LAMMPS命令類別詳解

LAMMPS命令類別詳解LAMMPS輸入腳本通常有4個(gè)部分：Initialization;Systemdefinition;Simulationsettings;Runasimulation.Initialization：相關(guān)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(chǎng)參數(shù)，這些命令將告訴LAMMPS正在使用哪種力場(chǎng):pair_style,bond_style,angle_style,dihedral_style,improper_style.Systemdefinition：有三種方法來(lái)定義模擬單元，為力場(chǎng)信息預(yù)留空間，并在LAMMPS中填充原子。分別通過(guò)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?fù)湫畔??；蛘?3)創(chuàng)建一個(gè)模擬單元，用晶格上的原子填充它(沒(méi)有分子拓?fù)?，使用以下命令:lattice,region,create_box,create_atomsorread_dump.使用replicate命令，可以復(fù)制整個(gè)原子集以進(jìn)行更大的模擬。Simulationsettings：一旦定義了原子和分子拓?fù)?，就可以指定各種設(shè)置:力場(chǎng)系數(shù)、模擬參數(shù)、輸出選項(xiàng)等等。力場(chǎng)系數(shù)由以下命令設(shè)置（它們也可以在讀取文件中設(shè)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(shè)置：neighbor,neigh_modify,group,timestep,reset_timestep,run_style,min_style,min_modify.修復(fù)會(huì)強(qiáng)加各種邊界條件、時(shí)間積分和特征選項(xiàng)。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(jì)算。輸出選項(xiàng)由Thermo，Dump和Restart命令設(shè)置。Runasimulation：使用run命令運(yùn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬。使用minimize命令來(lái)執(zhí)行能量最小化(分子靜力學(xué))?？梢允褂胻emper命令運(yùn)行并行回火(副本交換)模擬。Initialization1.1unitsunits關(guān)鍵字用來(lái)說(shuō)明整個(gè)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(wú)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(shí)際體系來(lái)具體考慮,例如：unitssi；unitsmetal；unitslj；unitsreal;unitsstyle（style=ljorrealormetalorsiorcgsorelectronormicroornano）對(duì)于除lj以外的所有單位，LAMMPS使用來(lái)自的物理常數(shù)。對(duì)于以實(shí)際單位為千卡的定義，LAMMPS使用1卡路里=4.184J。對(duì)于lj，所有量都是無(wú)單位的。在不失一般性的前提下，LAMMPS設(shè)置基本量：質(zhì)量，σ，ε，和玻爾茲曼常數(shù)kB=1。指定的質(zhì)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(wú)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(zhì)量＆σ＆ε值，然后將無(wú)單位LJ模擬的結(jié)果轉(zhuǎn)換為物理量。1.2newton此命令可打開(kāi)或關(guān)閉牛頓的第三定律以進(jìn)行成對(duì)和鍵合交互。對(duì)于大多數(shù)問(wèn)題，將牛頓的第三定律設(shè)置為“開(kāi)”意味著在計(jì)算上節(jié)省了適度的時(shí)間，但通訊量卻增加了兩倍。是否更快，取決于問(wèn)題的大小，強(qiáng)制截止長(zhǎng)度，機(jī)器的計(jì)算/通信比率以及使用的處理器數(shù)量。newtonflag#flag=onoroff成對(duì)和鍵合相互作用都打開(kāi)或關(guān)閉newtonflag1flag2#flag1=onoroff成對(duì)交互作用打開(kāi)或關(guān)閉#flag2=onoroff鍵合相互作用打開(kāi)或關(guān)閉Setupsimulationboxboundary在每個(gè)維度中為全局模擬框設(shè)置邊界樣式。單個(gè)字母將相同的樣式分配給框的下表面和上表面。兩個(gè)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(shè)置。對(duì)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(jìn)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(huì)越過(guò)邊界相互作用，也不會(huì)從盒子的一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)。對(duì)于樣式f，面的位置是固定的。如果一個(gè)原子移動(dòng)到面外，它將在下一個(gè)發(fā)生重鉆孔的時(shí)間步被刪除。這通常會(huì)生成錯(cuò)誤，除非您已將thermo_ModifyLost選項(xiàng)設(shè)置為允許丟失原子。對(duì)于樣式s，面的位置設(shè)置為包含該維度中的原子(收縮包裹)，無(wú)論它們移動(dòng)多遠(yuǎn)。請(qǐng)注意，如果當(dāng)前長(zhǎng)方體尺寸與收縮包絡(luò)長(zhǎng)方體尺寸之間的差異很大，則在并行運(yùn)行時(shí)，這可能會(huì)導(dǎo)致在運(yùn)行開(kāi)始時(shí)丟失原子。這是由于(全局)框尺寸的較大變化也導(dǎo)致各個(gè)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(yuǎn)，原子將會(huì)丟失。通過(guò)使用m樣式邊界，將初始框尺寸設(shè)置為更緊密地匹配收縮包裝尺寸，可以最好地解決此問(wèn)題。對(duì)于樣式m，會(huì)發(fā)生收縮包裝，但受數(shù)據(jù)或重新啟動(dòng)文件中指定的值或由CREATE_BOX命令設(shè)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(kāi)始模擬，或者希望在盒子的一側(cè)留出空間(例如，讓原子從曲面蒸發(fā))，這會(huì)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(guān)如何在定義模擬框邊界后更改其邊界的信息，請(qǐng)參見(jiàn)CHANGE_BOX命令。對(duì)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(jìn)行收縮包裝boxcommand設(shè)置模擬框的屬性。