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adf:relaxationbeforemd

【入门基础教程】分子动力学模拟准备:弛豫

前言

在使用ReaxFF进行正式的分子动力学模拟之前,一般会对体系进行弛豫(relax)或者能量最小化(或者叫做结构优化)。

  1. 能量最小化:对于ReaxFF而言,只需要将Task选为Geometry Optimization,同时选择合适的力场就可以了。温度、和压强不需要理会,设置了也不会读取。
  1. 弛豫:实际上就是一个最简单分子动力学模拟,不过这种模拟一般温度设置的很低,低的原则是“确保体系不发生反应”,保持为的“反应物”状态。

弛豫或者能量最小化的目的,是为了得到一个平衡、均匀的反应物,防止初始结构不合理,而导致分子动力学模拟结果不可靠。那么什么时候使用能量最小化,什么时候使用弛豫呢?实际上所有的情况都可以使用弛豫代替能量最小化。能量最小化对MD而言意义不大,因为最终因为MD过程,都会偏离平衡位置。

对于体系中全部是强的化学键,例如硅单晶,里面原子和原子的相互作用都很强,那么能量最小化是可以很容易收敛的。但是如果体系中存在范德华力、氢键,那么这样的体系进行能量最小化很难收敛(而且收敛到能量最小值,本身对MD也没有多大意义),分子个数越多越难收敛,这种情况下就只能用弛豫的方式处理初始结构。

因此在MD模拟之前,建议都使用弛豫即可。

参数设置

我们以铝表面与水的反应作为例子。

本文的弛豫设置,不仅对ReaxFF适用,对BAND、DFTB、MOPAC也适用,除了各自引擎单独的参数设置之外,关于动力学的参数设置是完全一样的,因为各个模块共用相同的驱动程序(AMS)。

一般不需要特别长时间就能达到平衡,不需要设置很大的步数,每100步保存一次轨迹,在Movie里面每一帧代表100步:

弛豫结果检验

SCM - Movie - MD Properties - Potential Energy:

可以看到实际上2万步左右就达到了平衡。弛豫真正关心的是Potential Energy的稳定,但因为弛豫过程是恒温设置,因此Potential Energy(蓝色曲线)和Total Energy(红色曲线)的温度,一般都会同时出现。除非过程中发生了化学反应。

基于Potential Energy稳定的结构,例如2万步~3万步之间任何一帧,或者最后一帧,将其结构更新到AMSinput中即可进行正式的MD模拟。更新方法:Movie窗口Ctrl A全选所有原子,然后Ctrl C复制(此时不要关闭Movie窗口,否则粘贴会失效),到AMSinput窗口Ctrl V粘贴即可。

adf/relaxationbeforemd.txt · 最后更改: 2023/10/24 15:33 由 liu.jun

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