LAMMPS 入门教程：npt 控温估计 FCC Cu 熔点 / 教程 / HyperAI超神经

视频教程：【8 分钟入门 lammps】npt 控温估计 FCC Cu 熔点，保姆级教程！小白可学

LAMMPS 全称为 Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator，是一种经典的分子动力学仿真代码，专注于材料建模。它旨在在并行计算机上高效运行，并且易于扩展和修改。 LAMMPS 最初由美国能源部机构桑迪亚国家实验室开发，现在包括来自许多机构的许多研究小组和个人的贡献。

本教程使用 LAMMPS CPU 即可运行。

通过本教程的学习，您将能够：

* 理解 npt 控温操作流程
* 使用 dump 和 fix 指令将数据预处理

效果示例

一、运行前准备

在这里我们首先介绍一些需要使用的输入文件、势函数类型和 npt 控温流程。

1. 输入文件

进入 ./melt_u3，melt.in 文件如下：

units            real
dimension        3
boundary         p p p


atom_style    atomic
# 读取铜结构
read_data      cu


#选用 eam potential
pair_style       eam
pair_coeff      * *  Cu_u3.eam

#每隔 100 时间步长于屏幕输出
thermo            100
thermo_style      custom step temp pe press vol lx density
#将原子轨迹输出到文件 md.lammpstrj
dump              2 all custom 100 md.lammpstrj id type x y z


#结构优化
minimize       1.0e-10 1.0e-10 10000 10000

#nvt 压强弛豫
fix                  1      all   nvt temp 1000 1000 100
run                 10000
unfix                1

#npt 体积弛豫
fix                  1      all npt temp 1000 1000 100 iso 1 1 1000
run                 10000
unfix              1


#将温度和体积量分别存储到 t 和 v 中
variable t equal "temp"
variable v equal "vol"


#npt 控温由 1000K 升温至 2000K 。
#升温速率为 (2000-1000)/100000=0.001 K/fs=1K/ps
fix                  1 all npt temp 1000 2000 100 iso 1 1 1000 
fix                  2 all ave/time 100 10 10000 v_t v_v file t_v.txt
run                1000000

2. 势函数类型

该项目提供了 eam 势函数的演示模型

eam

./melt_u3

对应的势函数模块

pair_style       eam
pair_coeff      * *  Cu_u3.eam

3.npt 控温流程

主要流程为：

nvt 压强弛豫，npt 体积弛豫

#结构优化
minimize       1.0e-10 1.0e-10 10000 10000

#nvt 压强弛豫
fix                  1      all   nvt temp 1000 1000 100
run                 10000
unfix                1

#npt 体积弛豫
fix                  1      all npt temp 1000 1000 100 iso 1 1 1000
run                 10000
unfix              1

npt 升温

#npt 控温由 1000K 升温至 2000K 。
#升温速率为 (2000-1000)/100000=0.001 K/fs=1K/ps
fix                  1 all npt temp 1000 2000 100 iso 1 1 1000 
fix                  2 all ave/time 100 10 10000 v_t v_v file t_v.txt
run                1000000

二、实操运行步骤（以 CPU 为例）

1. 创建并启动容器分子动力学模拟

1.1 打开 OpenBayes 个人用户界面，点击左侧「高性能计算」> 右上角「创建新容器」

1.2 算力选择「CPU」>「lammps-2024-cpu」取一个容器名称，例如 lammps> 选择「工作空间」，然后点击「下一步：选择算力」

1.3 取一个容器名称，例如 lammps> 选择「工作空间」，然后点击「执行」

2. 进行分子动力学模拟

2.1 待容器成功运行后，点击左侧打开工作空间

2.2 将压缩包拖到左侧文件区上传

2.3 然后打开终端

2.4 解压（本容器已将压缩包解压完毕，可以跳过此步骤）：输入 unzip melt_u3.zip 解压压缩包

unzip melt_u3.zip 

Archive:  melt_u3.zip
   creating: melt_u3/
  inflating: melt_u3/cu              
  inflating: melt_u3/Cu_u3.eam       
  inflating: melt_u3/melt.in         
  inflating: melt_u3/melting.gif     
  inflating: melt_u3/p.plt           
  inflating: melt_u3/readme.md

2.5 输入 cd melt_u3 进入解压目录，使用 ls 查看文件

ls

Cu_u3.eam  cu  melt.in  melting.gif  p.plt  readme.md

2.6 运行 lammps

mpirun -np 2 lmp < melt.in | tee out

2.7 屏幕输出会同步在 out 文件中，总运行时间大约需要 5 分钟

2.8 运行完毕后可在文件夹中得到 t_v.txt 等输出文件

2.9 t_v.txt 文件由输入文件中 fix 命令控制输出

#将温度于体积量分别存储到 t 和 v 中
variable t equal "temp"
variable v equal "vol"

fix                  2 all ave/time 100 10 10000 v_t v_v file t_v.txt

生成

3. 数据处理

3.1 更新 apt 源

apt-get update  --fix-missing

3.2 输入 apt install gnuplot 安装 gnuplot 工具，并输入 y 回车确认

apt install gnuplot

3.3 运行命令 gnuplot p.plt 可得到 t-v 图

gnuplot p.plt

3.4 双击左侧 t-v 图可得到估计的 Cu 熔点

可以看到熔点大约在 1600K 附近，与实际 1357.77K 有差距，这是由于升温过快，铜还来不及融化导致的。

升温过程原子轨迹由

#将原子轨迹输出到文件 md.lammpstrj
dump              2 all custom 1 md.lammpstrj id type x y z

存储至 md.lammpstrj 中，我们将其下载下来

3.5 可用 ovito 进行可视化