LAMMPSでReaxFFを使って計算する

LAMMPS

LAMMPS反応力場 ReaxFFを使ってみます。

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使用するデータ

使用するデータはこちらで作ったものです。

このmethanol_64.dataファイルを初期構造とします。

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Minimize計算

ReaxFFを指定するのは以下の3行です。

pair_style      reax/c NULL checkqeq yes 
pair_coeff      * * ffield.reax.cho C O H 
fix             1 all qeq/reax 1 0.0 10.0 1.0e-6 reax/c

ここではReaxFFQEQ(電荷平衡法)を適用しています。
またpair_coeffで指定しているffield.reax.choは、環境変数LAMMPS_POTENTIALSのフォルダか、カレントディレクトリに置く必要があります。
以下のmethanol_64_minimize.inファイルは構造最適化(エネルギー最小化)で使用します。

atom_style      full
units           real
boundary        p p p

read_data       methanol_64.data

pair_style      reax/c NULL checkqeq yes 
pair_coeff      * * ffield.reax.cho C O H 
fix             1 all qeq/reax 1 0.0 10.0 1.0e-6 reax/c

thermo_style    custom step cpu vol pe fmax fnorm
min_style       cg
min_modify      dmax 0.100000 line quadratic
minimize        1.0e-6 1.0e-8 1000 10000

write_data      methanol_64_min.data

このminimize計算では、初期構造の中で不安定な部分(大きい力がかかっている部分)を緩和して、基準以下までエネルギーが下がったところの構造をwrite_dataで書き出してくれます。
計算の出力は

   Step          CPU           Volume         PotEng          Fmax          Fnorm
         0   0              8000           25803.493      1396.3662      20939.984
         1   0.043466       8000          -7614.5601      877.92025      11804.323
         2   0.088331       8000          -20367.211      705.45629      9066.0746
         3   0.133091       8000          -27257.653      363.82267      4580.6323
         4   0.216904       8000          -29966.964      121.78475      1506.7081
         5   0.721046       8000          -29966.965      121.87887      1508.7675
Loop time of 0.721453 on 1 procs for 5 steps with 384 atoms

たったの5ステップで収束しました。
上の画像の通り分子同士が干渉していないので、分子内の構造が少し動いた程度だと思います。

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MD計算

Minimize計算の結果の構造はmethanol_64_min.dataに保存されているので、それを初期構造としてNVTアンサンブルのMD計算を少しだけ流してみます。

atom_style      full
units           real
boundary        p p p

read_data       methanol_64_min.data

pair_style      reax/c NULL checkqeq yes 
pair_coeff      * * ffield.reax.cho C O H 
fix             1 all qeq/reax 1 0.0 10.0 1.0e-6 reax/c

timestep        0.2

run_style       verlet
atom_modify     sort 0 0.0
velocity        all create 298.0 4928459

fix             integrate all nvt temp 298.0 298.0 20.0

thermo_style    custom step temp press etotal ke pe density
thermo          10
dump            myDump all atom 10 dump.lammpstrj
dump_modify     myDump sort id
run             1000
write_data      methanol_64_1st.data

計算を実行して、最後の1000step目の構造をVMDで可視化してみます。

分子が崩壊している様子もないので、たぶんちゃんと計算できています。
ここから長時間の計算を行ってNPTアンサンブルで密度緩和をしていくとよいと思います。
なお計算速度は通常の古典力場のMD計算よりも遅いので覚悟してください。

追記
計算結果をASEで可視化する方法はこちらです。

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