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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 计算模拟区 » 量子化学 » 【求助】关于模拟盒和边界条件问题(硬着头皮继续问)
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素婕求学

铁虫 (小有名气)

[交流] 【求助】关于模拟盒和边界条件问题(硬着头皮继续问)

继续问一些非常基础甚至会有点小白的问题哟，希望大家拍轻点。
这类问题我一直感觉自己是一知半解，希望高手们能点拨一下，小女子跪谢呢~

1. 模拟盒的作用
模拟盒是在任何一类分子动力学模拟中都是必须定义的吗？
如果模拟的对象在三个方向上都是采用自由边界条件，而且也不会涉及到NPT系综的计算，那么模拟盒的定义是否就没有意义，故而可以不定义呢？

2. 模拟盒大小的选取
模拟盒大小的选取主要根据模拟对象的规模以及模拟对象的密度来确定的吗？

对于模拟对象需要使用周期性边界条件的问题，模拟盒在这些方向上的长度确定有什么原则吗？如果说，一个模拟对象有5*5*5这么大，如果在X，Y，Z三个方向都采用周期性边界条件，那么模拟盒在这三个方向上应该取最接近模拟对象在这些方向上的长度，还是有别的规则呢？
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1楼 2008-07-30 08:34:03
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lei0736

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1. 必须定义。三维自由边界就是一个纳米颗粒
可以将边界取的无限大 当然大到超出势的截尾就行了
MD中一般为相对坐标 将原子坐标约化到比0.5小很多就行了
2. 周期性盒子选取原则根据需要定
总的来说的就是自由方向无限大
周期方向就是原子的边界 也就是最大最小坐标位置
需要注意的就是不能恰好取在原子位置
否则会因为原子重叠 势能无限大出错
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2楼2008-07-30 09:06:48
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素婕求学

铁虫 (小有名气)
引用回帖:
Originally posted by lei0736 at 2008-7-30 09:06:
1. 必须定义。三维自由边界就是一个纳米颗粒
可以将边界取的无限大 当然大到超出势的截尾就行了
MD中一般为相对坐标 将原子坐标约化到比0.5小很多就行了
2. 周期性盒子选取原则根据需要定
总的来说的就是自 ...

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非常谢谢你的解答
不过我还是有不明白的地方

1. 必须定义。三维自由边界就是一个纳米颗粒
可以将边界取的无限大 当然大到超出势的截尾就行了
--------------------------------------------------------------------------------------------
您的意思是说，不管什么边界问题，模拟盒都需要定义吗？
可是我不明白的地方是，如果假设三个方向上都用自由边界条件或者固定边界条件或者其他边界条件(但不使用周期性边界条件)，那模拟盒定义了有什么意义呢？它的作用体现在哪里呢？貌似在这些情况下，原子的坐标也不需要通过周期性原则来替换，计算力时也不需要采用镜像原则，那模拟盒的作用就没体现出来了，除非是要算系统的密度时才会有用吧。

“MD中一般为相对坐标 将原子坐标约化到比0.5小很多就行了”
这句话我不明白
您指的是采用无量纲化的坐标吗?
对于有具体构型的材料，原子间坐标相关性不是根据材料的化学结构来确定的吗？原子的单位不是可以采用nm或者angstrom等单位来描述吗？
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3楼2008-07-30 09:51:03
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lei0736

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自由边界体现的就是真空
如表面 或者纳米颗粒
如果不定义盒子 怎么知道你选取的模拟对象的范围？
MD中总是包含盒子这个概念的 不管是显式还是隐式
比如模拟表面 盒子在表面方向一定要比原子坐标范围大得多
不然怎么体现 真空层？

我了解的MD中一般是把所有原子坐标约化到正负0.5之间 跟你说的结构没关系
作一个变换就行了 当然也不是一定要约化 个人之见 呵呵

[ Last edited by lei0736 on 2008-7-30 at 10:06 ]
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4楼2008-07-30 10:04:53
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素婕求学

铁虫 (小有名气)
引用回帖:
Originally posted by lei0736 at 2008-7-30 10:04:
自由边界体现的就是真空
如表面 或者纳米颗粒
如果不定义盒子 怎么知道你选取的模拟对象的范围？
MD中总是包含盒子这个概念的 不管是显式还是隐式
比如模拟表面 盒子在表面方向一定要比原子坐标范围大得多
...

