GPUMD 石墨烯HNEMD方向与驱动力

HNEMD在整体结构中施加弱的热流驱动，不需要像直接NEMD那样划分冷热浴。本篇用石墨烯演示完整操作，再比较方向、驱动力和尺寸。短轨迹的曲线与负值如实保留，不能把一次累计平均当成收敛的材料热导率。

1 下载、查看参考结果#

下载石墨烯输入、真实结果与Si长采样参考：

unzip gpumd-graphene-HNEMD-wave228*.zip -d hnemd-example
cd hnemd-example
sha256sum -c MANIFEST.sha256
bash view.sh
ls analysis/figures

view.sh处理已有数据，不提交新计算。reference-graphene中是48组石墨烯结果，reference-Si-20ns保留16条Si长轨迹；新计算放在 cases。

采用官方 Graphene_Lindsay_2010_modified.txt 势，C–C参考键长1.42 Å。该文件对原Lindsay参数的长度项作过调整，应同时记录势文件来源与改动版本，不与原始未调整版混用。势文件说明

2 准备和提交#

python3 prepare.py
cd cases/p100-graphene-N240-x-F1e-05-s13579
cat config.json
cat job.slurm
sbatch job.slurm
squeue -u "$USER"

模板调用 run_native.py 生成结构与输入，再运行GPUMD。每次使用新目录，不向已有 kappa.out 追加新的轨迹。附件脚本对应GPU核时分区；套餐用户通过 yskit 取得匹配账户和GPU的模板，保留程序启动命令。本批环境为GPUMD5.9.1、GCC13.3、CUDA12.9，一任务一张P100或V100 16G、一个CPU核。

初速度有13579和24680两组种子。每个尺寸分别沿x和y驱动，场强为 1E-5、5E-5、2E-4 Å⁻¹。不同方向需要独立运行，不能把同一轨迹的横向噪声当作另一个纵向热导。

3 完整输入与时间长度#

potential potential.txt
time_step 0.5
minimize fire 0.001 5000
velocity 300 seed 13579
ensemble nvt_nhc 300 300 100
run 50000
ensemble nvt_nhc 300 300 100
compute_hnemd 1000 1e-05 0 0
compute 0 1 1000 jp
dump_thermo 1000
dump_xyz 20000 trajectory.xyz velocity force potential precision double
run 400000

先固定晶胞优化原子，再恒温25 ps，最后采样200 ps；时间步0.5 fs。compute_hnemd每一步读取热流，每1000步平均输出一次，所以 kappa.out 一行对应0.5 ps的平均量，共400行，不是每行1000 ps，也不是整条轨迹的累计平均。

沿y方向时用 compute_hnemd 1000 0 1e-05 0。只保留一个非零驱动分量，才能直接解释这一列张量响应。HNEMD需要移除驱动注入的热量，本例使用Nose–Hoover链恒温器；不要随意替换为会改变动力学的Langevin恒温器。HNEMD参数手册

compute 0 1 1000 jp独立读取势部分热流，采用相同的采样与输出区间，便于对照原生热导。所有原子在第0种分组的同一个组中。输出是体积广延的总热流相关量，不是已经除过体积的热流密度。

4 从五列选择正确分量#

tail -n 10 native.out
head -n 3 kappa.out
head -n 3 compute.out
cd ../..
module load ase/3.29.0
python3 analyze.py --graphs cases --output analysis-new

x方向驱动时，第1+2列相加得到纵向xx响应；y方向驱动时，第3+4列得到纵向yy响应。这里的in/out分解按面内和面外振动贡献区分：它不是两张卡的结果，也不是Si/Ge两种材料的结果。原始五列仍完整保留，先求和再按任务需要分析分量。kappa.out列定义

current-kappa.csv给出时间、原生五列、独立热流重建的三个分量、驱动方向热导、按3.35 Å厚度归一化的热导、二维片层导热量和累计平均。不要把文件最后一行的区间平均当成整条轨迹的平均。

5 看驱动力和时间窗口#

同色两条线为两个初速度种子。弱场信号可能被热流噪声淹没；强场虽然曲线看起来更平滑，却可能偏离线性响应。需要同时比较实际温度、不同场强均值、种子离散和时间窗口，不能只选择“最平滑”的一条。

本例给出25–75、75–125和125–200 ps三个时间窗口。它们来自同一条轨迹，只用于观察随时间变化，不能作为三个独立种子。

下表统一采用125–200 ps窗口、3.35 Å有效厚度，单位W/(m·K)。负数保留为短采样估计，不解释为材料的负热导。

这些纳米小盒和200 ps曲线是工作流参考。若不同窗口、种子或方向差异很大，先增加独立采样、延长轨迹，并检查尺寸及驱动力。理想石墨烯面内对称性不等于有限矩形盒、短轨迹的xx和yy数值应当完全相同。

6 二维厚度必须说明#

GPUMD按模拟盒体积归一化；本例z盒长为20 Å，包含真空。按常用3.35 Å有效厚度展示时，要乘 20/3.35，并保留原生列。具体终端计算与独立热流对照见二维厚度和热流单位。

Si的20 ns数据、四种子区间以及强场偏离的例子，统一在HNEMD多种子与统计中查看。Si和石墨烯使用不同势和结构，不能把两者数值差直接解释为方法误差或加速收益。

驱动轨迹中的力与后续训练#

HNEMD施加外部热流驱动，保存的原子力包含驱动项。此类力不能直接作为裸势能面的力标签训练NEP；用于训练时应对选定构型重新进行无该驱动的能量与力标注。结构、速度和带驱动的热流统计仍应按各自用途读取。