Analiza stopów i płynów z symulacji dynamiki molekularnej ab initio za pomocą pakietu UMD

Analiza symulacji dynamiki molekularnej opartych na pierwszych zasadach pozwala nam dokładnie przewidywać właściwości fizyczne i chemiczne płynów. Metodę tę można zastosować do dowolnej analizy atomowej w fizyce i chemii. Aby rozpocząć, wyodrębnij każdy określony zestaw właściwości fizycznych za pomocą co najmniej jednego dedykowanego skryptu języka Python z pakietu.

Uruchom wszystkie skrypty w wierszu polecenia. Wszystkie wykorzystują serię flag, które są tak spójne, jak to tylko możliwe, od jednego skryptu do drugiego. Przekształć dane wyjściowe symulacji MD wykonanej w kodzie opartych na pierwszych zasadach w plik UMD, a następnie przenieś pliki umd do plików xyz, aby ułatwić wizualizację w różnych innych pakietach, takich jak VMD lub VESTA.

Odwróć plik UMD do plików POSCAR typu VASP za pomocą skryptu umd2poscar. py, wybierając migawki symulacji z predefiniowaną częstotliwością. Uruchom gofrs_umd.

py skrypt do obliczania funkcji rozkładu par dla wszystkich par typów atomowych A i B. Dane wyjściowe są zapisywane w jednej karcie pliku ASCII oddzielonej rozszerzeniem gofrs.dat. Wyodrębnij średnie odległości wiązań międzyatomowych jako promienie pierwszych sfer koordynacyjnych. W tym celu zidentyfikuj położenie pierwszego maksimum funkcji rozkładu par, wykreślając gofrs.

dat w aplikacji arkusza kalkulacyjnego i wyszukując maksima i minima dla każdej pary atomów, a następnie zidentyfikuj promień pierwszej sfery koordynacyjnej jako pierwsze minimum pliku PDF za pomocą oprogramowania do arkuszy kalkulacyjnych. Uruchom skrypt specjacyjny, aby uzyskać macierz połączeń i uzyskać wielościany koordynacyjne lub polimeryzację. Uruchom speciation_umd.

Skrypt py z flagą R0, który próbkuje graf łączności na pierwszym poziomie w celu zidentyfikowania wielościanów koordynacyjnych. Uruchom speciation_umd. Skrypt py z flagą R1, który próbkuje wykres połączeń na wszystkich poziomach głębokości w celu uzyskania polimeryzacji.

Wykreśl czas życia każdego klastra atomowego wszystkich związków chemicznych znalezionych w symulacji, jak znaleziono w plikach papule. dat. Wyodrębnij średnie przemieszczenia kwadratowe lub MSD atomów w funkcji czasu, aby uzyskać samodyfuzyjność, a następnie oblicz MSD za pomocą szeregu msd_umd.

py i oblicz średnią wartość MSD każdego typu niepodzielnego. Oblicz MSD każdego atomu i gatunku chemicznego. Narysuj MSD za pomocą oprogramowania opartego na arkuszu kalkulacyjnym i oblicz współczynniki dyfuzji na podstawie nachylenia MSD.

Uruchom skrypt vibr_spectrum_umd. py, aby obliczyć autokorelację prędkości atomowej lub funkcję VAC dla każdego typu atomu i wykonać jego szybką transformację Fouriera. Wykreśl widmo drgań z wibracji.

dat za pomocą oprogramowania podobnego do arkusza kalkulacyjnego. Zidentyfikuj skończoną wartość w omega równą zero, która odpowiada dyfuzyjnemu charakterowi płynu w różnych pikach widma o skończonej częstotliwości. Średnie biegowe.

py, aby wyodrębnić średnie wartości i rozpiętość ciśnienia, temperatury, gęstości i energii wewnętrznej z plików UMD. Na koniec uruchom pełne średnie. py do wykonania pełnej analizy statystycznej, w tym błędu średniej.

Pirolit jest modelowym wieloskładnikowym stopionym krzemianem, który najlepiej przybliża skład masy Ziemi krzemianowej. Pakiet UMD został wykorzystany do ekstrakcji kilku charakterystycznych cech stopionego pirolitu. Maksimum funkcji rozkładu par krzem-tlen wynosi 1,635 angstrema, co jest najlepszym przybliżeniem długości gięcia.

Wykorzystując tę granicę jako odległość wiązania krzem-tlen, analiza specjacyjna pokazuje, że jednostki ortokrzemianowe, które mogą trwać do kilku pikosekund, dominują w stopie. Istnieje ważna część stopu, która wykazuje częściową polimeryzację, co odzwierciedla obecność dimerów, takich jak dwukrzemian i trimerów, takich jak jednostki Si3Ox. Odpowiadający im czas życia jest rzędu pikosekundy.

Wszystkie polimery wyższego rzędu mają znacznie krótszą żywotność. Różne wartości stopni pionowych i poziomych dają różne próbki MSD. Nawet duże wartości Z i V wystarczą, aby określić nachylenia, a tym samym współczynniki dyfuzji różnych atomów.

Czas przetwarzania końcowego znacznie się wydłuża dla dużych wartości Z i V. Wreszcie, funkcje autokorelacji prędkości atomowej dają widmo drgań stopu. Pokazano tutaj udział atomów magnezu, krzemu i tlenu, a także wartość całkowitą. Podczas próby użycia tego protokołu zawsze sprawdzaj zbieżność.

Upewnij się, że trajektorie atomowe są wystarczająco długie, aby prawidłowo uchwycić zjawisko, które Cię interesuje. Technika ta obejmuje przetwarzanie końcowe wyników symulacji. Symulacje i ich analiza muszą być prowadzone równolegle.