在ReaxFF中设置阻碍原子穿越的弹性墙壁与外加电场

以下内容针对2019.3之前的版本。2022以后的版本参考ReaxFF-弹性墙壁：添加外电场、弹性墙壁

ReaxFF允许用户指定一个弹性墙壁，原子穿越该墙壁，需要较高能量，用户可以设置墙壁的宽度、高度（以能量为单位）。原子撞击到墙壁的时候会被弹回，但墙壁本身不是由原子组成，就是一个纯粹的势垒而已。在外加电场的情况下，如果不设置“弹性墙壁”，原子穿越边界，就会导致报错：“Warning: suspicious force-field eem parameters for , which may lead to unphysical charges.”

基本的建模、参数设置与一般的MD模拟没有差别。建模的时候，设置了Lattice是30*30*30埃³，水分子均匀分布在其中：

之后，修改晶格为35*35*35埃³，ADFinput > View > Axis显示坐标(请务必显示坐标轴，免得弄错原子的坐标范围)，可以看到水分子所有原子的坐标集中在-15～15埃之间，xyz方向均如此（这很重要，因为设置墙壁的坐标和这个坐标是匹配的），如下图所示：

我们来尝试设置一个六面封闭的墙，围住这些水分子。打开*.run文件，找到如下字段：

cat > geo <<eor
***GRF 200
DESCRP ****

在这部分字段下面增加内容如下：

EWALL RESTRAINT 1  -17.5  2.5  300.0
EWALL RESTRAINT 2  -17.5  2.5  300.0
EWALL RESTRAINT 3  -17.5  2.5  300.0
EWALL RESTRAINT 1   17.5  2.5  300.0
EWALL RESTRAINT 2   17.5  2.5  300.0
EWALL RESTRAINT 3   17.5  2.5  300.0

表示增加了六面“墙壁”，其中1、2、3表示x、y、z轴方向，2.5表示墙的厚度的一半，300.0表示墙的高度为300.0kcal/mol。例如：

EWALL RESTRAINT 1  -17.5  2.5  300.0

表示在垂直于x轴，在垂直于x＝-17.5的位置，有一个“墙壁”，厚度为2.5埃（由于30埃增加了5埃，这5埃就是墙的厚度），高度为300.0kcal/mol。这个值越大，原子越难以穿越。

不要照搬上述数值。理解其意义后，在根据自己的实际情况设置数值，墙的高度300kcal/mol可以设置的较为随意，例如保险起见设置很大：1000kcal/mol。

在ReaxFF自动生成的*.run文件中，增加字段，例如（#开头表示该行属于“注释”，对计算不起作用）：

cat > eregime.in <<eor
#Electric field regimes
#start #V direction Magnitude(V/Angstrom)
0000 1 x  0.001
1000 1 x -0.001
2000 1 y  0.001
3000 1 y -0.001
4000 2 x -0.001  y -0.001
5000 2 x  0.001  y  0.001
eor

上述表示：

• 第0步开始，外加电场沿x方向，强度为0.001V/Angstrom
• 第1000步，电场变为沿x方向，强度为-0.001V/Angstrom
• 第2000步，电场变为沿y方向，强度为0.001V/Angstrom
• 第3000步，电场变为沿y方向，强度为-0.001V/Angstrom
• 第4000步，电场变为x方向分量-0.001V/Angstrom；y方向分量-0.001V/Angstrom
• 第5000步，电场变为x方向分量0.001V/Angstrom；y方向分量0.001V/Angstrom
• 其中第二列数字是表示“分量”数，例如xy两个分量，就是2，只有x一个分量，就是1，如果xyz三个分量，则是3

可以把这部分内容，加在：

cat > control <<eor
……
eor

字段的后面。

1. 确保没有分子在墙里面。
2. 凡是修改过*.run文件，就不能再在图形界面里面去保存任务了，否则图形界面会按照图形窗口里面的参数设置，重新覆盖掉这些手动修改过的内容。直接运行任务即可。

我们模拟了4万步，看看最后的结果：

可以看到整个过程中，水分子都局限在中间的一个区域内。View - Periodic - Map Atoms To (-0.5..0.5)，Cell平移到与Input一样的格式。