GPUMD 原子位置与晶胞优化

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#

对晶格常数5.50 Å并加入0.03 Å随机位移的硅分别做固定晶胞和晶胞联动优化。

1 准备算例#

python new-case.py 02-relax-atoms
cd work/02-relax-atoms
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#

minimize fire 0.02 3000只优化原子位置；末尾加入1 1时允许晶胞以静水应变方式改变。0.02是最大力分量阈值，单位eV/Å，不是能量阈值。晶胞优化需考虑周期方向；二维真空方向不能照搬三维等比例缩放。

02-relax-atoms / run.in

potential potential.txt
minimize fire 0.02 3000
velocity 1
time_step 0
ensemble nve
dump_thermo 1
dump_xyz 1 relaxed.xyz force precision double
run 1

03-relax-cell / run.in

potential potential.txt
minimize fire 0.02 3000 1 1
velocity 1
time_step 0
ensemble nve
dump_thermo 1
dump_xyz 1 relaxed.xyz force precision double
run 1

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#

检查run.log中停止条件和relaxed.xyz里的force；达到最大步数不等于达到力阈值。末尾time_step 0的单步只用于导出优化后的结构与力，不代表进行1 fs动力学。

head -n 12 relaxed.xyz

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 relax --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 relax。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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