AMS软件：Reaction Discovery 快速确认（副）反应可能性、（副）产物可能性

在使用ReaxFF或机器学习势、AIMD、DFTB-MD模拟化学反应的时候，我们经常会遇到一个难题：我们不知道这个方法对这个体系，能否模拟出需要的结果，即不确定能否生成某些产物、副产物。 AMS2024 中推出了 Reaction Discovery 工具，使用纳米反应器或 Cell 周期性压缩功能，从一组反应分子中，快速发现可能的（副）反应、（副）产物，从而快速确认能否使用该反应力场或机器学习势进行分子动力学研究。

版本要求：AMS2024.102 以上，本文以反应力场为例。

该功能仅适用于分子间的反应，不适用于晶体、表面体系，不过如果涉及表面，或许可以使用大团簇代替晶体，毕竟软件将团簇视为大分子。

该功能需要计算机核数较多，例如设定作业使用2核（设置方式参考：Linux、Windows桌面系统：使用图形界面提交任务、指定任务核数），而下文参数设置中 Number of simulations 为 n，则实际需要2*n核心。

AMSinput 模块切换到 Workflows，Task → Reactions Discovery，点击 Task 右侧的 > 按钮进入 Reactions Discovery 的详细设置：

该面板包含了 Reactions Discovery 最重要的参数。对于纳米反应器而言，最重要的参数是 Minimum volume fraction，即舒张-压缩循环过程中，压缩最小体积的比例，比例越小反应器强度越大，即压缩的越凶。本例中将建议使用默认值0.6。

其他参数的含义：

• Reactive Molecular Dynamics：默认勾选，即模拟化学反应
• Number of simulations：生成多少个相同条件的副本
• Type：Nano Reactor是没有周期性的球形反应器，本例中所使用的即是，Lattice Deformation即保留模型的周期性，和常规Cell一样，这里选择不同，下方的5个参数也会跟着发生变化，不过含义大同小异，从效果来讲，似乎Nano Reactor效果更好
• Number of cycles：舒张-压缩循环的次数
• Minimum volume fraction：即舒张-压缩循环过程中，压缩最小体积的比例，比例越小反应器强度越大
• Temperature：体系的温度
• Diffusion time：舒张时间长度
• Period：Lattice Deformation选项下，才有这个项目，表示舒张-收缩的时间周期
• Engine：Reactions Discovery过程，所使用的引擎，支持AMS所有方法，包括ReaxFF、机器学习势、DFTB、DFT等，选择方法之后，窗口底部会有该方法的详细参数设置的栏目，点进去之后即可设置相关参数，本例使用ReaxFF作为引擎

点击 Build System 右侧的 > 按钮，创建体系：

• Number of atoms：体系的大致规模，总共大约多少原子。根据用户输入的分子、比例，会自动计算出需要添加每种分子各多少个
• Density：根据设定的体系大小，此处指定的密度，会自动计算出纳米反应器或Cell的尺寸，该尺寸是舒张后的尺寸
• Equilibration：体系生成后，是否弛豫250fs，让体系较为平衡，一般建议勾选上

点击 Molecule 前面的 + 添加成分。多种成分则多点击几次+。有2种输入分子的方式：

1. System id选择Mol-1，然后在左侧窗口创建该分子，或者File → Import Coordinates导入分子坐标；后续添加其他分子，则System id选择new molecule，会生成Mol-2窗口，在Mol-2窗口添加第二个分子即可；第三种分子以此类推
2. 如果是有机分子，则可以直接输入SMILES即可，如下图所示：

这里设置的体系大约200原子，密度0.9g/cm$^3$，三种分子的个数比是1：2：3。

如此，体系就设定好了。

点击窗口底部的 ReaxFF 栏，设置ReaxFF的力场：

保存并提交作业。

运行完毕，SCM → Movie，给出的实际上是所有分子的结构，每一帧对应一种分子：

Movie窗口 → Reactions Discovery → Filter Categories → Products，则只列出所有稳定产物：

本例中，Number of simulations 为4，因此实际上有4个相同的纳米反应器，每个反应器的具体轨迹分析，可以用Movie窗口File → Open打开*.results/mdsim_0、*.results/mdsim_1、*.results/mdsim_2、*.results/mdsim_3，四个文件夹中的ams.rkf，然后也可以用ChemtraYzer去分析具体的基元反应。

用户可以通过反复多做几次，确认出几乎所有的产物、副产物可能性，耗时仅仅约十几分钟。

这里面出现的产物、反应，并不代表我们随意做一个正常MD就能得到该产物、反应。例如对该力场而言，一个较为稀有的反应，也许在2ns时才发生，那模拟1ns肯定是看不到该反应的。

这个功能的价值在于：如果这里观察到该产物比例不低，该反应次数不少，那么常规MD，通过延长时间、增大体系规模，是非常可能观察到该反应（物）的。