Discover 模块动力学模拟.docx

第 3 章 铁基块体非晶合金-纳米晶转变的动力学模拟过程3.1 Discover 模块动力学模拟3.1.1 原子力场的分配在使用 Discover 模块建立基于力场的计算中，涉及几个步骤。主要有：选 择力场、指定原子类型、计算或指定电荷、选择 non-bond cutoffs。 在这些步骤中，指定原子类型和计算电荷一般是自动执行的。然而，在某些 情形下需要手动指定原子类型。 原子定型使用预定义的规则对结构中的每个原子 指定原子类型。 在为特定的系统确定能量和力时， 定型原子使工作者能使用正确 的力场参数。 通常， 原子定型由 Discover 使用定型引擎的基本规则来自动执行， 所以不需要手动原子定型。然而，在特殊情形下，人们不得不手动的定型原子， 以确保它们被正确地设置。图 3-1 调出选择原子窗口图 3-2 选择原子窗口计算并显示原子类型：点击 Edit→Atom Selection，如图 3-1 所示。弹出对话 框，如图 3-2 所示。从右边的…的元素周期表中选择 Fe，再点 Select，此时所建 晶胞中所有 Fe 原子都将被选中，原子被红色线圈住即表示原子被选中。再编辑 集合，点击 Edit→Edit Sets，如图 3-3、3-4 所示。图 3-3 编辑集合图 3-4 设定新集合弹出对话框见图 3-4，点击 New...，给原子集合设定一个名字。这里设置为 Fe，则 3D 视图中会显示“Fe”字样，再分配力场：在工具栏上点击 Discover 按 钮 ，从下拉列表中选择 Setup，显示 Discover Setup 对话框，选择 Typing 选项 卡，见图 3-5。图3-5 给原子添加力场在 Forcefield types 里选择相应原子力场，再点 Assign（分配）按钮进行原子 力 场 分 配 。 注 意 原 子 力 场 中 的 价 态 要 与 Properties Project 里 的 原 子 价 态 （Formalcharge）一致。3.1.2 体系力场的选择点击 Energy 选项卡，见图 3-6。图 3-6 Energy 选项卡图 3-7 力场下拉菜单力场的选择： 力场是经典模拟计算的核心， 因为它代表着结构中每种类型的原子与围绕着 它的原子是如何相互作用的。对系统中的每个原子，力场类型都被指定了，它描 述了原子的局部环境。 力场包括描述属性的不同的信息， 如平衡键长度和力场类 型对之间的电子相互作用。常见力场有 COMPASS、CVFF 和 PCFF。 Select 下拉菜单中有三个选项，见图 3-7： ①COMPASS 力场：COMPASS 力场是第一个把以往分别处理的有机分子 体系的力场与无机分子体系的力场统一的分子力场。 COMPASS 力场能够模拟小 分子与高分子，一些金属离子、金属氧化物与金属。在处理有机与无机体系时， 采用分类别处理的方式， 不同的体系采用不同的模型， 即使对于两类体系的混合， 仍然能够采用合理的模型描述。本文采用此力场。 ②CVFF 力场： CVFF 力场全名为一致性价力场(consistant valence force field), 最初以生化分子为主， 适应于计算氨基酸、 水及含各种官能团的分子体系。 其后， 经过不断的强化，CVFF 力场可适用于计算多肽、蛋白质与大量的有机分子。此 力场以计算系统的结构与结合能最为准确，亦可提供合理的构型能与振动频率。 ③PCFF 力场：PCFF 为一致性力场，增加一些金属元素的力参数，可以模 拟含有相应原子的分子体系， 其参数的确定除大量的实验数据外，还需要大量的 量子力学计算结果[16]。3.1.3 非键的设置打开 Non-bond 选项卡，见图 3-8。图3-8 非键选项卡非键作用力包括范德华力和库伦力。这里将两者都选上，为的是后期做 minimizer 优化原子位置时精确度更高，因为考虑的作用力因素多，即两者都考 虑了。 Summation method（模拟方法） ： ①Atom Based：atom based 基于原子的总量，包括一个原子的截断距离，一 个原子的缓冲宽度距离； 为直接计算法， 即直接计算原子对之间的非键相互作用， 当原子对超出一定距离（截断半径 cutoff distance）时，即认为原子对之间相互 作用为零（注：cutoff distance 指范德瓦尔斯作用力和库仑力的范围，比如：设 定截断半径为 5，则表示已分子或原子中心为圆心，以 5 为半径作圆，半径以外 的作用力都不考虑） 。此方法计算量较小，但是可能导致能量和其导数的不连续 性。 当原子对间距离在 Cutoff 半径附近变化时， 由于前一步考虑了原子对之间的 相互作用， 而后一步不考虑， 由此会导致能量发生跳跃。 当然， 对于