Analyse des fusions et des fluides à partir de simulations de dynamique moléculaire Ab Initio avec le package UMD

L’analyse des simulations de dynamique moléculaire des premiers principes nous permet de prédire avec précision les propriétés physiques et chimiques des fluides. Cette méthode peut être appliquée à toute analyse atomique en physique et en chimie. Pour commencer, extrayez chaque ensemble spécifique de propriétés physiques à l’aide d’un ou plusieurs scripts Python dédiés du package.

Exécutez tous les scripts sur la ligne de commande. Ils utilisent tous une série de drapeaux, qui sont aussi cohérents que possible d’un script à l’autre. Transformez la sortie de la simulation MD effectuée dans un code de premiers principes en un fichier UMD, puis transférez les fichiers umd en fichiers xyz pour faciliter la visualisation sur divers autres packages, tels que VMD ou VESTA.

Inversez le fichier UMD en fichiers POSCAR de type VASP à l’aide de l’umd2poscar. py script, en sélectionnant des instantanés des simulations avec la fréquence prédéfinie. Exécutez le gofrs_umd.

py script pour calculer la fonction de distribution de paires pour toutes les paires de types atomiques A et B.La sortie est écrite dans un onglet de fichier ASCII séparé par l’extension gofrs.dat. Extraire les distances moyennes des liaisons interatomiques comme les rayons des premières sphères de coordination. Pour cela, identifiez la position du premier maximum des fonctions de distribution de paires en traçant les gofrs.

dat dans une application de tableur et en recherchant les maxima et les minima pour chaque paire d’atomes, puis identifiez le rayon de la première sphère de coordination comme le premier minimum du PDF à l’aide du logiciel de tableur. Exécutez le script de spéciation pour obtenir la matrice de connectivité et obtenir les polyèdres de coordination ou la polymérisation. Exécutez le speciation_umd.

py script avec le drapeau r0, qui échantillonne le graphique de connectivité au premier niveau pour identifier les polyèdres de coordination. Exécutez le speciation_umd. py script avec le drapeau r1, qui échantillonne le graphique de connectivité à tous les niveaux de profondeur pour obtenir la polymérisation.

Tracez la durée de vie de chaque amas atomique de toutes les espèces chimiques trouvées dans la simulation telles qu’elles se trouvent dans la papule. fichiers dat. Extraire les déplacements carrés moyens ou MSD des atomes en fonction du temps pour obtenir l’auto-diffusivité, puis calculer le MSD en utilisant la série de msd_umd.

py script et calcule le MSD moyen de chaque type atomique. Calculer le TMS de chaque atome et de l’espèce chimique. Tracez le TMS à l’aide d’un tableur et calculez les coefficients de diffusion à partir de la pente du TMS.

Exécutez le vibr_spectrum_umd. py script pour calculer l’autocorrélation de la vitesse atomique ou la fonction VAC pour chaque type atomique et effectuer sa transformée de Fourier rapide. Tracez le spectre vibratoire à partir du vibr.

dat à l’aide d’un logiciel de type feuille de calcul. Identifier la valeur finie à oméga égale à zéro qui correspond au caractère diffusif du fluide dans les différents pics du spectre à fréquence finie. Moyennes de course.

py pour extraire les valeurs moyennes et l’écart de pression, de température, de densité et d’énergie interne des fichiers UMD. Enfin, exécutez les moyennes complètes. py script pour effectuer l’analyse statistique complète incluant l’erreur de la moyenne.

La pyrolite est un modèle de silicate fondu multi-composants qui se rapproche le mieux de la composition du silicate en vrac de la Terre. L’emballage UMD a été utilisé pour extraire plusieurs caractéristiques de la pyrolite fondue. Le maximum de la fonction de distribution de la paire silicium-oxygène se situe à 1,635 angstrom, ce qui est la meilleure approximation de la longueur de courbure.

En utilisant cette limite comme distance de liaison silicium-oxygène, l’analyse de spéciation montre que les unités d’orthosilicate pouvant durer jusqu’à quelques picosecondes dominent la fusion. Il y a une partie importante de la fonte qui montre une polymérisation partielle reflétée par la présence de dimères comme le disilicate et de trimères comme les unités Si3Ox. Leur durée de vie correspondante est de l’ordre de la picoseconde.

Les polymères d’ordre supérieur ont tous une durée de vie considérablement plus courte. Les différentes valeurs des marches verticales et horizontales donnent lieu à divers échantillonnages du TMS. Même de grandes valeurs de Z et V suffisent à définir les pentes et donc les coefficients de diffusion des différents atomes.

Le temps de post-traitement augmente considérablement pour de grandes valeurs de Z et V.Enfin, les fonctions d’autocorrélation de la vitesse atomique produisent le spectre vibratoire de la fusion. Voici les contributions des atomes de magnésium, de silicium et d’oxygène, ainsi que la valeur totale. Lorsque vous tentez ce protocole, vérifiez toujours la convergence.

Assurez-vous que les trajectoires atomiques sont suffisamment longues pour capturer correctement le phénomène qui vous intéresse. Cette technique couvre le post-traitement des résultats de simulation. Les simulations et leur analyse doivent se faire en parallèle.