MS分子动力学模拟具体实施步骤 - CSDN文库

分子动力学

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第 3 章 铁基块体非晶合金‐纳米晶转变的动力学模拟过程

3.1Discover 模块

3.1.1 原子力场的分配

在使用 Discover 模块建立基于力场的计算中，涉及几个步骤。主要有：选择

力场、指定原子类型、计算或指定电荷、选择 non‐bondcutoffs。

在这些步骤中，指定原子类型和计算电荷一般是自动执行的。然而，在某些

情形下需要手动指定原子类型。原子定型使用预定义的规则对结构中的每个原子

指定原子类型。在为特定的系统确定能量和力时，定型原子使工作者能使用正确

的力场参数。通常，原子定型由 Discover 使用定型引擎的基本规则来自动执行，

所以不需要手动原子定型。然而，在特殊情形下，人们不得不手动的定型原子，

以确保它们被正确地设置。



图 3-1

1）计算并显示原子类型：点击 Edit→AtomSelection ，如图 3‐1 所示



图3-2

弹出对话框，如图 3‐2 所示

从右边的…的元素周期表中选择 Fe，再点 Select，此时所建晶胞中所有 Fe



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

图3-8

②GroupBased：group based 基于电子群的，总量中包括一个原子的截断距

离，一个原子的缓冲宽度距离；大多数的分子力场都包括了每个原子之间点电荷

的库仑相互作用。甚至在电中性的物种中也存在点电荷，例如水分子。点电荷实

际上反映了分子中不同原子的电负性。在模拟中，点电荷一般是通过电荷平衡法

（chargeequi librium）评价或者力场定义的电荷来分配的。当评价点电荷时，一

定要小心不要在使用 Cutoff 技术时引入错误的单极项。要了解到这一点，可以参

看如下事实：两个单极，当只有 1e.u.电荷时，在 10A 的位置上其相互作用大约

为 33Kcal；而对于由单位单极分离 1A 所形成的两个偶极，相同距离其相互作用

能不超过 0.3Kcal/mol。

很明显，忽略单极‐单极相互作用会导致错误的结果，而忽略偶极‐偶极相互

作用则是适度的近似。然而，如果单极相互作用处理不清的话，仍然会出问题。

当 non‐bondCutoff 使用基于原子‐原子基组时，就可能发生，会人为将偶极劈裂

为两个“假”的单极（当一个偶极原子在 Cutoff 内，另一个在其外）。这就不是

忽略了相对较小的偶极‐偶极相互作用，而是人为引入了作用较大的单极‐单极相

互作用。为了避免这种人为现象，Materials Studio 引入了在 Charge Groups 之上

的 Cutoff。

一个“Charge Group”是一个小的原子基团，其原子彼此接近，净电荷为 0

或者接近于 0。在实际应用中，ChargeGroup 一般是常见的化学官能团，例如羰

基、甲基或者羧酸基团的净电荷接近于中性 ChargeGroup。ChargeGroup 之间的

距离为一个官能团中心到另一个官能团中心的距离 R，Cutoff 设置与 AtomBased

相类似。

③EwaldSummation：Ewald 是在周期性系统内计算 Non‐bond 的一种技术。

Ewald 是计算长程静电相互作用能的一种算法。Ewald 加和方法比较合适于结晶

固体。原因在于无限的晶格内，Cutoff 方法会产生较大的误差。然而，此方法放

也可以用于无定形固体和溶液体系。Ewald 计算量较大，为 o(N^3/2),体系较大时，

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