库埃特流动(Couette flow)的分子动力学模拟

这里我们尝试库埃特流动的模型： 底层Slab通过固定最底层的原子而实现整个Slab的固定，上层Slab以固定速度向右平移。

模型的建立，参考：复合模型（两块板间夹液体）在一定温度、压强下的弛豫，采用该步骤弛豫好的体系作为初始结构。也可以直接在NPT下弛豫，例如本例中的模型是2层石墨烯中间夹着水，只是在1atm、298K下弛豫了5万步，达到平衡。

完成的结构，可能变成这样：

不过实际上没有任何问题，将结构更新到AMSinput（Movie → File → Update Geometry in Input），在两层中间添加一个原子例如Xx虚原子，Edit → Set Origin将其设为坐标原点，然后Edit → Crystal → Map Atoms To(0..1)，即可将该Cell的顶点移动到该Xx原子，然后删除该Xx原子即可。

因为要设置流动方向，因此需要显示坐标轴View → Axis，便于我们设置。而流动方向需要沿着X轴，因此 Model → Lattice 窗口点击 Align栏目的a$^→$ to x axis按钮，将Cell的A边设置为x轴。模型与窗口如下所示：

选取底层石墨烯全部原子，将其固定：Model → Geometry Constraints and PES Scan，点击fixed position前面的+，即完成固定设置。

Select → Invert Selection，因为刚才选中了底层石墨烯，现在反选了所有没有固定的原子，Model → Region将其创建为Region，例如名为unfixed，将顶上一层石墨烯设置为移动Region，名为move： 检查原子排序情况：因为一般来讲是先创建两层固体，然后通过Builder添加分子，而我们后面主要统计分子的速度，因此最好是固体原子的顺序是在一起的，例如这里我们选中固体部分，Model → Coordinates可以看到所有400个原子的编号正好是1~400。

后面我们统计原子速度的时候，统计401及其以后的原子即可。

这里以ReaxFF为例，其他力场、机器学习势、AIMD、DFTB-MD完全类似。

模拟步数根据需要设置即可，这里设置为2万步，不过保存频率这里设置的很大，每5000步保存一次，这样模拟完成（加上起始帧）总共只有5帧，ams.rkf文件就比较小，便于我们处理。而且我们并不关心中间过程，所以这样设置是可以的。

保持前面弛豫的温度不变（298K），因为有固定原子，因此温度设置里面需要选择非固定原子Region unfixed：

删除压器的设置（Barostat改为None即可），因为固定原子的模拟，不适用于NPT系综。

Model → MD… → NEMD velocities and forces 点击 Apply velocity前面的+按钮，为Move这个region设置一个移动速度：

即速度沿着x轴，顶层原子（Region选择了前面创建的Move这个Region）x方向速度限定为0.1Å/fs，换算为宏观速度为10米/秒。

参数设置完毕，另存一个作业并运行。

AMSJobs 进入作业所在文件夹 → Help → Command-line 输入sh回车，cd *.results命令进入ams.rkf所在文件夹，并通过dmpkf命令将ams.rkf转为文本文件，如下图所示：

在导出的文本文件中，找到速度、坐标，并将数据分别复制到2个txt文件，便于后面导入Excel中处理数据。因为总共5帧，我们只关心最后一帧的数据，所以分别搜索Coords(5)和velocities(5)即可看到相关数据：

每一行为一个原子的x、y、z坐标，注意单位是Bohr，1 Bohr = 0.5291772 Å 每一行为一个原子的x、y、z速度分量，单位为Bohr/fs 第一列为原子符号（当然不采集原子信息，实际上也不影响我们的分析过程）。

将各自内容，分别另存为一个txt文件，然后导入Excel表格，另外把*.run文件里面的坐标内容也拷贝出来保存为一个txt文件，最终导入到Excel中，并删除不需要的列、行（前400行是固体，所以删掉），并按z坐标大小排序（升序）：

然后对X坐标这一列，进行某种平均，例如对前面17个，以及后面17个数据进行平均，得到一列新的数据（注意最后面17个数据，由于缺乏“后面17个数据”，因此最后面的17个就不需要做平均了。下图只是对该点前面46个点进行平均，实际上如果原子很多，平均点数可以扩大到100、200，甚至1000等等。用户可以自行考虑用哪种平均方式，或者采用分段平均，等等），大致可以看到x方向的运动速度随z值而增大：

如果平均范围更大，则曲线更平滑。本例中体系很小，因此统计涨落也很严重，体系增大，则曲线也会更平滑。平滑的曲线，更有利于通过差分的方式求得速度梯度。