LAMMPS 代表 Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator。
LAMMPS 是一种经典的分子动力学仿真代码，专注于材料建模。它旨在在并行计算机上高效运行，并且易于扩展和修改。LAMMPS 最初由美国能源部机构桑迪亚国家实验室开发，现在包括来自许多机构的许多研究小组和个人的贡献。LAMMPS 的大部分资金来自美国能源部 （DOE）。LAMMPS 是根据 GNU 公共许可证版本 2 （GPLv2） 的条款分发的开源软件。
本教程将通过 3 种不同的方式：velocity、fix move、fix setforce 分别移动 3 个原子
- 3 种原子运动控制方式（velocity、fix move、fix setforce）的具体设置
- 模拟系统的基本参数（边界、区域、单位等）如何定义
- 输出文件的配置方式
- 各原子运动规律的理论依据
教程链接： go.openbayes.com/GdLQk
该教程将在云平台 OpenBayes.com 上使用 RTX 4090 进行演示，使用下方邀请链接注册即可获得 4 小时 RTX 4090 免费使用时长：
一、输入文件说明
in.txt 输入文件
文件解析
csharp
#3 个原子运动演示
#设置模拟单位系统为 Lennard-Jones（LJ）单位
#LJ 单位是分子模拟中常用的无量纲单位，便于不同体系间的比较
units lj
#设置原子样式为atomic（仅包含原子类型和位置信息，无分子结构）
atom_style atomic
#定义边界条件：3 个方向均为固定边界（f = fixed）
#固定边界意味着原子无法穿过边界，也不会从另一侧周期性出现
boundary f f f
#定义模拟区域的几何范围
#格式：region <区域名> block <x起始> <x结束> <y起始> <y结束> <z起始> <z结束>
#此处创建一个名为「box」的长方体区域，X 方向 0-150，Y 方向 0-300，Z 方向 0-10
region box block 0 150 0 300 0 10
#基于定义的区域创建模拟盒子
#格式：create_box <原子类型数量> <区域名>
#此处创建包含1种原子类型的模拟盒子，边界由"box"区域定义
create_box 1 box
#在模拟盒子中创建 3 个原子（均为类型1）
#格式：create_atoms <原子类型> single <x坐标> <y坐标> <z坐标>
#3 个原子初始 Y 坐标均为 10.0，X 坐标分别为 30.0、70.0、110.0（横向分开便于观察）
create_atoms 1 single 30.0 10.0 5.0 # ID=1（用于演示 velocity 命令）
create_atoms 1 single 70.0 10.0 5.0 # ID=2（用于演示 fix move 命令）
create_atoms 1 single 110.0 10.0 5.0 # ID=3（用于演示 fix setforce 命令）
#设置原子类型 1 的质量为 1.0（LJ 单位下）
#质量会影响由 fix setforce 产生的加速度（a = F/m）
mass 1 1.0
#设置原子间相互作用势类型为 none（无相互作用）
#关闭原子间作用力，避免相互干扰，使每种运动方式的效果更纯粹
pair_style none ---------------- 原子 1：使用velocity命令控制运动 ----------------
bash
#1. 创建原子组vel_group，仅包含ID=1的原子
group vel_group id 1
#2. 使用 velocity 命令设置原子的初始速度
#格式：velocity <组名> set <vx> <vy> <vz>
#此处设置 X 和 Z 方向速度为 0.0，Y 方向速度为 50.0（沿 Y 轴正方向运动）
#velocity 命令设置的速度会通过后续的积分器更新位置，保持匀速运动（无外力时）
velocity vel_group set 0.0 50.0 0.0 ---------------- 原子 2：使用 fix move 命令控制运动 ----------------
bash
#1. 创建原子组 move_group，仅包含 ID=2 的原子
group move_group id 2
#2. 先将原子初始速度设为 0.0（确保初始静止）
