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【PDF】计算材料学

计算材料学

分子动力学上机实验教程（2014.04）

课时安排、重要通知、更新、软件下载请见：

http://www.77cn.com.cn

上机实验相关软件分类介绍 分子动力学：LAMMPS --- 附录1

操作系统：CentOS（linux）--- 附录2

可视化：Atomeye --- 附录3（课堂使用），OVITO --- 附录4（推荐课下使用）

画图：Gnuplot --- 附录5

文本编辑：Gedit：Linux，GNOME桌面环境下兼容UTF-8的文本编辑器。它使用GTK+编写而成，简单易用，支持包括gb2312、gbk在内的多种字符编码。

远程登录和文件传输：sftp（Xmanager）

附录1.

LAMMPS介绍：

LAMMPS-Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator, 大规模原子分子并行模拟器。美国Sandia国家实验室开发，开放源代码且可以免费获取使用，使用者可以根据自己需要自行修改源代码。LAMMPS可以支持包括气态，液态或者固态相形态下、各种系综下、百万级的原子分子体系，并提供支持多种势函数。且LAMMPS有良好的并行扩展性。

材料领域，LAMMPS已经是准标准化的分子动力学软件。

LAMMPS官网：

使用LAMMPS:

(1)输入一般至少包括两个：

(a)input文件: LAMMPS命令集成在该文本中，可以包括MD相关的模型结构，弛豫条件，加载方式，输出内容等绝大多数信息。具体每一行语句在官网上有详细的解释。我们学习的一项主要内容是理解和改写input文件。

(b)势函数文件：将势函数的参数等信息独立出来，写成单独的一个文件，在input文件内调入使用。

(2)运行软件：

保证当前目录下写好了input文件和势函数文件，终端上输入命令（串行）:

(3)输出一般有三个部分：（所有输出都与input文件与输出相关的指令相关）

(a)直接输出在屏幕上，一些程序运行的关键信息直接出现输出屏幕上，一般是整个体系的信息。这些内容默认保存在http://www.77cn.com.cnmmps文件里，我们称为log文件。

(b)输出记录每个原子信息的文件，有多种形式，我们的到的x.cfg文件是可以被可可视化软件Atomeye直接读取的。也可以用gedit直接打开，可以看到每一行记录一个原子的信息，比如坐标，速度，动能，势能等。 (c)其它按照input文件中的指令计算并输出的文件或者是对log文件中的内容处理提取得到的文件。同样可以用gedit打开，我们可以对其进行后续的分析，计算，画图等处理。

Input脚本语法介绍：

（LAMMPS版本更新非常快，这里只是对本课程所需的命令及其它部分常用命令的介绍，关注LAMMPS官网 ，是学习LAMMPS最有效的方法！）

以下□表示空格,红色表示可更改的参数

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2. 几种常见的建模建立及其它处理：

（1）：构建晶体

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pair_coeff□*□*□jin_copper_lammps.setfl□Cu

一个具体例子来说明：*□*指对任意两种

元素，若体系只有一种元素，它等效为 1□1, jin_copper_lammps.setfl为势函数文件的文件名

4.步长步数设定 input文件语句 timestep□0.005 reset_timestep□N run□M 5.定于变量 input文件语句 variable□x□equal□pe variable□x□index□1□3□5□7 next□x jump□in.put variable□n□loop□80 label□loopn next□n jump□in.put□loopn说明定义变量 x,其值等于体系的势能，pe默认表示体系的势能定于变量 x,其值依次为 1,3,5,7用变量 x的下一个值重新给出 input文件的文件名,LAMMPS运行所指定文件中的指令定义一个循环变量 n,其值为 1到 80给一个 n循环的标记用变量 n的下一个值重新给出 input文件的文件名,LAMMPS运行所指定文件中标记的 n循环之后的指令说明设置时间步长为 0.005个时间单位，若单位系统为 metal,则为 ps将时间步数重设为 N在设定条件下运行 M步

6.计算 input文件语句 compute□1□all□ke/atom compute□1□middle□stress/atom compute□RDF□all□rdf□100 compute□1□fluid□rdf□500□1□1□ 1□2□2□2说明计算所有原子的动能， 1表示本计算指令的 ID, all是所计算对象的组的名称，all表示全体原子计算组名为 middle内原子的力，计算结果是力的张量，储存在一个 6维矢量中，顺序依次为 xx,yy,zz,xy,xz,yz计算所有原子的径向分布函数，或称为 g(r),100表示精度，RDF是 compute指令的 ID计算组名为 fluid中原子的径向分布函数，依次计算 1号原子与 1号原子之间的 g(r),1号与 2号，2号与 2号之间的 g(r),500表示精度

7.弛豫和简单加载 input文件语句 fix□1□all□nve fix□3□all□nvt□100.0□100.0□0.1说明对整个体系采取 NVE弛豫，1为 fix指令的 ID使整体在 NVT条件下弛豫，初温度和末温度均为 100.0K,温度阻尼(damping)参数，为 0.1,指调节温度的快慢通过随机使改变原子移动一小段距离来找到局部能量最小化的结构， 1.0e-4是停止计算的能量判定值， 1.0e-6是停止计算的力的判定值，100是最大迭代次数，1000是最大的能量/力的计算次数。上述四个准则中任一个达到，minimize过程就将停止使盒子变形，y方向上以工程应变率的值为 0.0001拉长， (负值代表压缩),2为 fix指令的 ID,1表示每 1个

minimize□1.0e-4□1.0e-6□100□1000

fix□2□all□deform□1□y□erate□0.0001

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8. 输出的相关指令

附录2.

Linux操作系统介绍：

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