8.1 Born–Oppenheimer 分子动力学:积分可靠的力
这些输入和起始模型为未执行的教学示例。原创配图为示意图,不是计算结果。使用前请验证版本相关语法、授权数据、数值收敛及科学模型。
8.1.1 模型、单位与来源记录
PW 截断能与能量使用 Ry,常见力输出使用 Ry/bohr,压力使用 kbar。几何卡片须明确坐标单位。不同程序具有不同输入语法与时间单位约定。
8.1.2 未执行输入与明确修改片段
按照下方说明确认每个片段的母计算与替换位置;片段不自动构成独立输入。保留空行与文件来源要求。
8.1.2.1 输入块 1
! Copy final relaxed geometry; new prefix/outdir.
&CONTROL
calculation='md', prefix='water_md', pseudo_dir='./pseudo',
outdir='./scratch/water_md', nstep=200, dt=5.0,
tprnfor=.true., tstress=.true.
/
&ELECTRONS
conv_thr=1.0d-10, mixing_beta=0.3
/
&IONS
ion_dynamics='verlet', ion_temperature='not_controlled'
/
8.1.3 实作研究
8.1.3.1 原理与准备
Born–Oppenheimer MD 在每个离子构型上先收敛电子,再用力推进原子核。轨迹看似平滑,仍可能因 SCF 不充分、步长过大或重启不一致产生漂移。先用小绝缘体系;水分子只是积分器练习,不代表液态水模拟。液体需要另行准备多分子晶胞与采样方案。
8.1.3.2 对优化水分子的原创修改项
参见上方输入块 1。
SYSTEM 与原子卡沿用核验过的分子。按手册给定初速度,或从平衡附近的受控内部位移开始;静止分子不能被声称为已建立温度系综。这里 dt=5 个 PW 时间单位约为 0.242 fs,200 步仅约 48 fs,目的是短时能量守恒测试,并非收敛动力学性质。保存坐标、速度、电子能、动能及时间。
8.1.3.3 检查、陷阱与练习
绘制按原子或分子归一化的总守恒能随真实时间漂移。分别减半 dt 与收紧 SCF,确定主要误差来源。监测键长异常,讨论温度时计入已移除平移/转动自由度。恒温器可能掩盖积分漂移,因此恒温平衡前应先完成可靠微正则测试。只写恒温器名称并不能证明已采样目标系综。
练习:测试两种初始条件并比较振动,但不要把 48 fs 轨迹解释为扩散系数。扩展到液体时,区分平衡、生产、时间相关与独立样本,使用分块平均估计误差并检查有限尺寸效应。计算扩散前必须核对跨周期边界的坐标展开约定。