Atomsk多帧操作与辅助流程

下载本组输入、脚本、参考输出与高清图。解压后使用新的工作目录；examples保存各例输入，reference保存实际结果。

1 先准备模型，再选操作#

Atomsk 0.13.1用于生成、变换和分析原子结构，不执行电子结构或能量优化。当前构建使用GFortran 13.3、OpenMP、LAPACK/BLAS 3.12.1；这里的小模型使用单线程，配套检查/绘图使用已有ASE和NumPy环境。Atomsk本身运行在CPU上。

module purge
module load atomsk/0.13.1 gpumdkit/1.5.8

atomsk --create fcc 4.05 Al -duplicate 2 2 2 base.cfg

得到32原子FCC Al，晶胞三边均为8.1 Å、体积531.441 ų。这里的晶格常数用于教学；换成自己的材料时，应使用与势函数或泛函一致的晶格参数。

直接运行单个下载实例：

python run.py option_shift

输出在work/option_shift。脚本拒绝覆盖已有目录；再次计算请复制一份新的资料包。批量运行所有示例：

sbatch run.sbatch all

这个批处理使用现有P100队列中的CPU资源，并不表示Atomsk有GPU加速。提交前可按自己获配分区调整SBATCH头部。不要把建模输出当成已经弛豫的结构。

2 多帧合并、拆分和平均#

list.lst只列文件名，一行一个：

base.cfg
shifted.cfg

atomsk --gather list.lst snapshots exyz
atomsk --unfold snapshots.xyz cfg
atomsk --average list.lst average.cfg
atomsk --list list.lst xsf

平移后的第二帧为(0.2,0.1,0.05) Å；平均结构相对第一帧平移(0.1,0.05,0.025) Å。本例有同一原子顺序、相同晶胞，坐标没有跨越周期边界。

合并使用无扩展名前缀加exyz，保留晶胞；拆分在本安装版省略自定义输出前缀。平均轨迹前先去掉周期跳跃、核对原子对应关系；否则平均结构可能没有物理意义。

3 匹配原子、展开周期坐标和差分#

atomsk --matchid base.cfg reversed.cfg matched.cfg
atomsk --unwrap base.cfg wrapped.cfg unwrapped.cfg
atomsk --diff base.cfg shifted.cfg
atomsk --ddplot base.cfg shifted.cfg result.dd

反序输入经匹配恢复原子对应关系。周期展开例沿x平移1 Å后包裹，再恢复连续坐标；差分输出dx=0.2、dy=0.1、dz=0.05 Å，位移范数0.2291288 Å。result.dd是给差分位移可视化工具使用的数据，不是轨迹能量。

近邻匹配适合小位移且原子身份清楚的情形；扩散或化学反应中不要靠最近邻自动认定同一个原子。

4 三个中间图的线性插值#

每个中间图应是r(i)=(1−f)r初+f r末，f=i/4，含端点共5帧。本安装版原生--interpolate 3会把最后端点重复，不作为该五帧路径的生成命令。使用下载脚本：

cp -a helpers interpolate-work
cd interpolate-work
python model_tools.py interpolate
ls interpolated

得到image-0.cfg到image-4.cfg。平均x位移依次0、0.05、0.10、0.15、0.20 Å。该脚本不做最小镜像路径选择；自己的端点必须先处理周期跳跃并保持原子顺序。线性路径还需要NEB等下游优化，不能据此得到势垒。

5 随机速度：检查整体运动，再设置温度#

atomsk base.cfg -velocity 300 thermal.cfg

有限32原子样本的随机速度不会每次相同。本次原生样本存在整体运动，因此资料包提供质量加权去漂移和缩放脚本：

cp -a helpers velocity-work
cd velocity-work
python model_tools.py center-velocities
cat VELOCITY-CORRECTION.json

输出thermal-centered.cfg。先减去Σmᵢvᵢ/Σmᵢ，再按3N−3=93个平动自由度缩放，内部动能温度为300 K，质量中心速度为数值零。真实体系若有约束、刚体或固定原子，必须重新计算自由度；最好由最终MD引擎按自己的单位和约束初始化速度。

6 交互式、合并结构和多晶#

可以把交互命令写入script.ats：

read base.cfg
duplicate 2 2 1
write result.cfg
quit

atomsk < script.ats
atomsk --merge z 2 base.cfg base.cfg merged.cfg
atomsk --polycrystal unit.cfg poly.txt grains.cfg

交互例得到128原子；沿z拼接两份得到64原子，z边长16.2 Å。多晶例使用明确的两个晶核位置和取向，得到576原子、grainID=1/2。选择随机晶核会生成另一种结构，不能拿它和这份固定晶核结果逐原子比较。

重画全部数据：

python plots.py

命令运行方式参见官方模式清单。下载包保留原生支持范围；不能将几何平均或线性插值称为热力学平均或最小能量路径。