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mengwuyu

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[交流] 薄膜在lammps条件下的谐振

Sample TextSample TextSample Text请问如何实现薄膜在lammps条件下的谐振，找了许多地方，都没有答案，希望能给予帮助啊

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mengwuyu

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1楼 2011-10-25 22:01:25

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ChemiAndy

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mengwuyu(金币+2):谢谢参与
ghcacj(金币+20): 谢谢 2011-10-26 10:59:04
mengwuyu(金币+5): 很有见解 2011-10-27 17:27:37

You did not get the answer because you did not ask the question properly.

LAMMPS是一个模拟软件，不是一种条件；“薄膜的谐振”是什么？从来没有听说过。谐振的唯一含义是简谐振动，所有的分子或晶体中的原子在任何温度任何条件下都在振动，谈不上在xx条件下的谐振。

同时，简谐振动往往指某一种模式的下的振动，一种振动模式往往涉及多个原子。一个包含N个原子的分子，其振动模式是3N-6种。线性分子3N-5。那么这些模式是怎么得到的呢？有个东西叫“正则模式分析”normal mode analysis。是通过群论中的对称性操作得到的。

要想做振动分析，即分析振动模式并计算振动频率，有2种方式。

**一种是优化分子结构，在能量最低点计算总能量相对于每个原子位移的二级导，得到Hessian矩阵（二级导系数矩阵），然后正则模式分析得到每种简谐模式的振动频率。此方法适合于研究单个的分子在0K下,气态时的振动。但其实温度对分子内振动频率的影响可以忽略，分子间的强相互作用，比如氢键，对振动频率的影响不可忽略，但仍可以用这种方法研究2～3个分子的理想模型体系。

**第二种方法是做分子动力学模拟，然后从体系总的dipole moment的变化轨迹中通过傅立叶分析分析出来每种振动模式的偶极变化对总偶极变化的贡献，并计算出各种贡献的频率。此种方法适合研究凝聚态体系。此种振动对应于有限温度下的振动。虽然温度对振动频率的影响很小，但是凝聚态体系中分子间作用对振动频率的迁移(红移，蓝移)有一定作用。

具体使用哪种方法，要看你研究的体系是什么，目的是什么。

因为你提到薄膜，似乎你要研究研究固体无定形态内的红外拉曼光谱。这种凝聚态体系，当然使用第二种方法比较适合。可以使用LAMMPS， NAMD，GROMACS等分子模拟软件来做，但准确性较低，因为此类基于经典力场的分子模拟软件的准确度取决于力场的质量。力场是分子模拟软件用来计算体系能量的势函数模型，是一种比较粗糙的模型。由于大多数常用分子力场更在乎结构准确性，所以它们计算的频率——能量对结构的二阶导信息——非常差，误差一般在50～200cm-1.不过，尽管很大的绝对值偏差使得它们不适合于研究绝对振动频率，但是仍然可以用他们来帮助研究峰的指认，或者研究凝聚态体系中存在复杂分子间相互作用情况下对振动峰的影响，比如蓝移，红移。就是说关注的是相对信息，而非绝对信息。

如果你既是凝聚态体系，也要求计算的振动频率的绝对值很准确，你需要使用第一原理动力学模拟，它结合了第一原理的准确性，和分子模拟方法研究凝聚态体系中的振动的优越性。使用第一原理动力学来计算多肽的红外光谱是蛋白模拟方面的一个前沿热点。

其实，研究凝聚态体系未必一定要用分子动力学模拟方法。第一种方法也能为研究高分子体系的振动光谱提供很多有用信息。即单分子能量优化和振动频率计算。

第一种方法的优点在于体系简单，计算快速，结果准确。因为一般通常用量子化学(DFT/B3LYP)来计算分子的能量和振动频率。跑个gauss很快可以拿到结果。但是用它来研究凝聚态高分子体系，就有点困难。因为这种方法要求体系的能量必须优化到电子基态的局部能量最小点，最好是全局能量最小点。否则，出现负的频率，即“虚频”，那么此时包括虚频在内的所有的频率值都失去了物理意义。而体系一大，就很难做优化。怎么办？从高分子中提取片段，搭建一个小的，简单的理论模型化合物去计算频率。要求模型化合物体现出你真是体系的化学环境。并忽略温度，分子间相互作用对频率的影响，或者另外用单独的双分子模型去研究分子间作用对振动的影响。这要求很高的搭建理想模型的技巧，和对问题本质的深刻理解。

对于您这样的新手，我的建议是，从Gauss软件学起，计算一些简单分子的振动频率。逐渐培养起对能量，结构，振动的理解以后，再思考如何研究固体内的红外拉曼光谱。

[ Last edited by ChemiAndy on 2011-10-25 at 12:08 ]