Научные программы, реализующие метод молекулярной динамики. Программа XMD

1. Научные программы, реализующие метод молекулярной динамики. Программа XMD

2. Научные программы, реализующие метод молекулярной динамики (только примеры, а не полный список)

Коммерческие коды: Materials Explorer
Научные программы:
Для однопроцессорных компьютеров: Dynamo, XMD
Для параллельных расчетов: Paradyn, LAMMPS, IMD

3. Программа XMD

• Автор: Джон Рифкин (John Rifkin),
Университет штата Коннектикут (США)
• http://xmd.sourceforge.net/about.html
• Используемые
потенциалы:
метод
погруженного атома для металлов,
Стиллингера-Вебера для Si, Терсоффа
для С, Si

4. Синтаксис использования

• Командное окно Windows (можно использовать FAR
manager)
• > xmd xmd.in
• xmd.in – файл, содержащий команды XMD и вводящий
типы и координаты частиц, потенциалы, определяющий
условия моделирования и т.д., то есть, составляемый
пользователем и управляющий расчетами
• название, расширение командного файла могут быть
любыми, например, ilike.md, my.txt и т.п.

5. Ввод основных параметров моделирования

MASS 58.7 (масса атомов в а.е.м.)
DTIME 5.e-15 (шаг времени в сек)
EUNIT uname, uname=erg, joule, K, eV
READ filename (чтение команд с файла)
READ чаще всего используется для ввода информации,
имеющей
самостоятельное
значение:
таблиц
с
потенциалами, исходных координат и скоростей частиц,
например, READ ni.ptf и READ ni.in). Здесь также
названия и расширения файлов, с которых считывается
информация, могут быть любыми.

6. Ввод начальных координат и расчетной ячейки

READ coord.in
# Файл coord.in содержит следующую информацию:
POSITION 3
1 0.24E-01 0.76E+02 0.88E+00
1 0.52E-01 0.16E+02 0.11E+00
1 0.34E+00 0.76E+01 0.88E+01
# тип X
Y
Z
# 0<X<XBOX, 0<Y<YBOX, 0<ZZBOX
BOX xbox ybox zbox
Команда POSITION используется для задания координат атомов
BOX используется для задания расчетной ячейки. Ячейка всегда находится в
первом октанте системы координат (все координаты положительны)

7. Таблица потенциалов МПА

eunit eV
potential set eam 1
potential embed 1 500 0.000000 0.250000
0.000000000000000E+00 -0.505170160489967E+00
-0.102174385870394E+01 -0.121748056902693E+01
………………….
potential pair 1 1 499 0.009697 4.838788
0.145411794129883E+06 0.713742661881313E+05
………………….
potential dens 1 500 0.000000 4.838788
0.000000000000000E+00 0.590101261981482E-04
………………….
-0.793178538482671E+00
-0.139157085043753E+01
0.466632980925746E+05
0.951200176593089E-03

8. Параметры, определяющие условия моделирования

ITEMP temp
# задание исходной температуры (генерация распределения скоростей,
соответствующего температуре temp)
CLAMP temp [cstep]
# поддерживание температуры в процессе моделирования. Параметр cstep
определяет число шагов, в течение которого релаксируют отклонения от
заданной температуры (пропорциональный термостат). По умолчанию
cstep=33.
PRESSURE CLAMP bulkmodulus [cstep]
# Bulkmodulus – объемный модуль упругости в Мбар (1 Мбар=0,1 ТПа).
Задается приблизительно. Определяет «инертность» стенок ячейки.
Параметр cstep задает число шагов, в течение которых отклонения давления
релаксируют (пропорциональный бартсоат). По умолчанию cstep=33.
PRESSURE EXTERNAL pX [ pY pZ ]
# Задает внешние напряжения, приложенные к системе. Если задано только
одно число pX, остальные два равны ему (т.е. всестороннее давление)

9. Команды проведения МД расчетов

1. QUENCH nstep [nquench=1,2]
# Релаксация (минимизация энергии) при Т=0 К.
Осуществляется путем «отъема» кинетической энергии. При
nquench=1 кинетическая энергия всей системы приравнивается
нулю, как только потенциальная энергия начинает возрастать.
При nquench=2 кинетическая энергия каждого отдельного атома,
потенциальная
энергия
которой
начинает
возрастать,
приравнивается нулю.
2. CMD nstep
# Вызывает «прогон» собственно молекулярно-динамических
расчетов. Число nstep задает количество шагов по времени,
которые следует выполнить.

10. Использование команд цикла

repeat K
……
end
# Используется для K- кратного повторения всех команд,
заключенных между началом цикла (repeat) и концом цикла
(end).
Пример:
repeat 20
cmd 200
quench 100
write file +filename box
end

11. Команды вывода

BSAVE nskip file # сохранение размеров расчетной ячейки
ESAVE nskip file # сохранение средней энергии на атом
SSAVE nskip file # сохранение напряжений в системе
WRITE FILE [+]filename QUANTITY
QUANTITY=BOX,EATOM,STRESS,PARTICLE
WRITE PDB file
# более общая команда для вывода значений величин:
размеров расчетной ячейки, энергий атомов, напряжений,
координат частиц, файла PDB.

12. Сохранение состояния и продолжение расчетов

WRITE STATE file
# сохраняет все величины,
состояние системы, в файл
параметры,
STATE file
# считывает все данные для продолжения
расчета из файла
# используются для проведения длительных
расчетов с перерывами