GPUMD 恒温恒压与热膨胀参考

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#

用300 K和600 K两组NPT轨迹演示晶胞尺寸、温度和体积统计。

1 准备算例#

python new-case.py 06-npt-300
cd work/06-npt-300
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#

npt_scr采用随机晶胞缩放；0为目标压力GPa，100为估计体模量GPa，1000为压力耦合时间与步长的比值。这里100并不是施加100 GPa压力。

06-npt-300 / run.in

potential potential.txt
velocity 300
time_step 1
ensemble npt_scr 300 300 100 0 100 1000
dump_thermo 100
run 30000

06-npt-600 / run.in

potential potential.txt
velocity 600
time_step 1
ensemble npt_scr 600 600 100 0 100 1000
dump_thermo 100
run 30000

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#

使用thermo.out最后9列重建晶胞矩阵，取行列式得到体积；不要只乘任意三列。舍弃前半程后比较均值。本例仅30 ps，两个温度点不能作为完整热膨胀曲线或收敛的膨胀系数。

head -n 12 thermo.out

本次thermo.out开头的数据（完整文件在附件中）：

    2.5877364516e+02    1.7125948874e+01   -2.3603510220e+03    3.8428453040e-01    3.5948119743e-01    3.7218755562e-01    2.9513602769e-02    8.6609796834e-02    1.3540409155e-01    2.1729487253e+01    0.0000000000e+00    0.0000000000e+00    0.0000000000e+00    2.1729487253e+01    0.0000000000e+00    0.0000000000e+00    0.0000000000e+00    2.1729487253e+01
    3.2217181964e+02    2.1321715774e+01   -2.3592300735e+03    4.7069978880e-01    4.4540791436e-01    4.4390158394e-01   -9.9404703905e-02   -2.2116770036e-01   -2.4072345860e-01    2.1726958076e+01    0.0000000000e+00    0.0000000000e+00    0.0000000000e+00    2.1726958076e+01    0.0000000000e+00    0.0000000000e+00    0.0000000000e+00    2.1726958076e+01
    3.1869587310e+02    2.1091673481e+01   -2.3565904247e+03    4.3395356566e-01    4.3805813907e-01    4.1548013661e-01    7.8898555069e-02    2.5667454748e-01    2.9661239579e-01    2.1733372984e+01    0.0000000000e+00    0.0000000000e+00    0.0000000000e+00    2.1733372984e+01    0.0000000000e+00    0.0000000000e+00    0.0000000000e+00    2.1733372984e+01
    3.3994812025e+02    2.2498172578e+01   -2.3546372419e+03    5.8578773856e-01    5.8180047747e-01    6.1595649648e-01   -1.8624819980e-01   -2.2299686454e-01   -3.4511665318e-01    2.1728007325e+01    0.0000000000e+00    0.0000000000e+00    0.0000000000e+00    2.1728007325e+01    0.0000000000e+00    0.0000000000e+00    0.0000000000e+00    2.1728007325e+01

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

每个温度目录单独执行，先检查温度、压力与体积，再使用下方脚本做多温度对照。

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 npt --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 npt。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。

返回专题导航 · GPUMD官方输入说明