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带电体系的分子动力学模拟

Apple&P是一个极化力场算法,可用于带电体系,如电解质(例如电池中的电荷迁移率)、离子液体类体系的分子动力学模拟。这里以离子液体 [emim]+[Ntf2]-与CO2混合物为例。

离子液体阴阳离子可以从SCM官网下载*.coskf文件库,在AMSinput中File → Import Coordinates导入对应的coskf文件,然后File → Export Coordinates导出为*.xyz文件。不过压缩包里面的离子液体,阴离子与阳离子是各自视为一个独立分子的。

注意:Apple & P目前有一定的适用范围,对不适合的体系,可能出现静电力将分子撕裂的情况。

本文参考资料:https://www.scm.com/doc/Tutorials/MolecularDynamicsAndMonteCarlo/APPLEnP.html

建模与参数设置

这里略过了弛豫或结构优化,仅仅演示分子动力学过程,用户自行弛豫或优化即可(笼统的说,弛豫即低温分子动力学模拟)。

用户可以下载[emim]+[Ntf2]-坐标文件并解压得到*.xyz文件,该坐标文件是阴阳离子对形成的整个分子,不过是否形成离子对不重要。

AMSinput → 切换到Force Field模块,Periodic改为Bulk,Type改为Apple&P:

Edit → Builder设置适当的Cell尺寸,并分别导入离子对140个与CO2分子10个(CO2属于常用分子,在对应框内输入CO2选择对应分子即可,不需要导入*.xyz文件)

用户此处也可以分别导入阴离子、阳离子各自的xyz文件,然后点击Generate Molecules按钮生成混合物后,Close关闭Builder窗口。回到Main窗口,点击Type: Apple&P右侧的按钮,进入Apple&P的详细设置面板,设置每种分子的电荷,并按Generate按钮,生成Apple&P原子信息:

然后设置MD的基本参数:

注意:

分别点击Thermostat和Barostat,以设置恒温器、恒压器:

其中damping constant是MD开始的一个期间,体系本有的温度、压强剧烈震荡期间,该值一般对模拟结果没有明显影响。

提交作业

保存作业,将生成*.ff文件(力场文件),以及*.run文件(作业脚本),提交作业到Linux服务器时,需要将*.ff文件改名为forcefieldfile.ff,并和*.run文件放在一起,然后运行*.run文件。

在GUI提交作业,则与其他模块一致。

结果分析

运行完毕,SCM → Movie可以得到轨迹动画。MD Properties中有一些常用的分子动力学分析工具,例如Molecules列出分子种类与个数:

MD Properties → Autocorrelation Function可以用于扩散系数、均方位移、径向分布函数、粘度、热导率、温度沿轴向的分布曲线等,具体可以参考ReaxFF模块对轨迹动画的分析,分析设置是一模一样的,使用相同的界面。

其他

关于分子动力学的其他更灵活设置,例如温度、压强的变化控制,不同区域设置不同温度等等,都可以参考ReaxFF模块的教程,设置界面除了Apple&P本身参数有别之外,其他设置是一模一样的。