class2(COMPASS)dihedralpotentials:harmonic,CHARMM,multi-harmonic,helix,class2(COMPASS),OPLS4improperpotentials:harmonic,cvff,umbrella,class2(COMPASS)polymerpotentials:all-atom,united-atom,bead-spring,breakablewaterpotentials:TIP3P,TIP4P,SPCimplicitsolventpotentials:hydrodynamiclubrication,DebyeKIMarchiveofpotentialslong-rangeinteractionsforcharge,point-dipoles,andLJdispersion:Ewald,Wolf,PPPM(similartoparticle-meshEwald)force-fieldcompatibilitywithcommonCHARMM,AMBER,DREIDING,OPLS,GROMACS,COMPASSoptionshandfulofGPU-enabledpairstyleshybridpotentials:multiplepair,bond,angle,dihedral,improperpotentialscanbeusedinonesimulationoverlaidpotentials:superpositionofmultiplepairpotent5初始构型(read_data,lattice,create_atoms,

delete_atoms,displace_atoms,replicate)从构型文件中读入原子坐标在格点上放置原子在给定构型上删除成组原子

已有构型复制多次

移动已有原子的位置6系综与约束条件(fix)二维或三位系统正交或非正交(三斜晶系)模拟区域NVE,NVT,NPT,NPH,Parinello/Rahman积分器针对原子组群可以指定不同的热耦通过Nose/Hoover或者Berendsen压耦控制压强模拟盒子可以变形(拉伸或剪切)谐振函数约束的力刚体约束,SHAKE算法固定键长键角化学键的断裂、生成、交换各种边界非平衡分子动力学模拟7积分算法(run,run_style,minimize)velocity-Verlet积分器布朗动力学刚体积分梯度共轭或者最陡下降法进行能量优化rRESPA多等级时间步长rerun命令8特殊功能随机转动动力学实时可视化和交互分子动力学模拟有限元方法实现的原子与连续模型的耦合POEMS库实现的耦合刚体积分巨正则系综(uVT)蒙特卡洛模拟插入和删除粒子低密度流体的蒙特卡洛直接模拟Peridynamics介观尺度建模TargetedMDandsteeredMD9LAMMPS不具备的功能没有运行LAMMPS的图形界面没有建立分子体系的工具自动给定力场参数模拟结果的复杂分析可视化模拟结果输出数据作图10Lammps输入文件结构Initialization(一些基本参数的设置)units,dimension,newton,processors,boundary,atom_style,atom_modify.pair_style,bond_style,angle_style,dihedral_style,improper_style.Atomdefinition(原子/分子topology)read_dataorread_restartlattice,region,create_box,create_atomsSettings(力场参数，模拟参数，输出选项）pair_coeff,bond_coeff,angle_coeff…neighbor,neigh_modify,group,timestep,run_style,min_style,min_modify.RunasimulationRun,minimize11Lammps实例-in.Si求晶格常数

unitsmetalboundarypppatom_styleatomicvariableiloop500variablexequal3.5+0.01*$i#buildthemodellatticediamond$xregionboxblock020202create_box1boxcreate_atoms1box#specifythepotentialpair_styleswpair_coeff**Si.swSimass128.085variablenequalcount(all)variablePequalpe/$n#variablevequalvoltimestep0.005thermo10#minimizethetotalenergymin_stylecgminimize1.0e-121.0e-1210001000print"@$x$P"#loopclearnextijumpin.Silattice:5.4301AngstromEh:4.3368eV

StillingerandWeber,Phys.Rev.B,v.31,p.5262,(1985)12Lammps求热导根据Fourier’slaw：可知热导热流及温度梯度之间关系。分子动力学方法求解热导常分为两类：平衡分子动力学（EMD）和非平衡态分子动力学（NEMD）而广泛使用的方法是“直接测量”法和Green-Kubo方法Lammps中基于NEMD求热导有三种方法方法一：muller-plathe（mp法）rNEMD

涉及主要命令：fixthermal/conductivity，computeke/atom，fixave/spatialTheJournalofChemicalPhysics106,6082(1997);13方法二：IkeshojiandHafskjold（IH法）涉及主要命令：

fixheat或fixtemp/rescalePHYSICALREVIEWBVOLUME59,NUMBER211JUNE1999-IIkeshojiandHafskjold,MolecularPhysics,81,251-261(1994).14方法三：两端固定加热浴（最接近实验模拟）涉及主要命令：fixsetforce fixnvt/npt fixave/spatialJournalofAppliedPhysics110,034309(2011)15方法四：EMD法基于Green-Kuboformula涉及主要命令：computeheat/flux