DeePMD专题

DeePMD短程NVE能量与时间步长

从三种程序的实际输出检查能量守恒、采样时刻、键长范围和时间步长误差,避免把短轨迹当生产结论。

更新于 2026-11-11约 2 分钟阅读按任务与环境选择适用配置
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完成三套程序计算后,先检查输出是否对应同一时刻,再看能量和结构。参考数据与绘图程序也在完整实例包中。

1 生成参考图片#

bash plot.sh

生成六张结构和数据图到 figures/,均来自包内实际轨迹,没有平滑替换或人工拼接轨迹。

head -n 8 tables/native-MD-results.csv

这个表对应提供的参考计算;自己的新结果在 tables-new/your-native-MD-results.csv。文件里的 totalenergy_excursion_eV 是相对于该程序首个保存帧的最大总能偏差,要结合首帧时刻解读。

2 首帧时间不同#

head -n 8 new-work/p100-gpumd-dt005/thermo.out

GPUMD第一帧在0.5 fs,之后每0.5 fs一帧,共200帧;LAMMPS与ASE还保存0 fs初态,共201帧。不要给GPUMD补一条伪造的0 fs原生输出。作图统一比较0.5–100 fs,基准都取0.5 fs总能量。

GPUMD thermo.out 的零起始第1列是动能、第2列是势能(第一列为温度);本例直接使用原生动能,不依据分子自由度猜测动能。GPUMD输出速度为Å/fs,读取为统一Å/ps时乘1000。LAMMPS时间以ps输出,绘图时乘1000转换为fs。

head -n 5 new-work/p100-ase-dt005/thermo.csv

ASE结果已经整理为 step,time_fs,potential_eV,kinetic_eV,total_eV,HH_A,COMx_A,COMy_A,COMz_A,可直接用表格工具读入。

3 总能量守恒#

NVE中势能与动能相互转换,总能量应在可接受误差内波动。图中三套程序使用同一0.5–100 fs时间窗:

相同时刻比较的实际总能变化

在这段共同时间窗,以首个保存帧为基准,0.05 fs的最大总能偏差约7.79×10⁻⁶ eV,0.1 fs约3.12×10⁻⁵ eV;三套程序结果基本重合。这里没有把GPUMD首帧较晚造成的参考差异解释成更好的守恒性能。

4 时间步长减半后再比较#

两种时间步长的真实键长差及统一时间窗内总能误差

步长减半后,最大总能偏差约降至四分之一,符合这个Velocity-Verlet小步长实例的预期趋势。两种步长的键长差最大约7.31×10⁻⁴ Å。实际选步长要针对自己的势函数、质量、最快振动与温度重新检查,不能直接将本例数值作为所有材料的推荐步长。

本例只覆盖100 fs的H₂局部伸缩,使用HF/6-31G(d)小数据训练势;没有恒温器、压力控制或热平衡抽样,也没有核量子效应。能量守恒与接口一致性通过,仍不能推出热导率、扩散系数、平衡结构分布或长时稳定性。换材料、改温度或超出训练域时,应补充量化参考与主动学习数据。GPUMD可选接口的编译方式见官方安装说明。

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