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在MD中 flying ice cube 怎么理解？
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| 各位蟲友好，請問在MD中 flying ice cube 怎么理解？怎么避免呢？ |
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dbb627: 金幣+2, 謝謝指導(dǎo) 2013-08-30 10:00:31
毛毛蟲_: 回帖置頂 2013-08-30 10:05:45
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毛毛蟲_: 回帖置頂 2013-08-30 10:05:45
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當你用分子動力學模擬一個分子或cluster在氣相中的運動的時候，如果你發(fā)現(xiàn)分子的振動越來越弱，而平動或轉(zhuǎn)動越來越強的時候，這個就是flying ice cube現(xiàn)象了，因為分子的好像一個凍住了的僵硬的cube一樣飛來飛去。這是怎么造成的呢？因為velocity scaling的熱浴算法。 velocity scaling算法是這樣的，你有一個設(shè)定的溫度，根據(jù)你的粒子數(shù)N和能均分定理，你就有個目標動能K=3N*kT/2。在跑動力學時，特別是體系不平衡的時候，你的分子的勢能會轉(zhuǎn)化為動能，造成溫度升高。怎么辦呢？scale所有粒子的速度，即動能。比如，當前動能是目標動能的2倍，那么，你可以讓所有的粒子速度乘以[latex]\sqrt{2}[\latex], 這樣動能就scale到目標動能了。相當與按比例砍掉一半。但是這樣砍有個問題，就是說其中的振動能占總動能的比例大（～90%），被砍掉的絕對量也大。而平動能和轉(zhuǎn)動能砍掉的絕對量卻小。你會說，這沒什么啊，如果當前總動能小，你會把它scale大，按比例增大的話，振動能也補的多呀。問題是，一般的模擬通常是從一個沒有relax過的構(gòu)象開始的，這種構(gòu)象一般都是勢能高，因此會轉(zhuǎn)化為動能造成溫度升高。這樣，動能被砍的機會多于被補的機會。關(guān)鍵是說，按這種砍法，振動能損失與平/轉(zhuǎn)動能的損失不符合能量分配定理：振動能減小太多，分子被凍僵，但是平/轉(zhuǎn)動能卻沒有顯著減小。不僅沒有減小，由于勢能源源不斷的補充，平/轉(zhuǎn)動能反而可能不斷增加。這種現(xiàn)象是Harvey SC等人在1998年首先在J Comp Chem 19(7): 726-40討論的。 首先說，這個問題只在哈密頓不守恒的熱浴算法中才會出現(xiàn)。所謂哈密頓不守恒算法，就是這種scale的算法，你把能量砍掉不要了，交給環(huán)境了，但是環(huán)境并不包括在你的哈密頓里。如果用擴展拉格朗日算法，則不會出現(xiàn)這種問題。因為擴展拉格朗日算法是要把環(huán)境作為一個虛擬的量加入到哈密頓中，這樣整個體系相當于一個孤立體系。孤立體系有什么好？孤立體系是嚴格能量守恒的。所以其中的每一步在相空間中出現(xiàn)的概率相等。等概率假定是系綜理論的基本原理，這樣的采樣才有堅實的物理基礎(chǔ)。環(huán)境怎么包括到哈密頓中來呢？用一個虛擬的儲熱罐，這個儲熱罐按照一定的頻率與體系進行熱耦合：當體系溫度過高時，把多余的能量都逐步交給儲熱罐；反之，從儲熱罐中向體系輸送能量。 在熱浴算法中，只有Nose-Hoover是擴展拉格朗日算法，配備了儲熱罐。而velocity scaling和berdersen等都是哈密頓不守恒的。那為什么還要用velocity scaling等算法呢？一般是因為預(yù)平衡階段需要快速使體系達到目標溫度，然后再在采樣階段使用Nose-Hoover。使用Nose-Hoover后，體系會自己通過能量傳遞，自然地達到振動能和平轉(zhuǎn)動能分配合理的狀態(tài)。但是，最好再scaling算法結(jié)束后或者進行當中，不斷消除平動和轉(zhuǎn)動。 |
» 本帖已獲得的紅花（最新10朵）
2樓2013-08-30 08:48:27
送紅花一朵 |
您好，非常感謝您熱心的解答，我在用DFTB給一個體系加多個OH·的過程中，老出現(xiàn)Failure in diagonalisation routine dsygvd, non-positive definite overlap! Minor 103138 responsible.錯誤，我看了一下體系的溫度，發(fā)現(xiàn)，溫度并沒用像預(yù)設(shè)的那樣，而且相差很遠，比如最初設(shè)定300K，跑6ps就能達到1000多k了，用的熱浴是Nose-Hoover，于是，我更換了熱浴，berdersen，溫度是可以大致恒定，但是運行了加了24個OH(2.4ps)之后，還是出現(xiàn)上面錯誤停掉，不知道是怎么了？我也用Andersen熱浴試過了，還是死了。輸入文件見http://www.gaoyang168.com/bbs/viewthread.php?tid=6287449貼。 |
