GPUMD 二维石墨烯与真空层

本文使用鸢算科技集群GPUMD 5.9.1实际运行结果。先下载全部实例与绘图脚本并解压，进入gpumd-examples目录。参考结果在cases，新运行放在work；不要在参考目录重复运行，让输出不断追加。

本篇做什么#

以128原子石墨烯展示二维周期边界、轨迹和面内/面外振动。

1 准备算例#

python new-case.py 14-graphene
cd work/14-graphene
ls

附件中已包含结构与势文件，不需要自己输入几百行坐标。若要从自己的结构开始，请先阅读建模与输入文件。

本篇对应以下算例，每个都可以用python new-case.py 目录名单独建立工作副本。

2 查看和修改输入#

石墨烯只在面内周期，z方向留20 Å真空间隔；采用专门的Graphene_Lindsay_2010势。本例不对z方向做NPT压缩，不把真空当成可压缩材料。

14-graphene / run.in

potential potential.txt
velocity 300
time_step 1
ensemble nvt_nhc 300 300 100
run 10000
ensemble nve
compute_rdf 6 120 100
compute_dos 5 500 350
dump_xyz 10000 trajectory.xyz
dump_thermo 100
run 30000

potential potential.txt
velocity 100
time_step 0.5
ensemble nvt_nhc 100 100 100
run 20000
ensemble nve
compute_dos 5 1000 400
dump_thermo 1000
dump_xyz 100000 trajectory.xyz
run 100000

potential potential.txt
velocity 100
time_step 0.5
ensemble nvt_nhc 100 100 100
run 20000
ensemble nve
compute_dos 5 1000 400
dump_thermo 1000
dump_xyz 100000 trajectory.xyz
run 100000

potential potential.txt
velocity 300
time_step 0.5
ensemble nvt_nhc 300 300 100
run 20000
ensemble nve
compute_dos 5 1000 400
dump_thermo 1000
dump_xyz 100000 trajectory.xyz
run 100000

potential potential.txt
velocity 300
time_step 0.5
ensemble nvt_nhc 300 300 100
run 20000
ensemble nve
compute_dos 5 1000 400
dump_thermo 1000
dump_xyz 100000 trajectory.xyz
run 100000

potential potential.txt
velocity 600
time_step 0.5
ensemble nvt_nhc 600 600 100
run 20000
ensemble nve
compute_dos 5 1000 400
dump_thermo 1000
dump_xyz 100000 trajectory.xyz
run 100000

potential potential.txt
velocity 600
time_step 0.5
ensemble nvt_nhc 600 600 100
run 20000
ensemble nve
compute_dos 5 1000 400
dump_thermo 1000
dump_xyz 100000 trajectory.xyz
run 100000

3 提交并检查进度#

sbatch run.sh
squeue -u "$USER"
tail -n 20 run.log

默认脚本用于V100核时队列。P100或套餐用户先运行yskit，选择复制Slurm脚本及匹配的用户类型、GPUMD版本、GPU型号。单进程启动，不要再套mpirun启动多个相同实例。

本例在计算节点执行的命令为：

gpumd > run.log 2>&1

这条命令已经在提交脚本内，平时只需sbatch run.sh。等待任务结束、查看日志，再读取结果。

4 查看结果和本次数据#

dos.out分方向分量能看到面内与面外差异。涉及按体积归一化的二维热导率时，必须明确有效厚度；真空高度改变不应被解释为材料性质改变。三维RDF归一化对真空敏感，本例只用其峰位辅助判断。

head -n 12 dos.out

本次dos.out开头的数据（完整文件在附件中）：

0.7 -5.88245e-05 8.55017e-05 0.209522
1.4 7.64837e-05 0.000201781 1.79223
2.1 0.000121772 0.000222353 4.3545
2.8 0.000105082 0.00018447 6.74706

优先使用GPUMDkit工具#

任务完成后，在本篇算例输出目录执行：

module load gpumdkit/1.5.8
gpumdkit.sh -plt thermo save

检查石墨烯实际温度与能量；二维体积相关量还需要给出厚度约定。

工具的其他用法见GPUMDkit专题。本篇自带plot.py用于结构图、统一版式和多个算例对照，保留原始数据与符号。

5 用自己的输出重新画图#

回到附件根目录，加载绘图环境：

cd ../..
module load ase/3.29.0
python plot.py --chapter graphene --root work

本篇包含多个目录，需先完成上表全部算例，才能画完整对照图。

如果想先查看附件里的参考数据，执行python plot.py --chapter graphene。生成的图片在相应根目录的figures中，脚本只读取数据，不修改结果。

换成自己的体系时#

先确认结构、元素和势函数适用范围，再确定温度、边界条件、时间步长与统计长度。随机初速度会使短程数值不同；复现时先比较数量级、趋势、能量稳定性和输出维度。正式研究应做势函数可靠性、尺寸与时间收敛检查。

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