GPUMD 热导率的尺寸与温度对照
热导率的尺寸与温度对照，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#
对512、1728、4096原子硅，在300、600、900 K各运行两组1 ns的HNEMD轨迹。
1 准备算例#
python new-case.py si-hnemd-n4-t300-s41
cd work/si-hnemd-n4-t300-s41
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 |
|---|---|
si-hnemd-n4-t300-s41 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
si-hnemd-n4-t300-s42 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
si-hnemd-n4-t600-s41 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
si-hnemd-n4-t600-s42 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
si-hnemd-n4-t900-s41 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
si-hnemd-n4-t900-s42 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
si-hnemd-n6-t300-s41 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
si-hnemd-n6-t300-s42 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
si-hnemd-n6-t600-s41 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
si-hnemd-n6-t600-s42 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
si-hnemd-n6-t900-s41 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
si-hnemd-n6-t900-s42 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
si-hnemd-n8-t300-s41 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
si-hnemd-n8-t300-s42 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
si-hnemd-n8-t600-s41 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
si-hnemd-n8-t600-s42 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
si-hnemd-n8-t900-s41 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
si-hnemd-n8-t900-s42 |
名称中的n为各方向晶胞重复数，t为K、s为随机种子 |
2 查看和修改输入#
所有组保持相同步长、驱动力、势函数和输出间隔。改变温度时先独立平衡；比较大小盒子时用每组相同统计长度，避免把采样长短当成尺寸效应。
si-hnemd-n4-t300-s41 / run.in
potential potential.txt
velocity 300 seed 41
time_step 1
ensemble nvt_nhc 300 300 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 300 300 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
展开其余实例的完整控制输入
si-hnemd-n4-t300-s42 / run.in
potential potential.txt
velocity 300 seed 42
time_step 1
ensemble nvt_nhc 300 300 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 300 300 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
si-hnemd-n4-t600-s41 / run.in
potential potential.txt
velocity 600 seed 41
time_step 1
ensemble nvt_nhc 600 600 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 600 600 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
si-hnemd-n4-t600-s42 / run.in
potential potential.txt
velocity 600 seed 42
time_step 1
ensemble nvt_nhc 600 600 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 600 600 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
si-hnemd-n4-t900-s41 / run.in
potential potential.txt
velocity 900 seed 41
time_step 1
ensemble nvt_nhc 900 900 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 900 900 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
si-hnemd-n4-t900-s42 / run.in
potential potential.txt
velocity 900 seed 42
time_step 1
ensemble nvt_nhc 900 900 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 900 900 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
si-hnemd-n6-t300-s41 / run.in
potential potential.txt
velocity 300 seed 41
time_step 1
ensemble nvt_nhc 300 300 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 300 300 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
si-hnemd-n6-t300-s42 / run.in
potential potential.txt
velocity 300 seed 42
time_step 1
ensemble nvt_nhc 300 300 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 300 300 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
si-hnemd-n6-t600-s41 / run.in
potential potential.txt
velocity 600 seed 41
time_step 1
ensemble nvt_nhc 600 600 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 600 600 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
si-hnemd-n6-t600-s42 / run.in
potential potential.txt
velocity 600 seed 42
time_step 1
ensemble nvt_nhc 600 600 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 600 600 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
si-hnemd-n6-t900-s41 / run.in
potential potential.txt
velocity 900 seed 41
time_step 1
ensemble nvt_nhc 900 900 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 900 900 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
si-hnemd-n6-t900-s42 / run.in
potential potential.txt
velocity 900 seed 42
time_step 1