對(duì)于Triclinic(非正交)模擬框，TILT關(guān)鍵字允許使用任意傾斜因子創(chuàng)建模擬域，例如通過(guò)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(guān)LAMMPS中三斜線盒的討論。LAMMPS通常要求傾斜因子不能使長(zhǎng)方體傾斜超過(guò)平行長(zhǎng)方體長(zhǎng)度的一半，這是傾斜因子的第一個(gè)維度(x表示XZ)。一般地傾斜度設(shè)置為小(默認(rèn)值)，則如果創(chuàng)建的長(zhǎng)方體超過(guò)此限制，則會(huì)生成錯(cuò)誤。如果傾斜度設(shè)置為較大，則不會(huì)強(qiáng)制實(shí)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(zhǎng)方體。請(qǐng)注意，如果模擬框具有較大的傾斜因子，則LAMMPS的運(yùn)行效率會(huì)較低，因?yàn)楂@取處理器不規(guī)則子域周圍的重影原子需要大量通信。對(duì)于傾斜度的極端值，LAMMPS也可能丟失原子并產(chǎn)生錯(cuò)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(wú)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(gè)可調(diào)整大小的參數(shù)（x，y，z）。Triclinic（非正交）模擬盒具有6個(gè)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(gè)或全部都可以通過(guò)此命令獨(dú)立調(diào)整。因此，它可以用于擴(kuò)展或收縮盒子，或向非正交盒子施加剪切應(yīng)變。它也可以用來(lái)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(jìn)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(shè)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(guò)隨后的運(yùn)行來(lái)改變，例如通過(guò)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(yè)面解釋了xy，xz，yz傾斜因子的含義。該命令中使用的關(guān)鍵字按指定順序依次應(yīng)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(lái)放大收縮包裝的盒子，例如，通過(guò)create_atoms命令來(lái)為插入更多原子騰出空間，因?yàn)樵赾hange_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(shè)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(lái)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(gè)供其他命令使用的晶格。在LAMMPS中，晶格只是空間中的一組點(diǎn)，由具有基本原子的晶胞確定，并在所有維度上無(wú)限復(fù)制。晶格命令的自變量可用于定義各種晶體學(xué)晶格。LAMMPS通過(guò)兩種方式使用晶格。首先，create_atoms命令在模擬框內(nèi)的晶格點(diǎn)上創(chuàng)建原子。請(qǐng)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(chǔ)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(dāng)基礎(chǔ)問(wèn)題幾何是原子上的原子時(shí)，通常方便使用一個(gè)格子。晶格樣式必須與模擬的尺寸一致-請(qǐng)參見(jiàn)標(biāo)注命令。樣式sc或bcc或fcc或hcp或diamond適用于3d問(wèn)題。sq或sq2或hex樣式適用于2d問(wèn)題。樣式自定義可用于2d或3d問(wèn)題。晶格由一個(gè)晶胞，該晶胞內(nèi)的一組基礎(chǔ)原子以及一組將晶胞映射到模擬框中的轉(zhuǎn)換參數(shù)（比例，原點(diǎn)，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(xué)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(xì)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(shí)，都會(huì)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(fù)多次以構(gòu)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(huì)定義單位像元和基集，因此無(wú)法與create_atoms命令一起使用。但是，它確實(shí)通過(guò)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(guān)鍵字/值對(duì)。默認(rèn)情況下，定義了“無(wú)晶格1.0”，這意味著晶格間距與units命令定義的一個(gè)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(zhǎng)=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(xué)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(gè)基本原子。一個(gè)密件抄送晶格具有2個(gè)基本原子，一個(gè)在原子的角，一個(gè)在立方體的中心。一個(gè)fcc晶格具有4個(gè)基本原子，一個(gè)在角上，一個(gè)在立方面中心上為3。hcp晶格具有4個(gè)基本原子，兩個(gè)在z=0平面中，兩個(gè)在z=0.5平面中。鉆石晶格具有8個(gè)基本原子。sq和sq2樣式的格是2d晶格，它們定義邊長(zhǎng)=1.0的正方形單位像元。這意味著a1=100和a2=010。一個(gè)方格在正方形的左下角具有1個(gè)基本原子。sq2晶格具有2個(gè)基本原子，一個(gè)在原子的角上，另一個(gè)在正方形的中心。十六進(jìn)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(gè)基本原子，一個(gè)在原子的角上，一個(gè)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(rèn)情況下，a1，a2和a3是3個(gè)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(zhǎng)度，并且彼此不正交，以便它們描述傾斜的平行六面體。通過(guò)base關(guān)鍵字，您可以一次添加一個(gè)原子到晶胞中。它的參數(shù)是小數(shù)坐標(biāo)（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(gè)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(gè)值基本關(guān)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(guò)create_atoms命令用原子填充該區(qū)域?；騾^(qū)域周圍的邊界框可用