通过速度自相关函数或均方位移MSD，得到分析分子、原子的扩散系数

本文虽然以ReaxFF分子动力学模拟结果为例，但实际上基于BAND（DFT）、DFTB、MOPAC、经典力场、Apple & P力场、机器学习势的分子动力学结果，均可如此分析。分子动力学计算方面有如下需要注意的地方：

1. 体系已经达到平衡，否则数据就存在平均的问题
2. 使用自相关函数计算扩散系数，则Sample frequency要设置的非常小，例如5；如果使用MSD计算扩散系数，则采用频率可以大一些（但并非必需），例如50

计算扩散系数有两种算法：

1. 通过计算MSD得到扩散系数D：
2. 通过计算速度自相关函数得到扩散系数D：

其中关于自相关函数的定义参考手册：

常规的分子动力学模拟参数设置(参考燃烧的案例：【入门基础教程】燃烧：甲烷燃烧过程模拟、基元反应分析、反应速率常数计算、键级)没有太大区别，但是要注意在正式计算扩散系数前，要确保体系弛豫好了。

这里是以ReaxFF力场为例，机器学习势、Apple&P、普通力场、AIMD、DFTB-MD，除了Main窗口略有差别，其他设置完全一致的。

如果关心其中混合物体系中，某几类分子的扩散系数，可以将这几类分子分别创建一个Region，创建方法参考：如何创建分区。

如果打算用MSD方法来分析扩散系数，就需要把Sample frequency设置为5:

总的分子动力学步数要足够大，达到几十到上百ps，以确保分子充分扩散，达到平衡，从而降低统计上的涨落误差。

常规的分子动力学计算完毕之后，在Movie中即可分析指定分子、原子的自相关函数与扩散系数：

SCM - Movie - MD Properties - Autocorrelation Functions:

• Steps，设置分析的时间段，从多少帧到多少帧，确保这一段里面，能量较为稳定（轻微震荡，而不是减小），例如这里前面1500帧，能量处于下降趋势，所以这里我们选择了1500帧开始，到最后一帧（省略不写即表示最后一帧）
• Property，选择扩散系数（同时也会生成自相关函数）
• Atoms，类似选择原子或分子，可以选择体系中所有关心的那一类分子，一起添加进去。不过事先应该为这一类分子创建Region，这样在Movie中选择起来就很方便：Select → Region，选则某个Region，该Region的分子就会特别显示，并且处于被选中的状态，点击Atoms后面的+号，就可以添加进去了
• Vector elements，希望计算哪个方向的扩散系数？输入1表示x，2表示y，3表示z
• Max ACF step，需要设置为小于总帧数一半的数值，可以尝试约1/3的帧数，可能误差较小。
• All values，可以勾选上

点击Generate ACF右下角即得到扩散系数：5.57525 × 10^-9 m²/s，实验值约：4.8 × 10^-9 m²/s

注意，扩散系数是一个严重受统计样本影响的量，建议多次多个样本计算扩散系数求均值。

AMSMovie → MD Properties → MSD，弹出窗口中：

• Steps，类似地通过设置帧数的起始值控制分析MD的时间范围
• Atoms，类似选择原子或分子，可以选择体系中所有关心的那一类分子，一起添加进去。不过事先应该为这一类分子创建Region，这样在Movie中选择起来就很方便：Select → Region，选则某个Region，该Region的分子就会特别显示，并且处于被选中的状态，点击Atoms后面的+号，就可以添加进去了
• Max MSD steps，需要设置为小于总帧数一半的数值，可以尝试约1/3的帧数，可能误差较小。该数值的具体大小，会影响MSD以及扩散系数的值
• Vector elements，希望计算哪个方向的扩散系数？输入1表示x，2表示y，3表示z
• All values，可以勾选上

点击Generate MSD即生成MSD函数

同时也会在曲线图中显示得到的扩散系数D：5.28621 × 10^-9 m²/s，似乎更接近实验值。