Научные программы, реализующие метод молекулярной динамики. Программа XMD презентация

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

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

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.

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.

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
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)

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

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)

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.

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

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.