C语言与Python实现：MD2体系热力学分析与Ar气凝结计算

本次计算材料学HW11涉及三个主要部分，旨在通过C语言和Python对MD（分子动力学）模型进行深入分析和可视化，以及利用LAMMPS进行更高级的模拟。 1. **题目一：C语言中的MD2体系热力学分析** - 概要：该部分任务是基于C语言对液态氩（Ar）系统的分子动力学进行简化计算，研究温度变化对原子平均势能、总能量、平均距离及体系温度的影响。使用Lennard-Jones势函数来描述原子间的相互作用，通过修改原始的md2.cpp程序，调整了原子数密度ρ和温度T，考虑了无量纲化处理以简化计算。 - 计算实现： - 量纲分析：对程序进行了调整，引入密度ρ和温度T的值，以便与实际的Ar系统物理参数相对应。 - 热力学计算：重点是原子间势能、总能量和平均距离的计算，以及温度随时间的变化，通过不同初始温度的比较，探讨其热力学行为。 2. **Python可视化处理** - 代码实现：这部分利用Python的开源库进行MD2体系的可视化，包括初始化系统、粒子运动状态（如加速度、势能、平均距离）的计算，以及平均动能和能量的评估。程序设计有清晰的主程序结构，旨在提供直观的系统动态展示。 - 结果：通过可视化手段呈现MD2体系的动态演化，有助于理解热力学过程。 3. **题目二：Ar气凝结的能级计算** - 单空位形成能与双空位结合能：针对Ar气体转变为固体时，研究单个空位和两个空位形成的能级，这是固态物理学中的关键参数，对于理解凝聚相转变具有重要意义。 4. **LAMMPS的MD2重制与分析** - 使用LAMMPS的并行版本对md2进行高级模拟，设置了详细的in文件参数，如单位、原子风格、边界条件、晶格结构、势能函数等，以便于获取更精确的结果。通过thermo、dump等命令收集并分析数据，探讨MD模拟的精度和效率。 这个作业涵盖了从基础的C语言编程到高级分子动力学模拟软件的使用，既锻炼了编程技能，也深化了对热力学和材料结构的理解。通过这些任务，学生们不仅能够掌握MD模拟的基本原理，还能提升数据处理和可视化的能力。