Análisis de fundiciones y fluidos de ab initio Molecular Dynamics Simulations con el paquete UMD

El análisis de simulaciones de dinámica molecular de primer principio nos permite predecir con precisión las propiedades físicas y químicas de los fluidos. Este método se puede aplicar a cualquier análisis atómico en física y química. Para comenzar, extraiga cada conjunto específico de propiedades físicas utilizando uno o más scripts de Python dedicados del paquete.

Ejecute todos los scripts en la línea de comandos. Todos ellos emplean una serie de banderas, que son lo más consistentes posible de un guión a otro. Transforme la salida de la simulación MD realizada en un código de primeros principios en un archivo UMD, luego transfiera los archivos umd a archivos xyz para facilitar la visualización en varios otros paquetes, como VMD o VESTA.

Invierta el archivo UMD en archivos POSCAR de tipo VASP utilizando umd2poscar. py script, seleccionando instantáneas de las simulaciones con la frecuencia predefinida. Ejecute el gofrs_umd.

py script para calcular la función de distribución de pares para todos los pares de tipos atómicos A y B.La salida se escribe en una pestaña de archivo ASCII separada con la extensión gofrs.dat. Extraer las distancias medias de enlace interatómico como los radios de las primeras esferas de coordinación. Para ello, identifique la posición del primer máximo de las funciones de distribución de pares trazando los gofrs.

dat en una aplicación de hoja de cálculo y buscando los máximos y mínimos para cada par de átomos, luego identifique el radio de la primera esfera de coordinación como el primer mínimo del PDF utilizando el software de hoja de cálculo. Ejecute el script de especiación para obtener la matriz de conectividad y obtener los poliedros de coordinación o la polimerización. Ejecute el speciation_umd.

py script con el indicador r0, que muestrea el gráfico de conectividad en el primer nivel para identificar los poliedros de coordinación. Ejecute el speciation_umd. py script con el flag r1, que muestrea el gráfico de conectividad en todos los niveles de profundidad para obtener la polimerización.

Trazar la vida útil de cada cúmulo atómico de todas las especies químicas encontradas en la simulación tal como se encuentran en la pápula. archivos dat. Extraiga los desplazamientos cuadráticos medios o MSD de los átomos en función del tiempo para obtener la autodifusividad, luego calcule el MSD utilizando la serie de msd_umd.

py scripts y calcular el MSD promedio de cada tipo atómico. Calcular el MSD de cada átomo y de la especie química. Traza el MSD usando un software basado en hojas de cálculo y calcula los coeficientes de difusión a partir de la pendiente del MSD.

Ejecute el vibr_spectrum_umd. py script para calcular la autocorrelación de velocidad atómica o función VAC para cada tipo atómico y realizar su rápida transformada de Fourier. Traza el espectro vibratorio a partir del vibr.

dat utilizando un software similar a una hoja de cálculo. Identificar el valor finito en omega es igual a cero que corresponde al carácter difusivo del fluido en los diversos picos del espectro a frecuencia finita. Ejecutar promedios.

py para extraer los valores promedio y la dispersión de presión, temperatura, densidad y energía interna de los archivos UMD. Finalmente, ejecute los promedios completos. py script para realizar el análisis estadístico completo incluyendo el error de la media.

La pirolita es un modelo de fusión de silicato multicomponente que se aproxima mejor a la composición de la Tierra de silicato a granel. El paquete UMD se utilizó para extraer varios rasgos característicos de la pirolita fundida. El máximo de la función de distribución del par silicio-oxígeno se encuentra en 1.635 angstrom, que es la mejor aproximación a la longitud de la curvatura.

Usando este límite como la distancia de enlace silicio-oxígeno, el análisis de especiación muestra que las unidades de ortosilicato que pueden durar hasta unos pocos picosegundos dominan la fusión. Hay una parte importante de la masa fundida que muestra una polimerización parcial reflejada por la presencia de dímeros como el disilicato y trímeros como las unidades Si3Ox. Su vida útil correspondiente es del orden del picosegundo.

Todos los polímeros de orden superior tienen una vida útil considerablemente más corta. Los diferentes valores de los pasos verticales y horizontales producen varios muestreos del MSD. Incluso los valores grandes de Z y V son suficientes para definir las pendientes y, por lo tanto, los coeficientes de difusión de los diferentes átomos.

El tiempo de post-procesamiento aumenta dramáticamente para grandes valores de Z y V.Finalmente, las funciones de autocorrelación de velocidad atómica producen el espectro vibratorio de la masa fundida. Aquí se muestran las contribuciones de los átomos de magnesio, silicio y oxígeno, así como el valor total. Al intentar este protocolo, compruebe siempre la convergencia.

Asegúrese de que las trayectorias atómicas sean lo suficientemente largas como para capturar adecuadamente el fenómeno que le interesa. Esta técnica cubre el post-procesamiento de los resultados de la simulación. Las simulaciones y su análisis deben hacerse en paralelo.