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REMD通过多个不同温度MD副本数据交换,因此可以在更大的构型空间上取样,从而提高反应事件发生的概率。本文以硅单晶在水蒸气中氧化为例进行演示,比对是否使用REMD,对结果的影响。
软件版本要求大于或等于AMS2019.301。
AMS中REMD方法,支持ReaxAMS、BAND、DFTB、MOPAC的分子动力学模拟,设置也很相似。这里以ReaxAMS为例。
模拟步数设置为100万步,用户可以根据自己需求,设置其他步数。步数*步长=模拟时间。Sample Frequency是设置保存轨迹的频率,下面的设置是每500保存一次。保存的频率越低,生成的轨迹文件越大,如果不关心反应细微过程,可以设置较大,如果关心成键断键的详细过程,则建议设置为50。
点击上图中所示Thermostat按钮,进入NVT系综设置(点击Barostat进入NPT系综设置):
需要设置实现系综的方法,例如这里设置的是NHC,用户也可以选择其他算法。温度设置为上一步中设置的温度,另外需要设置Damping Constant,也就是温度振荡时间(一般不需要设置很长,10~100fs均可,对结果没有什么影响)其他参数默认即可。
这一步的设置,只跟REMD有关,如果不设置REMD,则跳过,直接保存任务并提交即可。
在保存任务后生成的*.run文件中,找到MolecularDynamics字段,在其中添加ReplicaExchange子字段即可,例如本例:
MolecularDynamics NSteps 1000000 Trajectory SamplingFreq 500 End InitialVelocities Temperature 1500 End Thermostat Type NHC Temperature 1500 Tau 10 End ReplicaExchange TemperatureFactors 1.2 nReplicas 8 END End
添加的是:
ReplicaExchange TemperatureFactors 1.2 nReplicas 8 END
这四行。含义是:生成总共8个系统,其他设置相同,只是温度从上面设置的温度1500K,依次递增1.2倍。这7个副本系统与主系统之间交换数据,从而提高反应发生的可能性。REMD其他详细参数设置,参考新的分子动力学反应加速算法REMD
提交任务,注意核数必须≥系统个数,这里需要设置export NSCM=8或者更大的数字。
通过SCM - Movie查看反应过程。为了看的更清楚,我们将所有硅原子设置为棍状显示(选中一个硅原子,Select - Select atom of the same type - View - Molecule - Stick)。在完全相同的模拟条件与模拟步数,采用了REMD加速的情况下,硅的氧化程度显著更高(扩散到硅内部的O原子实际上形成了Si-O键):
没有REMD的情况下,氧化程度小得多: