Discover 模块动力学模拟

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1、第3章铁基块体非晶合金-纳米晶转变的动力学模拟过程3.1Discover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-bondcutoffs。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

2、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→AtomSelection，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→EditSets，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

3、，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DiscoverSetup对话框，选择Typing选项卡，见图3-5。图3-5给原子添加力场在Forcefieldtypes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PropertiesProject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3-6Energy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

4、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

5、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(consistantvalenceforcefield),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

6、，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。Summationmethod（模拟方法）：①AtomBased：atombased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cutoffdistance）时，即认为原子对之间相互作用为零（注：cutoffdistance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，

7、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，对于较小的体系，则可以设置足够大的Cutoff半径来保证所有的相互作用都被考虑进来。见图3-8。图3-9非键图②GroupBased：groupbased基于电子群的，总量中包括一个原子的截断距离，一个原子的缓冲宽度距离；大多数的分子力场都包括了每个原子之间点电荷的库仑相互作用。甚至在电中性的物种中也存

8、在点电荷，例如水分子。点电荷实际上反映了分子中不同原子的电负性。在模拟中，点电荷