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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 计算模拟区 » 分子模拟 » LAMMPS/DL_POLY » 【讨论】关于md中系统稳定的问题
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xk6891

至尊木虫 (著名写手)

[交流] 【讨论】关于md中系统稳定的问题已有3人参与

小虫初涉md，问一个弱弱的问题
作完结构优化之后，看很多网上的资料都要求系统在热浴的环境中（是不是准确的应该说是在一定的系综下）跑一会儿，意思是说希望系统能在这个环境中稳定，如何判断系统在这个环境中是否达到了稳定？稳定之后，在做以下的性质计算时，是否还需要这个系综（譬如Nose Hoover热浴）的关键词？
急盼各位高手拍砖，谢谢
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人生自古多险阻，勤者自得天酬助。试问否泰何所依，枯藤老枝待新抽。临渊踌躇终迈步，振翅鹏起云霄冲。似是前程甚堪忧，他日振臂揽苍穹。
1楼2010-10-12 15:51:15
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xk6891

至尊木虫 (著名写手)
不好意思，自己顶一下
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人生自古多险阻，勤者自得天酬助。试问否泰何所依，枯藤老枝待新抽。临渊踌躇终迈步，振翅鹏起云霄冲。似是前程甚堪忧，他日振臂揽苍穹。
2楼2010-10-13 13:12:04
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manutdhk

木虫 (小有名气)
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ghcacj(金币+4):谢谢 2010-10-13 17:02:14
xk6891(金币+5): 2010-10-13 18:18:06
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Originally posted by xk6891 at 2010-10-12 15:51:15:
小虫初涉md，问一个弱弱的问题
作完结构优化之后，看很多网上的资料都要求系统在热浴的环境中（是不是准确的应该说是在一定的系综下）跑一会儿，意思是说希望系统能在这个环境中稳定，如何判断系统在这个环境中是 ...

首先，不知道你要做什么性质的计算，平衡态还是非平衡态？
如果是平衡态的计算，所谓的稳定，确切地说应该是 热力学平衡。对于一个热力学系统，平衡是指 系统达到 吉布斯分布。NVT系综下，系统的温度与 热浴温度一致，能量在一定平衡值附近振荡……等等。

至于计算平衡态性质，是否需要继续保持该系综，理论上来说 其实问题不大。根据统计物理学原理，NVE系综和NVT系综，在热力学极限下，得到的结果是相一致的。
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3楼2010-10-13 15:36:56
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xk6891

至尊木虫 (著名写手)
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zh1987hs(金币+3):鼓励交流 2010-10-13 18:59:19
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Originally posted by manutdhk at 2010-10-13 15:36:56:


首先，不知道你要做什么性质的计算，平衡态还是非平衡态？
如果是平衡态的计算，所谓的稳定，确切地说应该是 热力学平衡。对于一个热力学系统，平衡是指 系统达到 吉布斯分布。NVT系综下，系统的温度与 热浴 ...

先谢谢指导，呵呵，提的问题太不专业了。是平衡态，这一点应该说明。可以这样说么，譬如NVT系综，md结果当中ions的温度和electrons的动能应该在nose hoover设定的温度和动能值附近震荡，且粒子数目和所计算系统体积（晶胞大小）不变，这就可以说这个系统符合了NVT的系综，这个系统就稳定了。而如果是NPT系综就看输出文件中系统的压力和温度值的变化，如果其在设定值周围震荡，就可以说系统平衡了。
同时由于系统已经平衡了，可以认为系统已经满足了热力学极限的条件，此时在什么系综下已经不重要了，因为各个系综的情况已经相同。按照在某一系综下稳定的系统，再计算性质，加不加关键词以不重要。
不知这样理解是否正确？还请赐教
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4楼2010-10-13 18:40:35
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manutdhk

木虫 (小有名气)
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zh1987hs(金币+4):谢谢 2010-10-13 18:59:32
xk6891(金币+5):再次感谢 2010-10-13 22:49:12
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Originally posted by xk6891 at 2010-10-13 18:40:35:

先谢谢指导，呵呵，提的问题太不专业了。是平衡态，这一点应该说明。可以这样说么，譬如NVT系综，md结果当中ions的温度和electrons的动能应该在nose hoover设定的温度和动能值附近震荡，且粒子数目和所计算系统 ...

对，大体是这样的。
有点小错误：NVT系综，要看 压强随时间的振荡； NPT系综，要看体积随时间的振荡。

我上个帖子提到的 热力学平衡的判据 只是理论上的。

在MD 过程中，很难跟踪整个体系是不是处于 吉布斯分布。而温度，能量的判据是常用的。因为温度或者能量，原本就是吉布斯分布中的参数，或者说是 可观测量，或者说是 一阶矩。更细致一点的，可能还有 二阶矩，譬如 能量的振荡幅度，对应的是比热之类的物理量。
以上这些判据，我个人认为，实质上就是将 吉布斯分布做一个泰勒式的展开 的函数逼近。 一阶矩对应这个展开的零阶项，二阶矩对应的是二阶项……等等。
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5楼2010-10-13 18:53:22
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xk6891

至尊木虫 (著名写手)
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Originally posted by manutdhk at 2010-10-13 18:53:22:


对，大体是这样的。
有点小错误：NVT系综，要看 压强随时间的振荡； NPT系综，要看体积随时间的振荡。

我上个帖子提到的 热力学平衡的判据 只是理论上的。

在MD 过程中，很难跟踪整个体系是不是处于 吉 ...