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嗯，模拟对象的范围不是可以通过模拟对象在三个方向的坐标来体现吗？
比如说，模拟对象是7*8*3的，这样不就知道它的大小了吗？
而如果对其采用自由边界条件，那么模拟盒就是取比7*8*3大得多的空间盒，比如100*100*50，对吧？可问题是，当边界设定为自由边界时，计算的时候，基本不会用到模拟盒的这个尺寸了，基本上都是用的模拟对象的尺寸呀！那这个模拟盒的定义看起来不是就可有可无呢？
再比如说，模拟碳纳米管时，如果碳纳米管的管径和管长都设定为有限的，那么这个时候边界不能使用周期性的，可能会采用固定边界或者补氢来处理，这时定义一个模拟盒把碳纳米管置于其中，这个模拟盒起到的是什么作用呢？因为我们研究的对象有非常具体的尺寸呀，可以不需要由模拟盒来给出模拟的范围呀。

还是很困惑。。。。。。。。。。。。。。
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5楼2008-07-30 10:16:50
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素婕求学

铁虫 (小有名气)
引用回帖:
Originally posted by lei0736 at 2008-7-30 10:04:
自由边界体现的就是真空
如表面 或者纳米颗粒
如果不定义盒子 怎么知道你选取的模拟对象的范围？
MD中总是包含盒子这个概念的 不管是显式还是隐式
比如模拟表面 盒子在表面方向一定要比原子坐标范围大得多
...

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您说的设定真空层，在分子动力学的模拟计算中会影响哪些步骤的计算吗？
真空层方向取尽可能大，那原子在这个方面运动不会受到阻碍，那和没有加模拟盒，在这个方向一样可以实现这样的运动形式有什么区别呢？
不好意思哟，我知道我问得很小白，不过不问，我今天又要痛苦一天呢~~~~~~~~
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6楼2008-07-30 10:25:25
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lei0736

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而如果对其采用自由边界条件，那么模拟盒就是取比7*8*3大得多的空间盒，比如100*100*50，对吧？可问题是，当边界设定为自由边界时，计算的时候，基本不会用到模拟盒的这个尺寸了，基本上都是用的模拟对象的尺寸呀！那这个模拟盒的定义看起来不是就可有可无呢？
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正是这个盒子的存在使得真空存在 表面原子才会因为真空层的存在成为表面原子 也就是周围环境不一样引起能量的变化
所谓自由边界条件就是必须引入够大的真空层来填充没有原子的地方


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再比如说，模拟碳纳米管时，如果碳纳米管的管径和管长都设定为有限的，那么这个时候边界不能使用周期性的，可能会采用固定边界或者补氢来处理，这时定义一个模拟盒把碳纳米管置于其中，这个模拟盒起到的是什么作用呢？因为我们研究的对象有非常具体的尺寸呀，可以不需要由模拟盒来给出模拟的范围呀。
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如果你是充氢的话 确实可以根据整个初始空间的范围来确定盒子大小 即使不需要输入盒子大小也不表示没有盒子 只是盒子用你的坐标范围值而已
如果不充氢 就是真空中放一根纳米管 如果不取一个大盒子 就变成一根根纳米管排在一起了 后果。。。
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7楼2008-07-30 11:08:35
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lei0736

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您说的设定真空层，在分子动力学的模拟计算中会影响哪些步骤的计算吗？
真空层方向取尽可能大，那原子在这个方面运动不会受到阻碍，那和没有加模拟盒，在这个方向一样可以实现这样的运动形式有什么区别呢？
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真空层其实影响的是能量 也就是根据作用势算能量和力的话 根据就是每个原子的近邻和距离 真空层一加上去自然就把体内原子和表面界面原子分开了
真空层方向原子运动更自由 所以才会出现表面原子的特殊性 如表面驰豫 偏聚 非谐效应等等
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8楼2008-07-30 11:12:22
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素婕求学

铁虫 (小有名气)
如果你是充氢的话 确实可以根据整个初始空间的范围来确定盒子大小 即使不需要输入盒子大小也不表示没有盒子 只是盒子用你的坐标范围值而已
如果不充氢 就是真空中放一根纳米管 如果不取一个大盒子 就变成一根根纳米管排在一起了 后果。。。
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不明白这句话“ 如果不充氢 就是真空中放一根纳米管 如果不取一个大盒子 就变成一根根纳米管排在一起了 后果。。。 ”

把一根纳米管放在真空里和把一根纳米管放在一个大盒子里有什么区别呢？
为什么你说不放在大盒子里，就变成一根根纳米管排在一起呢？
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9楼2008-07-30 11:17:57
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yzhhlq_1983

木虫 (正式写手)
赞一个 lei0736 很耐心
如果是使用自由边界条件来考察纳米颗粒的时候，原理上来讲确实是不需要盒子的边长代入计算的，也就是说可以没有它。
一般的模拟软件都会要求你设定它的大小，最好是大于你纳米颗粒的尺度（三个方向），要不然可能会报错的。置于大多少，我觉得大一点就可以了，满足你的纳米颗粒的形变范围在盒子以内。再大也没有意义

其实你使用很大很大盒子加周期性边界条件 和 自由边界条件 来考察纳米颗粒的时候 其实是一样的

以上是个人意见，仅供参考
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10楼2008-07-30 11:21:47
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