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[Lammps] 请教如何高效地生成具有很多角势、二面体角势和反常角势的周期性晶体结构

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本帖最后由 hahajisuanxuexi 于 2024-12-31 15:39 编辑

各位老师好,我想请教一个有关lammps建模的问题。

我想重现一篇论文(DOI:10.1103/PhysRevB.109.054103)的结果,该论文利用Lammps模拟自旋交叉材料的热滞回线。

该文章使用的方法是对一个10×10×10[Fe(pyrazine)] [Ni(CN)4]supercell(材料的的晶格结构见图1)进行全原子分子动力学模拟,super结构如图(2),结构总共有16000个原子。该方法要求为二体键势、三体角势、四体二面角势等赋予力场常数,力场结构见图(3)。我希望搭建一个带有所有势信息的模型。在搭建过程中,我发现最困难的部分是在结构的正确位置添加正确的势信息,因为在lammps的create_bonds命令一次只能创建一个三体角势/四体二面角势/反常二面角势。

根据我现在了解到的信息,我能想到三种实现这个目标的方法:

a) <1>使用"lattice custom"命令创建元胞,<2>用"region xxx block 0 10 0 10 0 10"创建10*10*10的supercell,<3>用"create_atoms 1 region xxx basis 1 1......."给supercell填满原子,<4>用"create_bonds many ..."搭建二体键势,<5>用"write_data"生成为原子编好号的可用的结构data文件,<6>在data文件中手动一个一个添加三体角势/四体二面角势/反常二面角势。           #  这是我希望避免的最耗时的方法。

b)<1>使用"lattice custom"命令创建2*2*1的晶格(见图4),<2>"region xxx block 0 1 0 1 0 1"创建模拟盒子,<3>"create_atoms 1 region xxx basis 1 1......."为2*2*1的晶格加上原子,<4>构建二体键势,<5>用"write_data"生成为原子编好号的可用的结构data文件,<6>在data文件中手动一个一个添加三体角势/四体二面角势/反常二面角势,<7>在一个新的in文件中用"read_data"读取修改后的data文件,然后使用"replicate 5 5 10"命令创建10*10*10supercell,<8>使用"delete_atoms overlap"等命令删除重叠原子,并补上缺失的二体键势/三体角势/四体二面角势/反常二面角势。       #  这个方法能节省很多时间,不过问题是不清楚"replicate"命令能在多完整的构建各种势信息。初次以为,我看到moltemplate等可以修改lammps的data文件的软件中也有功能可以起到"replicate ..."命令的效果,各位老师认为哪个软件的复制功能能够最好的满足我的需求?另外lammps中的"molecule"命令也可以像"lattice---region---..."系列命令一样构建晶体结构,请问在这个案例中哪个方法更合适?

c)<1>使用"lattice custom"命令创建元胞,<2>用"region xxx block 0 10 0 10 0 10"创建10*10*10的supercell,<3>用"create_atoms 1 region xxx basis 1 1......."给supercell填满原子,<4>使用"fix bond/create"命令生成二体键势,并使用"atype"、"dtype"和"itype"关键词生成相应的三体角势/四体二面角势/反常二面角势。      #  lammps说明书中没有具体说明"atype"、"dtype"和"itype"关键词是如何基于成键的两个原子生成三体角势/四体二面角势/反常二面角势,比如原子1(属于原子类型a)和2(类型b)之间生成了一个二体键势,那么命令"fix bond/create .... dtype 2 ...."将会为原子1、2和哪两个其他原子按照什么顺序构成四体二面角势?在我所要搭建的模型中各种势都在特定的位置(见图3),所以这些规则很重要。

根据各位老师的经验,您认为哪个方法最好?谢谢!


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发表于 Post on 2024-12-31 10:06:34 | 只看该作者 Only view this author
提供晶体文件,angle和dihedral类型和参数,需要扩胞的比例,我可以给你生成。

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2024-12-31 11:03:15 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 hahajisuanxuexi 于 2024-12-31 11:05 编辑

非常感谢老师愿意提供帮助,根据我的搜索,有这两个版本的描述同一晶体的cif文件(文件1和文件2)。


除了Fe-N二体键势和Fe-Fe长程相互作用外的势函数形式见图1。这个文章里Fe-N二体键势被替换成了双阱势形式的键势(形式见图2、3,这可能需要通过bond_style table形式使用),Fe-Fe二体长程相互作用也为双阱势(形式见图4、5),这两个双阱势所用到的参数见图6,其他二体键势力场参数见图7,二体pair_style lj的函数形式和用到的参数分别见图8、9;三体角势和力场常数见图10。Supercell是10*10*10。

