Lammps in文件解释

Lammps 开坑之in文件解释

前言

Lammps运行一般只需要一个in文件和相关的势文件。对于势文件可以在网上下载，对于in文件需要自己编写

一般来说，in文件内容的主要框架包含以下几个部分：

初始模拟系统设置
初始模型构建（读取模型数据）
定义原子间相互作用势或设置力场（势文件或力场文件）
定义原子/体系某些信息的计算（原子势能。。）
定义输出原子（坐标）/体系（热力学）信息
模拟环境设定并运行

示例文件

计算钨的空位形成能。

units metal
atom_style atomic 
boundary p p p 
neighbor 0.3 bin

lattice bcc 3.168
region box block  0 10 0 10 0 10
create_box 1 box
create_atoms 1 box

pair_style eam/alloy
pair_coeff * * W_zhou.eam.alloy W

thermo 10
dump 1 all custom 1 vacancy.xvz id type x y z

minimize 1.0e-12 1.0e-13 10000 10000

# 记录第一次优化后的能量值与总原子数目
variable E0 equal etotal
variable E_prefect equal ${E0}
variable N equal count(all)
variable N0 equal ${N}

region 2 sphere 5.0 5.0 5.0 0.1 side in
delete_atoms region 2

minimize 1.0e-12 1.0e-13 10000 10000
variable E_defect equal etotal
variable Ev equal (${E_defect}-((${N0}-1)/${N0})*${E_prefect})

print "ALL done"
print "Vacancy formation energy = ${Ev} ev"

in文件解释

初始模拟系统设置

unit metal

定义整个模拟中的单位

boundary p p p

boundary命令是用来定义边界条件的，LAMMPS提供了四种边界条件

p：周期性边界条件

f：非周期性边界条件，采用这种边界条件，当有原子运动到盒子以外的区域时，该原子便会被系统删除。需与thermo_modify和lost ignore 这条命令结合使用。

s：该方向的长度会随着原子的运动而改变（以保证不丢失原子）。

m：该方向的大小会随着原子的运动而改变，但该方向长度有最小值。

boundary p p p (三个方向均为周期性边界条件)

boundary p p f (只有z方向为f)

boundary p p s

boundary p p m

atom_style atomic

告诉LAMMPS模拟的体系中有什么比如说原子，键角，电荷之类的，

若模型中只有原子：

atom_style atomic（一般金属体系就选这个即可）

若模型中还要考虑键角作用，则：

atom_style angle （可能适合于水分子模型模拟）

neighbor skin style

skin=extra distance beyond force cutoff(distance units)
style=bin / nsp / multi

LAMMPS在计算各个粒子间作用力时，当两个原子的距离超过截断半径时，它们之间的作用将不被考虑。但是，分子动力学程序在运行时，如果每一步都要判断每个原子的截断半径内有哪些原子，所耗费的计算资源也会随之原子数的增加而指数级增加。为了并行加速计算，LAMMPS构建邻域列表节省原子之间距离的判断的时间。

neighbor命令一般可以不用设置，即保持默认值即可，体系较大时可以适当与neighbor_modify（定义邻域列表的更新频率）修改参数减少计算量（增大bin的值以及降低更新列表的频率。。）

dimension

定义模拟体系维度的，一般默认为3维（所以一般不用管），也可以设置为2维

初始模型构建

read_data file.dat

直接读取模型文件

使用命令创建简单模型

lattice
region
create_box
create_atoms
group
delete_atoms

lattice

定义晶格类型，晶格常数，以及晶向方向

1	lattice bcc 3.168 orient x 1 0 0 orient y 0 1 0 orient z 0 0 1

构建一个晶格常数为3.168，晶格类型为bcc的模型，其x方向的矢量为 [100]