velocity move_group set 0.0 0.0 0.0
#3. 使用 fix move 命令强制原子运动
#格式：fix <ID> <组名> move linear <vx> <vy> <vz>
#此处设置 X 和 Z 方向速度为 0.0，Y 方向强制速度为 30.0
#fix move 命令会直接按指定速度更新位置，不受动力学方程影响（强制匀速）
fix 2 move_group move linear 0.0 30.0 0.0 ---------------- 原子 3：使用 fix setforce 命令控制运动 ----------------
python
创建原子组 force_group，仅包含 ID=3 的原子
group force_group id 3
#2. 先将原子初始速度设为 0.0（确保初始静止）
velocity force_group set 0.0 0.0 0.0
#3. 使用 fix setforce 命令施加恒定力
#格式：fix <ID> <组名> setforce <fx> <fy> <fz>
#此处设置X和Z方向力为 0.0，Y 方向力为 20.0
#力会产生加速度（a=F/m=20.0/1.0=20.0），使原子做匀加速运动（速度随时间增加）
fix 3 force_group setforce 0.0 20.0 0.0
#添加时间积分器，用于更新原子位置和速度
#fix nve 表示使用 NVE 系综（微正则系综），守恒粒子数、体积和能量
#积分器会根据牛顿运动方程，结合速度、力等参数计算每一步的位置变化
fix 1 all nve
#设置轨迹输出参数
#1. dump 命令：每1步记录一次所有原子的位置信息，输出到 trajectory.xyz 文件
#格式：dump <ID> <组名> atom <输出频率> <文件名>
dump 1 all atom 1 trajectory.xyz
#2. 调整轨迹文件格式：按原子 ID 排序输出，使结果更易读
dump_modify 1 sort id
#设置模拟时间参数
#1. 设置时间步长为 0.01（LJ 单位下的时间）
#时间步长是模拟中最小的时间单位，决定计算精度和效率
timestep 0.01
#2. 设置热力学信息输出频率：每 10 步输出一次
thermo 10
#3. 设置热力学输出内容：步数、温度、动能、势能、总能量
thermo_style custom step temp ke pe etotal
#运行模拟：总步数为 500 步
#总模拟时间 = 步数 × 时间步长 = 500 × 0.01 = 5.0（LJ 时间单位）
run 500
#各原子 Y 方向运动预期结果（初始 Y=10.0）：
#- 原子 1（velocity）：匀速运动，位移=速度×时间=50.0×5.0=250.0 → 最终 Y≈260.0
#- 原子 2（fix move）：强制匀速，位移=强制速度×时间=30.0×5.0=150.0 → 最终 Y≈160.0
#- 原子 3（fix setforce）：匀加速运动，位移=0.5×加速度×时间²=0.5×20.0×5.0²=250.0 → 最终 Y≈260.0二、操作步骤
- 克隆并启动容器
登录 OpenBayes.com，在「公共教程」页面，点击「HPC 高性能计算」栏目，选择「LAMMPS：移动原子演示」教程。
页面跳转后，点击右上角「克隆」，将该教程克隆至自己的容器中。
选择「NVIDIA GeForce RTX 4090」以及「lammps」镜像，OpenBayes 平台提供了 4 种计费方式，大家可以按照需求选择「按量付费」或「包日/周/月」，点击「继续执行」。可以使用下面的邀请链接，获得 RTX 4090 使用时长！
openbayes.com/console/sig...
待系统分配好资源，当状态变为「运行中」后，点击「打开工作空间」。
2. 运行 lammps
首先打开「终端」，输入以下命令运行 lammps。
arduino
mpirun --allow-run-as-root -np 2 lmp -sf gpu -pk gpu 1 < in.txt 
3. 文件输出
待模型运行完成后，得到一个输出文件「trajectory.xyz」，这是原子轨迹文件，可通过 VMD、Ovito 等软件可视化拉伸过程中的晶体结构演变。我们将该文件下载到本地并载入到 Ovito 软件中，即可得到原子运动模拟视图。
