使用SCC-DFTB分子动力学模拟烃的燃烧

建模参考教程： 【入门基础教程】创建均匀混合物。

• 本例的体系使用DFTB，在普通台式计算机上计算大约需要两个小时。DFTB是密度泛函理论（DFT）的一种计算效率很高的近似方法，通常非常准确。如果您想要更快的计算，也可以使用ReaxFF反应力场运行本例子，本例应使用CHO.ff力场。
• 这里选择SCC-DFTB，是因为DFTB0不考虑电子的自洽，SCC则更精确一些，涉及化学反应，建议SCC-DFTB甚至DFTB3。
• K-space：对于纯分子体系而言，Gamma Only即可。仅仅对于固体、表面，才需要设置多个k点。
• Occupation选择Fermi有利于收敛，Fermi temperature与实际温度没有任何关系，仅仅是类似控制Smearing宽度的一个量，温度越高，宽度越宽，越容易避免收敛问题，但会一定程度上略微降低结果的可信度。

设置分子动力学基本参数：

• 10000步*0.5fs步长，则总体模拟时间为5ps，不过温度较高时，不建议步长太大，否则会失真，实际建议0.25fs步长，甚至0.15fs步长，但如此模拟时长就变为了2.5ps、1.5ps，未必能观察到反应了。
• Sample frequency：5表示每5步保存一次轨迹，这个数值越小，轨迹动画的连续性越好，但轨迹文件正比增大。
• 起始温度3500K，可设可不设置，如果不设置，将自动沿用NVT或NPT系综设置里面的第一个出现的温度。

设置NVT系综：

这里简单的设置了一个恒温系综，温度3500K，关于温度变化、不同系综的设置，与ReaxFF是完全一样的界面，用户可以直接参考ReaxFF的教程：【入门基础教程】ReaxFF-燃烧：甲烷燃烧过程模拟

根据初始条件（和运气）的不同（分子动力学模拟中，引入了随机性），燃烧开始、异辛烷分解可能需要一段时间。

当我们在AMSinput中设置体系的几何结构时，我们看到的原子之间显示的键，是由图形窗口根据一些简单的元素价电子数目规则而猜测出来的（没有经过任何理论如DFT、DFTB、ReaxFF的计算），在AMSmovie中，键级则是由引擎计算的：在DFTB引擎的情况下，这意味着在MD的每一帧，都会获取Mayer键级，如果您之前选择使用ReaxFF引擎，则显示为该力场定义的键级。

Movie根据键级信息，对轨迹的每一帧进行分子种类、数量分析，从检测体系中有哪些分子，这些信息可以在Movie中可视化。例如，我们可以隐藏所有的O2，因为它们并不是真正需要关注的：MD Properties → Molecules，取消O2在SHow列的勾选框即可。

一开始，我们只有30个O2分子和一个异辛烷（C8H18）。当反应开始时，你会看到生成了一些中间体，最终产物是水和二氧化碳。我们运行的5ps轨迹可能不够长，无法看到完全燃烧，但在模拟接近尾声时，应该可以看到了一些H2O和CO2。

小贴士：

• Properties → Molecules列表，在计算更新过程中并不会自动更新，重新打开这个列表，即可更新。
• 对于具有周期性边界条件的系统，看到原子在一侧离开盒子，在另一侧重新出现可能会有点令人困惑。为了更好地可视化，我们建议您对左侧的AMSmovie视口进行一些更改：View → Periodic → Show Unit Cell显示盒子，View → Periodic → Periodic View Type → Complete Molecules显示跨出边界的完整分子，View → Periodic → Transparency Periodic Cells相邻Cell透明化。

SCM → Movie，动画效果显示如下：

键级分析的结果是实数，如果计算的键级在0.6和1.2之间，则显示单键。因此，键可视化和分子检测都应该谨慎，尤其是当分子靠近并相互作用时，例如两个随机快速接近的O2分子，接触瞬间是键合的（可能是虚线半键），这一瞬间会被检测为O4分子。

MD Properties → Molecules，Graph列勾选O2、H2O、CO2：

正如预期的那样，我们看到了氧气的消耗以及水和二氧化碳的产生。此外，随着燃烧释放能量，我们看到系统的势能下降。