lammps教程：nve/nvt/npt系综设置方法

系综是指大量性质和结构完全相同的、处于各种运动状态的、各自独立的系统的集合。

在lammps模拟中，常用的系综有nve、nvt、npt三种系综，下面说说这三种系综的使用方法。

1. nve（微正则系综）

nve系综保证系统中原子数量n、体系总体积v和体系总能量e保持不变。

nve系综没有控温的功能，初始条件确定后，在力场的作用下，原子速度发生变化，相应的体系温度发生变化。我们知道，体系总能量e=势能+动能，温度发生变化，动能就会变化，势能和动能相互转换，总能量保持不变。

nve使用方法：

fix 1 all nve

nve语法比较简单，使用fix语句确定原子组就可以了，nve系综对边界条件没有要求。

2. nvt（等温等压）

nvt系综保证体系的原子数量n、体积v和温度t保持不变。

nvt系综下，模拟盒子box的尺寸不会发生变化，lammps通过改变原子的速度对体系的温度进行调节。

nvt语法：

fix ID group-ID nvt temp Tstart Tstop Tdamp

其中：
ID：fix语句ID标识符
group-ID：原子组标识
temp：温度标识
Tstart：初始温度
Tstop：结束温度
Tdamp：阻尼系数
Tstart、Tstop主要设置初始和结束温度，Tdamp称为阻尼系数，主要是控制温度调节的幅度，在nvt系综中，Tdamp一般设置为100*timestep。

#nvt系综下恒温：
fix 1 all nvt temp 300.0 300.0 100
#nvt系综下升温（比如融化）：
fix 1 all nvt temp 300.0 2000.0 100
#nvt系综下降温（比如结晶）：
fix 1 all nvt temp 2000.0 300.0 100
nvt系综对边界条件没有要求。

3. npt（等压等温）

npt系综保证体系的原子数量n、压强p和温度t保持不变。

npt系综不仅进行控温，还进行控压。和nvt一样，npt系综通过调节原子速度调控温度，不同的是，npt系综下box的尺寸可以发生变化。

npt系综通过改变box的尺寸调节压力，比如，当体系压力超过设定值时，扩大box尺寸降低压力。

npt语法：

fix ID group-ID npt temp Tstart Tstop Tdamp Pstart Pstop Pdamp

npt语法和nvt差不多，只不过多了Pstart Pstop Pdamp三个参数进行压力控制。

Pstart、Pstop分别为初始压力、结束压力，Pdamp压力调节阻尼系数，通常为1000*timestep。

需要注意的是，npt在控压方向上必须保证边界条件为p，否则会出错。

#温度300k，iso表示在各个方向上进行控压，压力为0
fix 1 all npt temp 300.0 300.0 100.0 iso 0.0 0.0 1000.0
#温度300k，对x、y方向进行控压，z方向不控压
fix 1 all npt temp 300.0 300.0 100.0 x 0.0 0.0 1000 y 0.0 0.0 1000

4. 选择依据

在模拟的时候到底应该选择哪一个系综，可能是初学者最头疼的事了。

选择系综主要与模拟的体系、模拟的目的有关。

nve系综是一个封闭的系统，与外界没有能量交换，一般用于不需要控温、体系内能量相互转换的模拟，比如石墨烯卷曲到纳米棒。

在大多数模拟中，用nvt或者npt都可以。

以拉伸为例，使用deform进行拉伸，系综可以为nvt，也可以为npt，不过在npt下更有容易模拟泊松效应。

使用velocity方式进行拉伸，在拉伸方向只能为s边界，使用nvt系综更方便。

nvt和npt系综也可以配合使用，比如，对于比较复杂的模型，可以先进行nvt系综下弛豫，然后再进行npt系综下的弛豫。

系综的选择没有统一的规则，最好的方法是多读文献，相同的模拟环境下，看看文献中用的是哪种系综。

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