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shengxiang木虫 (著名写手)
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【讨论】系综问题
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系综的定义大家或多或少的都有所了解，但是在进行动力学模拟时怎么选择系综呢？看很多文献中都是先跑NPT，然后再跑NVT（或者NVE），这样跑的目的应该是先用NPT跑出一个合适的密度（也就是盒子尺寸）。但是，可不可以用NPT系综一下跑到底呢？这对于数据的分析有什么影响？欢迎大家一起来讨论，金币可追加！ [ Last edited by ghcacj on 2010-11-1 at 10:47 ] |
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ghcacj(金币+10, 模拟EPI+1):精彩答疑 2010-11-02 12:07:38
ghcacj(金币+10, 模拟EPI+1):精彩答疑 2010-11-02 12:07:38
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你这个问题就问到点子上了。 你是否研究过RDF的计算公式？里边的体积是一个定值，但是NPT系综下的V不是定值，全部的问题就在这里。问题不在于NPT系综下的原子位置可否用来计算RDF，而是在于你如何修正这个公式，使得它可以统计NPT下的RDF。当然，最简单的办法是忽略体积变化（当体积波动确实很小的时候），而采用平均体积。比较精致一点的办法就是在统计过程中考虑体积的变化，这需要在原来的程序中做一些相应的修改。 同样的道理，MSD是计算原子的移动，但这里同时有盒子本身的膨胀，当盒子膨胀的时候，实际上同时标定了原子的位置，这样，原子实际移动的距离就和你直接算出来的距离有偏差了，对不对？实际上，NPT中对温度的控制，或者NVT系综，也有同样的问题，你为了控制温度，从而对速度作出了标定，这样实际上也影响了原子每步的移动距离。这样，你如果要求比较严格，在编写程序的时候就要作出相应的考虑。但如果你计算MSD的时候，系统已经达到平衡，温度和体积都变化很小，你也可以忽略这些问题，就和NVE系综一样的计算，那也不是不行。当前版本Lammps中计算MSd就不考虑这些。 由此可见，我们并不是说NPT或者NVT对于某些性质的计算就一定是不可靠的，问题仅仅在于你是想在计算原理上更严格一些，还是可以接受一些统计原理方面的误差。对于大多数性质来说，尤其是动力学性质来说，放在NVE系综中计算是最方便的，如果放在其它系综中，对于有的性质可能没有问题，对于另一些性质，要么你改变算法程序，要么就在可以接受的前提下忽略一些因素。 最后我再强调一点，若是涉及热力学量的均方部分，如比热之类的计算，则不同系综下的计算结果可能差别比较大。关于这个，你可以看《molecular simulation of fluids》 一书，里面第二章里介绍了不同系综下的比热、压缩系数之类的性质的公式。 |
16楼2010-11-02 10:33:49
dellus
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当然可以采用一种系综进行模拟 各种系综之间原则上是等价的，例如，在一个简单体系，采用NVT计算出P0，再把这个P0放入NPT进行计算V，NVT中采用的V0应该在NPT得到V的error bar之内。这个是一个重要的检查程序对错的方法。 在模拟中选取哪一种系综要看你要研究的问题是什么 譬如说，如果研究的是分相问题，最好采用NPT，因为体系在NVT中会形成相界面，会造成两相的计算很不准； 相反，如果研究相界面之间的tenssion，NVT反而更合适； 再者，研究吸附问题，muVT是比较合适的系综。 像你说的先用NPT再用NVT很可能是这种情况，在做硬球模型时，直接把球放到比较小的盒子里很不方便（因为球和球不能接触），所以先把球放入一个很大的盒子，然后在大的压强下产生一个适合小盒子的initial configuration。 另外，产生一个适合密度的说法不太准确，因为你不一定知道NPT采用的压强是否适合。 [ Last edited by dellus on 2010-10-31 at 09:28 ] |
4楼2010-10-31 09:27:27
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系综不同的话，有些热力学性质的统计方法是不一样的。实际上书上给出的多数统计公式，都是对NVE系综而言的，也有NVT的，在NPT下直接统计的情况不多。比如著名的书《The Art of Molecular Dynamics Simulation》，在第四章第二节就专门讲到，他这里讲的统计公式，是在总能量守衡条件下，也就是NVE系综中使用的公式。 也许一些简单的热力学函数，直接平均的那些，是无所谓的，但是若有需要稍加计算的，或者要用到方差之类数据的，比如比热这些，那就会有区别。也许从数值上看问题不大，但原理上还是有讲究的。很多初学者不注意这一点。 |
11楼2010-10-31 12:38:05
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