CP2K的AIMD中输出的各种能量讨论

bentty_lee

最近在学习CP2K的AIMD，大概翻了一下CP2K的原代码，大概捋了捋输出的各种能量，不知道对不对。
CP2K AIMD的out文件中常用的能量有四个，①out文件中的MD | potential energy②以QS方法为例，out文件中的ENERGY| Total FORCE_EVAL ( QS ) energy③out文件中的Total energy: 那一项④
out文件中的MD_INI| Kinetic energy。


在CP2K原代码的src/motion目录下面，md_energies.F文件里写明了MD输出的时候各种能量的parameter
md_energies.F:            WRITE (iw, '(/,T2,A)') 'MD_INI| MD initialization'
md_energies.F:               'MD_INI| Potential energy [hartree]', md_ener%epot
md_energies.F:                     'MD_INI| Kinetic energy [hartree]', md_ener%ekin
md_energies.F:                     'MD_INI| Temperature [K]', md_ener%temp_part
md_energies.F:                     'MD_INI| Total kinetic energy [hartree]', md_ener%ekin, &
md_energies.F:                     'MD_INI| QM kinetic energy [hartree]', md_ener%ekin_qm
md_energies.F:                     'MD_INI| Total temperature [K]', md_ener%temp_part, &
md_energies.F:                     'MD_INI| QM temperature [K]', md_ener%temp_qm
md_energies.F:                  'MD_INI| Barostat temperature [K]', md_ener%temp_baro
md_energies.F:                  'MD_INI| Pressure [bar]', pv_scalar
md_energies.F:                  'MD_INI| Hugoniot constraint [K]', hugoniot
md_energies.F:                  'MD_INI| Total energy [hartree]', simpar%e0

1. 可以看到out文件中，我们常说的势能项，MD | potential energy，是用md_ener%epot表示的,这个能量同时写在了*-1.ener文件中，而md_ener%epot又通过这个命令
CALL force_env_get(force_env, potential_energy=md_ener%epot)调用了potential_energy的能量，
通过CALL force_env_get(force_env, potential_energy=e_pot)可以看到，potential_energy跟e_pot是等价的
IF (PRESENT(potential_energy)) potential_energy = qs_energy%total这句话可以看到potential_energy就是qs_energy%total


2. 而如果你用到了QS方法，还有一个常见的能量是ENERGY| Total FORCE_EVAL ( QS ) energy [hartree]，这个可以在force_env_methods.F 找到定义，指的是e_pot这个参量，这个跟MD|potential energy是完全等价的，均通过e_pot来传递


3. 常说的动能项，Kinetic energy，是用md_ener%ekin表示的，这个跟原子数有关系，用
E_kin = (3/2) * N * k_B * T大概也能算出来


4. 至于每一次MD的SCF结束后常输出的能量
是Total energy: 这个可以在src/目录下的qs_scf_output.F: 找到，其指的是energy%total这个参量，这个也同样写在了每一次迭代循环的最后一步能量，二者完全等价

5. 还有一些别的常见的能量，譬如守恒量啊什么的，就跟系综相关了，NVE系综下，势能+动能=守恒量

总的来说，无论是total energy还是potential energy指的均是势能，其代表的参数qs_energy%total和energy%total，但是一般输出中，二者不会完全相等，猜测可能由于数值精度误差，二者会有细微差别？