默认值

1	orient x 1 0 0 orienty 0 1 0 orient z 0 0 1

region

构建模拟盒子大小以及划分模拟区域

1	region box block 0 10 0 10 0 10 units lattice

表示构建一个10a 10a 10a大小的模拟盒子（a为晶格常数），

units lattice为默认值

可以换成units box[那么这个盒子的大小就是10 10 10（埃）]

region 1 block 1 9 1 9 1 9

表示将盒子中x（1a-9a），y（1a-9a），z（1a-9a）的区域选中，定义为区域1，用于后续模拟。

注：一般box这个单词只用于与盒子相关的地方，只选取部分区域时，不要将其定义为box。

create_box

LAMMPS模型中有几类原子，几类键等等

create_box 2 box

表示盒子中有2种原子。

create_box 2 box bond/type 2

表示盒子中有2种原子以及2种键长。

create_atoms

表示往盒子中添加原子

1	create_atoms 1 box

表示将类型1的原子按照lattice命令的设定填满盒子。

1	create_atoms 2 single 5 5 5

表示在坐标为（5a, 5a, 5a）的地方添加一个类型为2的原子。

group

表示将选中的原子定义为一个组，用于后续模拟

group 1 type 1

表示将所有类型为1的原子设置为1组；

group 2 region 2

表示将处于区域2中的所有原子设置为2组；

group 3 union 1 2

表示将1，2组合并为3组。

delete_atoms命令

表示删除不需要的原子，例如

delete_atoms group1

表示将1组的原子删掉；

delete_atoms region 2

表示将区域2中的原子删掉；

结构优化静态优化方法分子静力学方法

1	minimize 1.0e-12 1.0e-12 10000 10000

1.0e-12:力的收敛精度

1.0e-12:能量的收敛精度

10000:最大迭代次数

10000:力和能量的最大评估次数

定义原子/体系信息计算

计算每个原子势能 1为compute代号

1	compute 1 all pe/atom

计算每个原子在x,y,z方向受力

1	compute 1 all property/atom fx fy fz

在命令dump 1 all custom 100 W.xyz id type x y z后面加上c_1(表示输出计算的原子势能)：

1	dump 1 all custom 100 W.xyz id type x y z c_1

c为compute的缩写，1为这个compute的代号，

若写为compute x all pe/atom, 则输出的写为c_x

定义输出原子/体系(热力学)信息(1)

thermo 定义多少步输出一次热力学信息

thermo_style 输出需要的热力学信息

1 2	thermo_tyle style args thermo_style custom step temp ke pe etotal

其中custom表示所需的热力学信息由我们自定义：

step表示输出运行的步数是多少
temp表示体系的温度
ke表示体系的动能
pe表示体系的势能
pxx,pyy,pzz,pxy...表示体系各个方向的压强

定义输出原子/体系(热力学)信息(2)

一般重要结果都是通过dump输出

1	dump 1 all custom 500 file_name.xyz id type x y z

all表示对于所有原子（当然也有只输出一部分原子的表示方式，与之前介绍的group命令相关），500表示每运行500步输出一次file_name.xyz为输出文件的文件名，而其中的内容有：

id：原子的序号
type：原子的类型
x,y以及z：原子的坐标

模拟环境设定

1	velocity` `fix` `timestep` `run

velocity

分子动力学模拟，模拟过程中原子是动的，模拟初期我们需要给与原子初速度。

1	velocity all create 300.0 4928459 dist gaussian

其中all表示赋予所有原子

300为300 K；

4928459为随机正整数；

dist gaussian为原子速度分布满足高斯分布。

timestep

设置模拟步长

timestep 0.001 (ps还是fs与之前介绍的units命令有关)

fix

设置模拟系综（nve,nvt,npt等）

1	fix 1 all nvt temp 300 300 100.0

控制体系在温度为300K左右的nvt环境下模拟

对原子进行操作

1	fix 2 bottom setforce 0.0 0.0 0.0

设定bottom区域（region命令）的原子的受力为0（固定原子时会用到）

帮助输出所需信息，例：

1	fix extra all print 100 "Coords of marker atom =$x $y $z" file coord.txt

run

设置运行步数

run 10000

表示运行10000步，运行步数与步长相乘即可得模拟时间（不是计算时间~）

从log文件输出信息

1 2	variable print

variable用于变量定义

1 2	variable E0 equal etotal variable E_prefect equal ${E0}

由于etotal是系统的总能量值（特殊的词，LAMMPS中已定义为系统总能量，其它热力学信息特定词可详查thermo_style命令），会随着命令的执行而不断变化，所以这里连用两个variable命令来记录第一次优化后系统的能量值。

1 2	variable N equal count(all) variable N0 equal ${N}

同理，连用两个variable命令来记录第一次优化后的总原子数，count（all）表示计算总原子数目。

而第二次（最后一次）优化后，由于etotal不再变化，则只需用一个variable命令记录。

前言