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如何理解、选择系综(Method)

系综一般在热力学里面会讲到这个概念。常见的系综:NVT、NVE、NPT。N表示原子数(更广义的说是粒子数,但在ReaxFF模拟中,显然只能指原子数),V表示体积(ReaxFF模拟中“盒子”的体积,更狭义的说是“盒子”a、b、c三个方向尺寸),E为体系的总能量,T为温度,P为压强。

Velocity Verlet+Berendsen属于NVT系综,即原子数目不变(事实上ReaxFF模拟都是要满足这个条件的,对于粒子入射的情况,虽然粒子数在变化,实际上也是用的N不变的条件。只是入射前、后,用了不同的体系而已,但前后两个体系的算法都是用的N不变的算法。具体深究下去,得去研究热力学教材了,这里不方便大篇幅展开),盒子尺寸不变温度不变(事实上NVT系综也允许改变温度,但在算法上,每个不同的温度都当做是不同的体系来处理了,这些不同的体系内部的算法,还是用NVT的算法。与N类似,深入的含义,需要单独学习热力学教材,这里不展开)。

NVE系综,表示原子数目不变、盒子尺寸不变、能量不变(即,是一个密闭系统,与外界没有热量交换)。

NPT系综,表示原子数目不变,压强不变(即随着温度的变化、能量的变化,体积可能发生变化),温度不变。

需要说明的是,P、T都是热力学里面的统计概念,是一个宏观的概念。样本数很少的时候,统计得到的T、P,震荡就很大,样本数足够多,例如多到1023,那么震荡就非常非常的小了。这是热力学的基本规律。在微观的层面(相对于宏观的原子数量级1023个原子而言),压强是非常不稳定的一个物理量,震荡非常的剧烈(振幅可以到105帕以上)。

模拟系统采用何种系综,这往往由实验条件决定。而没有通用的“哪种系综模拟更优”的说法。系综,是实验条件外加的一个强制限定。

例如固体表面的反应模拟,到底是压强不变还是体积不变?严格的说,这是实验条件决定的。但需要知道一个大的前提:一般而言固体的P变化是很大的,V变化很小。所以固体表面的模拟,采用NVT较多。而固体的熔融模拟,很显然NVT系综就是不正确的,因为熔融前后,体积变化可能很大。例如冰融化为水,体积变化是不能忽略的。但这个过程压强P可能是保持不变的。因此这种情况,可能采用NPT系综更恰当。

adf/selectmethodofreaxff.1477901065.txt.gz · 最后更改: 2016/10/31 16:04 由 liu.jun

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