系统跑md的过程就是一个各态历经的过程？
热统的知识忘的太多了，还要补起来，我自己这两天再看看。
再次谢谢前辈指教，感激不尽。学到很多知识。
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6楼2010-10-13 22:48:18
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manutdhk

木虫 (小有名气)
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zh1987hs(金币+3): 谢谢 2010-10-13 23:19:52
xk6891(金币+5): 2010-10-14 00:34:40
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Originally posted by xk6891 at 2010-10-13 22:48:18:

系统跑md的过程就是一个各态历经的过程？
热统的知识忘的太多了，还要补起来，我自己这两天再看看。
再次谢谢前辈指教，感激不尽。学到很多知识。

客气了。。。
在达到平衡以后 是各态历经。各态历经只是一个假说，严格地说并不成立。只是目前还没有证据证明不成立。有人提出，系统有可能会陷入某些局部极小附近出不来，之类的说辞。

不过在run MD的时候，就不管这个了，反正系综平均等价于时间平均就可以了。

多说两句：统计物理学的基础是 微正则系综假设，也就是说 微观的状态点是等几率的。而在热力学极限下，宏观的观测量等同于 对应的微观量的系综平均。MD和MC都是基于这样一个原则来实现的。当然，对于MD而言，还有一个各态历经假说。 如果从微观体系（也就是原子的自由度）得出宏观量，可以说是 所有做计算模拟的人就是靠这个吃饭的。

[ Last edited by manutdhk on 2010-10-13 at 23:33 ]
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7楼2010-10-13 23:13:14
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xk6891

至尊木虫 (著名写手)
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Originally posted by manutdhk at 2010-10-13 23:13:14:


客气了。。。
在达到平衡以后 是各态历经。各态历经只是一个假说，严格地说并不成立。只是目前还没有证据证明不成立。有人提出，系统有可能会陷入某些局部极小附近出不来，之类的说辞。

不过在run MD的时 ...

前辈，模拟退火就是为了防止原子陷入局部极小化而进一步降低其能量的一种方法吧。那是不是所有的系统做完几何优化之后，都还需要再进行模拟退火的操作呢？
哦，明白各态历经的大概意思了，这个理论企图用少量个体(原子，分子)的力学规律来等同于大系统(同种原子，分子)的统计规律，就是说少量个体的某个物理量的时间平均值等于这个物理量在某一系综下所有状态的平均值。但是统计规律无法等同力学规律，少量个体在模拟的一定时间内也无法跑完所有的状态，所以准各态历经的说法也有可疑之处，更别说各态历经了。
那前辈提到“微观体系（也就是原子的自由度）”看这个原子自由度很多说明书中都提及，不理解它在计算中指的是一个物理量还是什么东西？
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8楼2010-10-14 00:33:37
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manutdhk

木虫 (小有名气)
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lei0736(金币+5):谢谢 2010-10-14 10:24:04
lei0736(模拟EPI+1):呵呵 欢迎您的指点 2010-10-14 10:24:52
引用回帖:
Originally posted by xk6891 at 2010-10-14 00:33:37:

前辈，模拟退火就是为了防止原子陷入局部极小化而进一步降低其能量的一种方法吧。那是不是所有的系统做完几何优化之后，都还需要再进行模拟退火的操作呢？
哦，明白各态历经的大概意思了，这个理论企图用少量个 ...

不敢当前辈，看到这词，如坐针毡啊。大家一起交流，以版友相称就好了。。

模拟退火，我不是很熟。但是退火的意思，就是将体系从高温，一下子降到某个低温。这是一种找极小值的最简单的方法而已。

各态历经的假说，你理解错了。1. 相空间里的状态点，是指系统的状态，跟粒子数没有关系。2. 各态历经，是指 在相当长的时间里，系统总能历经 相空间里的 各种可能达到的 状态点。

原子的自由度，是指描述一个微观系统需要的物理量。譬如在相空间，我们需要 6N 个自由度，3N个坐标和3N个速度（或者动量），来描述体系的状态点。也可以用体系的能量作为自变量……等等。具体的宏观量，一个典型的就是温度；按照经典统计来说，系统的温度与原子的平均动能相对应。平均动能，就是原子自由度的一部分（动量或速度）。再譬如，压强，其微观对应比较复杂，但也只是包含了，原子的坐标，速度，和相互作用力而已，都是原子的自由度。

关于这些问题，我觉得你还需要看一些书，北大版的《热力学与统计物理学》（林宗涵 著）， J. M. Haile 的 《Molecular dynamics simulation——elementary methods》就是不错的。
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9楼2010-10-14 09:31:00
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xk6891

至尊木虫 (著名写手)
引用回帖:
Originally posted by manutdhk at 2010-10-14 09:31:00:


不敢当前辈，看到这词，如坐针毡啊。大家一起交流，以版友相称就好了。。

模拟退火，我不是很熟。但是退火的意思，就是将体系从高温，一下子降到某个低温。这是一种找极小值的最简单的方法而已。

各态历 ...

恩，确实需要好好看看书了。再次谢谢您的指导，很powerful。
希望继续交流。
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人生自古多险阻，勤者自得天酬助。试问否泰何所依，枯藤老枝待新抽。临渊踌躇终迈步，振翅鹏起云霄冲。似是前程甚堪忧，他日振臂揽苍穹。
10楼2010-10-14 10:09:36
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