ReaxFF-GCMC：巨正则系综蒙特卡洛模拟

巨正则系综

组成系综的系统与一温度为T、化学势为μ的无限大粒子源相接触，此时系统不仅与热源存在能量交换，而且可以同粒子源有粒子交换，最后温度、离子数目处于动态平衡，这种系综称巨正则系综。

本教程以Si表面的氧化为例。

GCMC是AMS驱动的，各个模块使用起来，除了各个方法（分子体系DFT、周期边界条件DFT、MOPAC、DFTB等）本身的参数（也就是Main窗口的设置）之外，其他参数设置是一样的。因此其他模块的GCMC模拟，也可以参考ReaxFF的GCMC模拟教程。

View - Periodic - Show Unit Cell:

点击底部四边形按钮，切出表面：

Edit - Crystal - Generate Super Cell，生成超胞3*3。

周期性这里是Slab（二维周期性，上下表面外部为半无限大真空），需要改为Bulk，并在Model - Latice中设置适当的Z方向高度：

Task选择GCMC：

然后点击GCMC右侧的>按钮，详细设置GCMC参数。点击Molecules前面的＋，可以增加一种粒子源，这里只设置一种。Molecule下拉菜单选择New Molecule，左侧窗口增加了一个，用户可以将粒子创建在该窗口中。窗口底部的Mol-1、Mol-2可以切换：

用户还需要设定：

系综（Mμ-VT化学势、体积、温度恒定，Mμ-PT化学势压强温度恒定）
MC的步数，这里设定为30000
温度，这里设置1500K
Chemical Potential，这里设置为-0.8271 Hartree（后面的单位是可以更改的），注意MC化学势和一般实验测量的分子化学势定义上有所不同

原子的MC化学势：如果粒子源是原子，那么原子的MC化学势可以用统计力学从第一原理推导出来，或者从文献资料中的热化学表中查询。单个氧原子的化学势等于同温度压强下O₂的MC化学势的1/2。

O原子的MC化学势计算公式：

因为O₂是双原子分子，所以系数为1/2
μ_O2^ref(T,P_ref)是O₂在温度T、压强P_ref下，实验测得的化学势，如果查不到化学势，可以近似使用“分子的频率、红外IR、零点能、转动能量、转动惯量、熵、焓、热容与Gibbs自由能的计算“中的吉布斯自由能作为化学势
k为波尔兹曼常数，T为温度
P是O₂的分压。如果只有O₂一种气体，那么kT*ln(P/P_ref)＝kT*ln1＝0
E_O2^diss可以使用ADF结构优化得到的Bonding Energy（<0，用于抵消Gibbs自由能中内能的部分。实际上更严格而言包括电子贡献的Bonding energy以及原子核贡献的内能两个部分，只是后者一般较小，两项在Gibss自由能的计算结果中，均可看到）

分子的MC化学势：一般分子的MC化学势计算公式，可以参考上述公式，只是不用乘以系数1/2

在movie中可以看到Si的氧化中间过程：

能量曲线平稳后，系统也达到平衡状态。

在AMSinput中的键级，未经计算，因此其键级是图形窗口根据简单的价电子规则而猜测出来的。在Movie中是经过计算的，因此鼠标选中两个原子，窗口左下角则会显示两个原子之间的键级。