我上传的CIF文件描述的晶体结构多了些额外的要删除的原子,之前我曾利用material studio对原始CIF做过修改建模,建好的模型就是主贴所发的图片所显示的样子,不过我不清楚如何在material studio中为模型批量添加二体键势、三体角势、四体二面角势。

这个回复中我的截图主要来源于两篇文章(DOI:10.1103/PhysRevB.109.054103)(DOI:https://doi.org/10.1016/j.cplett.2022.140232)。


屏幕截图 2024-12-31 104246.png (99 KB, 下载次数 Times of downloads: 4)

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4320033.cif

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文件1

ic010259y.cif

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文件2

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2024-12-31 11:06:23 | 只看该作者 Only view this author
slxc920113 发表于 2024-12-31 10:06
提供晶体文件,angle和dihedral类型和参数,需要扩胞的比例,我可以给你生成。

老师您好,我的详细回复见第三楼。

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发表于 Post on 2024-12-31 14:49:00 | 只看该作者 Only view this author
hahajisuanxuexi 发表于 2024-12-31 11:06
老师您好,我的详细回复见第三楼。

IV没有看懂怎么定义的。

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2024-12-31 14:59:45 | 只看该作者 Only view this author
slxc920113 发表于 2024-12-31 10:06
提供晶体文件,angle和dihedral类型和参数,需要扩胞的比例,我可以给你生成。

之前漏说了一个参数,论文中二体键势表达式中参数bc=0.84b0。

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2024-12-31 17:21:43 | 只看该作者 Only view this author
slxc920113 发表于 2024-12-31 14:49
IV没有看懂怎么定义的。

抱歉这个也漏说了,图4指的是fe和fe之间的一个相互作用势,属于pair_style类型,截断距离取8A,R指的是图A中fe原子间的距离,该式中的除了Rls外的其他参数见图6;Rls是低自旋(LS)平衡态的晶格常数,等于7.013A。

屏幕截图 2024-12-31 170406.png (300.71 KB, 下载次数 Times of downloads: 3)

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2024-12-31 21:52:47 | 只看该作者 Only view this author
slxc920113 发表于 2024-12-31 14:49
IV没有看懂怎么定义的。

另外还想请教一个问题,我应该如何判断一个特定形态的原子组合中究竟有多少个四体二面角势/反常二面角势。 以下图为例,该图是我想要复现的论文中定义的一个反常二面角势,那么该图中究竟存在几个反常角势?1个(1234) 、2个(1234和1254)还是4个(1234、1325、1254和1543)?

improper.jpg (29.36 KB, 下载次数 Times of downloads: 4)

improper.jpg

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-1-8 17:10:14 | 只看该作者 Only view this author
问题已经解决,首先用lammps的in.fangfa10文件生成10*10*10的supercell并写成data文件cemo9.dat,然后使用Lammps配套软件moltemplate的命令"ltemplify.py -name super -mol 1 cemo9.dat > quanbugai.lt"将cemo9.dat转换成moltemplate所使用的quanbugai.lt文件,然后再写两个用来生成三体角势、四体二面角势和四体反常二面角势的配套lt文件woforgai.lt和shengcheng.lt文件,最后运行moltemplate命令"moltemplate.sh -atomstyle "molecular" shengcheng.lt"就可生成带有全部二体键势、三体角势、四体二面角势和四体反常二面角势的lammps所用的data文件。

quanbugai.lt

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shengcheng.lt

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woforgai.lt

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in.fangfa10.lmp

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-2-24 18:22:02 | 只看该作者 Only view this author
经过实验,发现完全使用lammps命令也可以构造所需的带有全部bond、angle、dihedral和improper相互作用的周其晶体结构,首先用Lammps命令(in.fangfa33)构建带有全部bond的原胞data文件(cemo32.dat),然后在data文件中手动添加包括跨越了周期边界的angle/dihedral/improper相互作用(cemorlq.dat),然后再用一个新in文件(in.fangfa34)复制该原胞得10*10*10的周期晶体结构data文件(rlq.dat),对该文件稍作修改即可得最终可用的data文件。

in.fangfa33.lmp

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cemo32.dat

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cemo32rlq.dat

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in.fangfa34.lmp

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rlq(原始).dat

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