3樓2013-08-30 10:29:02
ChemiAndy
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【答案】應(yīng)助回帖
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毛毛蟲_: 金幣+10, ★★★★★最佳答案, 十分感謝 2013-10-04 18:47:48
csgt0: 金幣+2, 謝謝 2013-10-08 16:31:02
毛毛蟲_: 金幣+10, ★★★★★最佳答案, 十分感謝 2013-10-04 18:47:48
csgt0: 金幣+2, 謝謝 2013-10-08 16:31:02
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剛看到你這個回復(fù)，不知道你的問題解決了沒有。 “Failure in diagonalisation routine dsygvd” 錯誤最主要的原因是原子幾何構(gòu)型太離譜，比如，兩個原子太接近。 我看了一下你的輸入文件，有幾個疑問，可能是導(dǎo)致病態(tài)幾何結(jié)構(gòu)的因素。 首先 Thermostat = NoseHoover { Temperature [Kelvin] = 673.150000 CouplingStrength [cm^-1] = 400 } 1. 你設(shè)定的溫度是673K，而不是300K，不知道是不是typo。 2. 其次，你的nose熱浴耦合頻率設(shè)定了400 cm-1，對應(yīng)的耦合間隔時間大概是80fs。這個頻率太低了。在耦合之前，體系的溫度已經(jīng)波動到了災(zāi)難性的地步。建議改成至少4000 cm-1試試。如果體系的溫度波動還是太大，繼續(xù)調(diào)高這個頻率至5000。一般來說，這個值應(yīng)該等于體系內(nèi)最高頻的振動頻率，也就是你的O-H鍵振動頻率，其值在3500-4000cm-1. 百原子體系的溫度波動在50K-80K左右是允許的。 3. 是你的體系怎么會有多達26個 unpaired electons 呢？你的體系是典型的CHO體系，在正常情況下應(yīng)該都是成對的呀。此外，F(xiàn)illing = Fermi {Temperature [Kelvin] =1673.150000} 一般是針對半導(dǎo)體或金屬體系，為了讓電子在Fermi面的連續(xù)分布才會要那么高的溫度。一般CHO體系建議設(shè)為50K試試。 |
» 本帖已獲得的紅花（最新10朵）
4樓2013-09-28 03:41:28
5樓2013-10-04 19:00:59
ChemiAndy
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6樓2013-10-05 06:09:06
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本帖內(nèi)容被屏蔽 |
7樓2015-06-24 19:53:10
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您好！剛看了您的回帖，我現(xiàn)在也遇到如下NoseHoover熱浴問題，請您幫指導(dǎo)一下，非常感激！ 1、CouplingStrength是不是越大越好？太大會出現(xiàn)什么問題？ 2、我是用dftb方法計算碳納米管的， Thermostat = NoseHoover { Temperature [Kelvin] = TemperatureProfile { constant 1 5555 #開始溫度T=5555K exponential 7000 300 #擬在7000步內(nèi)降到300K constant 1000 300 #達到300K后弛豫1000步 } CouplingStrength [cm^-1] = 1680 } 3、我的初始構(gòu)型不穩(wěn)定，平動，振動動能都很高，溫度近5555K，我的目標是想使得我的初始構(gòu)型體系盡快冷卻下來，相當于淬火，最終構(gòu)型和初始構(gòu)型一樣那是最好的結(jié)果。 請問想得到這樣的結(jié)果是不是步數(shù)越少越好了？比如上述的改為以下腳本： Thermostat = NoseHoover { Temperature [Kelvin] = TemperatureProfile { constant 1 5555 #開始溫度T=5555K exponential 100 300 #擬在100步內(nèi)降到300K constant 2000 300 #達到300K后弛豫2000步 } CouplingStrength [cm^-1] = 1680 } CouplingStrength需要改變嗎？ 非常感謝您的指導(dǎo)與幫助！ |
8樓2015-07-26 15:55:26
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