ensemble nvt_nhc 900 900 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 900 900 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
si-hnemd-n8-t300-s41 / run.in
potential potential.txt
velocity 300 seed 41
time_step 1
ensemble nvt_nhc 300 300 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 300 300 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
si-hnemd-n8-t300-s42 / run.in
potential potential.txt
velocity 300 seed 42
time_step 1
ensemble nvt_nhc 300 300 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 300 300 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
si-hnemd-n8-t600-s41 / run.in
potential potential.txt
velocity 600 seed 41
time_step 1
ensemble nvt_nhc 600 600 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 600 600 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
si-hnemd-n8-t600-s42 / run.in
potential potential.txt
velocity 600 seed 42
time_step 1
ensemble nvt_nhc 600 600 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 600 600 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
si-hnemd-n8-t900-s41 / run.in
potential potential.txt
velocity 900 seed 41
time_step 1
ensemble nvt_nhc 900 900 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 900 900 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
si-hnemd-n8-t900-s42 / run.in
potential potential.txt
velocity 900 seed 42
time_step 1
ensemble nvt_nhc 900 900 100
run 20000
ensemble nvt_nhc 900 900 100
compute_hnemd 1000 0.00001 0 0
dump_thermo 1000
run 1000000
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#
本组弱驱动力、有限时间的结果仍有明显统计波动，部分均值为负；目前不能据此得出热导率的尺寸或温度趋势。 本例保留这些数据，演示为什么要增加独立重复、延长采样，并在保持线性响应的前提下检查驱动力。
图中逐条显示末半程均值，并保留两个独立重复的差异。只有两组重复不足以建立可靠置信区间；1 ns也不自动意味着收敛。本图用于学习如何安排尺寸/温度对照，不能直接当成材料定值。
head -n 12 kappa.out
| 本次集群算例 | 实际数值摘要 |
|---|---|
si-hnemd-n4-t300-s41 |
后半程平均温度 (K)：300.217；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：-148.397 |
si-hnemd-n4-t300-s42 |
后半程平均温度 (K)：299.724；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：-124.11 |
si-hnemd-n4-t600-s41 |
后半程平均温度 (K)：601.468；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：441.641 |
si-hnemd-n4-t600-s42 |
后半程平均温度 (K)：600.138；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：-84.1772 |
si-hnemd-n4-t900-s41 |
后半程平均温度 (K)：899.179；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：-96.2098 |
si-hnemd-n4-t900-s42 |
后半程平均温度 (K)：899.727；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：214.887 |
si-hnemd-n6-t300-s41 |
后半程平均温度 (K)：299.918；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：156.628 |
si-hnemd-n6-t300-s42 |
后半程平均温度 (K)：299.676；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：71.5254 |
si-hnemd-n6-t600-s41 |
后半程平均温度 (K)：599.169；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：48.8645 |
si-hnemd-n6-t600-s42 |
后半程平均温度 (K)：599.684；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：-1.10492 |
si-hnemd-n6-t900-s41 |
后半程平均温度 (K)：901；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：49.3909 |
si-hnemd-n6-t900-s42 |
后半程平均温度 (K)：900.362；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：-36.9327 |
si-hnemd-n8-t300-s41 |
后半程平均温度 (K)：299.842；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：189.566 |
si-hnemd-n8-t300-s42 |
后半程平均温度 (K)：299.826；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：102.436 |
si-hnemd-n8-t600-s41 |
后半程平均温度 (K)：600.108；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：98.5721 |
si-hnemd-n8-t600-s42 |
后半程平均温度 (K)：599.909；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：46.7242 |
si-hnemd-n8-t900-s41 |
后半程平均温度 (K)：901.135；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：38.0832 |
si-hnemd-n8-t900-s42 |
后半程平均温度 (K)：899.086；后半程体积 (ų/atom)：20.0239；后半程κx (W/mK)：-91.3559 |
本次kappa.out开头的数据（完整文件在附件中）：
-307.801327848509459 -38.182399642824507 -612.114821189521535 763.799548629168271 1803.567896624835385
-67.714134612919267 -480.992716785962045 -969.804501402535720 488.840148739061249 1698.249020346251200
-419.051181741503399 -216.105658729372692 -692.580900890828275 968.686394154072104 1609.711436873081311
-91.215218433778091 -542.790774976087505 194.851255215265411 285.746641424434699 1672.478685781814420
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 thermal-size --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 thermal-size。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。
需要根据你的体系选择资源？联系讨论计算需求。实际可用软件与权限，以当前账户和运行环境为准。