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lammps运行示例5，一般性分子模拟软件。兼容当前大多数的势能模型，编程水平高，计算效率高。可以模拟软材料和固体物理系统。

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Project #5

熔化与凝固：氩，铜，铝

铜和铝的熔化转变:

对于铜和铝，LAMMPS 建立 8×8×5 的 FCC 晶格体系;充分弛豫后利用 Nose-Hover 方法，保

持压强为零，使体系从 T=2.5K 开始加热，直至发生熔化转变。

下面是铜熔化的输入文件：

# LAMMPS Melt_Cu or Al

units metal

# 单位，指定为 lammps 里的金属类的单位，长度为 Å，能量为 eV。

boundary p p p

# 周期性边界条件

atom_style atomic # 原子模式

variable x equal 2.5

# 定义变量 x 为初始温度

lattice fcc 3.61

# Cu 的晶格常数 3.61

#lattice fcc 4.05

region box block 0 8 0 8 0 5 # x,y,z 各方向上的晶胞重复单元数，也即区域大小

create_box 1 box

# 将上述区域指定为模拟的盒子

create_atoms 1 box

# 将原子按晶格填满盒子

timestep 0.01

# 步长 0.005fs

thermo 1000

#每隔 1000 步输出热力学结果

pair_style eam/alloy

# 选取 Cu 的 EAM 势作为模型

pair_coeff * * jin_copper_lammps.setfl Cu # EAM 势文件名称

#pair_style eam/fs

#pair_coeff * * Al_FM.eam.fs Al

neighbor 0.5 bin

neigh_modify every 5 delay 0 check yes

#velocity all create $x 825577 dist gaussian

fix 1 all nvt $x $x 1.0 drag 0.2

#保持初始温度，在 NVT 下弛豫

#compute 3 all pe/atom

#compute 4 all ke/atom

#compute 5 all coord/atom 3.0

#dump 1 all custom 1 dump.atom id xs ys zs c_3 c_4 c_5

run 10000

# 运行 10000 步

unfix 1

fix 1 all npt $x 2000 4.00 xyz 0.0 0.0 6.0 drag 0.2

#在 NPT 下加热至 2000K

#fix 1 all npt $x 1500 4.00 xyz 0.0 0.0 6.0 drag 0.2

run 1200000

#运行 1200000 步

对于铜，其熔点为 1357.77K，但在我们的模拟中其在 1609K 附近发生一级相变，比其平

衡时熔点增大了 18.7%。

对于铝，其熔点为 934.477K, 在我们的模拟中，其在 1110.0K 附近发生一级相变，单位体

积发生突变。其相对于平衡熔点增大了了 18.9%。

从铜和铝的熔化过热，以及后面所涉及的氩的熔化过热与凝固过冷，我们可以看出，在利

用分子动力学方法模拟熔化与凝固时往往会发生过热与过冷，其值基本在 10%-30%之间。

产生过热与过冷的因素基本上可以从热力学与动力学的方面阐述，例如均匀形核而导致。

铜在特定温度下的性质:

利用 LAMMPS 建立 8×8×8 的 FCC 格子，分别在 10K，500K，1000K， 1800K 和 2000K 下

保持零外压弛豫，得到在不同温度下原子运动的情况，以及不同情况下的均方根位移。

下面是 LAMMPS 的输入文件 in.melt_Cu_temp

# LAMMPS Melt_Cu_temp

units metal

boundary p p p

atom_style atomic

variable x index 10 500 1000 1800 2000

print "-------------------------------Temperature=$x K---------"

lattice fcc 3.62

region box block 0 8 0 8 0 8

create_box 1 box

create_atoms 1 box

timestep 0.01

thermo 1000

pair_style eam/alloy

pair_coeff * * jin_copper_lammps.setfl Cu

neighbor 0.6 bin

neigh_modify every 5 delay 0 check yes

velocity all create $x 825577 dist gaussian

#初始化速度，按高斯分布

fix 1 all npt $x $x 2.0 xyz 0.0 0.0 6.0 drag 0.2

compute 3 all pe/atom

compute 4 all ke/atom

compute 5 all coord/atom 3.0

run 50000

unfix 1

fix 1 all nvt $x $x 2.0 drag 0.2

dump 1 all custom 50 dump_$x.atom id xs ys zs c_3 c_4 c_5

thermo 100

fix 2 all msd 1 msd_Cu_$x.dat

#输出 msd 文件

run 1000

clear

next x

jump in.melt_Cu_temp

原子在不同温度下的运动

T=10K T=500K

T=1000K T=2000K

均方根位移:

模拟体系中的均方根位移可以通过如下公式求得：

是指相应量的统计平均值

均方根位移的量与原子的扩散系数存在对应的关系。当体系是固态时，即体系温度处于熔点

之下时，均方根位移存在上限值；而当体系处于液态时，均方根位移呈线性关系，而且其斜

率与原子的扩散系数存在如下关系：

在 2 维体系中上式的 6 应该被 4 所取代。

下图为 T=2000K，即体系处于液态时的均方根位移图。

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