GPUMD HNEMD热导率与驱动力
HNEMD热导率与驱动力，包含终端命令、完整输入与集群实际算例。
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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#
沿x方向施加两档驱动力，用累计平均曲线学习HNEMD输出。
1 准备算例#
python new-case.py 12-hnemd-0.00001
cd work/12-hnemd-0.00001
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。
| 目录 | 用途或变化 |
|---|---|
12-hnemd-0.00001 |
目录名标明温度、尺寸、随机种子或应变；完整输入见下方与附件 |
12-hnemd-0.00002 |
目录名标明温度、尺寸、随机种子或应变；完整输入见下方与附件 |
2 查看和修改输入#
compute_hnemd 1000 Fe 0 0中的Fe单位Å⁻¹。配合nvt_nhc控温，不能直接换成Langevin恒温器而忽略其对动力学的影响。两档弱场只演示比较方法，不能据此保证线性响应已收敛。
12-hnemd-0.00001 / run.in
potential potential.txt
velocity 300
time_step 1
ensemble nvt_nhc 300 300 100
run 10000
ensemble nvt_nhc 300 300 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
compute_shc 5 200 0 200 120
dump_thermo 1000
run 200000
12-hnemd-0.00002 / run.in
potential potential.txt
velocity 300
time_step 1
ensemble nvt_nhc 300 300 100
run 10000
ensemble nvt_nhc 300 300 100
compute_hnemd 1000 0.00002 0 0
compute_shc 5 200 0 200 120
dump_thermo 1000
run 200000
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#
kappa.out每行为一个输出区间的平均量；沿x驱动时第1、2列相加得到纵向分量。用累计平均观察随采样长度的变化，同时检查温度。短轨迹瞬时或累计值出现负数，不应人为截成0。
head -n 12 kappa.out
| 本次集群算例 | 实际数值摘要 |
|---|---|
12-hnemd-0.00001 |
后半程平均温度 (K)：299.727；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：59.0551 |
12-hnemd-0.00002 |
后半程平均温度 (K)：299.889；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：196.367 |
本次kappa.out开头的数据（完整文件在附件中）：
-1341.164261032631885 -575.597770518884772 -13.327095069024230 -13.614276879808115 -552.781585463098509
-1575.356061723031416 -367.111300017069368 174.554305590225283 236.761898849359198 -602.515867474366701
-1074.030119519183700 -462.676260759609022 -186.276547523446908 417.193730726436968 -384.678909195746598
-597.540726250701596 -474.289378409824110 -768.430170071624161 636.398189319041080 -321.982033535008725
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
mkdir kit-hnemd
cp run.in model.xyz kappa.out kit-hnemd/
cd kit-hnemd
gpumdkit.sh -plt hnemd 1 20 --save --save-data
cd ..
单独目录只放HNEMD总热导所需输入，保留shc.out原文件。1.5.8的谱后处理会裁剪负总谱；本例谱有统计噪声，故不采用该裁剪结果作物理结论。带符号谱见下方独立绘图与谱热流教程。
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 hnemd --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 hnemd。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。